RU2635846C1 - Способ компенсации дрейфа нулевых сигналов гироскопических датчиков - Google Patents

Способ компенсации дрейфа нулевых сигналов гироскопических датчиков Download PDF

Info

Publication number
RU2635846C1
RU2635846C1 RU2016130931A RU2016130931A RU2635846C1 RU 2635846 C1 RU2635846 C1 RU 2635846C1 RU 2016130931 A RU2016130931 A RU 2016130931A RU 2016130931 A RU2016130931 A RU 2016130931A RU 2635846 C1 RU2635846 C1 RU 2635846C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
compensating
drift
measured
block
Prior art date
Application number
RU2016130931A
Other languages
English (en)
Inventor
Виктор Иванович Галкин
Дмитрий Николаевич Воробьев
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА") filed Critical Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА")
Priority to RU2016130931A priority Critical patent/RU2635846C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2635846C1 publication Critical patent/RU2635846C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C23/00—Combined instruments indicating more than one navigational value, e.g. for aircraft; Combined measuring devices for measuring two or more variables of movement, e.g. distance, speed or acceleration

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано в одноосных и трехосных измерителях угловых скоростей и линейных ускорений, используемых в инерциальных навигационных системах и в пилотажных системах управления подвижными объектами в качестве датчиков первичной информации. Технический результат – повышение точности. Для этого компенсацию дрейфа нулевых сигналов гироскопических датчиков осуществляют путем выделения компенсирующего сигнала из измеряемого по результатам сравнения измеряемого сигнала с заданным уровнем и последующей корректировкой измеряемого сигнала с помощью выделенного компенсирующего сигнала, при этом выделение компенсирующего сигнала осуществляется путем фильтрации измеряемого сигнала, накопления отфильтрованного сигнала, его осреднения, сравнения с заданным уровнем, накоплением массива выделенного сигнала, его осреднения, прогнозирования, сравнения прогнозируемого сигнала с заданным уровнем и по результатам сравнения при превышении заданного уровня сигнала в качестве компенсирующего сигнала принимается спрогнозированный сигнал, а при непревышении заданного уровня сигнала спрогнозированный сигнал в качестве компенсирующего не принимается. Изобретение позволяет решить задачу путем компенсации дрейфа нулевого сигнала в процессе эксплуатации прибора за счет выделения нулевого сигнала из измеряемого по результатам сравнения измеряемого сигнала с заданным уровнем, прогнозирования компенсационного сигнала, контроля его уровня и последующей корректировки измеряемого сигнала с помощью выделенного компенсационного сигнала. Исследования показали, что за счет использования предложенного изобретения удалось почти на порядок уменьшить накапливаемую угловую погрешность курсового угла в микромеханическом гироскопе STIM-210 норвежской фирмы Sensonor. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано в одноосных и трехосных измерителях угловых скоростей и линейных ускорений, используемых в инерциальных навигационных системах и в пилотажных системах управления подвижными объектами в качестве датчиков первичной информации.
Одним из главных источников погрешности измерений гироскопов и акселерометров является дрейф нулевого сигнала, вызванный его нестабильностью в запуске и от пуска к пуску. Эта проблема особенно остро проявляется в микромеханических гироскопах и акселерометрах, на базе которых строятся малогабаритные авиационные приборы.
Существует несколько способов решения этой проблемы. Один из них - это использование фильтра Калмана в инерциальных навигационных системах [1]. Основным недостатком этого способа является необходимость дополнительных внешних источников информации для компенсации ошибок датчиков первичной информации.
Еще одним способом является компенсация дрейфа гироскопов по показаниям акселерометров в автономных гировертикалях с радиальной коррекцией [2, 3]. Недостаток такого способа заключается в том, что при этом не учитываются погрешности самого акселерометра.
Прототипом изобретения является способ компенсации систематических составляющих от пуска к пуску [4] путем выделения компенсирующего сигнала из измеряемого по результатам сравнения измеряемого сигнала с заданным уровнем, рассчитанным по калибровочным коэффициентам, и последующей корректировкой измеряемого сигнала с помощью выделенного компенсирующего сигнала.
Основным недостатком такого способа является остаточная недокомпенсация измеряемого сигнала как из-за несовершенства алгоритмической компенсации, так и из-за нестабильности нулевого сигнала - его дрейфа в процессе эксплуатации.
Заявленное изобретение решает задачу компенсация дрейфа нулевого сигнала в процессе эксплуатации прибора, при этом достигается такой технический результат как повышение точностных характеристик гироскопических датчиков первичной информации.
Заявленный технический результат достигается способом компенсации дрейфа нулевых сигналов гироскопических датчиков путем выделения компенсирующего сигнала из измеряемого по результатам сравнения измеряемого сигнала с заданным уровнем и последующей корректировкой измеряемого сигнала с помощью выделенного компенсирующего сигнала, при этом выделение компенсирующего сигнала осуществляется путем фильтрации измеряемого сигнала, накоплением отфильтрованного сигнала, его осреднения, сравнения с заданным уровнем сигнала, накоплением массива выделенного сигнала, его осреднения, прогнозирования, сравнения прогнозируемого сигнала с заданным уровнем и по результатам сравнения при превышении заданного уровня сигнала в качестве компенсирующего сигнала принимается спрогнозированный сигнал, а при не превышении заданного уровня сигнала спрогнозированный сигнал в качестве компенсирующего не принимается.
При накоплении компенсирующих сигналов равным или большим как минимум четырех значений производится осреднение значений компенсирующего сигнала по как минимум трем предыдущим значениям компенсирующего сигнала, вычитание осредненного компенсирующего сигнала из прогнозируемого, сравнение с заданным уровнем допустимого дрейфа и по результатам сравнения при превышении заданного уровня допустимого дрейфа в качестве компенсирующего сигнала принимается текущий прогнозирующий сигнал, а при не превышении заданного уровня допустимого дрейфа в качестве компенсирующего сигнала принимается предыдущий компенсирующий сигнал.
При накоплении выделенных нулевых сигналов меньше заданного количества производится прогнозирование компенсирующего сигнала по осредненным значениям выделенных нулевых сигналов как минимум четырех предыдущих измерений.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и фиг. 2 чертежей.
На фиг. 1 приведена структурная схема алгоритма определения и компенсации дрейфа нулевого сигнала гироскопа в процессе его эксплуатации,
где 1 - блок приема информации
Figure 00000001
с чувствительного элемента;
2 - блок фильтрации информации;
3 - блок суммирования отфильтрованных сигналов
Figure 00000002
;
4 - блок осреднения отфильтрованного сигнала по числу измерений N;
5 - блок выделения нулевого сигнала из осредненного значения измеренной угловой скорости ωicp(N) по условию ωiдр(N)=|ωicp(N)|≤ω0;
6 - блок суммирования выделенного нулевого сигнала
Figure 00000003
;
7 - блок контроля числа N1 выделенных сигналов ωiдр(N) с числом измерений N0;
8 - блок осреднения выделенного нулевого сигнала по числу измерений N1 на интервале p измерений -
Figure 00000004
;
9 - блок прогнозирования сигнала коррекции
Figure 00000005
;
10 - блок контроля количества корректирующих сигналов на интервалах p с числом выбранных для корректировки значений нулевых сигналов N⋅N1;
11 - блок выборки прогнозируемых сигналов для осуществления коррекции измеряемого сигнала по условию
Figure 00000006
;
12 - блок принятого для корректировки сигнала
Figure 00000007
при выполнении условия блока 11 -
Figure 00000008
;
13 - блок принятого для корректировки сигнала при невыполнении условия блока 11 -
Figure 00000009
;
14 - блок осреднения корректирующих сигналов
Figure 00000010
при выполнении условия блока 10;
15 - блок сравнения разницы между спрогнозированным сигналом и усредненным корректирующим сигналом блока 14;
16 - блок выбора в качестве корректирующего сигнала прогнозируемого сигнала
Figure 00000011
при выполнении условия блока 15;
17 - блок выбора в качестве корректирующего сигнала корректирующего сигнала предыдущего такта
Figure 00000012
при невыполнении условия блока 15;
18 - блок контроля набора заданного числа N1 на интервале p;
19 - блок выработки прогнозирующего сигнала
Figure 00000013
по осредненным значениям выделенных нулевых сигналов ωiдр(r)=ωiдд(p);
20 - блок выбора корректирующего сигнала по результатам спрогнозированного в блоке 19 значения дрейфа нулевого сигнала
Figure 00000014
при невыполнении условия блока 18;
21 - блок корректировки измеряемого сигнала
Figure 00000015
с помощью вычисленного значения дрейфа гироскопа
Figure 00000016
.
На фиг. 2 показаны графики накопления угловой погрешности гироскопического курсового угла ψг(t): 1 - при скомпенсированном дрейфе нулевого сигнала ωy(t); 2 - при нескомпенсированном дрейфе нулевого сигнала
Figure 00000017
.
Реализуется изобретение следующим образом. В блоке 1 (фиг. 1) осуществляется прием измеренного сигнала гироскопа
Figure 00000018
. В блоке 2 производится фильтрация принятого сигнала с целью устранения высокочастотных составляющих, например, с помощью следующего фильтра:
Figure 00000019
, где β=Tфƒ, Tф - постоянная времени фильтра, ƒ - частота входящей информации.
В блоке 3 производится накопление массива N отфильтрованного сигнала
Figure 00000020
. В блоке 4 накопленный массив осредняется
Figure 00000021
. В блоке 5 производится выделение нулевого сигнала из осредненного значения измеренной угловой скорости ωicp(N) путем сравнения с заданным уровнем нулевого сигнала ω0. В качестве дрейфа нулевого сигнала используются значения измеренной угловой скорости, удовлетворяющие условию ωiдр(N)=|ωicp(N)|≤ω0. Если рассчитанное значение дрейфа меньше или равно допустимому, то это значение используется для дальнейшего накопления в блоке до заданной величины массива N1≥N0 (блок 7).
При выполнении условия блока 7 в блоке 8 производится осреднение выделенного нулевого сигнала по числу измерений N1 на интервале p измерений -
Figure 00000022
.
Далее в блоке 9 производится линейное прогнозирование по результатам двух соседних измерений, например,
Figure 00000023
, где ωiдр(r)=ωiдд(p) - выделенный для прогнозирования нулевой сигнал.
При накоплении компенсирующих сигналов
Figure 00000024
меньше чем как минимум четырех значений (блок 10) текущий прогнозирующий сигнал сравнивается в блоке 11 с заданным значением допустимого дрейфа
Figure 00000025
.
По результатам сравнения при превышении заданного в блоке 11 уровня сигнала в качестве компенсирующего сигнала принимается спрогнозированный сигнал
Figure 00000026
(блок 12) при невыполнении условия блока 11 спрогнозированный сигнал в качестве компенсирующего не принимается
Figure 00000027
(блок 13).
После накопления более четырех корректирующих значений нулевого сигнала
Figure 00000028
производится осреднение корректирующего сигнала по трем предыдущим значениям корректирующих сигналов (блок 14)
Figure 00000029
. В блоке 15 рассчитывается разница между прогнозируемым сигналом и осредненным в блоке 14 и сравнивается с допустимым дрейфом нулевого сигнала
Figure 00000030
. Если эта разница меньше допустимой Δω0др, то в качестве компенсирующего сигнала принимается текущий прогнозирующий сигнал
Figure 00000031
(блок 16), а при непревышении заданного уровня допустимого дрейфа в качестве корректирующего сигнала принимается предыдущий корректирующий сигнал - на предыдущем шаге
Figure 00000032
(блок 17).
При накоплении выделенных нулевых сигналов меньше заданного количества
Figure 00000033
(блок 7) производится прогнозирование компенсирующего сигнала по осредненным значениям выделенных нулевых сигналов как минимум четырех предыдущих измерений ωiдр(r)=ωiдд(p) (блок 8) дрейфа нулевого сигнала, например:
Figure 00000034
(блок 19). Результат этого прогноза используется для компенсации дрейфа нулевого сигнала
Figure 00000035
(блок 20).
Для уменьшения объема вычислений в блоке 19 контролируется количество массивов, не удовлетворяющих условию блока 7. Если массив не удовлетворяет требованию блока 7 первый раз - в блоке 18 R=0, то в качестве корректирующего сигнала принимается результат расчета прогноза, произведенный в блоке 19. Если массив не удовлетворяют условию блока 7 во второй раз подряд - в блоке 18 R≠0, то новый расчет в блоке 19 не производится, а в качестве корректирующего сигнала принимается результат предыдущего расчета
Figure 00000036
(блок 20).
В блоке 21 производится вычитание принятого для коррекции дрейфа нулевого сигнала
Figure 00000037
из измеренного входного сигнала
Figure 00000038
:
Figure 00000039
, где
Figure 00000038
- измеренный сигнал до коррекции; ωi(n) - измеренный сигнал после коррекции; индекс i - наименование измерительных осей.
На фиг. 2 приведены результаты сравнения накопленной угловой погрешности курсового гироскопа STIM-210 норвежской фирмы Sensonor с компенсацией дрейфа нулевого сигнала (график 1) по предложенному изобретению и без компенсации (график 2).
Графики на фиг. 2 рассчитаны на основе экспериментально снятого массива нулевых сигналов микромеханического гироскопа
Figure 00000040
.
Как видно из приведенных графиков, накопленная за 2,5 часа угловая погрешность при осуществлении компенсации дрейфа нулевого сигнала по предлагаемому изобретению (график 1) уменьшилась почти на два порядка по сравнению с накопленной погрешностью без компенсации дрейфа нулевого сигнала (график 2): со 108 град, до 1,07 град.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем / В.В. Матвеев, В.Я. Распопов / Под общ. ред. д.т.н. В.Я. Распопова - СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2009. - 280 с. ISBN 978-5-900780-73-3.
2. Инерциальная навигация. Под редакцией К.Ф. О Доннела. М.: Наука, 1969, 592 с.
3. Гироскопические системы, ч. II. Гироскопические приборы и системы / П.В. Бромберг, И.А. Михалев, Е.А. Никитин, В.А. Бауман, А.А. Балашова / Под ред. Д.С. Пельпора. - М.: Высшая школа, 1971. - 488 с.
4. Галкин В.И., Воробьев Д.Н., Крайнева Н.Н. Способ компенсации систематических составляющих дрейфа гироскопических датчиков и его реализация в трехосном микромеханическом измерителе параметров движения/ Заявка на изобретение №2015133432 от 11.08.15 г.

Claims (3)

1. Способ компенсации дрейфа нулевых сигналов гироскопических датчиков путем выделения компенсирующего сигнала из измеряемого по результатам сравнения измеряемого сигнала с заданным уровнем и последующей корректировкой измеряемого сигнала с помощью выделенного компенсирующего сигнала, отличающийся тем, что выделение компенсирующего сигнала осуществляется путем фильтрации измеряемого сигнала, накопления отфильтрованного сигнала, его осреднения, сравнения с заданным уровнем, накоплением массива выделенного сигнала, его осреднения, прогнозирования, сравнения прогнозируемого сигнала с заданным уровнем и по результатам сравнения при превышении заданного уровня сигнала в качестве компенсирующего сигнала принимается спрогнозированный сигнал, а при не превышении заданного уровня сигнала спрогнозированный сигнал в качестве компенсирующего не принимается.
2. Способ компенсации дрейфа нулевых сигналов по п. 1, отличающийся тем, что при накоплении компенсирующих сигналов равным или большим как минимум четырех значений производится осреднение значений компенсирующего сигнала по как минимум трем предыдущим значениям компенсирующих сигналов, вычитание осредненного компенсирующего сигнала из прогнозируемого, сравнение с заданным уровнем допустимого дрейфа и по результатам сравнения при превышении заданного уровня допустимого дрейфа в качестве компенсирующего сигнала принимается текущий прогнозирующий сигнал, при не превышении заданного допустимого дрейфа в качестве компенсирующего сигнала принимается предыдущий компенсирующий сигнал.
3. Способ компенсации дрейфа нулевых сигналов по пп. 1, 2, отличающийся тем, что при накоплении выделенных нулевых сигналов меньше заданного количества в качестве компенсирующего сигнала принимается результат прогнозирования по осредненным значениям выделенных нулевых сигналов как минимум четырех предыдущих измерений, при повторном накоплении выделенных нулевых сигналов меньше заданного количества в качестве компенсирующего сигнала принимается результат предыдущего прогноза.
RU2016130931A 2016-07-27 2016-07-27 Способ компенсации дрейфа нулевых сигналов гироскопических датчиков RU2635846C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016130931A RU2635846C1 (ru) 2016-07-27 2016-07-27 Способ компенсации дрейфа нулевых сигналов гироскопических датчиков

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016130931A RU2635846C1 (ru) 2016-07-27 2016-07-27 Способ компенсации дрейфа нулевых сигналов гироскопических датчиков

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2635846C1 true RU2635846C1 (ru) 2017-11-16

Family

ID=60328678

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016130931A RU2635846C1 (ru) 2016-07-27 2016-07-27 Способ компенсации дрейфа нулевых сигналов гироскопических датчиков

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2635846C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2695439C1 (ru) * 2019-01-22 2019-07-23 Открытое акционерное общество "Радиоавионика" Способ компенсации систематической составляющей дрейфа нулевого сигнала датчика угловой скорости

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1674058A1 (ru) * 1983-08-19 1991-08-30 Фрунзенский политехнический институт Релейно-импульсный регул тор
RU2012034C1 (ru) * 1988-04-07 1994-04-30 Ботуз Сергей Павлович Способ автоматического регулирования и система для его осуществления
RU2115128C1 (ru) * 1995-12-05 1998-07-10 Производственное объединение "Корпус" Стенд для контроля измерителей угловых скоростей
RU2270419C1 (ru) * 2004-07-30 2006-02-20 Виктор Андреевич Иващенко Способ гирокомпасирования и способ компенсации дрейфа нулевого сигнала гидродинамического гирокомпаса
RU2480713C1 (ru) * 2011-09-21 2013-04-27 Закрытое акционерное общество "Инерциальные технологии "Технокомплекса" (ЗАО "ИТТ") Способ алгоритмической компенсации температурной скорости дрейфа твердотельного волнового гироскопа
RU2598155C1 (ru) * 2015-08-11 2016-09-20 Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА") Способ компенсации систематических составляющих дрейфа гироскопических датчиков

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1674058A1 (ru) * 1983-08-19 1991-08-30 Фрунзенский политехнический институт Релейно-импульсный регул тор
RU2012034C1 (ru) * 1988-04-07 1994-04-30 Ботуз Сергей Павлович Способ автоматического регулирования и система для его осуществления
RU2115128C1 (ru) * 1995-12-05 1998-07-10 Производственное объединение "Корпус" Стенд для контроля измерителей угловых скоростей
RU2270419C1 (ru) * 2004-07-30 2006-02-20 Виктор Андреевич Иващенко Способ гирокомпасирования и способ компенсации дрейфа нулевого сигнала гидродинамического гирокомпаса
RU2480713C1 (ru) * 2011-09-21 2013-04-27 Закрытое акционерное общество "Инерциальные технологии "Технокомплекса" (ЗАО "ИТТ") Способ алгоритмической компенсации температурной скорости дрейфа твердотельного волнового гироскопа
RU2598155C1 (ru) * 2015-08-11 2016-09-20 Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА") Способ компенсации систематических составляющих дрейфа гироскопических датчиков

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
РИГЛИ У. и др. Теория, проектирование и испытание гироскопов. - М.: Мир, 1972, с.180-185. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2695439C1 (ru) * 2019-01-22 2019-07-23 Открытое акционерное общество "Радиоавионика" Способ компенсации систематической составляющей дрейфа нулевого сигнала датчика угловой скорости

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1941236B1 (en) Systems and methods for reducing vibration-induced errors in inertial sensors
KR101739390B1 (ko) 중력오차보상을 통한 관성항법장치의 자체정렬 정확도 향상기법
CN110325833B (zh) 用于精确测量结构的系统及其方法
EP1970669A2 (en) Self-calibration of scale factor for dual resonator class II coriolis vibratory gyros
CN109001787A (zh) 一种姿态角解算与定位的方法及其融合传感器
US20140336970A1 (en) System and method for determining and correcting field sensors errors
EP2187170A2 (en) Method and system for estimation of inertial sensor errors in remote inertial measurement unit
US10365131B2 (en) Hybrid inertial measurement unit
US10025891B1 (en) Method of reducing random drift in the combined signal of an array of inertial sensors
EP2629053A2 (en) Estimation of conventional inertial sensor errors with atomic inertial sensor
RU2762143C2 (ru) Система определения курса и углового пространственного положения, выполненная с возможностью функционирования в полярной области
JP7111869B2 (ja) 機首方位測定システムにおけるセンサ測定の欠如を補償するシステムと方法
US9316664B2 (en) High frequency disturbance detection and compensation
Noureldin et al. Inertial navigation system
CN109489661B (zh) 一种卫星初始入轨时陀螺组合常值漂移估计方法
RU2647205C2 (ru) Адаптивная бесплатформенная инерциальная курсовертикаль
RU2635846C1 (ru) Способ компенсации дрейфа нулевых сигналов гироскопических датчиков
Pérez-D'Arpino et al. Development of a low cost inertial measurement unit for uav applications with kalman filter based attitude determination
KR101564020B1 (ko) 이동체의 전자세 예측 방법 및 이를 이용한 전자세 예측 장치
US20130031948A1 (en) Gyroscopic measurement in a navigation system
RU2646954C2 (ru) Способ коррекции бесплатформенной инерциальной навигационной системы
RU2643201C2 (ru) Бесплатформенная инерциальная курсовертикаль
Bayat et al. An augmented strapdown inertial navigation system using jerk and jounce of motion for a flying robot
RU2634071C1 (ru) Способ определения навигационных параметров и бесплатформенная инерциальная навигационная система для его осуществления
RU2711572C1 (ru) Способ автономного определения уходов платформы трехосного гиростабилизатора