RU2649026C1 - Устройство определения углов наклона блока инерциальных измерителей комплексной системы угловой ориентации относительно плоскости горизонта - Google Patents

Устройство определения углов наклона блока инерциальных измерителей комплексной системы угловой ориентации относительно плоскости горизонта Download PDF

Info

Publication number
RU2649026C1
RU2649026C1 RU2016150235A RU2016150235A RU2649026C1 RU 2649026 C1 RU2649026 C1 RU 2649026C1 RU 2016150235 A RU2016150235 A RU 2016150235A RU 2016150235 A RU2016150235 A RU 2016150235A RU 2649026 C1 RU2649026 C1 RU 2649026C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
unit
angular orientation
adder
Prior art date
Application number
RU2016150235A
Other languages
English (en)
Inventor
Анатолий Андреевич Потапов
Елена Серафимовна Купоросова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
Priority to RU2016150235A priority Critical patent/RU2649026C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2649026C1 publication Critical patent/RU2649026C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/22—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к способам определения угловой ориентации объекта, и может быть использовано при решении задач автономной навигации оперативных работников или мобильных роботов в закрытых пространствах при выполнении разведывательных или аварийно-спасательных работ в чрезвычайных ситуациях. Технический результат - повышение точности. Для этого устройство определения углов наклона блока инерциальных измерителей комплексной системы угловой ориентации относительно плоскости горизонта содержит инерциальную систему угловой ориентации 1 и блок комплексирования 16, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым выходами инерциальной системы угловой ориентации 1 соответственно. Инерциальная система угловой ориентации 1 состоит из блока инерциальных измерителей 2, включающего в себя три акселерометра и три датчика угловых скоростей, последовательно соединенного с вычислителем 3. Блок комплексирования 16 включает в себя дальномерную систему угловой ориентации 4 и блок компенсации 7. Первый и второй входы блока компенсации 7 соединены соответственно с первым и вторым входами блока комплексирования 16, а третий и четвертый входы соединены соответственно с первым и вторым выходами дальномерной системы угловой ориентации 4. Дальномерная система угловой ориентации 4 состоит из блока дальномеров 5, последовательно соединенного с вычислителем 6, первый и второй выходы которого соответственно являются первым и вторым выходами дальномерной системы угловой ориентации 4. Блок компенсации 7 состоит из двух структурно одинаковых схем компенсации 8 и 9, каждая из которых содержит два сумматора и низкочастотный фильтр. Первый вход сумматора 10 является первым входом схемы компенсации 8 и соединен с третьим входом блока компенсации 7, а второй, инвертирующий, вход является вторым входом схемы компенсации 8 и соединен с первым входом блока компенсации 7. Выход сумматора 10 соединен с входом низкочастотного фильтра 11, выход которого соединен с первым входом сумматора 12. Второй вход сумматора 12 является вторым входом схемы компенсации 8 и соединен с первым входом блока компенсации 7, а выход является выходом схемы компенсации 8, первым выходом блока компенсации 7 и первым выходом блока комплексирования 16. Первый вход сумматора 13 является первым входом схемы компенсации 9 и соединен с четвертым входом блока компенсации 7, а второй, инвертирующий, вход является вторым входом схемы компенсации 9 и соединен со вторым входом блока компенсации 7. Выход сумматора 13 соединен с входом низкочастотного фильтра 14, выход которого соединен с первым входом сумматора 15. Второй вход сумматора 15 является вторым входом схемы компенсации 9 и соединен с четвертым входом блока компенсации 7, а выход является выходом схемы компенсации 9, вторым выходом блока компенсации 7 и вторым выходом блока комплексирования 16. При этом в пешеходной навигационной системе обеспечивается повышение точности определения углов наклона БИИ относительно плоскости горизонта, а это повышает точность определения координат местоположения оперативного работника внутри здания. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам определения угловой ориентации объекта, и может быть использовано при решении задач автономной навигации оперативных работников или мобильных роботов в закрытых пространствах при выполнении разведывательных или аварийно-спасательных работ в чрезвычайных ситуациях.
Угловая ориентация объекта определяется параметрами ориентации, к которым могут быть причислены углы Эйлера-Крылова, параметры Родриго-Гамильтона, а также направляющие косинусы (Ишлинский А.Ю. Гироскопы, ориентация и инерциальная навигация. - М.: «Наука», 1976. - 672 с.) - [1].
Известна бесплатформенная система ориентации, построенная на трех датчиках угловой скорости, обрабатывая сигналы которых получают параметры ориентации (Анучин О.Н. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов / О.Н. Анучин, Г.И. Емельянцев. - Санкт-Петербург: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2003. - 390 с.) - [2]. К достоинствам данных систем можно отнести автономность и возможность выдачи информации с высокой частотой. К основным недостаткам данных систем причисляют наличие нарастающей со временем погрешности и зависимость точности от начальной выставки.
Известен способ определения параметров навигации (патент RU №2338160, опубл. 10.11.2008 г.) - [3], в котором для достижения высоких показателей точности навигации осуществляют комплексирование сигналов спутниковой и инерциальной навигационных систем. Путем сравнения показаний этих систем определяют скорректированные параметры навигации и величины ошибок значений параметров, вырабатываемых инерциальной навигационной системой. Затем осуществляют передачу вычисленных по этим ошибкам величин поправок в инерциальную навигационную систему для коррекции вырабатываемых ею в последующие моменты времени параметров навигации. Недостатки интегрированного способа инерциально-спутниковой навигации заключаются в том, что этим способом не обеспечивается полная автономность решения задачи персональной навигации. Кроме того, интегрированные персональные навигаторы, работающие по способу комплексной обработки информации, отличаются относительной сложностью, ненадежностью, дороговизной и необходимостью реализации алгоритмов вычисления навигационных невязок (алгоритмов RAJM-технологий).
Для сравнительного анализа с заявляемым изобретением взята бесплатформенная инерциальная навигационная система (патент US 5422817 А, опубл. 06.06.1995 г.) - [4], в которой сигналы акселерометров и датчиков угловых скоростей используются для вычисления углов ориентации путем расчета матрицы направляющих косинусов между связанной и навигационной системами координат. При этом происходит компенсация погрешностей сигналов ускорений акселерометров (американский термин «sculling»), обусловленная тем, что связанная система координат имеет угловую скорость по отношению к навигационной системе. После чего происходит пересчет ускорений из связанной системы координат в навигационную систему и их интегрирование с целью определения текущих скоростей и приращений координат.
У указанного устройства имеется традиционный недостаток любых инерциальных систем навигации, заключающийся в том, что ошибки в определении ориентации определяются точностью датчиков угловых скоростей и акселерометров, к тому же ошибки в определении координат растут с течением времени пропорционально скорости дрейфа датчиков угловых скоростей. Этот недостаток приводит к тому, что через некоторое время автономной работы вычисленная на борту носителя навигационная система будет отличаться от истинной навигационной системы на большие углы, что фактически ведет к неработоспособности способа навигации.
Техническая проблема заключается в накапливающейся со временем погрешности определения угловой ориентации объекта указанными способами из-за наличия собственных уходов блока инерциальных измерителей (БИИ).
Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в повышении точности определения углов наклона БИИ комплексной системы угловой ориентации (СУО) относительно плоскости горизонта, использующейся для целей персональной автономной навигации. Устройство обеспечивает полное определение углов наклона БИИ на основе информации, полученной посредством лучевого сканирования опорной поверхности, что обеспечивает в дальнейшем автономность определения координат объекта и возможность обнуления накапливающихся погрешностей измерений углов крена и тангажа БИИ.
Технический результат достигается тем, что в устройстве определения углов наклона БИИ комплексной СУО относительно плоскости горизонта, содержащем инерциальную систему угловой ориентации, которая состоит из блока инерциальных измерителей, включающего в себя три акселерометра и три датчика угловых скоростей, последовательно соединенного с вычислителем, выполненным с возможностью
определения начальных значений углов тангажа ϑи(t) и крена γи(t) при t=t0 по сигналам акселерометров,
вычисления угловых скоростей
Figure 00000001
и
Figure 00000002
по сигналам датчиков угловых скоростей ωx, ωy, ωz по формуле
Figure 00000003
формирования на своих выходах, являющихся первым и вторым выходами инерциальной системы угловой ориентации, сигналов
Figure 00000004
и
Figure 00000005
соответственно путем интегрирования по времени t угловых скоростей
Figure 00000006
и
Figure 00000007
новым является то, что:
оно содержит блок комплексирования, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым выходами инерциальной системы угловой ориентации соответственно, который включает в себя
дальномерную систему угловой ориентации, состоящую из блока дальномеров, измерительные оси ηi которых сходятся в точке О начала отсчета расстояний Li,
Figure 00000008
, n≥3 от блока инерциальных измерителей до опорной поверхности и образуют ребра пирамиды, составляющие с осью y системы координат, связанной с блоком инерциальных измерителей, углы σi, обеспечивая контакт измерительных осей дальномеров с опорной поверхностью, при этом ось η1 находится в первом квадранте плоскости yOz связанной системы координат, плоскости yOηi составляют с плоскостью yOz двугранные углы μi, а нумерация осей ηi и отсчет углов μi происходит против часовой стрелки при взгляде со стороны оси y, последовательно соединенного с вычислителем, реализующим решение системы уравнений
Figure 00000009
,
где
Figure 00000010
,
Figure 00000011
,
Figure 00000012
,
h - кратчайшее расстояние от точки О до опорной поверхности,
первый и второй выходы которого соответственно являются первым и вторым выходами дальномерной системы угловой ориентации,
и блок компенсации, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами блока комплексирования, а третий и четвертый входы соединены соответственно с первым и вторым выходами дальномерной системы угловой ориентации и реализованный согласно формулам
Figure 00000013
,
Figure 00000014
,
где
Figure 00000015
,
Figure 00000016
- сигналы, пропорциональные углам тангажа ϑ и крена γ соответственно, с первого и второго выходов блока компенсации, являющихся соответственно первым и вторым выходами блока комплексирования,
Figure 00000017
,
Figure 00000018
- сигналы с выходов инерциальной системы угловой ориентации, пропорциональные углам тангажа ϑи и крена γи соответственно;
Figure 00000019
,
Figure 00000020
- сигналы с первого и второго выходов дальномерной системы угловой ориентации, пропорциональные углам опорного тангажа α и опорного крена β соответственно,
F1(s) и F2(s) - передаточные функции апериодических звеньев, постоянные времени которых выбирают из условия максимального подавления погрешностей измерения и вычисления углов α, β при минимальном искажении погрешностей измерения и вычисления углов ϑи, γи.
При этом блок компенсации состоит из двух структурно одинаковых схем компенсации, каждая из которых содержит два сумматора и низкочастотный фильтр,
первый вход первого сумматора, являющийся первым входом первой схемы компенсации, соединен с третьим входом блока компенсации, а второй, инвертирующий, вход, являющийся вторым входом первой схемы компенсации, соединен с первым входом блока компенсации,
выход первого сумматора соединен с входом низкочастотного фильтра, выход которого соединен с первым входом второго сумматора,
второй вход второго сумматора, являющийся вторым входом первой схемы компенсации, соединен с первым входом блока компенсации, а выход является выходом первой схемы компенсации и первым выходом блока компенсации,
первый вход первого сумматора, являющийся первым входом второй схемы компенсации, соединен с четвертым входом блока компенсации, а второй, инвертирующий, вход, являющийся вторым входом второй схемы компенсации, соединен со вторым входом блока компенсации,
выход первого сумматора соединен с входом низкочастотного фильтра, выход которого соединен с первым входом второго сумматора,
второй вход второго сумматора, являющийся вторым входом второй схемы компенсации, соединен со вторым входом блока компенсации, а выход является выходом второй схемы компенсации и вторым выходом блока компенсации.
Реализация устройства определения углов наклона БИИ комплексной СУО относительно плоскости горизонта выполнена для частного случая схемы расположения дальномеров на БИИ при n=4, σ1=σ2=σ3=σ4=σ,
Figure 00000021
,
Figure 00000022
.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-4, где
фиг. 1 - схема расположения измерительных осей η1, η2, η3, η4 дальномеров относительно связанной системы координат Oxyz,
фиг. 2 - схема измерения угла опорного тангажа α при β=0,
фиг. 3 - схема измерения угла опорного крена β при α≠0,
фиг. 4 - схема комплексной СУО.
Здесь
О - точка схождения измерительных осей дальномеров;
xyz - связанная система координат;
η1, η2, η3, η4 - измерительные оси дальномеров;
σ1, σ2, σ3, σ4 - углы между осью у связанной системы координат и осями η1, η2, η3, η4 соответственно;
y0 - нормаль к опорной поверхности;
α - угол между осью z связанной системы координат и опорной поверхностью (угол опорного тангажа);
β - угол между плоскостями y0z и yz (угол опорного крена);
Li,
Figure 00000023
- расстояния между точкой О и опорной поверхностью, измеряемые дальномерами;
h - кратчайшее расстояние от точки О до опорной поверхности;
А, В - точки пересечения осей η1 и η3 с опорной поверхностью при β=0;
С - точка пересечения оси у с опорной поверхностью при β=0;
D, E - точки пересечения осей η2 и η4 с опорной поверхностью;
F - точка пересечения оси y с опорной поверхностью;
1 - инерциальная СУО;
2 - БИИ;
3 - вычислитель инерциальной СУО;
4 - дальномерная СУО;
5 - блок дальномеров;
6 - вычислитель дальномерной СУО;
7 - блок компенсации;
8, 9 - схемы компенсации;
10, 12, 13, 15 - сумматоры;
11, 14 - низкочастотные фильтры;
16 - блок комплексирования;
Figure 00000024
,
Figure 00000025
,
Figure 00000026
- сигналы акселерометров, пропорциональные проекциям вектора
Figure 00000027
на оси связанной системы координат;
Figure 00000028
,
Figure 00000029
,
Figure 00000030
- сигналы датчиков угловых скоростей, пропорциональные проекциям вектора
Figure 00000031
на оси связанной системы координат;
Figure 00000032
,
Figure 00000033
- сигналы с выходов инерциальной СУО, пропорциональные углам тангажа ϑи и углу крена γи соответственно;
Figure 00000034
,
Figure 00000035
,
Figure 00000036
,
Figure 00000037
- сигналы с выходов блока дальномеров, пропорциональные расстояниям L1, L2, L3, L4 соответственно;
Figure 00000038
,
Figure 00000039
- сигналы с выходов дальномерной СУО, пропорциональные углам опорного тангажа α и опорного крена β соответственно;
Figure 00000040
,
Figure 00000041
- сигналы с выходов блока комплексирования, пропорциональные углам тангажа ϑ и крена γ соответственно.
Устройство определения углов наклона БИИ комплексной СУО относительно плоскости горизонта (фиг. 4) содержит инерциальную СУО 1 и блок комплексирования 16, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым выходами инерциальной СУО 1 соответственно.
Инерциальная СУО 1 состоит из БИИ 2, включающего в себя три акселерометра и три датчика угловых скоростей, последовательно соединенного с вычислителем 3. Блок комплексирования 16 включает в себя дальномерную СУО 4 и блок компенсации 7. Первый и второй входы блока компенсации 7 соединены соответственно с первым и вторым входами блока комплексирования 16, а третий и четвертый входы соединены соответственно с первым и вторым выходами дальномерной СУО 4.
Дальномерная СУО 4 состоит из блока дальномеров 5, последовательно соединенного с вычислителем 6, первый и второй выходы которого соответственно являются первым и вторым выходами дальномерной СУО 4.
Блок компенсации 7 состоит из двух структурно одинаковых схем компенсации 8 и 9, каждая из которых содержит два сумматора и низкочастотный фильтр (Матвеев В.В., Распопов В.Я. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем. - СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2009. - 280 с.) - [5].
Первый вход сумматора 10 является первым входом схемы компенсации 8 и соединен с третьим входом блока компенсации 7, а второй, инвертирующий, вход является вторым входом схемы компенсации 8 и соединен с первым входом блока компенсации 7. Выход сумматора 10 соединен с входом низкочастотного фильтра 11, выход которого соединен с первым входом сумматора 12. Второй вход сумматора 12 является вторым входом схемы компенсации 8 и соединен с первым входом блока компенсации 7, а выход является выходом схемы компенсации 8, первым выходом блока компенсации 7 и первым выходом блока комплексирования 16.
Первый вход сумматора 13 является первым входом схемы компенсации 9 и соединен с четвертым входом блока компенсации 7, а второй, инвертирующий, вход является вторым входом схемы компенсации 9 и соединен со вторым входом блока компенсации 7. Выход сумматора 13 соединен с входом низкочастотного фильтра 14, выход которого соединен с первым входом сумматора 15. Второй вход сумматора 15 является вторым входом схемы компенсации 9 и соединен с четвертым входом блока компенсации 7, а выход является выходом схемы компенсации 9, вторым выходом блока компенсации 7 и вторым выходом блока комплексирования 16.
Работа устройства определения углов наклона БИИ комплексной СУО относительно плоскости горизонта заключается в следующем.
БИИ 2 инерциальной СУО 1 измеряет проекции вектора кажущегося ускорения a x, a y, a z и вектора угловой скорости ωx, ωy, ωz на оси связанной с БИИ 2 системы координат Oxyz. Сигналы
Figure 00000042
,
Figure 00000043
,
Figure 00000044
с выхода акселерометров БИИ 2 и сигналы
Figure 00000045
,
Figure 00000046
,
Figure 00000047
с выхода датчиков угловых скоростей БИИ 2 поступают в вычислитель 3. Сигналы акселерометров используются для определения начальных значений углов тангажа ϑи(t) и крена γи(t) при t=t0, а сигналы датчиков угловых скоростей ωx, ωy, ωz используются для преобразования по формуле
Figure 00000048
в угловые скорости
Figure 00000049
и
Figure 00000050
, интегрируя которые по времени t, получают значения углов ϑи и γи. Вычислитель 3 формирует на своих выходах сигналы, оценивающие угол крена γи (сигнал
Figure 00000051
на выходе 1) и угол тангажа ϑи (сигнал
Figure 00000052
на выходе 2) и являющиеся выходными сигналами инерциальной СУО 1.
Блок дальномеров 5 дальномерной СУО 4 измеряет расстояния L1, L2, L3, L4 от полюса О связанной системы координат до точек пересечения (точки А, Б фиг. 2, точки D, Е фиг. 3) измерительных осей дальномеров с плоскостью опорной поверхности. Измеряемые расстояния-векторы (отрезки OA=L1, OE=L2, OB=L3, OD=L4) в проекциях на оси связанной системы координат представлены выражениями:
Figure 00000053
Проекции векторов (2) на нормаль к опорной поверхности равны одному и тому же значению - расстоянию h от точки О до опорной поверхности. Для получения матрицы направляющих косинусов перехода от связанной системы координат к системе координат x0y0z0, ось y0 которой перпендикулярна плоскости опорной поверхности, а плоскость x0z0 параллельна опорной поверхности, связанная система координат развернута из исходного положения, в котором ось y совпадает с осью y0, сначала вокруг оси x на угол опорного тангажа α (фиг. 2), а затем вокруг оси z на угол опорного крена β (фиг. 3). Для определения проекций векторов (2) на нормаль к опорной поверхности y0 используется вторая строка матрицы направляющих косинусов
Figure 00000054
. Система уравнений (1) примет вид:
Figure 00000055
Figure 00000056
После выполнения операций с матрицами уравнения (3) и (4) преобразуются к виду:
Figure 00000057
Figure 00000058
При решении уравнений (6) относительно угла β получена формула
Figure 00000059
При решении уравнений (5) относительно угла α получена формула
Figure 00000060
Выражение для cosβ найдено по формуле
Figure 00000061
Окончательное выражение для определения угла α получено подстановкой (9) в (8):
Figure 00000062
Сигналы
Figure 00000063
,
Figure 00000064
,
Figure 00000065
,
Figure 00000066
с выхода блока дальномеров 4 поступают на вычислитель 6, который формирует на своих выходах сигналы, оценивающие угол опорного крена β (сигнал
Figure 00000067
на выходе 2) и угол опорного тангажа α (сигнал
Figure 00000068
на выходе 1) и являющиеся выходными сигналами дальномерной СУО 4.
На вход 1 сумматора 10 поступает сигнал
Figure 00000068
с входа 3 блока компенсации 7, а на инвертирующий вход 2 - сигнал
Figure 00000069
с входа 1 блока компенсации 7. Разностный сигнал
Figure 00000070
поступает на вход низкочастотного фильтра 11, с выхода которого сигнал
Figure 00000071
поступает на вход 1 сумматора 12. На вход 2 сумматора 12 поступает сигнал
Figure 00000069
с входа 1 блока компенсации 7. Выходной сигнал сумматора 12
Figure 00000072
является первым из двух выходных сигналов блока комплексирования 16.
На вход 1 сумматора 13 поступает сигнал
Figure 00000073
с входа 4 блока компенсации 7, а на вход 2 - сигнал
Figure 00000074
с входа 2 блока компенсации 7. На вход 2 сумматора 15 поступает сигнал
Figure 00000074
с входа 2 блока компенсации 7. Разностный сигнал
Figure 00000075
поступает на вход низкочастотного фильтра 14, с выхода которого сигнал
Figure 00000076
поступает на вход 1 сумматора 15. Выходной сигнал сумматора 15
Figure 00000077
является вторым из двух выходных сигналов блока комплексирования 16.
Выходные сигналы блока комплексирования 16 вычисляются по формулам
Figure 00000078
Выходные сигналы
Figure 00000079
,
Figure 00000080
инерциальной СУО 1 содержат погрешности εϑ, εγ.
Figure 00000081
Выходные сигналы
Figure 00000082
,
Figure 00000083
дальномерной СУО 4 содержат погрешности εα, εβ:
Figure 00000084
Скорректированные сигналы на выходе блока комплексирования 16 имеют вид:
Figure 00000085
Результирующие погрешности измерения тангажа
Figure 00000086
и крена
Figure 00000087
равны:
Figure 00000088
Низкочастотные фильтры 11 и 14 построены как апериодические звенья с передаточными функциями
Figure 00000089
,
Figure 00000090
, постоянные времени Т1, Т2 которых определены из условия максимального подавления погрешностей измерения и вычисления углов α, β при минимальном искажении погрешностей измерения и вычисления углов ϑи, γи. Таким образом, благодаря блоку комплексирования 16 выходные сигналы (14) содержат значения измеряемых углов ϑ и γ, неискаженные низкочастотными фильтрами 11 и 14, и погрешности (15), существенно ослабленные низкочастотными фильтрами 11 и 16 по сравнению с исходными погрешностями εϑ, εγ, εα, εβ.
Реализация устройства определения углов наклона БИИ комплексной СУО относительно плоскости горизонта.
В качестве БИИ могут быть использованы инерциальные модули, выполненные по MEMS-технологии, производимые фирмой Analog Devices. В качестве дальномеров могут быть применены миниатюрные лазерные или ультразвуковые дальномеры, например дальномеры фирмы FLIR. Реализация электронных узлов при современном уровне миниатюризации не составляет труда.
Применение найденного решения в пешеходной навигационной системе обеспечивает повышение точности определения углов наклона БИИ относительно плоскости горизонта, что, в свою очередь, существенно повышает точность определения координат местоположения оперативного работника внутри здания.
Список литературы
1. Ишлинский А.Ю. Гироскопы, ориентация и инерциальная навигация. - М.: «Наука», 1976. - 672 с.
2. Анучин О.Н. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов / О.Н. Анучин, Г.И. Емельянцев. - Санкт-Петербург: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2003. - 390 с.
3. Патент RU №2338160, опубл. 10.11.2008 г.
4. Патент US 5422817 А, опубл. 06.06.1995 г.
5. Матвеев В.В., Распопов В.Я. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем. - СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2009. - 280 с.

Claims (27)

1. Устройство определения углов наклона блока инерциальных измерителей комплексной системы угловой ориентации относительно плоскости горизонта, содержащее инерциальную систему угловой ориентации, которая состоит из блока инерциальных измерителей, включающего в себя три акселерометра и три датчика угловых скоростей, последовательно соединенного с вычислителем, выполненным с возможностью
определения начальных значений углов тангажа ϑи(t) и крена γи(t) при t=t0 по сигналам акселерометров,
вычисления угловых скоростей
Figure 00000091
и
Figure 00000092
по сигналам датчиков угловых скоростей ωx, ωy, ωz по формуле
Figure 00000093
формирования на своих выходах, являющихся первым и вторым выходами инерциальной системы угловой ориентации, сигналов
Figure 00000094
и
Figure 00000095
соответственно путем интегрирования по времени t угловых скоростей
Figure 00000096
и
Figure 00000097
, отличающееся тем, что
содержит блок комплексирования, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым выходами инерциальной системы угловой ориентации соответственно, который включает в себя
дальномерную систему угловой ориентации, состоящую из блока дальномеров, измерительные оси ηi которых сходятся в точке О начала отсчета расстояний Li,
Figure 00000098
, n≥3 от блока инерциальных измерителей до опорной поверхности и образуют ребра пирамиды, составляющие с осью y системы координат, связанной с блоком инерциальных измерителей, углы σi, обеспечивая контакт измерительных осей дальномеров с опорной поверхностью, при этом ось η1 находится в первом квадранте плоскости yOz связанной системы координат, плоскости yOηi составляют с плоскостью yOz двугранные углы μi, а нумерация осей ηi и отсчет углов μi происходит против часовой стрелки при взгляде со стороны оси y, последовательно соединенного с вычислителем, реализующим решение системы уравнений
Figure 00000099
где
Figure 00000100
Figure 00000101
Figure 00000102
h - кратчайшее расстояние от точки О до опорной поверхности,
первый и второй выходы которого соответственно являются первым и вторым выходами дальномерной системы угловой ориентации,
и блок компенсации, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами блока комплексирования, а третий и четвертый входы соединены соответственно с первым и вторым выходами дальномерной системы угловой ориентации и реализованный согласно формулам
Figure 00000103
Figure 00000104
где
Figure 00000105
- сигналы, пропорциональные углам тангажа ϑ и крена γ соответственно, с первого и второго выходов блока компенсации, являющихся соответственно первым и вторым выходами блока комплексирования,
Figure 00000106
- сигналы с выходов инерциальной системы угловой ориентации, пропорциональные углам тангажа ϑи и крена γи соответственно;
Figure 00000107
- сигналы с первого и второго выходов дальномерной системы угловой ориентации, пропорциональные углам опорного тангажа α и опорного крена β соответственно,
F1(s) и F2(s) - передаточные функции апериодических звеньев, постоянные времени которых выбирают из условия максимального подавления погрешностей измерения и вычисления углов α, β при минимальном искажении погрешностей измерения и вычисления углов ϑи, γи.
2. Устройство определения углов наклона блока инерциальных измерителей комплексной системы угловой ориентации относительно плоскости горизонта по п. 1, отличающееся тем, что блок компенсации состоит из двух структурно одинаковых схем компенсации, каждая из которых содержит два сумматора и низкочастотный фильтр,
первый вход первого сумматора, являющийся первым входом первой схемы компенсации, соединен с третьим входом блока компенсации, а второй, инвертирующий, вход, являющийся вторым входом первой схемы компенсации, соединен с первым входом блока компенсации,
выход первого сумматора соединен с входом низкочастотного фильтра, выход которого соединен с первым входом второго сумматора,
второй вход второго сумматора, являющийся вторым входом первой схемы компенсации, соединен с первым входом блока компенсации, а выход является выходом первой схемы компенсации и первым выходом блока компенсации,
первый вход первого сумматора, являющийся первым входом второй схемы компенсации, соединен с четвертым входом блока компенсации, а второй, инвертирующий, вход, являющийся вторым входом второй схемы компенсации, соединен со вторым входом блока компенсации,
выход первого сумматора соединен с входом низкочастотного фильтра, выход которого соединен с первым входом второго сумматора,
второй вход второго сумматора, являющийся вторым входом второй схемы компенсации, соединен со вторым входом блока компенсации, а выход является выходом второй схемы компенсации и вторым выходом блока компенсации.
RU2016150235A 2016-12-20 2016-12-20 Устройство определения углов наклона блока инерциальных измерителей комплексной системы угловой ориентации относительно плоскости горизонта RU2649026C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016150235A RU2649026C1 (ru) 2016-12-20 2016-12-20 Устройство определения углов наклона блока инерциальных измерителей комплексной системы угловой ориентации относительно плоскости горизонта

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016150235A RU2649026C1 (ru) 2016-12-20 2016-12-20 Устройство определения углов наклона блока инерциальных измерителей комплексной системы угловой ориентации относительно плоскости горизонта

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2649026C1 true RU2649026C1 (ru) 2018-03-29

Family

ID=61867171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016150235A RU2649026C1 (ru) 2016-12-20 2016-12-20 Устройство определения углов наклона блока инерциальных измерителей комплексной системы угловой ориентации относительно плоскости горизонта

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2649026C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU190904U1 (ru) * 2018-12-06 2019-07-16 Ярослав Сергеевич Ворошилов Устройство для измерения площадей сечения туннеля

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1679195A1 (ru) * 1989-10-31 1991-09-23 С.П.Ботуз с (53) 681.325,61 (088.8) Устройство дл прогнозировани состо ни систем управлени
US5422817A (en) * 1991-08-13 1995-06-06 Litton Systems, Inc. Strapdown inertial navigation system using high order
RU2207613C1 (ru) * 2002-03-15 2003-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Гранит" Бортовая аппаратура систем управления беспилотным летательным аппаратом
RU2284444C2 (ru) * 2003-06-24 2006-09-27 Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" Система наведения высокоточного оружия дальней зоны
RU2338160C1 (ru) * 2007-06-25 2008-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) Способ определения параметров навигации

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1679195A1 (ru) * 1989-10-31 1991-09-23 С.П.Ботуз с (53) 681.325,61 (088.8) Устройство дл прогнозировани состо ни систем управлени
US5422817A (en) * 1991-08-13 1995-06-06 Litton Systems, Inc. Strapdown inertial navigation system using high order
RU2207613C1 (ru) * 2002-03-15 2003-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Гранит" Бортовая аппаратура систем управления беспилотным летательным аппаратом
RU2284444C2 (ru) * 2003-06-24 2006-09-27 Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" Система наведения высокоточного оружия дальней зоны
RU2338160C1 (ru) * 2007-06-25 2008-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) Способ определения параметров навигации

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Анучин О.Н. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов / О.Н. Анучин, Г.И. Емельянцев. - Санкт-Петербург: ГНЦ РФ ЦНИИ "Электроприбор", 2003. - 390 с. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU190904U1 (ru) * 2018-12-06 2019-07-16 Ярослав Сергеевич Ворошилов Устройство для измерения площадей сечения туннеля

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110325833B (zh) 用于精确测量结构的系统及其方法
CN102636149B (zh) 挠性体动态变形的组合测量装置及测量方法
RU2380656C1 (ru) Комплексированная бесплатформенная инерциально-спутниковая система навигации на "грубых" чувствительных элементах
CN103630123B (zh) 一种波浪传感器
CN106443062B (zh) 无人机速度测量方法、装置及无人机
CN106679615A (zh) 基于激光测距及方位与倾斜测量的任意两点距离遥测方法
CN105988129A (zh) 一种基于标量估计算法的ins/gnss组合导航方法
RU2382988C1 (ru) Бесплатформенная инерциальная система ориентации на "грубых" чувствительных элементах
RU2649026C1 (ru) Устройство определения углов наклона блока инерциальных измерителей комплексной системы угловой ориентации относительно плоскости горизонта
RU2646941C1 (ru) Способ определения углов наклона блока инерциальных измерителей комплексной системы угловой ориентации относительно плоскости горизонта
KR20120107432A (ko) 아날로그 ｍｅｍｓ 센서를 이용하는 고정밀 ｉｎｓ 모듈 및 그 구동 방법
RU2462690C1 (ru) Интегрированная инерциально-спутниковая система ориентации и навигации
RU2548115C1 (ru) Безплатформенный навигационный комплекс с инерциальной системой ориентации на "грубых" чувствительных элементах и способ коррекции его инерциальных датчиков
RU2487318C1 (ru) Бесплатформенная инерциальная курсовертикаль на чувствительных элементах средней точности
CN111197994B (zh) 位置数据修正方法、装置、计算机设备和存储介质
CN111141285B (zh) 一种航空重力测量装置
RU2502049C1 (ru) Малогабаритная бесплатформенная инерциальная навигационная система средней точности, корректируемая от системы воздушных сигналов
Oszczak et al. The algorithm for determining the coordinates of a point in three-dimensional space by using the auxiliary point
CN109211266A (zh) 一种船用格网惯性导航系统综合校正方法
RU2348011C1 (ru) Навигационный комплекс
CN105258699B (zh) 基于重力实时补偿的惯性导航方法
RU2634071C1 (ru) Способ определения навигационных параметров и бесплатформенная инерциальная навигационная система для его осуществления
RU2581743C1 (ru) Бесплатформенная аппаратура счисления координат
RU84581U1 (ru) Лазерная система контроля и управления движением корабля
RU2629539C1 (ru) Способ измерения магнитного курса подвижного объекта

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191221