RU2659970C1 - Способ управления бесплатформенной гировертикалью с радиальной коррекцией и бесплатформенная гировертикаль для его реализации - Google Patents
Способ управления бесплатформенной гировертикалью с радиальной коррекцией и бесплатформенная гировертикаль для его реализации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2659970C1 RU2659970C1 RU2017127537A RU2017127537A RU2659970C1 RU 2659970 C1 RU2659970 C1 RU 2659970C1 RU 2017127537 A RU2017127537 A RU 2017127537A RU 2017127537 A RU2017127537 A RU 2017127537A RU 2659970 C1 RU2659970 C1 RU 2659970C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coordinate system
- digital platform
- unit
- input
- block
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 49
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229940103547 frova Drugs 0.000 description 1
- XPSQPHWEGNHMSK-SECBINFHSA-N frovatriptan Chemical compound N1C2=CC=C(C(N)=O)C=C2C2=C1CC[C@@H](NC)C2 XPSQPHWEGNHMSK-SECBINFHSA-N 0.000 description 1
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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Navigation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано в бесплатформенных инерциальных системах, в частности в гировертикалях, курсовертикалях и навигационных системах, при измерении углов крена и тангажа подвижного объекта. Способ управления бесплатформенной гировертикалью с радиальной коррекцией включает измерение угловых скоростей и линейных ускорений, преобразование приращения углов крена и тангажа из связанной системы координат в инерциальную, вычисление и компенсацию ошибок определения углов крена и тангажа при допустимых для управления цифровой платформой значениях величин линейных ускорений в инерциальной системе координат. При этом вычисление и компенсацию ошибок определения углов крена и тангажа цифровой платформы при превышении допустимых для управления величин ускорений в инерциальной системе координат осуществляют по угловым скоростям, определенным в инерциальной системе координат в процессе запуска датчиков угловых скоростей. Для реализации способа в бесплатформенную гировертикаль с радиальной коррекцией, содержащую блок датчиков угловых скоростей, блок датчиков линейных ускорений, блок цифровой платформы, блок вычисления углов крена и тангажа, блок пересчета линейных ускорений из связанной системы координат в инерциальную, блок управления цифровой платформой, дополнительно введены блок запоминания угловых скоростей в инерциальной системе координат в момент запуска датчиков угловых скоростей и блок сравнения линейных ускорений в инерциальной системе координат с допустимыми для управления цифровой платформой линейными ускорениями в инерциальной системе координат таким образом, что вход блока запоминания угловых скоростей соединен с выходом блока управления цифровой платформой, один вход блока сравнения линейных ускорений в инерциальной системе координат соединен с выходом блока запоминания угловых скоростей в инерциальной системе координат, а другой - с выходом упомянутого блока пересчета линейных ускорений, один выход упомянутого блока сравнения линейных ускорений соединен с входом блока управления цифровой платформой, а другой - с входом блока цифровой платформы. Технический результат заключается в повышении точности определения углов ориентации. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано в бесплатформенных инерциальных системах, в частности в гировертикалях, курсовертикалях и навигационных системах, при измерении углов крена и тангажа подвижного объекта.
Известны бесплатформенные навигационные системы, гировертикали и курсовертикали, описанные в патентах RU 2380656 С1 и RU 2382988 С1, в которых для обеспечения вычисления углов тангажа и крена с необходимой точностью во всех режимах движения объекта используется дополнительная информация о параметрах движения объекта от других источников информации - системы воздушных сигналов или спутниковой навигационной системы. Недостатком таких систем является их неавтономность и большой объем вычислений, требующий вычислителей большой мощности.
Известны бесплатформенные гировертикали с радиальной коррекцией, в которых по показаниям датчиков угловых скоростей с помощью цифровой вычислительной платформы определяется положение летательного объекта в инерциальной системе координат, а восстановление местной вертикали при движении объекта по сфере Земли осуществляется по показаниям акселерометров, измеряющих составляющие ускорения силы тяжести при равномерном движении объекта [1-3].
Недостатком таких гировертикалей является большая погрешность в определении углов крена и тангажа при разгонах и торможениях подвижного объекта, так как в этом случае акселерометры измеряют кажущееся ускорение, включающее в себя как составляющую от ускорения силы тяжести, так и составляющую ускорения от внешних сил (разгонных двигателей, центростремительных сил при координированных разворотах и виражах), воздействующих на подвижный объект.
Прототипом заявленного изобретения является способ управления бесплатформенной гировертикалью с радиальной коррекцией (патент RU 2348903 С1), включающий измерение угловых скоростей и линейных ускорений, преобразование приращения углов крена и тангажа из связанной системы координат в инерциальную, вычисление и компенсацию ошибок определения углов крена и тангажа при допустимых для управления цифровой платформой значениях величин линейных ускорений в инерциальной системе координат.
Реализация способа управления бесплатформенной гировертикалью с радиальной коррекцией по прототипу включает в себя трехосный блок датчиков угловых скоростей, трехосный блок датчиков линейных ускорений, блок цифровой платформы, блок вычисления углов крена и тангажа, блок перерасчета линейных ускорений из связанной системы координат в инерциальную систему координат, блок управления цифровой платформой с возможностью отключения управления цифровой платформой при превышении допустимых для управления значений величин линейных ускорений в инерциальной системе координат и включении управления цифровой платформой при уменьшении линейных ускорений в инерциальной системе координат до значений, допустимых для управления цифровой платформой [3].
Основной недостаток такого способа управления заключается в том, что, при разгонах и торможениях объекта, координированных разворотах и виражах вследствие отключения обратной связи по управлению происходит нарастание ошибок определения углов крена и тангажа, вызванных дрейфом датчиков угловых скоростей.
Задачей изобретения является обеспечение возможности компенсации дрейфа гироскопа при отключенной обратной связи,
Технический результат заключается в повышении точности определения углов ориентации.
Указанный технический результат достигается способом управления бесплатформенной гировертикалью с радиальной коррекцией, включающим измерение угловых скоростей и линейных ускорений, преобразование приращения углов крена и тангажа из связанной системы координат в инерциальную, вычисление и компенсацию ошибок определения углов крена и тангажа при допустимых для управления цифровой платформой значениях величин линейных ускорений в инерциальной системе координат, а вычисление и компенсацию ошибок определения углов крена и тангажа цифровой платформы при превышении допустимых для управления величин ускорений в инерциальной системе координат осуществляют по угловым скоростям, определенным в инерциальной системе координат в процессе запуска датчиков угловых скоростей.
Также технический результат достигается бесплатформенной гировертикалью с радиальной коррекцией, содержащей чувствительные элементы в виде трехосного блока микромеханических датчиков угловых скоростей, соединенного выходом с первым входом блока цифровой платформы, а также трехосного блока микромеханических датчиков линейных ускорений, соединенного выходом с первым входом блока пересчета линейных ускорений из связанной системы координат в инерциальную систему координат, соединенного вторым входом с первым выходом блока цифровой платформы, а выходом связанного с блоком управления цифровой платформой, который соединен своим первым выходом со вторым входом блока цифровой платформы, при этом блок цифровой платформы соединен своим вторым выходом со входом блока вычисления углов крена и тангажа, причем, дополнительно введены блок запоминания угловых скоростей в инерциальной системе координат в момент запуска датчиков угловых скоростей и блок сравнения линейных ускорений в инерциальной системе координат с допустимыми для управления цифровой платформой линейными ускорениями в инерциальной системе координат таким образом, что блок запоминания угловых скоростей в инерциальной системе координат входом соединен со вторым выходом блока управления цифровой платформой, а выходом соединен с первым входом блока сравнения линейных ускорений в инерциальной системе координат, который соединен вторым входом с выходом блока пересчета линейных ускорений из связанной системы координат в инерциальную систему координат, первым выходом соединен, а вторым выходом соединен со входом блока управления цифровой платформой с третьим входом блока цифровой платформы.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурно-функциональная блок-схема бесплатформенной гировертикали, реализующей способ управления бесплатформенной гировертикалью с радиальной коррекцией.
В соответствии с чертежом бесплатформенная гировертикаль с радиальной коррекцией содержит чувствительные элементы - трехосный блок 1 микромеханических датчиков угловых скоростей (гироскопов), трехосный блок 2 микромеханических датчиков линейных ускорений (акселерометров), а также блок 3 цифровой платформы, блок 4 вычисления углов крена и тангажа, блок 5 пересчета линейных ускорений из связанной системы координат в инерциальную систему координат, блок 6 управления цифровой платформой, блок 7 запоминания угловых скоростей в инерциальной системе координат в момент запуска датчиков угловых скоростей и блок 8 сравнения линейных ускорений в инерциальной системе координат с допустимыми для управления цифровой платформой линейными ускорениями в инерциальной системе координат. Блок 1 соединен выходом с первым входом блока 3. Блок 2 соединен выходом с первым входом блока 5, соединенного вторым входом с первым выходом блока 3. Блок 8 соединен первым выходом с третьим входом блока 3, а вторым выходом со входом блока 6, который своим первым выходом соединен со вторым входом блока 3, а вторым - со входом блока 7, соединенного выходом с первым входом блока 8, вторым входом соединенного с выходом блока 5. Блок 3 вторым выходом соединен со входом блока 4.
Заявленный способ и устройство работают следующим образом.
Информация об угловых скоростях в связанной системе координат по трем ортогональным осям летательного объекта передается из трехосного блока 1 микромеханических датчиков угловых скоростей в блок 3 цифровой платформы, в котором производится преобразование приращения углов из связанной системы координат в инерциальную и расчет коэффициентов aN матрицы направляющих косинусов. Коэффициенты матрицы aN направляющих косинусов передаются в блок 4 и в блок 5.
В блоке 4 по коэффициентам матрицы направляющих косинусов рассчитываются углы крена (γ) и тангажа (ϑ) летательного объекта в инерциальной системе координат.
Информация о линейных ускорениях в связанной системе координат по трем ортогональным осям летательного объекта передается из трехосного блока 2 микромеханических датчиков линейных ускорений в блок 5.
В блоке 5 по информации об угловом положении цифровой платформы, поступающей из блока 3 в виде коэффициентов aN матрицы направляющих косинусов, производится пересчет линейных ускорений из связанной системы координат в инерциальную систему координат.
Результаты расчета в виде проекций ускорений на инерциальные оси Ах,у передаются из блока 5 в блок 8.
В блоке 8 осуществляется анализ текущего значения Ах,у с заданным граничным Аг. В случае, когда текущее инерциальное ускорение меньше или равно граничному Ах,у≤Аг, его значение передается в блок 6.
В блоке 6 реализуется закон управления цифровой платформой с расчетом угловой скорости 
, корректирующей положение цифровой платформы по перекрестным инерциальным осям:
где kу - коэффициент усиления сигнала управления.
Сформированный в блоке 6 корректирующий сигнал , передается в блок 3, где будет скомпенсирована ошибка углового положения цифровой платформы.
В блоке 7 в процессе запуска гироскопа при неподвижном летательном аппарате вычисляется и запоминается значение корректирующей угловой скорости в виде нулевого сигнала ω0ху в инерциальной системе координат, поступающей из блока 6.
Если в блоке 8 инерциальное ускорение (Ах,у) больше, чем граничное (Аг), - Ах,у>Аг, то в блок 3 передается значение ω0ху, вычисленное в блоке 7 в процессе запуска гироскопов.
Таким образом, использование заявленного изобретения обеспечит компенсацию нулевого сигнала после отключения обратной связи, что приведет к увеличению точности определения углов ориентации.
Например, при использовании датчиков фирмы Analog Devices с дрейфом нулевого сигнала 0,055°/с в случае отключения обратной связи на 100 секунд накопленный угол составит 5,5° [4]. При использовании изложенного способа данная ошибка будет скомпенсирована.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Гироскопические системы, ч. II. Гироскопические приборы и системы. Под ред. Д.С. Пельпора. Учебное пособие для вузов по специальности «Гироскопические приборы и устройства». М., «Высшая школа», 1971, с. 488 (Механические гировертикали с радиальной коррекцией).
2. Браславский Д.А., Логунов С.С., Пельпор Д.С. Авиационные приборы и автоматы. Изд. 3-е перераб. и доп. М., машиностроение, 1978, с. 432.
3. Машнин М.Н. Компенсация ускорений, действующих на систему ориентации на борту малоразмерного беспилотного летательного аппарата, Сборник трудов XIV конференции молодых ученых «Навигация и управление движением». 13-16 марта, 2012 г. С-Петербург.
4. Analog Devices, Datasheet ADXRS649, Rev. В 23.02.2017.
Claims (2)
1. Способ управления бесплатформенной гировертикалью с радиальной коррекцией, включающий измерение угловых скоростей и линейных ускорений, преобразование приращения углов крена и тангажа из связанной системы координат в инерциальную, вычисление и компенсацию ошибок определения углов крена и тангажа при допустимых для управления цифровой платформой значениях величин линейных ускорений в инерциальной системе координат, отличающийся тем, что вычисление и компенсацию ошибок определения углов крена и тангажа цифровой платформы при превышении допустимых для управления величин ускорений в инерциальной системе координат осуществляют по угловым скоростям, определенным в инерциальной системе координат в процессе запуска датчиков угловых скоростей.
2. Бесплатформенная гировертикаль с радиальной коррекцией, содержащая чувствительные элементы в виде трехосного блока микромеханических датчиков угловых скоростей, соединенного выходом с первым входом блока цифровой платформы, а также трехосного блока микромеханических датчиков линейных ускорений, соединенного выходом с первым входом блока пересчета линейных ускорений из связанной системы координат в инерциальную систему координат, соединенного вторым входом с первым выходом блока цифровой платформы, а выходом связанного с блоком управления цифровой платформой, который соединен своим первым выходом со вторым входом блока цифровой платформы, при этом блок цифровой платформы соединен своим вторым выходом с входом блока вычисления углов крена и тангажа, отличающаяся тем, что дополнительно введены блок запоминания угловых скоростей в инерциальной системе координат в момент запуска датчиков угловых скоростей и блок сравнения линейных ускорений в инерциальной системе координат с допустимыми для управления цифровой платформой линейными ускорениями в инерциальной системе координат таким образом, что блок запоминания угловых скоростей в инерциальной системе координат входом соединен со вторым выходом блока управления цифровой платформой, а выходом соединен с первым входом блока сравнения линейных ускорений в инерциальной системе координат, который соединен вторым входом с выходом блока пересчета линейных ускорений из связанной системы координат в инерциальную систему координат, первым выходом соединен с третьим входом блока цифровой платформы, а вторым выходом соединен с входом блока управления цифровой платформой.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017127537A RU2659970C1 (ru) | 2017-08-02 | 2017-08-02 | Способ управления бесплатформенной гировертикалью с радиальной коррекцией и бесплатформенная гировертикаль для его реализации |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017127537A RU2659970C1 (ru) | 2017-08-02 | 2017-08-02 | Способ управления бесплатформенной гировертикалью с радиальной коррекцией и бесплатформенная гировертикаль для его реализации |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2659970C1 true RU2659970C1 (ru) | 2018-07-04 |
Family
ID=62815897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017127537A RU2659970C1 (ru) | 2017-08-02 | 2017-08-02 | Способ управления бесплатформенной гировертикалью с радиальной коррекцией и бесплатформенная гировертикаль для его реализации |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2659970C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2795261C1 (ru) * | 2022-04-11 | 2023-05-02 | Общество с ограниченной ответственностью НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ГИРОСКОПИЯ И НАВИГАЦИЯ" | Устройство для определения углов пространственной ориентации динамических и статических объектов |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2348903C1 (ru) * | 2007-11-09 | 2009-03-10 | Олег Степанович Салычев | Способ определения навигационных параметров бесплатформенной инерциальной навигационной системой |
| RU2436047C1 (ru) * | 2010-09-17 | 2011-12-10 | Александр Игоревич Клименко | Способ обработки информации о перемещении летательного аппарата |
| WO2013037034A1 (en) * | 2011-09-14 | 2013-03-21 | Trusted Positioning Inc. | Method and apparatus for navigation with nonlinear models |
| RU2574379C1 (ru) * | 2014-10-17 | 2016-02-10 | Акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (АО "МИЭА") | Способ управления бесплатформенной гировертикалью и устройство для его реализации |
-
2017
- 2017-08-02 RU RU2017127537A patent/RU2659970C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2348903C1 (ru) * | 2007-11-09 | 2009-03-10 | Олег Степанович Салычев | Способ определения навигационных параметров бесплатформенной инерциальной навигационной системой |
| RU2436047C1 (ru) * | 2010-09-17 | 2011-12-10 | Александр Игоревич Клименко | Способ обработки информации о перемещении летательного аппарата |
| WO2013037034A1 (en) * | 2011-09-14 | 2013-03-21 | Trusted Positioning Inc. | Method and apparatus for navigation with nonlinear models |
| RU2574379C1 (ru) * | 2014-10-17 | 2016-02-10 | Акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (АО "МИЭА") | Способ управления бесплатформенной гировертикалью и устройство для его реализации |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2801620C2 (ru) * | 2021-09-29 | 2023-08-11 | Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА") | Способ повышения точностных характеристик автономной, бесплатформенной гировертикали с интегральной коррекцией и устройство для его реализации |
| RU2795261C1 (ru) * | 2022-04-11 | 2023-05-02 | Общество с ограниченной ответственностью НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ГИРОСКОПИЯ И НАВИГАЦИЯ" | Устройство для определения углов пространственной ориентации динамических и статических объектов |
| RU2796075C1 (ru) * | 2022-12-06 | 2023-05-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Устройство управления креновой рамой курсовертикали |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6876926B2 (en) | Method and system for processing pulse signals within an inertial navigation system | |
| KR101739390B1 (ko) | 중력오차보상을 통한 관성항법장치의 자체정렬 정확도 향상기법 | |
| CN105509769B (zh) | 一种运载火箭捷联惯导全自主对准方法 | |
| RU2380656C1 (ru) | Комплексированная бесплатформенная инерциально-спутниковая система навигации на "грубых" чувствительных элементах | |
| Sokolovic et al. | Integration of INS, GPS, magnetometer and barometer for improving accuracy navigation of the vehicle | |
| CN110873563B (zh) | 一种云台姿态估计方法及装置 | |
| JP5338464B2 (ja) | 慣性航法装置、飛翔体及び航法データ算出方法 | |
| RU2504734C1 (ru) | Способ определения параметров модели погрешностей измерений акселерометров инерциальной навигационной системы по измерениям спутниковой навигации | |
| Reddy et al. | Advanced navigation system for aircraft applications | |
| RU2683144C1 (ru) | Способ определения ошибок ориентации измерительных осей лазерных гироскопов и маятниковых акселерометров в бесплатформенной инерциальной навигационной системе | |
| Sushchenko | Mathematical model of triaxial multimode attitude and heading reference system | |
| RU2659970C1 (ru) | Способ управления бесплатформенной гировертикалью с радиальной коррекцией и бесплатформенная гировертикаль для его реализации | |
| RU2502049C1 (ru) | Малогабаритная бесплатформенная инерциальная навигационная система средней точности, корректируемая от системы воздушных сигналов | |
| Hendy et al. | An integrated GPS/INS navigation system for land vehicle | |
| RU2615032C1 (ru) | Бесплатформенная инерциальная курсовертикаль на чувствительных элементах высокой точности | |
| RU2574379C1 (ru) | Способ управления бесплатформенной гировертикалью и устройство для его реализации | |
| Lima et al. | Performance evaluation of attitude estimation algorithms in the design of an ahrs for fixed wing uavs | |
| Zheng et al. | systematic calibration method for FOG inertial measurement units | |
| Vodicheva et al. | Improving the accuracy of angular rate determination for spinning vehicles | |
| CN103743379A (zh) | 一种管道检测器姿态检测方法及其检测装置 | |
| Kaicheng et al. | Simulation Model of Vehicle Inertial Sensor Based on Navigation Parameter Backtracking Algorithm | |
| Sotak | Testing the coarse alignment algorithm using rotation platform | |
| CN118347496B (zh) | 一种逆向导航方法及装置 | |
| RU2732520C1 (ru) | Устройство для определения пространственной ориентации ракеты космического назначения "союз-2" | |
| Hung et al. | A compensator to advance gyro-free INS precision |