RU2759446C1 - Method for determining orientation relative to the horizon plane - Google Patents

Method for determining orientation relative to the horizon plane Download PDF

Info

Publication number
RU2759446C1
RU2759446C1 RU2020134138A RU2020134138A RU2759446C1 RU 2759446 C1 RU2759446 C1 RU 2759446C1 RU 2020134138 A RU2020134138 A RU 2020134138A RU 2020134138 A RU2020134138 A RU 2020134138A RU 2759446 C1 RU2759446 C1 RU 2759446C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
roll
accelerometer
pitch
axis
sensitivity
Prior art date
Application number
RU2020134138A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Викторович Соколов
Вадим Алексеевич Погорелов
Андрей Борисович Шаталов
Елена Викторовна Савенкова
Игорь Николаевич Гашененко
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН)
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 автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН)
Priority to RU2020134138A priority Critical patent/RU2759446C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2759446C1 publication Critical patent/RU2759446C1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00

Abstract

FIELD: measuring technology.SUBSTANCE: invention relates to the field of measuring technology and can be used in the creation of navigation systems and systems for initial orientation of navigation and measuring complexes. The essence of the invention consists in the fact that in order to determine the orientation relative to the horizon plane, at the first stage, a sequential discrete rotation is carried out along the pitch angle of the base, in the plane of which two accelerometers are placed along the pitch and roll axes, at a given angle (n-1) times, in each position of the roll accelerometer, low-frequency filtering of its output signal and pairwise subtraction of signals received in neighboring positions, and the termination of rotation is determined by reaching a given magnitude n or changing the sign of the signal difference, obtained in adjacent positions; from an array of all possible values of the exact differences of the projections of the acceleration of gravity on the axis of the roll accelerometer, the selection of (n-1) values of the differences that maximally coincide according to a given criterion with a number of (n-1) values of the differences of the output signals of the roll accelerometer is carried out, after which the pitch angle of the nth position of the base relative to the horizon plane corresponding to the nth exact value of the projection of the acceleration of gravity on the axis of the roll accelerometer is determined; at the second stage, similar roll angle operations are performed for the pitch accelerometer, after which the roll angle of the nth position of the base relative to the horizon plane is determined.EFFECT: increase in the accuracy of determining orientation relative to the horizon plane using a wide class of accelerometers in the development of navigation systems and systems of initial orientation of navigation and measuring complexes.1 cl

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при создании навигационных систем и систем начальной ориентации навигационно-измерительных комплексов.The invention relates to the field of measuring technology and can be used to create navigation systems and systems of initial orientation of navigation-measuring complexes.

Известны способы определения ориентации относительно плоскости горизонта, основанные на управлении приведением вращающегося основания с расположенными на нем акселерометрами, оси чувствительности которых сориентированы по осям тангажа и крена, в плоскость горизонта по выходным сигналам этих акселерометров [Назаров Б.И. и др. Командно-измерительные приборы / М.: МО СССР, 1987 г., 640 с]. Недостатками их являются сложность управления разворотом основания и низкая точность, обусловленная отсутствием возможности компенсации различных помех измерения акселерометров.Known methods for determining the orientation relative to the plane of the horizon, based on the control of bringing a rotating base with accelerometers located on it, the axes of sensitivity of which are oriented along the axes of pitch and roll, into the plane of the horizon according to the output signals of these accelerometers [Nazarov B.I. and others. Command and measuring devices / M .: MO USSR, 1987, 640 s]. Their disadvantages are the complexity of base turn control and low accuracy due to the inability to compensate for various interference in the measurement of accelerometers.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ с использованием двух ортогонально расположенных в плоскости вращающегося основания акселерометров, оси чувствительности которых сориентированы по осям тангажа и крена, состоящий в вычислении углов тангажа и крена непосредственно по выходным сигналам этих акселерометров [В.В. Матвеев, В.Я. Распопов. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем / СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2009. 280 с.: стр. 162]. Недостатком данного способа является низкая точность, обусловленная невозможностью компенсации как постоянных, случайных в запуске, так и нестационарных случайных помех, присутствующих в выходном сигнале акселерометра.The closest to the proposed invention is a method using two accelerometers orthogonally located in the plane of the rotating base, the sensitivity axes of which are oriented along the pitch and roll axes, which consists in calculating the pitch and roll angles directly from the output signals of these accelerometers [V.V. Matveev, V. Ya. Raspopov. Fundamentals of building strapdown inertial navigation systems / SPb .: State Research Center of the Russian Federation OJSC "Concern" TsNII "Elektropribor", 2009. 280 p.: P. 162]. The disadvantage of this method is low accuracy, due to the impossibility of compensating for both constant, random in the start, and non-stationary random noise present in the output signal of the accelerometer.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи повышения точности определения ориентации относительно плоскости горизонта с использованием широкого класса акселерометров.The claimed invention is aimed at solving the problem of increasing the accuracy of determining the orientation relative to the horizon plane using a wide class of accelerometers.

Поставленная задача возникает при разработке навигационных систем и систем начальной ориентации навигационно-измерительных комплексов.The problem posed arises in the development of navigation systems and systems of initial orientation of navigation-measuring complexes.

Для обеспечения высокой точности определения ориентации относительно плоскости горизонта предлагается способ, заключающийся в том, что на первом этапе осуществляется последовательный дискретный поворот по углу тангажа вращающегося основания, в плоскости которого размещены ортогонально друг другу два акселерометра, оси чувствительности которых сориентированы по осям тангажа и крена (далее -акселерометры тангажа и крена, соответственно), на заданный угол (n-1) раз, в каждом очередном положении оси чувствительности акселерометра крена осуществляется низкочастотная фильтрация его выходного сигнала в течение фиксированного интервала времени, после чего осуществляется попарное вычитание выходных сигналов, полученных в соседних угловых положениях оси чувствительности акселерометра крена, и прекращение поворота определяется или достижением заданного значения величины n, или изменением знака разности сигналов, полученных в соседних угловых положениях оси чувствительности акселерометра крена; при этом до начала процесса изменения ориентации вращающегося основания рассчитываются точные разности значений проекций ускорения силы тяжести на ось чувствительности акселерометра крена для всех возможных соседних значений углов тангажа в заданном интервале их изменения, из массива которых методом перебора осуществляется выбор (n-1) последовательных значений точных разностей проекций ускорения силы тяжести, максимально совпадающих по заданному критерию совпадения с рядом соответствующих (n-1) значений разностей выходных сигналов, полученных в соседних угловых положениях оси чувствительности акселерометра крена, после чего определяется угол тангажа относительно плоскости горизонта, соответствующий n-му точному значению проекции ускорения силы тяжести на ось чувствительности акселерометра крена, который с высокой точностью является углом тангажа n-го положения вращающегося основания относительно плоскости горизонта; на втором этапе осуществляется последовательный дискретный поворот вращающегося основания по углу крена на заданный угол (n-1) раз, в каждом очередном положении оси чувствительности акселерометра тангажа осуществляется низкочастотная фильтрация его выходного сигнала в течение фиксированного интервала времени, после чего осуществляется попарное вычитание выходных сигналов, полученных в соседних угловых положениях оси чувствительности акселерометра тангажа, и прекращение поворота определяется или достижением заданного значения величины n, или изменением знака разности выходных сигналов, полученных в соседних угловых положениях оси чувствительности акселерометра тангажа; при этом до начала процесса изменения ориентации вращающегося основания рассчитываются точные разности значений проекций ускорения силы тяжести на ось чувствительности акселерометра тангажа для всех возможных соседних значений углов крена в заданном интервале их изменения при равном нулю угле тангажа, которые по окончании первого этапа масштабируются умножением на косинус угла тангажа n-го положения вращающегося основания относительно плоскости горизонта, после чего из полученного массива значений методом перебора осуществляется выбор (n-1) последовательных значений точных разностей проекций ускорения силы тяжести, максимально совпадающих по заданному критерию совпадения с рядом соответствующих (n-1) значений разностей выходных сигналов, полученных в соседних угловых положениях оси чувствительности акселерометра тангажа, после чего определяется угол крена относительно плоскости горизонта, соответствующий n-му точному значению проекции ускорения силы тяжести на ось чувствительности акселерометра тангажа, который с высокой точностью является углом крена n-го положения вращающегося основания относительно плоскости горизонта.To ensure high accuracy in determining the orientation relative to the horizon plane, a method is proposed, which consists in the fact that at the first stage, a sequential discrete rotation in the pitch angle of a rotating base is carried out, in the plane of which two accelerometers are placed orthogonally to each other, the sensitivity axes of which are oriented along the pitch and roll axes ( then - pitch and roll accelerometers, respectively), at a given angle (n-1) times, in each successive position of the roll accelerometer sensitivity axis, low-frequency filtering of its output signal is carried out for a fixed time interval, after which pairwise subtraction of the output signals obtained in adjacent angular positions of the axis of sensitivity of the roll accelerometer, and the cessation of rotation is determined either by reaching a predetermined value of the value n, or by changing the sign of the difference in signals obtained in adjacent angular positions of the axis of sensitivity of the roll accelerometer; In this case, before the start of the process of changing the orientation of the rotating base, the exact differences in the values of the projections of the gravity acceleration on the axis of the roll accelerometer are calculated for all possible neighboring values of the pitch angles in a given interval of their change, from the array of which the selection of (n-1) consecutive values of exact differences in the projections of the acceleration of gravity that maximally coincide according to a given criterion of coincidence with a number of corresponding (n-1) values of the differences in output signals obtained in adjacent angular positions of the roll accelerometer sensitivity axis, after which the pitch angle relative to the horizon plane is determined, corresponding to the n-th exact value the projection of the acceleration of gravity onto the axis of sensitivity of the roll accelerometer, which is, with high accuracy, the pitch angle of the n-th position of the rotating base relative to the plane of the horizon; at the second stage, a sequential discrete rotation of the rotating base along the roll angle by a given angle (n-1) times is carried out, in each successive position of the axis of sensitivity of the pitch accelerometer, low-frequency filtering of its output signal is carried out for a fixed time interval, after which pairwise subtraction of the output signals is carried out, obtained in adjacent angular positions of the axis of sensitivity of the pitch accelerometer, and the cessation of rotation is determined either by reaching a predetermined value of the value n, or by changing the sign of the difference between the output signals obtained in adjacent angular positions of the axis of sensitivity of the accelerometer; In this case, before the start of the process of changing the orientation of the rotating base, the exact differences in the values of the projections of the acceleration of gravity on the axis of sensitivity of the pitch accelerometer are calculated for all possible neighboring values of the roll angles in a given interval of their change at a zero pitch angle, which at the end of the first stage are scaled by multiplying by the cosine of the angle the pitch of the n-th position of the rotating base relative to the horizon plane, after which, from the resulting array of values, the enumeration method is used to select (n-1) consecutive values of the exact differences in the projections of the acceleration of gravity, which coincide as much as possible according to the given criterion of coincidence with a number of corresponding (n-1) values differences in the output signals obtained in adjacent angular positions of the axis of sensitivity of the pitch accelerometer, after which the roll angle relative to the horizon plane is determined, corresponding to the n-th exact value of the projection of the acceleration of gravity onto the axis of sensitivity the pitch lerometer, which is, with high accuracy, the roll angle of the n-th position of the rotating base relative to the horizon plane.

Существо способа состоит в следующем.The essence of the method is as follows.

Выходной сигнал Z широкого класса современных акселерометров (маятниковых, оптических, на основе MEMS-технологий и др.) может быть представлен в следующем виде:The output signal Z of a wide class of modern accelerometers (pendulum, optical, based on MEMS technologies, etc.) can be represented as follows:

Figure 00000001
Figure 00000001

где k - масштабный коэффициент измерения,where k is the scale factor of the measurement,

А - проекция измеряемого ускорения на ось чувствительности акселерометра;A - projection of the measured acceleration onto the axis of sensitivity of the accelerometer;

S=const - постоянная помеха, случайная в запуске,S = const - constant noise, random at startup,

W - широкополосная случайная помеха.W - broadband random noise.

С целью реализации высокоточного определения ориентации вращающегося основания (например, гироплатформы) в условиях помех измерения акселерометров в плоскости данного основания по осям тангажа и крена размещаются ортогонально друг другу два акселерометра, сигналы измерения которых описываются выражением (1). При отклонении вращающегося основания (ВО) от плоскости горизонта на углы тангажа ϑ и крена ϕ сигналы измерения акселерометров имеют вид [В.В. Матвеев, В.Я. Распопов. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем / СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2009. 280 с.: стр. 161, рис. 3.21]:In order to implement a high-precision determination of the orientation of a rotating base (for example, a gyro platform) in conditions of interference, measurements of accelerometers in the plane of this base along the pitch and roll axes are placed orthogonally to each other two accelerometers, the measurement signals of which are described by expression (1). When the rotating base (VO) deviates from the horizon plane by pitch angles ϑ and roll ϕ, the accelerometer measurement signals have the form [V.V. Matveev, V. Ya. Raspopov. Fundamentals of building strapdown inertial navigation systems / St. Petersburg: State Research Center of the Russian Federation OJSC "Concern" TsNII "Elektropribor", 2009. 280 p.: P. 161, fig. 3.21]:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где Zϑ, Zϕ - выходные сигналы измерения акселерометров, оси чувствительности которых сориентированы по осям тангажа и крена, соответственно,where Z ϑ , Z ϕ are the output signals of measurement of accelerometers, the sensitivity axes of which are oriented along the pitch and roll axes, respectively,

g - ускорение силы тяжести,g - acceleration of gravity,

Sϑ, Sϕ - постоянные случайные помехи акселерометров, оси чувствительности которых сориентированы по осям тангажа и крена, соответственно,S ϑ , S ϕ - constant random noise of accelerometers, the sensitivity axes of which are oriented along the pitch and roll axes, respectively,

Wϑ,Wϕ - широкополосные случайные помехи акселерометров, оси чувствительности которых сориентированы по осям тангажа и крена, соответственно.W ϑ , W ϕ - broadband random noise of accelerometers, the sensitivity axes of which are oriented along the pitch and roll axes, respectively.

Т.к. в исходном положении углы разворота ВО относительно плоскости горизонта по тангажу ϑ и крену ϕ неизвестны, то для выставки ВО относительно плоскости горизонта с высокой точностью на первом этапе осуществляется последовательный дискретный разворот ВО по углу тангажа на заданный угол Δϑ (n-1) раз и, соответственно, разворот акселерометра, ось чувствительности которого сориентирована по оси крена (далее - акселерометр Aϕ). В каждом очередном i-м (i=1, 2, …, n) положении оси чувствительности акселерометра Аϕ осуществляется низкочастотная фильтрация его выходного сигнала (например, с использованием фильтра Баттерворта высокого порядка) в течение фиксированного интервала времени, зависящего от частоты съема измерений акселерометра. По окончании процесса фильтрации выходной сигнал акселерометра Aϕ в i-м положении Zϕi становится равным:Because in the initial position, the AO turn angles relative to the horizon plane in pitch ϑ and roll ϕ are unknown, then for the AO alignment relative to the horizon plane with high accuracy at the first stage, a sequential discrete AO turn in pitch angle by a given angle Δ ϑ (n-1) times is carried out and , respectively, the reversal of the accelerometer, the sensitivity axis of which is oriented along the roll axis (hereinafter referred to as the accelerometer A ϕ ). At each successive i-th (i = 1, 2, ..., n) position of the sensitivity axis of the accelerometer A ϕ , low-frequency filtering of its output signal is carried out (for example, using a high-order Butterworth filter) for a fixed time interval depending on the measurement sampling frequency accelerometer. At the end of the filtering process, the output signal of the accelerometer A ϕ in the i-th position Z ϕi becomes equal to:

Figure 00000004
Figure 00000004

где ϑi - неизвестный угол тангажа оси чувствительности акселерометра Aϕ в i-м положении. Далее осуществляется попарное вычитание сигналов Zϕi, полученных в соседних угловых положениях оси чувствительности акселерометра Aϕ (углы разворота по тангажу которых отличаются на Δϑ):where ϑ i - unknown pitch angle of the axis of sensitivity of the accelerometer A ϕ in the i-th position. Then, pairwise subtraction of the signals Z ϕi obtained in the adjacent angular positions of the axis of sensitivity of the accelerometer A ϕ is carried out (the angles of rotation along the pitch of which differ by Δ ϑ ):

Figure 00000005
Figure 00000005

Прекращение поворота определяется или достижением заданного значения величины n, или изменением знака разности δi.The cessation of rotation is determined either by reaching a predetermined value of the value n, or by changing the sign of the difference δ i .

Эталонный массив точных значений

Figure 00000006
рассчитывается до начала процесса выставки ВО относительно плоскости горизонта для всех возможных значений углов ϑn в заданном интервале их изменения с требуемой точностью (максимальные значения границ интервала здесь будут равны
Figure 00000007
- при этом, например, при расчете углов ϑn с шагом дискретизации 10 угл. сек максимальный размер массива вычисленных значений разности косинусов составит всего 32400 значений, что для современных вычислителей трудности не представляет).Reference array of exact values
Figure 00000006
is calculated before the start of the AO alignment process relative to the horizon plane for all possible values of the angles ϑ n in a given interval of their variation with the required accuracy (the maximum values of the interval boundaries here will be equal
Figure 00000007
- in this case, for example, when calculating angles ϑ n with a sampling step of 10 ang. sec the maximum size of the array of calculated values of the difference of cosines will be only 32400 values, which is not difficult for modern calculators).

После формирования (n-2) значений δi на основании проведенных измерений осуществляется методом перебора выбор ряда (n-2) последовательных значении

Figure 00000006
из эталонного массива точных значении, максимально совпадающих с рядом (n-2) значений δi. Сравнение производится на основе заданных критериев совпадения, например,
Figure 00000008
Figure 00000009
где α, α1 - заданные величины;
Figure 00000010
и др.After the formation of (n-2) values of δ i on the basis of the measurements carried out by the enumeration method, the selection of a series of (n-2) consecutive values
Figure 00000006
from the reference array of exact values that coincide as much as possible with a series (n-2) of δ i values. The comparison is made based on the specified matching criteria, for example,
Figure 00000008
Figure 00000009
where α, α 1 - given values;
Figure 00000010
and etc.

После формирования ряда эталонных (n-2) последовательных точных значений

Figure 00000011
определяется соответствующий значению
Figure 00000012
угол δn=δn-1+Δϑ, который с высокой точностью и будет углом тангажа n-го положения оси чувствительности акселерометра Аϕ и, соответственно, ВО. На втором этапе осуществляется последовательный дискретный разворот ВО по углу крена на заданный угол Δϕ (n-1) раз и, соответственно, разворот акселерометра, ось чувствительности которого сориентирована по оси тангажа (далее - акселерометр Аϑ). В каждом очередном i-м (i=1, 2, …, n) положении оси чувствительности акселерометра Аϑ осуществляется низкочастотная фильтрация его выходного сигнала в течение фиксированного интервала времени, зависящего от частоты съема измерений данного акселерометра. По окончании процесса фильтрации выходной сигнал акселерометра Аϑ в i-м положении Zϑi становится равнымAfter the formation of a series of reference (n-2) consecutive accurate values
Figure 00000011
the corresponding value is determined
Figure 00000012
the angle δ n = δ n-1 + Δ ϑ, which with high accuracy will be the pitch angle of the n-th position of the sensitivity axis of the accelerometer A ϕ and, accordingly, VO. At the second stage, a sequential discrete turn of the AO along the roll angle by a given angle Δ ϕ (n-1) times and, accordingly, the turn of the accelerometer, the sensitivity axis of which is oriented along the pitch axis (hereinafter referred to as accelerometer A ϑ ), is carried out. In each successive i-th (i = 1, 2, ..., n) position of the sensitivity axis of the accelerometer A ϑ , low-frequency filtering of its output signal is carried out for a fixed time interval depending on the frequency of measurement of this accelerometer. At the end of the filtering process, the output signal of the accelerometer A ϑ in the i-th position Z ϑi becomes equal to

Figure 00000013
Figure 00000013

где ϕi - неизвестный угол крена оси чувствительности акселерометра Аϑ в i-м положении.where ϕ i - unknown roll angle of the axis of sensitivity of the accelerometer A ϑ in the i-th position.

Далее осуществляется попарное вычитание сигналов

Figure 00000014
, полученных в соседних угловых положениях оси чувствительности акселерометра Аϑ (углы разворота по крену которых отличаются на Δϕ):Next, pairwise subtraction of signals is carried out
Figure 00000014
obtained in adjacent angular positions of the accelerometer sensitivity axis A ϑ (the roll angles of which differ by Δ ϕ ):

Figure 00000015
Figure 00000015

Прекращение поворота определяется или достижением заданного значения величины n, или изменением знака разности σi.The cessation of rotation is determined either by reaching a predetermined value of the value n, or by changing the sign of the difference σ i .

Эталонный массив точных значений

Figure 00000016
рассчитывается следующим образом:Reference array of exact values
Figure 00000016
is calculated as follows:

- аналогично расчетам для углов тангажа до начала процесса выставки ВО относительно плоскости горизонта для всех возможных значений углов крена ϕn в заданном интервале их изменения рассчитываются значения

Figure 00000017
При этом в случае выбора Δϕ=Δϑ расчеты не производятся - используется массив полученных ранее значений
Figure 00000018
- массив полученных значений
Figure 00000019
масштабируется умножением на cosϑn:
Figure 00000020
- similarly to the calculations for the pitch angles before the start of the AO alignment process relative to the horizon plane, for all possible values of the roll angles ϕ n in a given interval of their change, the values are calculated
Figure 00000017
In this case, in the case of choosing Δ ϕ = Δ ϑ, calculations are not performed - an array of previously obtained values is used
Figure 00000018
- array of received values
Figure 00000019
scaled by multiplication by cosϑ n :
Figure 00000020

После формирования (n-2) значений σi на основании проведенных измерений методом перебора осуществляется выбор ряда (n-2) последовательных значений

Figure 00000021
из эталонного массива точных значений, максимально совпадающих с рядом (n-2) значений σi.. Сравнение производится на основе заданных критериев совпадения, например,
Figure 00000022
Figure 00000023
где α, α1 - заданные величины;
Figure 00000024
и др. После формирования ряда эталонных (n-2) последовательных точных значений
Figure 00000025
определяется соответствующий значению
Figure 00000026
угол ϕn=ϕn-1+Δϕ, который с высокой точностью и будет углом крена n-го положения оси чувствительности акселерометра Аϑ и, соответственно, ВО.After the formation of (n-2) values of σ i, based on the measurements carried out by the enumeration method, a series of (n-2) consecutive values is selected
Figure 00000021
from a reference array of exact values that coincide as much as possible with a series of (n-2) values of σ i .. The comparison is made based on the specified matching criteria, for example,
Figure 00000022
Figure 00000023
where α, α 1 - given values;
Figure 00000024
etc. After the formation of a series of reference (n-2) consecutive accurate values
Figure 00000025
the corresponding value is determined
Figure 00000026
angle ϕ n = ϕ n-1 + ∆ ϕ , which with high accuracy will be the roll angle of the n-th position of the axis of sensitivity of the accelerometer A ϑ and, accordingly, BO.

Таким образом, реализация предложенного способа позволяет в процессе начальной ориентации ВО исключить помехи измерения, характерные для широкого класса акселерометров, и тем самым существенно повысить точность процесса определения ориентации ВО относительно плоскости горизонта.Thus, the implementation of the proposed method makes it possible, in the process of the initial orientation of the AO, to exclude the measurement interference characteristic of a wide class of accelerometers, and thereby significantly increase the accuracy of the process of determining the orientation of the AO relative to the horizon plane.

Claims (1)

Способ определения ориентации вращающегося основания относительно плоскости горизонта, заключающийся в том, что на первом этапе осуществляется последовательный дискретный поворот по углу тангажа вращающегося основания, в плоскости которого размещены ортогонально друг другу два акселерометра, оси чувствительности которых сориентированы по осям тангажа и крена (далее - акселерометры тангажа и крена, соответственно), на заданный угол (n-1) раз, в каждом очередном положении оси чувствительности акселерометра крена осуществляется низкочастотная фильтрация его выходного сигнала в течение фиксированного интервала времени, после чего осуществляется попарное вычитание выходных сигналов, полученных в соседних угловых положениях оси чувствительности акселерометра крена, и прекращение поворота определяется или достижением заданного значения величины n, или изменением знака разности сигналов, полученных в соседних угловых положениях оси чувствительности акселерометра крена; при этом до начала процесса изменения ориентации вращающегося основания рассчитываются точные разности значений проекций ускорения силы тяжести на ось чувствительности акселерометра крена для всех возможных соседних значений углов тангажа в заданном интервале их изменения, из массива которых методом перебора осуществляется выбор (n-1) последовательных значений точных разностей проекций ускорения силы тяжести, максимально совпадающих по заданному критерию совпадения с рядом соответствующих (n-1) значений разностей выходных сигналов, полученных в соседних угловых положениях оси чувствительности акселерометра крена, после чего определяется угол тангажа относительно плоскости горизонта, соответствующий n-му точному значению проекции ускорения силы тяжести на ось чувствительности акселерометра крена, который с высокой точностью является углом тангажа n-го положения вращающегося основания относительно плоскости горизонта; на втором этапе осуществляется последовательный дискретный поворот вращающегося основания по углу крена на заданный угол (n-1) раз, в каждом очередном положении оси чувствительности акселерометра тангажа осуществляется низкочастотная фильтрация его выходного сигнала в течение фиксированного интервала времени, после чего осуществляется попарное вычитание выходных сигналов, полученных в соседних угловых положениях оси чувствительности акселерометра тангажа, и прекращение поворота определяется или достижением заданного значения величины n, или изменением знака разности выходных сигналов, полученных в соседних угловых положениях оси чувствительности акселерометра тангажа; при этом до начала процесса изменения ориентации вращающегося основания рассчитываются точные разности значений проекций ускорения силы тяжести на ось чувствительности акселерометра тангажа для всех возможных соседних значений углов крена в заданном интервале их изменения при равном нулю угле тангажа, которые по окончании первого этапа масштабируются умножением на косинус угла тангажа n-го положения вращающегося основания относительно плоскости горизонта, после чего из полученного массива значений методом перебора осуществляется выбор (n-1) последовательных значений точных разностей проекций ускорения силы тяжести, максимально совпадающих по заданному критерию совпадения с рядом соответствующих (n-1) значений разностей выходных сигналов, полученных в соседних угловых положениях оси чувствительности акселерометра тангажа, после чего определяется угол крена относительно плоскости горизонта, соответствующий n-му точному значению проекции ускорения силы тяжести на ось чувствительности акселерометра тангажа, который с высокой точностью является углом крена n-го положения вращающегося основания относительно плоскости горизонта.The method for determining the orientation of the rotating base relative to the horizon plane, which consists in the fact that at the first stage, a sequential discrete rotation in the pitch angle of the rotating base is carried out, in the plane of which two accelerometers are placed orthogonally to each other, the sensitivity axes of which are oriented along the pitch and roll axes (hereinafter referred to as accelerometers pitch and roll, respectively), at a given angle (n-1) times, in each successive position of the roll accelerometer sensitivity axis, low-frequency filtering of its output signal is carried out for a fixed time interval, after which pairwise subtraction of the output signals obtained in adjacent angular positions is carried out the axis of sensitivity of the roll accelerometer, and the cessation of rotation is determined either by reaching a predetermined value of the value n, or by changing the sign of the difference in signals obtained in adjacent angular positions of the axis of sensitivity of the roll accelerometer; In this case, before the start of the process of changing the orientation of the rotating base, the exact differences in the values of the projections of the gravity acceleration on the axis of the roll accelerometer are calculated for all possible neighboring values of the pitch angles in a given interval of their change, from the array of which the selection of (n-1) consecutive values of exact differences in the projections of the acceleration of gravity that maximally coincide according to a given criterion of coincidence with a number of corresponding (n-1) values of the differences in output signals obtained in adjacent angular positions of the roll accelerometer sensitivity axis, after which the pitch angle relative to the horizon plane is determined, corresponding to the n-th exact value the projection of the acceleration of gravity onto the axis of sensitivity of the roll accelerometer, which is, with high accuracy, the pitch angle of the n-th position of the rotating base relative to the plane of the horizon; at the second stage, a sequential discrete rotation of the rotating base along the roll angle by a given angle (n-1) times is carried out, in each successive position of the axis of sensitivity of the pitch accelerometer, low-frequency filtering of its output signal is carried out for a fixed time interval, after which pairwise subtraction of the output signals is carried out, obtained in adjacent angular positions of the axis of sensitivity of the pitch accelerometer, and the cessation of rotation is determined either by reaching a predetermined value of the value n, or by changing the sign of the difference between the output signals obtained in adjacent angular positions of the axis of sensitivity of the accelerometer; In this case, before the start of the process of changing the orientation of the rotating base, the exact differences in the values of the projections of the acceleration of gravity on the axis of sensitivity of the pitch accelerometer are calculated for all possible neighboring values of the roll angles in a given interval of their change at a zero pitch angle, which at the end of the first stage are scaled by multiplying by the cosine of the angle the pitch of the n-th position of the rotating base relative to the horizon plane, after which, from the resulting array of values, the enumeration method is used to select (n-1) consecutive values of the exact differences in the projections of the acceleration of gravity, which coincide as much as possible according to the given criterion of coincidence with a number of corresponding (n-1) values differences in the output signals obtained in adjacent angular positions of the axis of sensitivity of the pitch accelerometer, after which the roll angle relative to the horizon plane is determined, corresponding to the n-th exact value of the projection of the acceleration of gravity onto the axis of sensitivity the pitch lerometer, which is, with high accuracy, the roll angle of the n-th position of the rotating base relative to the horizon plane.
RU2020134138A 2020-10-19 2020-10-19 Method for determining orientation relative to the horizon plane RU2759446C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134138A RU2759446C1 (en) 2020-10-19 2020-10-19 Method for determining orientation relative to the horizon plane

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134138A RU2759446C1 (en) 2020-10-19 2020-10-19 Method for determining orientation relative to the horizon plane

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2759446C1 true RU2759446C1 (en) 2021-11-12

Family

ID=78607470

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020134138A RU2759446C1 (en) 2020-10-19 2020-10-19 Method for determining orientation relative to the horizon plane

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2759446C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2240507C1 (en) * 2003-06-09 2004-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет Аэрокосмического приборостроения" Device for determining the aircraft attitude
RU2302006C1 (en) * 2006-01-17 2007-06-27 Борис Михайлович Смирнов Arrangement for definition of an angular position of a mobile object
US10261176B2 (en) * 2013-05-15 2019-04-16 Flir Systems, Inc. Rotating attitude heading reference systems and methods
RU2698567C1 (en) * 2018-12-04 2019-08-28 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) Gyrocompassing method using angular velocity sensor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2240507C1 (en) * 2003-06-09 2004-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет Аэрокосмического приборостроения" Device for determining the aircraft attitude
RU2302006C1 (en) * 2006-01-17 2007-06-27 Борис Михайлович Смирнов Arrangement for definition of an angular position of a mobile object
US10261176B2 (en) * 2013-05-15 2019-04-16 Flir Systems, Inc. Rotating attitude heading reference systems and methods
RU2698567C1 (en) * 2018-12-04 2019-08-28 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) Gyrocompassing method using angular velocity sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101290326B (en) Parameter identification calibration method for rock quartz flexibility accelerometer measuring component
CN101246024B (en) Method for external field fast calibrating miniature multi-sensor combined navigation system
CN101109636A (en) Data processing method for optical fiber gyroscope north finding
CN111089576A (en) Method for determining actual output value of fiber-optic gyroscope and method for testing threshold value of fiber-optic gyroscope
RU2698567C1 (en) Gyrocompassing method using angular velocity sensor
RU2759446C1 (en) Method for determining orientation relative to the horizon plane
RU2683144C1 (en) Method of defining errors of orientation axles of laser gyroscopes and pendulum accelerometers in a strap down inertial navigation system
JPH04231813A (en) Method for measuring angle and angular characteristic curve
RU2619443C2 (en) Method of error estimating of three-axis gyroscope
RU2717566C1 (en) Method of determining errors of an inertial unit of sensitive elements on a biaxial rotary table
RU2577806C1 (en) Method of calibrating accelerometric three-axis inclinometer
US3140482A (en) System providing error rate damping of an autonavigator
RU2753900C1 (en) Method for gyro compassing using angular velocity sensor
CN103674066A (en) Method for testing fiber-optic gyroscope resolution ratio
RU2737383C1 (en) Gyrocompassing method using an angular velocity sensor
RU2313067C2 (en) Method of determination of flying vehicle navigational parameters and device for realization of this method
RU43376U1 (en) DEVICE FOR INITIAL EXHIBITION OF A GYRO-STABILIZED PLATFORM
RU2526585C2 (en) Determination of stationary wave orientation angle in solid-state wave gyro
Artemiev et al. Assessment of Drift of Gyroscopic Systems Built on the Basis of Microelectromechanical Sensors
RU2486472C1 (en) Method to calibrate sensitive elements of platform-free inertial navigation system in flight
RU2629539C1 (en) Method of measurement of magnetic course of mobile object
RU2781761C1 (en) Method for controlling the accuracy of areal gravity survey
RU2754964C1 (en) Azimuth determination method and dynamic gyrocompass
Morozov et al. Methodology for Determining the Delays in Sensor Measurements in Navigation Systems
Matveev et al. MEMS-based devices and systems for orientation, stabilization and navigation