RU2790548C1 - Method for correction of the gyro vertical by the angle of attack - Google Patents
Method for correction of the gyro vertical by the angle of attack Download PDFInfo
- Publication number
- RU2790548C1 RU2790548C1 RU2022101915A RU2022101915A RU2790548C1 RU 2790548 C1 RU2790548 C1 RU 2790548C1 RU 2022101915 A RU2022101915 A RU 2022101915A RU 2022101915 A RU2022101915 A RU 2022101915A RU 2790548 C1 RU2790548 C1 RU 2790548C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- attack
- signals
- roll
- pitch
- angle
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для морских, воздушных и наземных объектов. Задачей изобретения является уменьшение требований к вычислительной мощности бортовой ЭВМ резервной гировертикали путем создания способа непрерывной коррекции по расчетному углу атаки ЛА.The invention relates to measuring technology and can be used for marine, air and ground objects. The objective of the invention is to reduce the requirements for the computing power of the on-board computer of the backup gyro-vertical by creating a method for continuous correction according to the estimated angle of attack of the aircraft.
В бесплатформенной гировертикали углы крена и тангажа вычисляются по информации от датчиков угловых скоростей. In a strapdown gyro-vertical, the roll and pitch angles are calculated from information from the angular velocity sensors.
Основным недостатком бесплатформенных систем является накопление ошибок, поэтому большое внимание уделяется точности используемых гироскопов. Данный недостаток устраняется путем коррекции ориентации по показаниям акселерометров, которые обеспечивают устранение накопления погрешности. При этом гироскопы снижают влияние динамики ЛА на точность. Такой способ коррекции называется маятниковым. Привлекательность маятниковой коррекции заключается в простоте, а также в исключении необходимости учитывать форму Земли, ее угловую скорость и местоположение ЛА. Недостатком является трудность выделения гравитационных составляющих из ускорений, измеряемых акселерометрами в полете.The main disadvantage of strapdown systems is the accumulation of errors, so much attention is paid to the accuracy of the gyroscopes used. This disadvantage is eliminated by correcting the orientation according to the readings of the accelerometers, which eliminate the accumulation of errors. At the same time, gyroscopes reduce the influence of aircraft dynamics on accuracy. This method of correction is called pendulum. The attractiveness of pendulum correction lies in its simplicity, as well as in the elimination of the need to take into account the shape of the Earth, its angular velocity and the location of the aircraft. The disadvantage is the difficulty of separating the gravitational components from the accelerations measured by accelerometers in flight.
Известен Способ коррекции бесплатформенной инерциальной навигационной системы, описанный в патенте RU 2564380, МПК G01C 21/06, опубликован 27.09.2015 г., бюллетень №27, принятый нами за прототип.A known Method for correcting a strapdown inertial navigation system is described in patent RU 2564380, IPC G01C 21/06, published on September 27, 2015, Bulletin No. 27, adopted by us as a prototype.
В известном способе на основании сигналов, поступающих с акселерометров, входящих в состав ИНС, определяют модуль абсолютного ускорения, действующего на объект, на котором установлена ИНС, используют сигналы, соответствующие угловой скорости объекта и оценивают сигнал, соответствующий земной скорости, осуществляют комплексирование данных сигналов и преобразованных сигналов, соответствующих линейным ускорениям с учетом параметров полета объекта, а адаптивную оценку крена и тангажа производят посредством фильтра Калмана, в котором коэффициент усиления изменяется в зависимости от текущих значений модулей перегрузки и линейной скорости, а также угловых скоростей.In a known method, based on the signals coming from the accelerometers included in the INS, the module of absolute acceleration acting on the object on which the INS is installed is determined, the signals corresponding to the angular velocity of the object are used and the signal corresponding to the earth's speed is evaluated, these signals are combined and of the converted signals corresponding to linear accelerations taking into account the flight parameters of the object, and the adaptive assessment of the roll and pitch is carried out using the Kalman filter, in which the gain varies depending on the current values of the overload modules and linear velocity, as well as angular velocities.
Недостаток известного способа заключается в том, что при маневрировании ЛА этот способ обладает недостаточной точностью. Это может привести к возникновению значительных погрешностей в результате постоянного маневрирования высокоманевренных ЛА. Для рекуррентного оценивания углов крена и тангажа при помощи фильтра Калмана требуется достаточно мощный резервный бортовой вычислитель.The disadvantage of the known method lies in the fact that when maneuvering the aircraft, this method has insufficient accuracy. This can lead to significant errors as a result of the constant maneuvering of highly maneuverable aircraft. For recursive estimation of roll and pitch angles using the Kalman filter, a sufficiently powerful backup onboard computer is required.
Целью заявляемого изобретения является обеспечение летательного аппарата углами крена и тангажа в резервном режиме с требуемой точностью и уменьшение требований к мощности резервного бортового вычислителя.The purpose of the claimed invention is to provide the aircraft with roll and pitch angles in standby mode with the required accuracy and to reduce the power requirements of the standby onboard computer.
Поставленная цель достигается за счет того, что в способе коррекции гировертикали по углу атаки, при котором на основании сигналов, поступающих с датчиков угловых скоростей и соответствующих угловым скоростям объекта, а также сигналов текущих значений крена и тангажа, осуществляют комплексирование и преобразование этих сигналов, дополнительно используют сигналы, равные величине расчетного угла атаки, которую определяют косвенным методом вычисления по уравнениям динамики полета, включающим нормальную перегрузку, а также параметры полета, поступающие от системы воздушных сигналов (СВС) - параметры скоростного напора, горизонтальную и вертикальную воздушные скорости, площадь крыла и вес ЛА, коэффициент подъемной силы, - при этом углы крена и тангажа определяют через расчетный угол атаки, используя угловые скорости с учетом назначаемого порога интенсивности вращения, в соответствии с которым постоянная времени интеграторов переключается с малого на большое значение при превышении порога интенсивности вращения.This goal is achieved due to the fact that in the method for correcting the gyro-vertical by the angle of attack, in which, based on the signals coming from the angular velocity sensors and corresponding to the angular velocities of the object, as well as the signals of the current roll and pitch values, these signals are combined and converted, additionally use signals equal to the value of the calculated angle of attack, which is determined by an indirect calculation method according to the flight dynamics equations, including normal overload, as well as flight parameters coming from the air signal system (ACS) - dynamic head parameters, horizontal and vertical air speeds, wing area and the weight of the aircraft, the lift coefficient, - in this case, the roll and pitch angles are determined through the calculated angle of attack, using the angular velocities, taking into account the assigned rotation intensity threshold, according to which the time constant of the integrators switches from a small to a large value when the threshold is exceeded rotation intensity.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема коррекции по каналу крена, на фиг. 2 представлена структурная схема коррекции по каналу тангажа. Для анализа точности работы схем использовались процессы движения легкого самолета, полученные с помощью имитации полета на авиасимуляторе (фиг. 3 -9). На фиг. 3 показана путевая скорость; на фиг. 4 - абсолютная высота; на фиг.5 - угол атаки; на фиг. 6: 1 - угловая скорость wx, 2 - угловая скорость wy, 3 - угловая скорость wz; на фиг. 7: 1 - тангаж, 2 - крен; на фиг. 8: 1 - тангаж, 2 - оценка при комплексировании схем инерциальной курсовертикали (ИКВ) и СВС: на фиг. 9: 1 - крен, 2 - оценка при комплексировании схем ИКВ и СВС.The essence of the invention is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows a block diagram of the roll channel correction, FIG. 2 shows a block diagram of the pitch channel correction. To analyze the accuracy of the operation of the schemes, the processes of the movement of a light aircraft obtained by simulating a flight on a flight simulator were used (Fig. 3-9). In FIG. 3 shows ground speed; in fig. 4 - absolute height; figure 5 - angle of attack; in fig. 6: 1 - angular velocity wx, 2 - angular velocity wy, 3 - angular velocity wz; in fig. 7: 1 - pitch, 2 - roll; in fig. 8: 1 - pitch, 2 - evaluation when combining the inertial course-vertical (IKV) and SVS schemes: in Fig. 9: 1 - roll, 2 - assessment when combining the SCR and SHS schemes.
Суть работы способа излагается ниже.The essence of the method is described below.
Используют известные динамические уравнения Эйлера для определения углов крена и тангажа (схема ИКВ):The well-known dynamic Euler equations are used to determine the roll and pitch angles (IKV scheme):
где ωz и ωх угловые скорости по связанным осям ЛА, γ и ϑ текущие значения углов крена и тангажа.where ω z and ω x are the angular velocities along the associated axes of the aircraft, γ and ϑ are the current values of the roll and pitch angles.
Эти углы можно использовать для управления ЛА либо непосредственно, либо после корректировки по углу атаки. Угол атаки получают от СВС, в которой он определяется по известным соотношениям из уравнений динамики ЛА в соответствии с формуламиThese angles can be used to steer the aircraft either directly or after adjusting for the angle of attack. The angle of attack is obtained from the SHS, in which it is determined from the known relations from the aircraft dynamics equations in accordance with the formulas
Суа=Ya/(q S);С ua =Y a /(q S);
Ya=nya ⋅ mg,Y a \u003d n ya ⋅ mg,
где Cya- коэффициент подъемной силы,where C ya is the lift coefficient,
Ya - подъемная сила.Y a - lifting force.
Используя соотношение Cya=f(α), можно получить угол атаки (α). Здесь Cya - текущий коэффициент подъемной силы, α- угол атаки.Using the ratio C ya =f(α), you can get the angle of attack (α). Here C ya is the current lift coefficient, α is the angle of attack.
Необходимо записать эту функцию в память бортового вычислителя. Данная функция известна из результатов аэродинамических продувок для конкретного ЛА. В противном случае ее вычисляют по конструктивным параметрам ЛА. Имея характеристику α=f1-(Cya), можно вычислить угол атаки.It is necessary to write this function into the memory of the on-board computer. This function is known from the results of aerodynamic blowdowns for a particular aircraft. Otherwise, it is calculated from the design parameters of the aircraft. Having the characteristic α=f 1- (C ya ), you can calculate the angle of attack.
Для определения углов крена и тангажа через воздушную скорость и угол атаки воспользуемся известными выражениями из динамики полета самолета (схема СВС):To determine the roll and pitch angles through airspeed and angle of attack, we use the known expressions from the aircraft flight dynamics (SHS scheme):
Схема СВС для определения углов крена и тангажа может использоваться как самостоятельно, так и при комплексировании со схемой ИКВ. Для анализа точности работы схем как по отдельности, так и при их комплексировании использовались процессы движения легкого самолета, полученные с помощью моделирования и имитации полета на авиасимуляторе (фиг. 3-9). Все представленные процессы согласованы между собой и соответствуют полету самолета по некоторому заданному маршруту.The SHS scheme for determining the roll and pitch angles can be used both independently and when combined with the IKV scheme. To analyze the accuracy of the operation of the schemes, both separately and when they were combined, the processes of the movement of a light aircraft obtained by modeling and simulating a flight on a flight simulator were used (Fig. 3-9). All presented processes are coordinated with each other and correspond to the flight of an aircraft along a certain given route.
При моделировании ошибки измерения датчиков имитировались как постоянные и случайные.When modeling, the measurement errors of the sensors were simulated as constant and random.
Постоянная времени Т в схемах ИКВ принималась равной 15 с. Полученные с помощью имитации полета на авиасимуляторе параметры приведены на фиг. 3-7.The time constant T in the IKV schemes was taken equal to 15 s. The parameters obtained with the help of flight simulation on the flight simulator are shown in Fig. 3-7.
Комплексирование схем ИКВ и СВС.Combination of IKV and SHS schemes.
Рассматривался способ комплексирования, при котором результирующие оценки принимались средними взвешенными оценок схем ИКВ и СВС.The method of integration was considered, in which the resulting estimates were taken as weighted averages of the estimates of the SCR and SHS schemes.
при |ϑikv-ϑcvc|<pϑ, for |ϑ ikv -ϑ cvc |<p ϑ ,
при |ϑikv-ϑcvc|ϑ≥pϑ, for |ϑ ikv -ϑ cvc |ϑ≥p ϑ ,
aikv1+acvc1=1, aikv2+acvc2=1, aikv1 +a cvc1 =1, aikv2 +a cvc2 =1,
при |γikv-γcvc|<рγ, for |γ ikv -γ cvc |<р γ ,
при |γikv-γcvc|≥pγ, for |γ ikv -γ cvc |≥p γ ,
bikv1+bcvc1=1 bikv2+bcvc2=1b ikv1 +b cvc1 =1 b ikv2 +b cvc2 =1
Здесь: aikv1, aikv2, acvc1, acvc2, bikv1, bikv2, bcvc1, bcvc2 - весовые коэффициенты, pϑ, pγ - пороговые значения модулей рассогласований между оценками схем ИКВ и СВС.Here: a ikv1 , a ikv2 , a cvc1 , a cvc2 , b ikv1 , b ikv2 , b cvc1 , b cvc2 - weight coefficients, p ϑ , p γ - threshold values of mismatch modulus between estimates of IKV and SHS schemes.
Пороги и весовые коэффициенты назначают так, чтобы больше доверять схеме СВС и корректировать ее показания при слишком больших выбросах оценок, превышающих динамические ошибки схемы ИКВ.Thresholds and weighting coefficients are assigned in such a way as to give more confidence to the SHS scheme and correct its readings if the estimation outliers are too large, exceeding the dynamic errors of the SCR scheme.
Осуществляют изменение постоянной времени Т апериодических звеньев, играющих роль приближенных интеграторов уравнений Эйлера, в зависимости от интенсивности вращения ЛА. Индикатором интенсивности вращения принят модуль угловой скорости ЛА, пропущенный через фильтр низкой частоты (ФНЧ) второго порядка, который обозначим |ω|f. Постоянная времени ФНЧ 0.5 с.The time constant T of aperiodic links, which play the role of approximate integrators of the Euler equations, is changed depending on the intensity of rotation of the aircraft. The indicator of the intensity of rotation adopted the module of the angular velocity of the aircraft, passed through a low-frequency filter (LPF) of the second order, which is denoted by |ω| f . LPF time constant 0.5 s.
Назначают порог интенсивности вращения Por|ω|f. Постоянная времени интеграторов переключается с малого на большое значение при превышении порога интенсивности вращения:The rotation intensity threshold Por|ω| f . The time constant of the integrators switches from a small to a large value when the rotation intensity threshold is exceeded:
T=Tmin при f|ω|f < Por|ω|f,T=T min at f |ω| f < Por|ω| f ,
Т=Tmax при |ω|f ≥ Por|ω|f,T=T max at |ω| f ≥ Por|ω| f ,
Tmin=30, Tmax=500T min =30, T max =500
На фиг. 8, 9 представлены оценки тангажа и крена при комплексировании схем ИКВ и СВС.In FIG. Figures 8 and 9 show the pitch and roll estimates when combining the IKV and SHS schemes.
Схемы СВС и ИКВ обеспечивают приемлемую точность оценивания крена и тангажа при выполнении следующих условий:SHS and IKV schemes provide acceptable accuracy of pitch and roll estimation under the following conditions:
- достаточно точное измерение угла атаки;- sufficiently accurate measurement of the angle of attack;
- малое влияние ветра на разность между воздушной и путевой скоростями. Оценки углов при тангаже 90 градусов не поддерживаются.- small influence of wind on the difference between air and ground speeds. 90 degree pitch angle estimates are not supported.
По данным моделирования на авиасимуляторе и при указанных погрешностях датчиков комплексирование схем ИКВ со схемами СВС обеспечивает СКО погрешностей до уровня 0.8 градуса при этом смещение оценок крена и тангажа имеет порядок 0.5 градуса.According to the simulation data on the flight simulator and with the specified sensor errors, the integration of the IKV schemes with the SHS schemes provides the standard deviation of errors up to the level of 0.8 degrees, while the roll and pitch estimates are shifted by about 0.5 degrees.
Техническим результатом использования изобретения является уменьшение требований к вычислительной мощности ЭВМ резервной гировертикали и получение значений углов, удовлетворяющих требованиям точности к резервной системе определения углов крена и тангажа.The technical result of using the invention is to reduce the requirements for computing power of the backup gyro-vertical computer and obtain angle values that meet the accuracy requirements for the backup system for determining roll and pitch angles.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2790548C1 true RU2790548C1 (en) | 2023-02-22 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7430460B2 (en) * | 2005-03-23 | 2008-09-30 | Price Ricardo A | Method for determining roll rate gyro bias in an attitude heading reference system |
RU2373562C2 (en) * | 2007-07-03 | 2009-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет Аэрокосмического приборостроения" | Method and device for controlling horizontal orientation of aircraft |
RU2502050C1 (en) * | 2012-07-02 | 2013-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Инновационные технологии" | Method and device of control of inertial navigation system |
RU2564380C1 (en) * | 2014-05-16 | 2015-09-27 | Открытое акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (ОАО МНПК "Авионика") | Correction method of strap-down inertial navigation system |
RU2713585C1 (en) * | 2019-01-29 | 2020-02-05 | Акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Method of forming air-speed parameters of a manoeuvrable object |
RU2714144C2 (en) * | 2016-12-22 | 2020-02-12 | Открытое акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (ОАО МНПК "Авионика") | Small-size adaptive attitude-and-heading reference system |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7430460B2 (en) * | 2005-03-23 | 2008-09-30 | Price Ricardo A | Method for determining roll rate gyro bias in an attitude heading reference system |
RU2373562C2 (en) * | 2007-07-03 | 2009-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет Аэрокосмического приборостроения" | Method and device for controlling horizontal orientation of aircraft |
RU2502050C1 (en) * | 2012-07-02 | 2013-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Инновационные технологии" | Method and device of control of inertial navigation system |
RU2564380C1 (en) * | 2014-05-16 | 2015-09-27 | Открытое акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (ОАО МНПК "Авионика") | Correction method of strap-down inertial navigation system |
RU2714144C2 (en) * | 2016-12-22 | 2020-02-12 | Открытое акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (ОАО МНПК "Авионика") | Small-size adaptive attitude-and-heading reference system |
RU2713585C1 (en) * | 2019-01-29 | 2020-02-05 | Акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Method of forming air-speed parameters of a manoeuvrable object |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9057627B2 (en) | Low cost flight instrumentation system | |
US6819983B1 (en) | Synthetic pressure altitude determining system and method with wind correction | |
US6474159B1 (en) | Motion-tracking | |
CN106500693B (en) | A kind of AHRS algorithm based on adaptive extended kalman filtering | |
RU2236697C2 (en) | Reserve heading and spatial attitude indication system | |
CN109000640B (en) | Vehicle GNSS/INS integrated navigation method based on discrete grey neural network model | |
US7970501B2 (en) | Methods and systems utilizing true airspeed to improve vertical velocity accuracy | |
CN102252677A (en) | Time series analysis-based variable proportion self-adaptive federal filtering method | |
RU2749152C1 (en) | Adaptive attitude angle corrector for strapdown inertial navigation system | |
RU2647205C2 (en) | Adaptive strap down inertial attitude-and-heading reference system | |
RU2564380C1 (en) | Correction method of strap-down inertial navigation system | |
RU2539140C1 (en) | Integrated strapdown system of navigation of average accuracy for unmanned aerial vehicle | |
CN113340298A (en) | Inertial navigation and dual-antenna GNSS external reference calibration method | |
Gao et al. | An integrated land vehicle navigation system based on context awareness | |
JP4149913B2 (en) | Integrated inertia VMS navigation with inertia odometer correction | |
US4853861A (en) | Windshear measurement system | |
RU2564379C1 (en) | Platformless inertial attitude-and-heading reference | |
RU2646954C2 (en) | Correction method of strap down inertial navigation system | |
RU2790548C1 (en) | Method for correction of the gyro vertical by the angle of attack | |
RU2635820C1 (en) | Method of correction of platform-free inertial navigation system | |
CN108761420A (en) | A kind of compensation method of the solid-state pathfinder target detection peculiar to vessel based on MEMS | |
RU2589495C1 (en) | Method of determining spatial orientation angles of aircraft and device therefor | |
RU2646957C1 (en) | Complex method of aircraft navigation | |
RU2502049C1 (en) | Small-size platformless inertial navigation system of medium accuracy, corrected from system of air signals | |
RU2643201C2 (en) | Strap down inertial attitude-and-heading reference |