SE527769C2 - Förfarande och anordning för bestämning av rollvinkel - Google Patents

Description

20 25 30 527 769 Rotationen runt den planfixa y-axeln kan då uttryckas som mätsignaler av de kroppsfasta rotationssensorsigrialerna och därefter kan rollvinkeln beräknas. myrar = wyrr 'CO-Sw) 5013:-' = “wypr 'Sin(ø) myßr Granaten påverkas emellertid inte enbart av g-vektorn utan även av lufihavet och framförallt vindturbulens i lufthavet. Detta ger upphov till momentstörningar runt koordinataxlarna yBF och zBp. Detta i sin tur ger upphov till rotationer i mys; och (amp.

Dessa rotationer kan vara en tiopotens större än rotationen mypp orsakad av g-vektoms inverkan på banan. I praktiken kan därför inte den enkla formeln ovan användas för att direkt beräkna rollvinkeln. För att komma tillrätta med de kroppsfasta rotationssensorsignalerna filtreras därför signalema. Det har emellertid visat sig svårt att effektivt filtrera mätsignalerna som är olinj ära. Exempelvis har linjära filter av Kalmantyp visat sig vara svåra att använda. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förfarande och en anordning för bestämning av rollvinkel som effektivare och enklare eliminerar de rotationssigiialstömingar på grund av momentstörningar som uppstår nmt kroppens kroppsfasta koordinataxlar mys; och camp. Uppfmningsändamålet uppnås genom ett förfarande kännetecknat av att i sensoremas rotationssigialer nyttig mätsigrial blandas ned till noll i frekvens och att rotationssignalema därefter lågpassfiltreras, samt en anordning kännetecknad av att filteranordningen innefattar en blandare för att blanda ned i sensoremas rotationssignaler nyttig mätsignal till noll i frekvens och lågpassfilter för att därefter lågpassfiltrera nedblandade rotationssignaler med nyttig mätsignal. Genom uppfinningen är ett förfarande och en anordning för bestämning av rollvinkel åstadkomna som på ett effektivt sätt estimerar rollvinkeln under utnyttjande av en smart olinjär filtrering i ett hanterbart lågfrekvensområde. 10 15 20 25 30 527 769 Med fördel innefattar filteranordningen ett faslåsningsfilter. Faslåsningsfiltret kan därvid utöver lâgpassfilter innefatta sinus- och cosinusoperatorer, multiplikator och förstärkningsregulator.

Enligt ett annat fördelaktigt utförande innefattar filteranordningen en Ad-eliminator.

Härigenom kan ett konstant fel Ada i rollvinkeln elimineras.

I ett lämpligt utförande beräknar Acb-eliminaton y = LP_cos(A<|>)*sin(t|>+Ad>) - LP_sin(A4>)*cos(«1>+A<1>) x = LP_sin(A4>)*sin(d;+A4>) + LP_cos(Ad)*cos(4>+A<|>) och atan (y/x) för erhållande av d) + Wl, där d: är rollvinkeln, A4) är ett konstant fel i rollvinkeln, LP_ anger att närmast efterföljande sinus eller cosinusfunktion är lågpassfiltrerad och Wl anger utsignalens brusnivå Uppfinningen kommer nedan att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade ritningar, där: Figur 1 visar definition av koordinataxlar och rotationer.

Figur 2 visar exempel på en ballistisk granatbana.

Figur 3 visar mätsignalemas wynr, Om; frekvensinnehåll i utgångsläge.

Figur 4 visar mätsignalemas wygp, 01,3; fiekvensinnehåll efier nedblandning till noll i frekvens.

Figur 5 visar en filteranordning ingående i anordningen enligt uppfinningen. 10 20 25 527 769 Figur 6 visar exempel på en Ao-eliminator som kan ingå i filteranordningen enligt figur 5.

Figur 7 visar ett faslåsningsfilter ingående i filteranomingen enligt figur 5.

Figurerna 1 och 2 har redan berörts i beskrivningsinledningen och därför kommer endast några kompletterand uppgifter att tas upp här. Den i figur 1 och två visade granaten har givits hänvisningsbeteckning 1 och följer en ballistisk bana 2.

Filteranordningens funktion illustreras i figurema 3 och 4. Ursprungligen ligger den 66 - nyttiga signalen _”- på frekvensen mm; och är omgiven av störningar 3, 4 på vardera sidan om derma frekvens, se figur 3. Efter nedblandning ligger den nyttiga signalen på frekvensen noll och störningarna nu betecknade med 5 finns nu ae, a: överlagrade varandra på något högre frekvenser än noll. Störningama 5 har nu bringats i sådant läge frekvensmässigt att de kan filtreras bort medelst ett lågpassfilter.

Nedblandningen av den nyttiga signalen kan beskrivas av följande två ekvationer som är insignaler till det undre respektive övre lågpassfiltret, se figur 7.

LP.._...,.. = - c°s(ø)- wsw + Aø)+ - sm(ø)- SW + Aø) = -<=<>s(Aø) LP.._.... = Åff-COS(ø)-Sm(ø+Aø)-%- Sin(ø)-c°s(ø+Aø)= ägt-Simca» Rollvinkeln betecknas q) och Aø är konstant fel i rollvinkel.

Genom att dividera dessa två signaler ovan och därefter utföra arcustangens erhålles faslägesfelet Ad. Detta fel förstärks med en faktor K och resultatet blir en kompenseringsterrn till 03x51: som gör att filtmet svänger in till noll i fasfel oberoende om felet är positivt eller negativt vid start av filtret. Då ett konstant mätfel finns i 10 15 20 25 30 527 769 01x31: -signalen resulterar det i ett konstant fasfel direkt ut från faslåsningsdelen av filtret. Detta konstanta fasfel kan elirnineras i en efterföljande matematisk behandling av utsignalen medelst en Aob-eliniinator.

För beskrivning av filteranordningens funktion under hänvisning till figurema 5-7 80 används blockscheman. Det kan därvid observeras att :ai är negativt relaterat till wyBp-axeln coZBp-axeln, vilket gör att mätsignalen för coyBp skall tas med minustecken samt att tecknet blivit positivt för mzgp.

Filteranordriingen 6 enligt figur 5 innefattar ett faslåsningsfilter 7 och en Ao-eliminator 8. På filteranordningens ingång finns tre mätsignaler avgivna av icke visade sensorer som mäter rotationen nmt de tre kroppsfasta koordinataxlarna camp, mygp, camp. Filteranordningen har även två utsignaler där den övre signalen (d>+W1) inte har någon konstant felterrn däremot är bmsnivån W; högre än för den undre utsignalen. Den undre utsignalen innehåller ett konstant fel Ao. Detta fel uppkommer då sensorn för wxgp har ett konstant fel. Den undre utsignalens brus W; är dock lägre än den övre utsignalen. Vilken utsignal som väljs är beroende av vilka krav med avseende på brus och konstant fel som ställs på den estimerade rollvinkeln.

I figur 6 visas Atb-eliminatorns 8 uppbyggnad. I Ao-elirninatom finns en beräkningsenhet som beräknar: y = LP_cos(Ao)*sin(4>+Ad)) - LP_sin(Ad>)*cos(o+Aq>) x = LP_sm(A4>)*sin(q>+A4>) + LP_ws(A4>)*c<>s(4>+A atan (y/x) för erhållande av o + Wl, Beräkningsenheten kan utgöras av en mikroprocessor som utför i blocken 9, l0 och 11 angivna matematiska operationer. Insignalema till Ada-eliminatom fås fiån faslåsningsfiltret 7 visat i figur 7, där (1), (2), (3) och (4) visar var signalerna är tillgängliga. 10 527 769 Faslåsningsfiltret 7 i figur 7 innefattar följande block, nämligen ett teckenbytande block 12, två lågpassfilter 13,14, sinus- och cosinusoperatorer 15-18, multiplikatorer 19-22, adderare 23-25, arcustangensutfiñrare 26, förstärkare 27 med iörstärkningsfalctor K och ett integrerande block 28.

Lågpassfiltema 13 och 14 som visas i figur 7 anpassas till den aktuella användningen.

Krävs snabb insväugning av filteranordningen läggs lågpassfiltema 13 och 14 så högt som möjligt i fiekvens, men med kravet att totala faslåsningsfiltret är stabilt. Krävs däremot små fel och lite brus utformas lågpassfiltema 13 och 14 med liten bandbredd och av hö g ordning, men med kravet att faslåsningsfiltret skall vara stabilt.

Faslåsningsfiltrets förstärkning (snabbhet) kan ställas in genom att variera _ förstärkningsfalctom K. Normalt bör törstärkningsfaktom K justeras då lågpassfilterna 13 och 14 anpassas till aktuell användning.

Claims (7)

10 15 A20 25 30 527 769 Patentkrav

1. F örfarande för bestämning av rollvinkel 95 hos en roterande kropp såsom en granat under utnyttjande av sensorer för avkänning av rotationssignaler i lcroppsfast koordinatsystem, varvid de kroppsfasta rotationssignalema avgivna av sensorerna filtreras, kännetecknat av att i sensorernas rotationssignaler nyttig mätsigrial blandas ned till noll i frekvens och att rotationssignalerna därefter lågpassfiltreras.

2. t Anordning för bestämning av rollvinkeln .da lios en roterande kropp, såsom en granat, innefattande i den roterande kroppen 'kroppsfasta sensorer för avkänning av rotationssignaler i ett lqoppsfast koordinatsystem,filteranordning för filtrering av stömingar i de avkända rotationssignalema, kännetecknat av att filteranordningen irmefattar en blandare för att.blanda ned i sensorernas rotationssignaler nyttig mätsignal till noll i frekvens och lågpassfilterför att därefter lågpassñltmra g nedblandade rotationssignaler med nyttig mätsignal.

3. Anordning enligt patentlcravet 2, kännetecknad av att filteranordningen innefattar ett faslåsningsfilter.

4. i Anordning enligt patentkravet 3, kännetecknad av att faslåsningsfiltrer utöver lågpassfilter innefattar sinus- och cosinusoperatorer, multiplikator och förstärkningsregulator.

5. Anordning enligt något av föregående patentlcrav 2-4, kännetecknad av att en mikroprocessor är anordnad att utföra i filteranordningen ingående matematiska operationer.

6. Anordning enligt något av patentkraven 2-5, kännetecknad av att filteranordningen innefattar en Atb-eliminator.

7. i Anordning enligt patentkravet 6, kännetecknad av att Aqa-elirninator är utformad att beräkna 527 769 y = LP_cos(A1z)*sin(o+A4>) - LP_sin(A4>)*cos(4$+A1>) u x = LP_sin(A4>)*sin(4>+Acb) + LP_cos(A4>)*cos(<1>+A4>) och atan (y/x) som ger av o + W1, där år rollvinkeln, A4) är ett konstant fel i rollvinkeln, LP__ anger att efieríöljande sinus eller cosinusfimktion är lågpassfiltrerad och W, anger utsignalens bnrsnivå.