SU1688208A2 - Магнитно-инерциальный измеритель - Google Patents

Description

1

(61) 1379755

(21)4621940/21,

(22)19.02.88

(46) 30.10.91. Бюл. № 40 (72) С.В. Черный, В.Н. Победа и С.А. Радионов

(53)621.317.44 (U88.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1379755, кл. G 01 R 33/02, 1985.

(54)МАГНИТНО-ИНЕРЦИАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ

(57)Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к устройствам , предназначенным дл  одновременного измерени  магнитных полей, воздействующих на объект, и координат его местоположени  в пространстве, может быть использовано дл  навигации по магнитному полю Земли. Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей измерител  за счет одновременного измерени  индукции магнитного пол  и координат местоположени  измерител . Она достигаетс  за счет того, что устройство снабжено дополнительным преобразовательным блоком 4-2, воспринимающим элементом 1-2, модул тором 2-2, алгебраическими сумматорами 7-2, 8-2, 9-2, умножител ми 10-2, 11-2, 12-2, , интегратором 16-2, задатчиком посто нного напр жени  и образовани  новых функциональных св зей. Кроме того, устройство содержит аналогичный преобразовательный блок 4-1. 3 ил.

(Я

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к устройствам , предназначенным дл  одновременного измерени  магнитных полей, воздействующих на объект, и координат его местоположени  в пространстве) может быть использован дл  навигации по магнитному полю Земли.

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей измерител  за счет одновременного измерени  индукции магнитного пол  и координат местоположени  измерител .

На фиг.1 и 2 изображена структурна  схема магнитно-инерциального измерител ; на фиг.З - схема ориентации осей датчиков.

Магнитно-инерциальный измеритель содержит воспринимающие элементы 1-1, 1-2, модул торы 2-1, 2-2, генератор 3, преобразовательные блоки 4-1, 4j2, индукционные катушки 5-1, 5-2, 6-1, 6-2, алгебраические сумматоры 7-1, 7-2, 8-1, 8-2, 9-1, 9-2, умножители HIM. 10-2, 11-1, 11-2, 12-1, 12-2, 13-1, , апериодические фильтры 14-1, 14-2,, 15-1, 15-2, интеграторы 16-1, 16-2, фазовращатель 1/-1, ал- ,гебраические сумматоры 18-21, умножители 22-29, интеграторы 30-34 и задатчик посто нного напр жени  35,

Причем выходы апериодических фильтров 15-1 и каналов измерени  ускорений измерителей 4-1 и 4-2

О

оо оо ю

о

00

N2

соединены с входами сумматора 18, выход которого соединен с первым входом первого умножит л  22, выходы каналов измерени  ускорений изме- рителей 4 - 1 и 4 2,  вл ющиес  выходами интеграторов 16-1 и 16-2 соединены с первыми входами соответственно умножителей 26 и 27,выходы которых соединены с входами алгебра - ического сумматора 19.

Выходы каналов намерени  составл ющих индукции магнитного пол ,  вл ющиес  выходами фильтров 14-1 и 14-2, соединены с первым и вторым входами соответственно умножителей 2k, 25 и с вторыми выходами соответственно умножителей 26 и 27.

Выходы умножителей 24 и 25 соединены со входами сумматоре 20, выход которого соединен с вторым входом умножител  28,первый вход которого соединен с выходом умножител  29. Выход задатчика посто нного напр жени  35 и умножител  28 соединены с соответствующими входами алгебраического сумматора 21 выход которого соединен с входом интегратора 34, выход которого соединен с вторыми входами умножителей 22 и 23„ а также с обоими входами умножитеп  29,

Выход сумматора 19 соединен с первым , входом умножитеп  23.-Выход умножител  22 через первый интегратор 30 соединен с входом интегратора 31, выход которого  вл етс  выходом одно из пр моугольных координат местоположени  измерител . Выход умножителв 23 через интегратор 32 соединен р входом интегратора 33, выход которог  вл етс  выходом другой пр моугольной координаты измерител .

Основной и дополнительный измерители 4-1 и 4-2 установлены на стабилизируемой в плоскости горизонта платформе тгзк, что оси их чувствительности взаимно перпендикул рны.

Магнитно-инерциальный измеритель работает следующим образом.

Ось чувствительности Y основного измерител  4-1 направлена, в общем случае, под некоторым углом оЈ к направлению на северный магнитный полюс Земли (фиг.З). В силу взаимной перпендикул рности осей измерителей 4-1 и 4-2, ось X дополнительного измерител  4-2 образует угол обе линией , указывающей направление Восток Запад.

10

15

Работа каждого из измерителей 4-1 и 4-2 происходит в полном соответствии с работой основного изобретени  по а.с. № 1379755. В результате на выходах фильтров 14-1 и 14-2 формируютс  сигналы, пропорциональные проекци м вектора магнитного пол  В на оси чувствительности измерителей 4-1 и 4-2 соответственно U(BX) и U(Bu). При перемещении измерител  с ускорением а на выходах интеграторов 16-1 и 16-2 формируютс  сигналы, пропорциональные проекци м вектора а на оси измерителей 4-1 и 4-2, соответственно U(ax) и и(ац). При этом на выходах апериодических фильтров и формируютс  сигналы пропорциональные Вхах и B(, соответ- 2о ственно ) и U(Buau).

Все перечисленные выше сигналы используютс  в элементах 18-35 маг- нитно-инерциального измерител  дл  вычислени  составл ющих ускорени  измерител  по ос м Север-Юг и Восток- Запад и в дальнейшем - дл  определени  координат местоположени  измерител  относительно исходной точки в системе координат Север-Юг, Восток- Запад. Это осуществл етс  в измерителе следующим образом.

Св зь выходных сигналов измерителей 4-1 и 4-2 с вектором магнитного пол  Земли В и ускорением а описываетс  следующей системой уравнений

25

30

35

(1)

а ал - северна  и восточна  составл ющие ускорени  маг- нитно-инерциального измерител ;

составл ющие индукции магнитного пол  Земли, измер емые измерител ми 4-1 и 4-2.

Тригонометрические функции угла оЈ определ ютс  следующими соотношени ми

вхв

В

--К

+ в

21

(2)

COSftS Вх

№

+ в:

Учитыва  соотношени  (2), уравнени  дл  составл ющих ускорени  системы (1) можно представить в виде

с ( -а)(Вх +Вр

,

5 (3)

(

+ а ВХ)В +В2) о о

В силу этого выходное напр жение инвертора 31 - U. пропорционально

смещению Хс измерител  по линии на Север-Юг, а выходное напр жение инРешение системы (3), осуществл етс  в процессе работы блоков 18-35.

При этом умножители 2, 25 и сум- 15 вертора 33 U 3пропорционально смещению измерител  от исходного состо ни  по пинии Восток-Запад.

матор 20 формируют сигнал U20, пропорциональный Ви.

Задатчик 35, сумматор 21, умножители 28, 29 и интегратор 3 формируют на выходе интегратора 3 сигнал1 , пропорциональный (вЈ + Вц)2.

Происходит это следующим образом.

Выходное напр жение блока интегратора 3 и описываетс  следующими уравнени ми:

20

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Магнитно-инерциальный измеритель по а.с. № 1379755, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей

   25 путем одновременного измерени  индукции магнитного пол  и координат местоположени  измерител , снабжен аналогичным дополнительным преобразовательным блоком,, возбуждаемым от

   U

   34

   (U 5-U2&

   )

   U28 U2o U2

   и„„ и

   (4)

   J29 UH Т34 период интегрировани . Подставл   последние два уравнени  системы СО в первое, имеем:

   U}4 из5-и2о

   Если Ua и U20 имеют одинаковые знаки, что легко реализуетс , т.к. . 1)зф const (напр жение задатчика), a + Bu величина знакопосто нна , то уравнение (5) имеет устойчивую точку, дл  которой 0. Из этого следует, что в процессе работы рассматриваемых блоков напр же- ние 113ф устанавливаетс  на значении, определ емом следующим соотношением:

   U.

   - и.

   и.

   3 U2o U34- этого следует, что

   О,

   U

   34

   Таким образом, соотношение (7) At. казывает пропорциональность величин U

   J4

   и (Bf + BjV1 2.

   Г

   882П86

   В силу этого сумматор 18 и чик 35 формируют сигнал U2Z , пропорциональной величине ас, а умножители 5 26, 27, 23 и сумматор 19 - сигналIU}J пропорциональны а. Сигналы, пропорциональные ас и аь, преобразуютс  в инверторах соответственно 3, 31 и 32,33 путем двукратного интегрирова- 10 по времени.

   В силу этого выходное напр жение инвертора 31 - U. пропорционально

   смещению Хс измерител  по линии на Север-Юг, а выходное напр жение ин15 вертора 33 U 3пропорционально смещению измерител  от исходного состо ни  по пинии Восток-Запад.

   20

   Формула изобретени 

   Магнитно-инерциальный измеритель по а.с. № 1379755, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей

   25 путем одновременного измерени  индукции магнитного пол  и координат местоположени  измерител , снабжен аналогичным дополнительным преобразовательным блоком,, возбуждаемым от

   30 генератора и фазовращател  основного, с осью чувствительности, направленной перпендикул рно оси основного магнитно-инерциального измерител , воспринимающим элементом, модул то35 РОМ, четырьм  дополнительными алгебраическими сумматорами, восемью дополнительными умножител ми, п тью дополнительными интеграторами и за- датчиком посто нного напр жени , при40 чем основной и дополнительный воспринимающие элементы установлены на платформе, стабилизируемой в плоскости горизонта., выходы апериодических фильтров каналов измерени  уско45 рений каждогоиз преобразовательных блоков соединены с входами первого дополнительного сумматора, выход которого соединен с первым входом первого дополнительного умножител , вы50 ходы каналов измерени  ускорений основного и дополнительного преобразовательных блоков соединены с первыми входами соответственно второго и третьего дополнительных умножителей,

   55 выходы которых соединены с входами второго дополнительного алгебраического сумматора, выходы каналов измерени  составл ющих индукции магнитного пОл  основного и дополнительного преобразовательных блоков соединены с первым и вторым входами соответственно четвертого и п того дополнительных умножителей и с вторы- ми входами соответственно второго и третьего дополнительных умножителей , выходы четвертого и п того дополнительных умножителей соединены с аходами третьего дополнительного сумматора, выход которого соединен с вторым входом седьмого дополнительного умножител , а его первый аход соединен с выходом восьмого дополнительного умножител ; выход задатмика посто нного напр жени  и седьмого дополнительного умножител  соединен с соответствующими входами четвертого дополнительного алгебраического сумматора, выход которого соединен

   ах ,

   с входом п того дополнительного интегратора , а его выход подключен к вторым входам первого и второго умножителей и к обоим входам восьмого дополнительного умножител , выход второго дополнительного сумматора соединен с первым входом второго дополнительного умножител , выход первого дополнительного умножител  через первый дополнительный интегратор соединен с входом второго дополнительного интегратора, выход которого соединен с первым выходом устройства,

   выход второго дополнительного умножител  через третий дополнительный интегратор соединен с входом четвертого дополнительного интегратора, выход которого соединен с вторым выхоДом устройства„

   %W

   Ufa a,}

   Фиг.З

   Фиг. 2