SU811179A1

SU811179A1 - Автоматический компенсатор магнит-НыХ пОМЕХ

Info

Publication number: SU811179A1
Application number: SU792743482A
Authority: SU
Inventors: Орион Павлович Хвостов; Владимир Витальевич Аверкиев; Виктор Анатольевич Бебекин; Владимир Викторович Горшков; Юрий Петрович Колосков; Михаил Сергеевич Попов
Original assignee: Научно-Производственное Объедине-Ние "Геофизика"
Priority date: 1979-03-28
Filing date: 1979-03-28
Publication date: 1981-03-07

Description

1

Изобретение относитс к области геофизических исследований и может быть использовано в автоматических компенсаторах магнитных помех дл магнитометра, установленного на подвижной платформе.

Известен компенсатор магнитных помех дл магнитометра, установленного на подвижной платформе (самолет вертолет и т.п.) - Он со/ ержит вспомогательные компонентные магнитометры , схемы дифференцировани , распределительное устройство с органами настройки и устройство ввода поправ ки (например, компенсационные кольца ) 1 .

Недостатком этого компенсатора вл етс то, что он не обеспечивает автоматической настройки.

Известен также способ автоматической компенсации магнитных помех и устройство дл его осуществлени . Этот компенсатор содержит схему моделировани функции помех и схему автоматического формировани поправок 2} .

Недостатком этого устройства вл етс то, что оно требует поочередной настройки компенсатора дл компенсации различных составл ющих помех , больших затрат летного времен и вследствие этого не обеспечивает высокой точности компенсации на произвольных курсах.

Наиболее близк;тм техническим решением к изобретению вл етс автоматический компенсатор магнитных помех , содержащий помимо указанных выше блоков также схемы фильтрации

0 сигналов основного и вспомогательных компонентных магнитометров, сумматор, подключенный к выходу основного магнитометра, и автоматического формировани по5 правок, первые входы которых соединены с выходом сумматора, вторые входы соединены через схемы масштабировани и через схемы дифференцировани с выходами схем фильтрации

0 сигналов компонентных вспомогательных магнитометрюв, а выходы схем автоматического формировани поправок соединены со входами сумматора .

5

Схемы автоматического формировани поправок выполнены в виде схем перемножени сигналов основного и вспомогательных магнитометров и потенциометра в цепи вво0 да поправок с сервоприводом, цепь

управлени которого подключена к в лходу схемы перемножени С31.

Настройку компенсатора выполн ют в процессе периодических эволюции носител опо углам крена: и тангажа . Сервопривод регулирует компенсирующий параметр до тех пор, пока коррел ци сигналов основного и вспомогательного магнитометров станет равна нулю и сигнал на выходе сх-емы перемножени прекратитс .

Устройство обеспечивает компенсацию на отдельном магнитном курсе, причём точность компенсации недостаточна , так как установившийс режим носит колебательный характер и остаетс нескомпенсированной часть помехи, коррелированна с эволюци ми .

При изменение маршрута необходима нова автоматическа настройка компенсатора ,. Принципиально возможно скомпенсировать помехи так, чтобы результат компенсации сохран лс на различных магнитных курсах, однако , дл этого требуютс дополнительные вычислени и ручные операции Ввиду невысокой точности компенсации помех на отдельном курсе требуютс повторные операции и большие затраты летного времени.

Целью изобретени вл етс повышение точности компенсации помех и сокращение времени измерени .

Поставленна цель достигаетс тем, что в автоматический компенсатор помех, содержащий основной и вспомогательные компонентные амагнитометры , схемы масштабировани и диффе ренцировани , распределительное устройство с исполнительными механизмами настройки, устройство вврда поправок , схемы фильтрации сигналов оеновного и вспомогательных компонентных магнитометров , сумматор, подключенный к выходу основного магнитометра , и схемы автоматического формировани поправок, первые входы которых соединены с выходом сумматора, вторые входы соединены через схемы масштабировани и схемы дифференцировани с выходами схем фильтрации сигналов компонентных магнитометров, а выходы соединены со входами сумматора , введены дополнительные схемы автоматического формировани поправок , схемы возведени в квадрат, схемы перемножени , блок пам ти и блок вычислени коэффициентов, приче входы схем возведени в квадрат и первые входы схем Перемножени подключены к выходам схем фильтрации сигналов компонентных магнитометров, вторые входы схем перемножени подключены к выходам схем дифференцировани , подключенным к выходам схем фильтрации сигналов вспомогательных ма-гнитометров, а выходы схем возведени в квадрат и схем перемножени соединены со вторыми входами дополнительных схем автоматического формировани поправок, входы блока 1ам ти подключены к выходам основного и вспомогательных компонентных магнитометров, а также к выходам схем автоматического формировь--и поправок , .выходы блока пам ти подключены ко входам блока-вычислени коэффициентов, а выходы блока вычислени коэффицентов соединены с цеп ми управлени исполнительных механизмов настройки распределительного устройства.

Кроме того, схема автоматического формировани поправок выполнена в виде последовательно включенных частотно-импульсного модул тора (ЧИМ), широтно-импульсного модул тора (ШИМ), реверсивного счетчика и преобразовател кода в проводимость (ПКП), причем вход ЧИМ (первый вход схемы формировани поправок) соединен с выходом сумматора,управл ющий вход ШИМ и аналоговый вход ПКП ( второй вход схемы формировани лоправок) подключены к выходу фильтр сигнала компонентного вспомогательного магнитометра, выход ПКП соедине со входом сумматора, а выход реверсиного счетчика - со входом блока пам

На фиг.1 приведена функциональна схема автоматического компенсатора магнитных помех; на фиг.2 функциональна схема автоматического формировани поправок.

Автоматический компенсатор магнитных помех содержит основной магнитометр 1, компонентные вспомогательные магнитометры 2-4, схемы дифференцировани 5, 6 и 7, распределительное устройство 8 с исполнительными механизмами настройки, устройство ввода поправок (например, компенсационные кольца) 9, идентичные фильтры 10, 11 и 12, сумматор 13, схемы автоматического формировани поправок 14-21, схемы масштабировани 22, схему возведени в квадрат 23, схему дифференцировани 24, схему перемножени 25, схему масшта бировани 26, схему возведени в кварат 27, схему дифференцировани 28, схему перемножени 29, блок пам ти 30 и блок вычислени коэффициентов 31.

Выходы компонентных вспомогательт ных магнитометров 2, 3, 4 соединены со входами распределительного устрой ства как непосредственно, так и через схемы дифференцировани 5, 6 и 7 Выходы распределительного устройства 8 соединены с устройством ввода поправок, например компенсационными кольцами 9. К выходам основного магнитометра 1 и компонентных вспомогательных магнитометров 2 и 3 подключены идентичные фильтры 10, 11 и 12, Выход фильтра 10 подключен ко входу сумматора 13, а выход сумматора - к первым входам схем автоматического формировани поправок 14-21. Ко вторым входам схем формировани поправок 14-17 подключены соответственно выходы схемы масшта-: Ьировани 22, схемы возведени в квадрат 23, схемы дифференцировани 24 и схемы перемножени 25, входы которых подключены к выходу схемы фильтрации 11. Второй вход схемы перемножени 25 подключен к выходу схемы диффе нцировани 24. Ко вто . рым входам схем автоматического фор мировани поправок 18-21 подключены соответственно выходы схемы масштабировани 26, схемы возведени в квадрат 27, схемы дифференцировани 28 и схемы перемножени 29, вхо ды которых подключены к выходу филь ра 12. Второй вход схемы перемножени 2-9 подключен к выходу схемы дифференцировани 28. Выходы схем автоматического форм ровани поправок 14-21 подключены к входам сумматора 13 и ко входам бло ка пам ти 30, к другим входам которого подключены также выход основного магнитометра 1 и выходы компонентных вспомогательных магнитометр ров 2-4. Выходы блока пам ти 30 под ключены ко входам блока вычислени коэффициентов 31. Выходы блока вычислени коэффициентов соединены с цеп ми управлени исполнительных механизмов настройки распределительного устройства 8. Схема автоматического формирован поправок (фиг.2) включает частотноимпульсный модул тор 32, широтно-им пульсный модул тор 33, реверсивный счетчик.34 и преобразователь кода в проводимость 35. Функциональные узлы 32-35 соединены последовательно. Вход ЧИМ 32, вл ющийс первым входом схемы авто тического формировани 1 правок, со динен с выходом сумматора 13. Управ л ющий вход ШИМ 33 и аналоговый вхо ПКП 35, вл ющиес вторым входом схе мы автоматического формировани поправок , подключены к выходу одной из функциональных схем 22-29 на выходе фильтра компонентного вспомо гательного магнитометра.Выход реверсивного счетчика 34 подключен к одному из входов блока пам ти 30. Автоматический компенсатор магнитных помех работает следующим образом. В процессе выполнени периодичес ких эволюции носител по углу крена или по углу тангажа на каком-либо курсе сигнал с выхода магнитометра 1, отфильтрованный в полосе частот фильтром 10, поступает на вход сумматора 13. На другие входы сумматора 13 поступают сигналы с .выходов схем автоматического формировани поправок 14-21. С выхода сумматора 13 сигнал магнитометра за вычетом поправок поступает на первые входы схем автоматического формировани поправок 14-21. На вторые входы схеьш 14-21 поступают отфильтрованные фильтрами 11 или 12, аналогичными фильтру 10, и преобразованные схемами 22-29 сигналы компонентных вспомогательных магнитометров 2 и 3. Перечисленные блоки 13-29 образуют многократную самонастраивающуюс систему автоматического регулировани , в которой каждый из контуров служит дл компенсации одной из помех, котора коррелнрована с функцией помехи, моделируемой сигналом навыходах функциональных узлов 22-29. В процессе периодических Эволюции сигналы, формируемые схемами 14-21, вычитаютс в сумматоре 13 из фильтрованного сигнала магнитометра 1 (описание работы схем автоматического формировани поправок приведено ниже). После завершени 3-4 периодов эволюции по крену и по тангажу сигнал на выходе сумматора 13 снижаетс до уровн , который определ етс только той частью выходного сигнала магнитометра, котора не коррелирована с функци ми помехи. Кажда схема автоматического формировани поправок (14-21) работает следующим образом. Сигнал с выхода сумматора 13 поступает на вход ЧИМ 32 и преобразуетс в последовательность импульсов, частота которых пропорциональна входному сигналу. Сигнал, поступающий на вход ШИМ 33 с выхода функциональной схекы (одной из 22-29}г преобразуетс в пропорциональную ему ширину импульсов, заполненных импульсами с частотой выходного сигнала ЧИМ. В результате на выходе ШИМ 33 образуетс последовательность импульсов , средн частота следовани которых пропорциональна произведению сигнала с выхода сумматора 13 и сигнала с выхода одной из функциональных схем 22-29. Эта последовательность импульсов поступает на вход реверсивного счетчика 34, на выхсце которого образуетс код, пропорциональный интегралу от произведени входных сигналов. Код с выхода реверсивного счетчика 34 поступает на кодовый вход преобразо вател кода в проводимость 35. В ре зультате с выхода преобразовател кода в -проводимость на один из входов сумматора 13 поступает сигнал, пропорциональный произведению кода

на выходной сигнал соответствующего функционального преобразовател 122-29) . который подключен к аналоговому входу преобразовател кода в проводимость 35.

Накопление кода на выходе реверсивного счетчика происходит до тех пор, пока произведение сигналов с выхода сумматора 13 и функционального преобразовател станет равно нулю, т.е. коррелированна с заданно функцией помеха будет скомпенсирована . Сортветствующее компенсации значение кода реверсивного счетчика поступает дл запоминани в блок пам ти 30.

Аналогичным образом на выход блока пам ти поступают коды с выхода других схем формировани поправок 14-21 и запоминаютс одновременно с соответсувукхцими им значени ми модул вектора и составл ющих вектора индукции магнитного пол , поступающими на б ок пам ти с выхода основного 1 и компонентных вспомогательных магнитометров 2, 3 и 4,

После автоматической настройки первые входы схем автоматического формировани поправки включают и компенсатор продолжает работать. в установившемс режиме.

Изменение курса (кроме небольших угловых колебаний по углу рыскани ) будет сопровождатьс нарушением компенсации, которое определ етс соотношением различных составл ющих помех, поэтому при смене курса компенсатор вновь включают в режим автоматической настройки.

Дл обеспечени компенсации в установившемс режиме на произвольном курсе осуществл ют автоматическую настройку компенсатора на различных курсах (например, на четырех главных магнитных курсах) с запоминанием каждого результата компенсации в блоке пам ти 30.

После завершени автоматической компенсации на различных курсах результаты компенсации с выхода блока пам ти 30 поступают на вход блока вычислени коэффициентов 31,

Составл ющие вектора индукции магнитного пол ферромагнитных масс и вихревых токов носител в объеме чувствительного элемента магнитометра

Составл ющие

., .- iyy iz fxlr fylt -frjtкоторый вычисл ет значени коэффи- диентов Пуассона, характеризующие магнитные помехи ферромагнитные-, масс, а также значени коэффициентов вихревых токов.

Указанные значени в цифровой форме поступают на исполнительные механизма настройки распределительного устройства 8. в качестве исполнительных механизмов могут быть использованы преобразователи кода в проводимость цепей питани компенсационных колец 9. Благодар этому в объеме, занимаемом магнитометром 1, с помощьюкомпенсационных колец 9 создаютс составл к цие магнитного пол , компенсирующие соответствующие составл ющие магнитных помех подобно тому, как этоосуществл ют при ручной настройке компенсатора.

При этом схегы автоматического формировани поправок 14-21 отключают . Законы регулировани компенсационных токов соответствуют законам изменени магнитного пол помех , благодар чему компенсаци достигаетс на произвольном курсе , а также при изменении района магнитной съемки. Значени коэффициентов записывают -в блок пай ти 30

После завершени цикла ко№1ё«сации помех койпенсатор может быть вновь включен в режим автоматической настройки дл дополнительной компенсации помех на отдельных курсах .

Результаты компенсации на р де курсов могут быть вновь пересчи-. таны в значени коэффициентов Пуассона дл корректировки ранее установленных значений..

Блок пам ти должен сохран ть информацию при отключении и повторном включении питани .

Теоретические основы работы автоматического компенсатора магнитных помех состо т в следующем.

Магнитное поле носител в объеме занимаемом магнитометром, характеризуетс трем составл ющими вектора магнитной индукции, выражени дл которых приведены в табл.1.

ц

Т а б л и

Расчетные формулы в табл.1 приведены следукнцие обозначени : )У;2 - составл ющие вектора индукции магнитного пол ., Земли; р - составл ющие индукции магнитного пол остаточного намагничивани } -индуктивные коэффициенты -вихревые коэффициенты; ,fv . - ортогональна сисПри этом тема координат,св занна с носителем, ось Ох совпадает с направлением движени ; ось Оу - направлена в сторону пра- 5 вого борта; ось О;, - . вниз. Магнитометр воспринимает как-помеху только ту часть магнитного пол носител Л Т, котора параллельна вектору магнитного пол Земли. Математическое выражение проекции индукции магнитного пол помех ферромагнитных масс и вихревых токов носител магнитометра на направление вектора- индукции магнитного пол Земли Т. AT Xp -Yp 2pf--X-,|-.X,.2,;f .Y. ..т4У. A-.M+V.. -7 -il., + v -s- il Т at at Т «|-f-«flr , где обо J Х,-у вых мо да мен вых 20 мог ра раж 25 лых ; tX, 2L |1 ФУ, i- |i., fz Т at- fX т 9t прин ты следующие сокращенные значени : соответствует значение Х,,, 1Х- 2,,j.i Ziy-Zi - Y; ; NX iy V -V - fy fv f2 Приращени ЛТ магнитных помех на оде магнитометра после фильтра ут быть представлены в виде р Тейлора ;9вух независимых переных АХ и лу , имекхаих место на оде фильтров компонентных.вспоательных магнитометров. Выражени дл коэффициентов TeiiUioприведены в табл.2. Коэффициенты р да Тейлора в выении дл магнитных помех при маэволюци х T )fcX 9AX4Y €- aTK -s Таблица 2

fxT Л TZ fZ TZ XTZ Автоматическа компенсаци магни ных помех на каждом отдельном курсе осуществл етс путем модулировани и ввода поправки в показани магни тометра в соответствии с выражением дл р да e lлopa. Эта поправка вводитЬ через сумматор 13 с помощью схем автоматичес кого формировани поправок 14-21, кажда из которых служит дл компен сации одного из членов р да ТейлоР 3Y Функции помехи ЛУ Д Y ; Л 9t ot и др.)формируютс на выходе схем 22-29. Схемы автоматического формировани поправок формируют весовые коэффициенты (т.е. коэффициенты Тей лора) А, В и т.д. , с которыми поправки поступают на входы сумматора 13. Численные значени коэффициентов Тейлора, при которых достигаетс ком пенсаци помех на определенном курсе с выхода реверсивного счетчика 34, поступают на входы блока пам ти 30. Если дл компенсации на каком-либо курсе достаточно воспроизвести вли ние помехи на магнит-ометр в виде р да Тейлора, то дл компенсации помех на произвольном курсе необходимо воспроизвести вли ние помех в соотве ствии с вырс жением (1) . Это осуществл етс с помощью блоков 2-9. Задача настройки компенсатора состоит в том, чтобы определить составл ющие магнитных помех (значени ) посто нного намагничени , коэффициенты, характеризующие индуктивное намагничение и пол вихревых токов и уста новить значени составл ющих с помощью исполнительных органов настро ки распределительного устройства 8.

/д Ю А270ч 11. /н90 д270.Гет13

( . 4cosiJ ее- с ; „,

V

.00 -JTOpT inM , (Л ornaVl (« ; глеап

/ дО вО i 4 f. V I

( 2oos3 I b J 2cosa

Таблица .

90 B270v f Составл ющие помех св заны с коэффициентами Тейлора, измеренными на различных курсах, .зависимост ми табл.2. Измеренные значени коэффициентов Тейлора и соответствующие им значени X, У и Т поступают из блока пам ти 30 на входы блока вычислени коэффициентов 31, Вычисление коэффициентов сводитс к операци м составлени системы линейных уравнений в соответствии с выражени ми табл.2 и решени этой системы относительно составл ющих магнитных, помех .по методу наименьших квадратов. Дл вычислени всех шестнадцати составл ющих магнитных помех системы линейных уравнений содержат не более шести неизвестных, что позвол ет использовать сравнительно несложные вычислительные устройства . Необходимость избыточной информации и метода наименьших квадратов обусловлена наличием случайнах помех, маскирующих анализируемый процесс. В табл.3 приведены формулы расчета составл ющих магнитных помех, полученные путем решени системы уравнений по результатам измерений .коэффициентов Тейлора на четырех магнитных главных курсах. Формулы расчета составл ющих магнитных помех ферромагнитных масс и вихревых токов по результатам измерений коэффициентов р да Тейлора на главных курсах ВйХ -СuY DAX -(9AXAY +

13

(Ъ° « ) Si ll3 4/B9o B)

.,,

бz-x

40053 P2Tsin3

7 - X

1Х

/ до f д90 д2ТО) Л ( 2oos

.... () -г

РСТ&йЗ

ix, %- сиО-лво .J

-20. соаЗ

P2Tein3

(

Z

(

()

(.).

13

Чзг

14 Y Ce° e«°-e -e-) (),

(-D D)

16 X

fx

о

17 X (D°-D)

18 x, (-D°-D -D D)

A - значение коэффициента на

магнитном курсе

3 -, магнитное наклонение. Формулы 9 и 10 используют в случае высокого уровн некоррелированных помех взамен формул 3, 4 и 8. В этом случае составл ющую 2.а не компенсируют .

81117914

Продолжение табл. 3

4cos3

о -чво. L

2s/nJ

/20083

2COS3

T,eo) ±

2cos3

,in3

Блок вычислени коэффициентов 31 лл такого варианта компенсации (по четырем главным курсам) выполн ет только операции умножени на посто нные коэффициенты и су « 1ировани .

Claims

Весь процесс настройки компенсатора включает выполнение эволюции крену и тангажу на различных курсах с компенсацией и запоминанием значений коэффициентов Тейлора, модул вектора Т и его составл ющих, а так же вычисление и ввод расчетных значений в распределительное устройств обеспечивакких компенсацию на произ вольном курсе. Предлагае ий автоматический компенсатор магнитных помех обеспечивает повьшзение точности компенсации магнитных помех как на отдельном курсе, так и при произвольных эволюци х . Это обусловлено тем, что система дифференциальных уравнений, описывающа самонастраивающуюс сис тему, имеет установившеес решение в виде посто нных коэффициентов (за исключением реакции на случайные помехи) , в то врем как известные устройства не обеспечивают компенсации значительной части поме хи, коррелированно;: с эволюци ми. После настройки отпадает необходимость выполн ть повторные эволюции на каждом курсе, и в то же врем сохран етс возможность уточнить компенсацию по мере изменени помех путем повторного включени схем авт матического формировани поправок. Формула изобретени 1. Автоматический компенсатор ма нитных помех, содержащий основной и вспомогательные компонентные нитометры, схемы дифференцировани , распределительное устройство с исполнительными механизмами настройки устройство ввода поправок, схемы фильтрации сигналов основного и всп могательных компонентных магнитометров , сумматор, подключенный к вы ходу основного магнитометра, и схемы автоматического формировани поправок , первые входы которых соединены с выходом сумматора, вторые входы соединены через схемы масштаб ровани и схемы дифференцировани с выходами схем фильтрации сигналов компонентных магнитоги1етров, а выход соединены со входами сумматора, от личающийс тем, что, с целью повышени точности компенсаци помех и сокращени времени измерени в него введены дополнитель ные схемы автоматического формировани поправокi cxeivaa возведени в квадрат, схемы перемножени , блок и блок вычислени коэффициентов , причем входы схем возведени в квадрат и первые входы схем Перемножени подключены к выходам схем фильтрации сигналов компонентных магнитометров, вторые входы схем перемножени подключены к выходам схем дифференцировани , подключеннь к выходам схем фильтрации сигналов компонентных магнитометров , а выходы схем возведени в квадрат и схем перемножени соединены с вторыми входами дополнительных схем автоматического формировани поправок, входы блока пам ти подключены к выходам основного и компонентных магнитометров, а также к выходам схем автоматического формировани поправок, выходы блока пам ти подключены ко входам блока вычислени коэффициентов, а выходы блока вычислени коэффициентов соединены с цеп ми управлени исполнительных механизмов настройки распределительного устройства . 2. Автоматический компенсатор магнитных помех поп.1, отличающийс тем, что схема автоматического формировани поправок выполнена в виде последовательно включенных частотно-импульсного модул тора (ЧИМ), широтно-импульсного модул тора (ШИМ, реверсивного счетчика и преобразовател кода в проводимость (ПКПj, причем первый вход схемы формировани поправок ЧИМ соединен с выходом сумматора, управл ющий вход ШИМ и аналоговый второй вход схемы автоматического формировани поправок ПКП подключены к выходу фильтра сигнала компонентного магнитометра, выход ПКП соединен со входом сумматора, а выход реверсивного счетчика соединен со входом блока пам ти. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 2834939, кл. 324-43, опублик. 1958.
2.Авторское свидетельство СССР № 164134, кл. G 01 V 3/00, 1962.
3.ПатентСША 3311821, кл. 324-43, опублик. 1967 (прототип).

(puzf

У1

К SAOMy пам ти 30

J