UA125553C2 - Пристрій для визначення вертикалі на рухливому об'єкті - Google Patents

Abstract

Пристрій для визначення вертикалі на рухливому об'єкті належить до геодезії та може бути використаний для розв'язання навігаційних геодезичних задач під час аерофотознімання. Пристрій містить електронний блок керування, блок обробки інформації, аналогово-цифрові перетворювачі, інвертори фаз, гіроскопічний блок з двокоординатним давачем положення осі гіроскопа, оптико-електронний блок положення рідинного горизонту з підсвіткою та герметичною ампулою, частково заповненою непрозорою рідиною, вздовж твірних на зовнішніх стінках якої знаходяться чотири багатоелементні оптико-електронні давачі лінійного типу, зорієнтовані попарно вздовж поздовжньої та поперечної осей рухливого об'єкту, стінки ампули впродовж оптико електронних давачів виконані прозорими. Блоки електрично зв'язані між собою, а електронний блок керування може бути зв'язаний з блоком керування рухливого об'єкта. Технічний результат: підвищення точності визначення відходу осі гіроскопа в межах одиниць - десятків кутових секунд і вимірювання крену та тангажу рухливого об'єкта в цих же межах.

Description

впродовж оптико електронних давачів виконані прозорими. Блоки електрично зв'язані між собою, а електронний блок керування може бути зв'язаний з блоком керування рухливого об'єкта. Технічний результат: підвищення точності визначення відходу осі гіроскопа в межах одиниць - десятків кутових секунд і вимірювання крену та тангажу рухливого об'єкта в цих же межах.

Її ок й Я К м жк Її ай рих жи З сх пи ка от- ,/15 з Щ Є " й ї -48 ж ши шия ж КОЛЕ ко і; ям Кк

Їхня ЗА йо

Фіг. 1

Пристрій для визначення вертикалі на рухливому об'єкті належить до галузі геодезії, зокрема до розв'язання навігаційних геодезичних задач під час аерофотознімання.

Відомий пристрій для побудови вертикалі на основі на основі фізичного або математичного маятника. Пристрій містить: маятник; акселерометр; блок додаткової інформації про параметри кутового переміщення корпусу, зв'язаного з основою маятника, а саме: кут відхилення, кутова швидкість та кутове прискорення корпусу (основи) маятника відносно осі підвісу маятника; блок зворотного зв'язку по вихідному сигналу. Позитивний результат полягає у підвищенні стійкості до збурюючих горизонтальних прискорень за рахунок корегуючи зусиль на рух маятника від акселерометра, давачів кутового руху основи маятника та зворотних зв'язків | |.

Недоліком пристрою є низька точність фіксації вертикалі, яка складає

А - 0,99 - 0,35 кутових градуса (11.

Відомий пристрій для визначення кутової орієнтації рухливого об'єкта відносно місцевої вертикалі у вигляді безплатформової інерційної вертикалі (2). Пристрій містить: триканальний блок давачів кутових відстаней; триканальний блок лінійних аксельрометрів; блок обчислення вертикалі; дискретний блок Вінера з двома входами; блок обчислення кутових швидкостей з двома входами; блок перемикання режимів руху носія з чотирма входами; блок обчислення третьої проєкції лінійного прискорення. Особливістю роботи пристрою є те, що залежно від режиму роботи рухливого об'єкта: прямолінійний рівномірний рух, розгін, гальмування, поворот по куту тангажу чи поворот по куту курсу, - використовується для визначення положення вертикалі один, два чи три канали блока лінійних аксельрометрів та визначаються відповідно: три проєкції сили ваги Землі дх, ду, 92; дві проєкції ду, 92; одну проєкцію дх; дві проєкції Ддх, Од».

Визначення інших складових проєкцій сили при цьому виконують за формулами дх 92-97 95 () ду - 97 -9х -97 (2)

Недоліком наведеного пристрою є те, що обчислення вектора прискорення сили ваги за допомогою дискретного фільтра Вінера за його проєкціями дх, ду, 92 виконується лише на траєкторії прямолінійного рівномірного руху носія, а на траєкторії з іншим режимом руху необхідні значення проєкцій для побудови вертикалі обчислюються за формулами (1) чи (2), які

Зо містять значення вектора 9, обчисленого раніше і обов'язково на прямолінійній траєкторії.

Однак відомо, що значення модуля та напряму вектора 9 прискорення сили ваги залежить від географічних координат та висоти носія відносно поверхні Землі ІЗЇ. Це веде у підсумку до похибок у визначенні значень тангажу і крену, які обчислюються за формулами (1) чи (2) |4 8- «тет (3)

І 2 2 ду -895 у сан з (4)

Уу

Найбільш близьким аналогом пристрою, що заявляється, вибраним як прототип, є пристрій для визначення вертикалі на рухливому об'єкті, який містить: оптико-електронний блок вимірювання положення рідинного горизонту з герметичною ампулою, частково заповнену рідиною у вигляді рівня, багатоелементний оптико-електронні давач та підсвітку; гіроскопічний блок, який разом з оптико-електронним блоком вимірювання положення рідинного горизонту закріплені на єдиній платформі; двокоординатний давач вимірювання положення осі гіроскопа; електронний блок керування; блок обробки інформації. Вхід оптико-електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту електрично зв'язаний з виходом електронного блока керування, вхід та вихід електронного блока керування зв'язані з виходом та входом блока обробки інформації, вхід гіроскопічного блока зв'язаний з виходом електронного блока керування |51|.

Загальними суттєвими ознаками відомого пристрою і того, що заявляється, є: оптико- електронний блок вимірювання положення рідинного горизонту з герметичною ампулою, частково заповненою рідиною у вигляді рівня, багатоелементний оптико-електронні давач та підсвітку; гіроскопічний блок, який разом з оптико-електронним блоком вимірювання положення рідинного горизонту закріплені на єдиній платформі; двокоординатний давач вимірювання положення осі гіроскопа; електронний блок керування; блок обробки інформації. Вхід оптико- електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту електрично зв'язаний з виходом електронного блока керування, вхід та вихід електронного блока керування зв'язані з виходом та входом блока обробки інформації, вхід гіроскопічного блока зв'язаний з виходом електронного блока керування.

Застосування відомого пристрою, взятого за прототип, має той недолік, що для визначення відходу з часом чутливої осі гіроскопа використовується круглий рівень, який забезпечує точність побудови вертикалі лише до однієї - двох кутових хвилин, згідно з прототипом (51. В описі прототипу |5| прямо не сказано, що застосовано саме круглий рівень. Однак, контроль вертикалі необхідно виконувати в двох взаємно перпендикулярних напрямках, що можливе з використанням одного круглого рівня саме з подібною точністю, що і використовується. у геодезичних приладах (бі.

В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення пристрою для визначення вертикалі на рухливому об'єкті шляхом застосування оптико-електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту з непрозорою рідиною за допомогою чотирьох багатоелементних оптико- електронних давачів лінійного типу, розташованих попарно вздовж твірних на зовнішніх бічних стінках ампули якнайдалі один від одного, а напрямки, які з'єднують кожну пару, є взаємно перпендикулярними, причому стінки герметичної ампули вздовж оптико електронних давачів виконані прозорими, а також шляхом підбору розмірів ампули для регулювання чутливості роботи та діапазону роботи оптико-електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту.

Крім того, виконується обробка електричних сигналів від багатоелементних оптико- електронних давачів лінійного типу у блоці обробки інформації у числовому вигляді так, що знаходиться сума сигналів у кожній парі, причому один із сигналів подається з протилежним знаком та значеннями сигналів цієї пари, які відповідають горизонтальному положенню дна ампули, взятими з протилежними знаками. Це веде до підвищення чутливості фіксації рідинного горизонту відносно дна ампули у 2 рази.

Таким чином забезпечується підвищення точності положення рідинного горизонту відносно дна ампули, а в підсумку і підвищення точності відтворення істинної вертикалі у оптико- електронному блоці вимірювання положення рідинного горизонту, на основі якої визначається відхід з часом чутливої осі гіроскопа, положення якої визначається за допомогою двокоординатного давача вимірювання положення осі гіроскопа в гіроскопічному блоці.

Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для визначення вертикалі на рухливому об'єкті, що містить оптико-електронний блок вимірювання положення рідинного горизонту з герметичною ампулою, частково заповнену рідиною та підсвіткою, гіроскопічний блок, які закріплені на єдиній основі, двокоординатний давач вимірювання положення осі гіроскопа, електронний блок керування, блок обробки інформації, причому вхід оптико-електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту електрично зв'язаний з виходом електронного блока керування, вхід та вихід електронного блока керування зв'язані з виходом та входом блока обробки інформації, вхід гіроскопічного блока зв'язаний з виходом електронного блока керування, відповідно до винаходу, рідина в герметичній ампулі є непрозорою, оптико- електронний блок вимірювання положення рідинного горизонту містить чотири багатоелементні оптико-електронні давачі лінійного типу, які розташовані попарно вздовж твірних на зовнішніх бічних стінках герметичної ампули якнайдалі один від одного, а напрямки, які з'єднують кожну пару, є взаємно перпендикулярні та зорієнтовані вздовж поздовжньої та поперечної осей рухливого об'єкта, а стінки ампули впродовж оптико електронних давачів виконані прозорими, причому один оптико-електронний давач в кожній парі зв'язаний з аналогово-дифровим перетворювачем своєї пари, вихід якого зв'язаний з входом електронного блока керування, тоді як інший оптико-електронний давач зв'язаний з входом інвертора фази сигналу своєї пари, вихід якого зв'язаний зі входом аналогово-дифрового перетворювача свої пари, а двокоординатний давач вимірювання положення осі гіроскопа зв'язаний з входом аналогово- цифрового перетворювача, вихід якого зв'язаний зі входом електронного блока керування.

У випадку рівномірного переміщення рухливого об'єкта по прямолінійній траєкторії, його нахили у поздовжньому та поперечному напрямках можуть визначатись за сигналами оптико- 60 електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту, наприклад - під час аерознімання по маршруту, оскільки точність визначення кутів тангажу та крену у цьому випадку буде вищою, ніж з використанням гіроскопічного блока.

У випадку застосування запропонованого пристрою на дистанційно керованих рухливих об'єктах електронний блок керування повинен бути електрично зв'язаний з блоком керування самого рухливого об'єкта, оскільки керівні команди будуть надходити, наприклад, за радіосигналами, від віддаленого оператора саме до блока керування рухливого об'єкта.

Технічним результатом є підвищення точності визначення відходу чутливої осі гіроскопа з часом від вертикалі (горизонту) за рахунок застосування оптико-електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту, чутливого до фіксації рідинного горизонту, який контролює положення вертикалі (горизонту) в гіроскопічному блоці та точності визначення кутів тангажу та крену на прямолінійних ділянках маршруту у випадку рівномірного переміщення рухливого об'єкта за допомогою оптико-електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту, більш точного стосовно визначення цих кутів, ніж гіроскопічний блок.

Додатковим технічним результатом є скорочення часу на визначення положення рідинного горизонту під час коливання непрозорої рідини в герметичній ампулі шляхом фіксації щонайменше трьох послідовних крайніх положень поверхні рідини за допомогою оптико- електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту, не чикаючи повного затухання коливань.

Застосування диференційного способу опрацювання у блоці обробки інформації електричних сигналів завдяки застосуванню інвертора фази сигналу у кожній парі багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу, розташованих в діаметрально протилежних напрямках вздовж твірних на зовнішніх бічних стінках ампули та облаштування стінок ампули впродовж оптико електронних давачів прозорими дозволяє компенсувати вплив зміни рівня непрозорої рідини, а також вплив підняття поверхні рідини поблизу стінок герметичної ампули внаслідок дії вібрації, наприклад, від роботи двигунів рухливого об'єкта.

Суть винаходу пояснюється кресленнями: фіг. 1 - схема запропонованого пристрою; фіг. 2 - розріз оптико-електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту по діаметру; фіг.

З - поперечний розріз оптико-електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту, розташованого в горизонтальному положенні, за напрямком 7-7"; фіг. 4 - нахил дна ампули

Зо оптико-електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту на кут « відносно горизонту за напрямком 7-7"; фіг. 5 - нахил дна ампули оптико-електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту на кут - « відносно горизонту за напрямком 7-7"; фіг. 6 - розташування точок реверсії поверхні непрозорої рідини за напрямком 7-7"; фіг. 7. - вплив зміни рівня непрозорої рідини на відліки місць нулів за напрямком 7-7" у випадку горизонтального положення дна герметичної ампули.

На фіг. 1 зображено: 1 - оптико-електронний блок вимірювання положення рідинного горизонту; 2 - гіроскопічний блок, які закріплені на єдиній основі -- 3; 4 - герметична ампула; 5 - непрозора рідина; б - підсвітка; 7, 7 - перша пара багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу, наприклад ПЗЗ-лінійки, 8, 8' - друга пара багатоелементних оптико- електронних давачів лінійного типу, наприклад ПЗЗ-лінійки; 9 - інвертор фази сигналу першої пари багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу; 10 - інвертор фази сигналу другої пари багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу; 11 - двоканальний аналогово-цифровий перетворювач першої пари багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу; 12 - двоканальний аналогово-дифровий перетворювач другої пари багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу; 13 - електронний блок керування; 14 - блок обробки інформації; 15 - корпус гіроскопічного блоку; 16 - гідромотор; 17 - карданний підвіс; 18 - вимірювальний канал положення чутливої осі гіроскопа; 19 - двокоординатний давач вимірювання положення осі гіроскопа.

На фіг. 2 показано: 4 - герметична ампула; б - підсвітка; 7, 7 - перша пара багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу та 8, 8 - друга пара багатоелементних оптико-електронних давачі лінійного типу; 20 та 21 - напрямки, які з'єднують кожну пару багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу; 22 - прозорі стінки ампули в місцях розташування багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу, 23 - прозорий захисний ковпак для підсвітки 6.

На фіг. З показаної МО; та МО? - місце нуля багатоелементного оптико-електронного давача лінійного типу 7 та місце нуля багатоелементного оптико-електронного давача лінійного типу 7". Місце нуля - число п комірок багатоелементного оптико-електронного давача, на які потрапило світло джерела б, коли дно герметичної ампули 4 оптико-електронного блока 1 знаходиться у горизонтальному положенні.

На фіг. 4 показано: й - кут нахилу до верху корпусу 4 оптико-електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту за напрямком 7" - 7 відносно рідинного горизонту; п7,п? - число комірок оптико-електронних давачів лінійного типу 7 та 7", на які потрапило світло джерела 6; по, - Па - число комірок оптико-електронних давачів лінійного типу 7 та 7, які відповідають нахилу герметичної ампули 4 на кут а; А - радіус герметичної ампули 4.

На фіг. 5 показано: - а - кут нахилу до низу корпусу 4 оптико-електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту за напрямком 7" - 7 відносно рідинного горизонту; по,п? - число комірок оптико-електронних давачів 7 та 7", на які потрапило світло джерела 6; - Па,

Па - число комірок багатоелементних оптико-електронних давачів 7 та 7", які відповідають нахилу герметичної ампули 4 на кут - а.

На фіг. 6 показано розташування точок реверсії - крайніх положень коливних рухів поверхні непрозорої рідини 5 пі - пл; п2 - п»; пз - пз; відносно горизонту за напрямком 7-7 під час рівномірного руху рухливого об'єкта по прямолінійній траєкторії.

На фіг. 7 показано: МО7,МО? - значення місць нулів - першої пари багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу до зміни рівня непрозорої рідини 5; МО7,МО"? - значення місць нулів цих же багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу після зміни рівня непрозорої рідини 5; АМО - зміна значення місця нуля.

Функціонування пристрою для визначення вертикалі на рухливому об'єкті полягає в наступному (див. фіг.1). Єдину платформу 3, на якій закріплені оптико-електронний блок вимірювання положення рідинного горизонту 1 та гіроскопічний блок 2, встановлюють жорстко та орієнтують відносно головних осей рухливого об'єкта Причому першу пару багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу 7 та 7" встановлюють вздовж поздовжньої осі, а другу пару багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу 8 та 8 - вздовж поперечної осі рухливого об'єкта.

Оптико-електронний блок вимірювання положення рідинного горизонту 1 має обмежений діапазон вимірювання положення рідинного горизонту відносно дна герметичної ампули 4. Тому на ділянках руху носія з прискореннями стає неможливим вимірювання положення рідинного горизонту вказаним оптико-електронним блоком.

На відрізках траєкторії, що відповідають рівномірному прямолінійному переміщенню

Зо рухливого об'єкта, положення рідинного горизонту відносно дна герметичної ампули 4 (див. фіг. 1) визначається у оптико-електронному блоці вимірювання положення рідинного горизонту 1.

Внаслідок освітлення підсвіткою б частин першої пари багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу 7 та 7, які знаходяться над непрозорою рідиною 5, сигнали від них надходять, відповідно, до двоканального аналогово-цдцифрового перетворювача 11 та інвертора фази сигналу 9. Інвертор 9 змінює фазу сигналу від давача 7 на 180", після чого цей сигнал надходить до двоканального аналогово-дифрового перетворювача 11. Далі, сигнали у цифровому вигляді, кожний по своєму каналу, надходять до блока керування 13, а звідти - до блока обробки інформації 14.

Внаслідок освітлення підсвіткою 6 частин другої пари багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу 8 та 8", які знаходяться над непрозорою рідиною 5, електричні сигнали від них надходять, відповідно, до двоканального аналогово-дифрового перетворювача 12 та інвертора фази сигналу 10. Інвертор 10 змінює фазу давача 8' сигналу на 180", після чого цей сигнал надходить до двоканального аналогово-дифрового перетворювача 12. Далі, сигнали у цифровому вигляді надходять кожний по своєму каналу до блока керування 13, а звідти - до блока обробки інформації 14.

У блоці обробки інформації 14 виконується опрацювання цифрових значень сигналів окремо від першої та другої пари багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу та визначаються положення поверхні непрозорої рідини 5 відносно дна ампули у двох взаємно перпендикулярних напрямках 7-7" та 8-8 у вигляді сигналу Х та У, відповідно.

Таким чином, під час польоту мають місце дискретні часові зони, в яких контролюється положення рухливого об'єкта за допомогою оптико-електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту 1. Вплив невеликих величин прискорень на положення поверхні непрозорої рідини 5 виключають (або значно послаблюють) одчисленням середнього її положення шляхом фіксації щонайменше трьох послідовних крайніх положень поверхні рідини у кожній парі багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу. При цьому вибирається та часова зона, в якій зафіксовано середнє значення положення поверхні непрозорої рідини 5, яке паралельне дну герметичної ампули 4 по двох взаємно перпендикулярних напрямках 7-7 та 8-8' (див. фіг 2, фіг. 3). В такий спосіб у блоці обробки інформації 14 (див. фіг. 1) формується сигнал

А-Х, М) про положення рідинного горизонту (вертикалі), прив'язаний до часової шкали. 60 Одночасно, в межах дискретних часових зон, від двокоординатного давача вимірювання положення осі гіроскопа 19 через аналогово-дифровий перетворювач 20 надходить сигнал у цифровому вигляді до електронного блок керування 13, а звідти - до блока обробки інформації 14 стосовно положення осі гіромотора 16, в якому формується сигнал В про положення осі гіромотора 16, прив'язаний до часової шкали.

Таким чином, у блоці обробки інформації 14 за відповідними числовими даними сигналів А та В, прив'язаних до часових міток, обчислюються результати: середнього положення поверхні непрозорої рідини 5, відносно дна герметичної ампули в двох взаємно перпендикулярних напрямках 7-7 та 8-8' в межах дискретних часових зон, щонайменше за трьома послідовними крайніми положеннями поверхні рідини; створюються графік сигналу В середнього положення осі гіроскопа 19 гіроскопічного блоку 2 в межах дискретних часових зонах; з дискретних часових зон вибирається та, для якої сигнал А відповідає паралельному положенню дна герметичної ампули 4 відносно рідинного горизонту в двох взаємно перпендикулярних напрямках 7-7 та 8-8 та на цей момент часу визначають за графіком сигналу

В середнє положення осі гіромотора 16 і отримують відхилення осі гіроскопа від істинної вертикалі, враховуючи жорстке положення оптико-електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту 1 та гіроскопічного блока 2, на єдиній основі 3, яке використовують під час обробки значень тангажу та крену рухливого об'єкта, наприклад, для визначення кутових елементів зовнішнього орієнтування під час аерознімання, або подальшого керування рухливим об'єктом.

Особливості застосування оптико-електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту 1 як в режимі роботи разом з гіроскопічним блоком 2 - для визначення відходу осі гіромотора 16 від вертикалі, так і самостійно - для визначення значень тангажу та крену рухливого об'єкта полягають у наступному. В лабораторних умовах виконують тарування - визначають значення місць нулів багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу 7, "7 та 8, 8. Для цього єдину основу З встановлюють на горизонтальну основу, вмикають блок керування 13, за командою з якого вмикається підсвітка 6 (див. фіг. 1), світло від якої потрапляє на комірки верхніх частин першої пари багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу 7, 7" та комірки верхніх частин другої пари багатоелементних оптико-електронних давачів

Зо лінійного типу 8, 8", які не затінені непрозорою рідиною 5. Електричні сигнали від кожної пари потрапляють у інвертори фази сигналу багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу 9 та 10 і двоканальні аналогово-дифрові перетворювачі 11 та 12, а потім через блок керування 13 до блока обробки інформації 14, в якому знаки сигналів у числовому вигляді міняються на протилежні та зберігаються в комірках пам'яті як: -МО?;, МО?7, - МОв та МО». Єдину основу З встановлюють на рухливий об'єкт, орієнтуючи відносно головних осей рухливого об'єкта.

Нахил дна герметичної ампули 4 оптико-електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту 1 на кут « відносно горизонту за напрямком 7-7 (див. фіг. 4) веде до освітлення п7 комірок та п7 комірок верхніх частин першої пари багатоелементних оптико- електронних давачів лінійного типу 7, 7, які не затінені непрозорою рідиною 5. З фіг. 4 зрозуміло, що п; - МО; п (5) де По - число комірок, на які освітлені додатково відносно МО; за рахунок нахилу корпусу герметичної ампули 4 на кут « на багатоелементному оптико-електронному давачі лінійного типу 7, пи МО п (6) де о. число комірок, на які неосвітлені відносно МО; за рахунок нахилу корпусу герметичної ампули 4 на кут - а на багатоелементному оптико-електронному давачі лінійного типу 7.

Після проходження інвертора фази сигналу 9 (див. фіг. 1) електричний сигнал, пропорційний числу освітлених комірок на багатоелементному оптико-електронному давачі лінійного типу 7", поміняє фазу сигналу на протилежну, тобто 7 - по, МО; (7)

та після перетворення цього електричного сигналу та електричного сигналу від багатоелементного оптико-електронного давача лінійного типу 7 у цифровий вигляд за допомогою двоканального аналогово-цдцифрового перетворювача першої пари багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу 11, ці цифрові сигнали надходять через блок керування 13 до блока обробки інформації 14, в якому визначається сума цих сигналів та значень -МО;, МО, видобутих з його пам'яті, та отримують результуючий сигнал Х х- п7 в(-7)-МО, Мо, - 2п мо, -Мо0, -Ммо, Мо, - 2п І (8)

Аналогічним чином отримують результуючий сигнал М від другої пари багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу 8 та 8'

М - Пе (-пв)- МОВ Мов ж 2пу МОВ - Мов, - МОв Мов - 2пу | (9)

Нахил дна герметичної ампули 4 оптико-електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту 1 на кут - « відносно горизонту за напрямком 7-7 (див. фіг. 5) веде до освітлення п7 комірок та п7 комірок верхніх частин першої пари багатоелементних оптико- електронних давачів лінійного типу 7, 7, які не затінені непрозорою рідиною 5. З фіг. 4 зрозуміло, що п; -МО; по (10) та п? -МО; кп (17)

Після зміни фази сигналу на протилежну інвертором фази сигналу 9 (див. фіг. 1), перетворення цього електричного сигналу та електричного сигналу від багатоелементного оптико-електронного давача лінійного типу 7 у цифровий вигляд за допомогою двоканального аналогово-дифрового перетворювача першої пари багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу 11, ці цифрові сигнали надходять через блок керування 13 до блока обробки інформації 14, в якому визначається сума цих сигналів та значень -МО;, МО7,

Зо видобутих з його пам'яті, та отримують результуючий сигнал Х у вигляді х- п7 в(-)-мМО, МО; ж -2Ппу Мо, -МО07 -МО0, МО; - -2пу (12)

Аналогічним чином отримують результуючий сигнал М від другої пари багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу 8 та 8' у вигляді

М - Пе (-пв)- МОв Мов - -епу Мов -Мов - МОв Мов - -2пу (13)

Як видно з формул (8), (9) та (12), (13), оптико-електронний блок вимірювання положення рідинного горизонту 1 відслідковує величину та напрямок тангажу (сигнал Х) і крену (сигнал У) єдиній основі - З відносно рідинного горизонту (вертикалі), причому сигнали Х7 та Мв фіксують подвійне значення засвічених комірок по, які відповідають куту нахилу а.

З фіг. 4 можна визначити співвідношення між величиною кута нахилу а герметичної ампули 4 відносно горизонту, її розміром, наприклад її радіусом В та величиною сигналу

Кп

Що - -- 14

В. (14) де К - фізичний розмір комірки багатоелементного оптико-електронного давача лінійного типу

Оскільки сигнали Х фіксує подвійне значення засвічених комірок по, які відповідають куту нахилу а, то з переходом до лінійних розмірів багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу, наприклад, 7, 7"

х -2кп (15)

Щоб визначити значення кута нахилу а у відповідності до формули (14), необхідно 2 у Х! Ух: 2гн г о, де О - діаметр герметичної ампули, а для малих значень а

Х

" " з (17) п и де Р -206256

Якщо вважити, що найменший сигнал, який фіксують багатоелементні оптико-електронного давач лінійного типу, наприклад, 7, 7, відповідає одному фотоприймальному елементу, то для засвіченої половини комірки (Па - 0,5) сигнал дорівнює Х-2:05-1 а в лінійному розмірі ! 5 . 5 вх -к х-к05-К один фотоприймальний елемент. З урахуванням малого значення а з формули (17) можна визначити роздільну здатність блока вимірювання положення рідинного горизонту 1 стосовно реєстрації найменшого кута нахилу герметичної ампули 4 разом з єдиною основою З за окремим напрямком відносно горизонту (значення тангажу чи крену) за формулою

Кк

В'- те (18) р де 0 - діаметр герметичної ампули.

Розмір герметичної ампули 4 для заданого значення роздільної здатності можна визначити згідно з (18) за формулою

К " р- в (19)

Наприклад, для розміру фотоприймальномого елемента К-6,5 мкм І/| та В - 30" діаметр герметичної ампули 4 0-44,7 мм, а для ВД - 10" 0-134 мм. Тобто, підбором розміру герметичної ампули 4 можна регулювати роздільну здатність оптико-електронного блока положення рідинного горизонту 1 за відомого розміру фотоприймальномого елемента відносно вимірювання кутів тангажу та крену, а відповідно і точність їх визначення.

В дискретних зонах, коли носій рухається прямолінійно та рівномірно, поверхня непрозорої рідини 5 буде виконувати затухаючі коливання відносно горизонтального положення -

Зо положення динамічної рівноваги, що буде реєструватися у кожній парі багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу 7, 7" та 8, 8". Тому в основу обчислень середнього положення поверхні непрозорої рідини 5 відносно дна герметичної ампули 4 покладено програму спостереження точок реверсії для визначення положення рівноваги чутливого елемента гіротеодоліту І(ВЇ. Для пришвидшення визначення положення динамічної рівноваги можна використати програму спостережень, як мінімум, за трьома точками реверсії - трьома послідовними крайніми положеннями поверхні непрозорої рідини 5: пі - п; По - П'2; пз - П'з (ДИВ. фіг.6). Точки реверсії будуть зафіксовані у блоці обробки інформації 14 цифровими сигналами: перша точка - сигналом х- 2п, друга точка - сигналом Ха - гПа третя точка - сигналом

Ха - г2пз

Положення динамічної рівноваги визначається у блоці обробки інформації 14 за умови, що оптико-електронний блок вимірювання положення рідинного горизонту 1 працює в допустимому діапазоні роботи Хд, (точніше в діапазоні, який більше Хд на величину подвійної роздільної здатності блока вимірювання положення рідинного горизонту 1) та виконується умова

ЇХз| 2 хі (20)

Тоді за формулами, отриманими на основі |8):

Ді

Хо М н(Хз -Х1)7 (21) де 1/Х1-Х Х» -Хх Хі 2Х2-Х

Мі - - гіпо ле г | ле 3 (22) 2 2 2 4

Хі - Хз

Му ев) 372

Для розмаху коливань точок реверсії до 60", згідно з |8), А бе", Тому у цьому випадку наведені формули спрощуються до вигляду робочої формули 1 Хі Хо Хо З Хз Хі ваХ» З Хз

Х шВ- Я | Я 6 Я ; 2-5 -ЄЖЄ :Я 2 2 Я; ШТ. БЗЖЗ(- : -?-- о з 2 2 4 (24)

З урахуванням переходу до лінійних розмірів багатоелементних оптико-електронного давачів лінійного типу 7, 7"

Хо -КОо (5)

Величина відхилення єдиної основи З від горизонту в напрямку поздовжньої осі (значення тангажу) згідно з (16) дорівнює

Хо ост - ас тв (26)

Величина відхилення єдиної основи З від горизонту в напрямку поперечної осі (значення крену) визначається за формулами (20) - (26) заміною: Хі -- Мі, Х2 -- У», Хз -» Уз та обчислених значень: Хо - Мо, Хо -- Жо, отже й ок - вто (27)

Визначення точок реверсії в напрямку крену і тангажу за сигналами першої та другої пари багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу 7, 7" та 8, 8' та їх обчислення у блоці обробки інформації 14 виконується паралельно в чавбі.

Діапазон кутових значень тангажу та крену визначається підбором довжини | багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу 7, 7" та 8, 8". Так, якщо

Коо)

І - 2кп с (28) то з урахуванням формули (12)

Їдо - ї 29 дев. (29) звідки

І-0. Що (30)

а число комірок багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу 7, 7" та 8, 8", які потрібні для фіксації максимального значення кута а, згідно з формулою (28), дорівнює п -4 (31) олпах Кк а повне число комірок багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу 7, 7 та 8, 8", які потрібні для фіксації значення кутів від ї- а до - а, складає п- (Зг)

К,

Наприклад, для значень тангажу та крену а -10" |8), діаметра ампули 0-44,7 мм згідно з (30)

ІЇ-27,88 мм, що для К-0,0065 мм згідно з (32) п-1213 комірок (пікселів), а для 0-134 мм, І-23,6 мм, п-3631 комірка (піксель).

Допустимий діапазон роботи оптико-електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту 1 за результатами обробки результуючого сигналу у блоці обробки інформації 14 визначається за формулою

ЕХдД ---2 поутах шен (33)

У випадку, якщо, наприклад, рівень непрозорої рідини 5 зменшиться, а визначення значень місць нулів (див. рис 7) виконані за іншого рівня, то це приведе до зміни значень місць нулів

МО7,МО? на величину ДАМО. Тоді нові значення місць нулів дорівнюватимуть

МОУ -мМО,; тАМО. (34)

МО» - МО» 4 АМО (35).

Після зміни фази сигналу від багатоелементного оптико-електронного давача лінійного типу

Тт на протилежну інвертором фази сигналу 9 (див. фіг. 1), перетворення цього електричного сигналу та електричного сигналу від багатоелементного оптико-електронного давача лінійного типу 7 у цифровий вигляд за допомогою двоканального аналогово-дифрового перетворювача першої пари багатоелементних оптико-електронних давачів лінійного типу 7, 7", ці цифрові сигнали (МО", - МО"7) надходять через блок керування 13 до блока обробки інформації 14, в

Ко) якому визначається сума цих сигналів та значень -МО7, МО7, видобутих з його пам'яті, та отримують результуючий сигнал з урахуванням (34) та (35) у вигляді

МО, -МО0 -МО0, МОХ Б МО, -АМО-МО2Х - АМО-МО, МО, -0 (36).

Тобто, зменшення (збільшення) рівня непрозорої рідини 5 не впливає на результуюче значення сигналу. Отже оптико-електронний блок вимірювання положення рідинного горизонту 1 не чутливий до зміни рівня непрозорої рідини 5 у герметичній ампулі 4.

Якщо пристрій для визначення вертикалі на рухливому об'єкті розташовано на дистанційно керованому об'єкті, то для його функціонування необхідно, щоб електронний блок керування 13 був електрично зв'язаний з блоком керування самого рухливого об'єкта, що забезпечить дистанційне керування роботою пристрою, який заявляється, та відправлення отриманої інформації, а за необхідності за значеннями тангажу та крену, отриманими в електронному блоці керування 14 виконувати виправлення значень тангажу та крену рухливого об'єкта до мінімальних значень, що потрібно, наприклад, під час аерознімання.

Оскільки відхід сучасних серійних гіроскопів знаходиться в межах одиниць кутових хвилин за годину, то застосування запропонованого пристрою дозволяє підвищити визначення величини відходу в межах одиниць - десятків кутових секунд. Застосування оптико-електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту на ділянкам прямолінійного та рівномірного переміщення рухливого об'єкта, наприклад на маршрутах аерознімання, дозволяє визначити визначення крену та тангажу рухливого об'єкта в межах одиниць - десятків кутових секунд.

Джерела інформації: 1. Петрухин В.А. Мельников В.Е. Маятниковая вертикаль для беспилотного летательного аппарата. ОК: пер:/АЯгидутаї.ги/иріоаа/БіосКк/аза/реїгиКвпіп. теїПІпіком гив.раї?іІапа-гивіз5це-88. 2. Патент 154291 01. Россия. Бесплатформенная инерциальная гіровертикаль / Иванов Ю.

В., Лихошерст В.В., Шукалов А.В., Распопов В.Я. - Мо 2014149328/28; заявл. 08.12.2014; опубл. 20.08.2015, Бюл. Мо 23. 8 с. 3. Двуліт П.Д. Гравіметрія / П.Д. Двуліт - Львів: ЛАГТ, 1998. - 196 с. 4. Патент 96235 01. Россия. Бесплатформенная инерциальная гіровертикаль / Иванов Ю.

В., Шведов Ю.В., Распопов В.Я. - Мо 2010108047/22; заявл. 04.03.2010; опубл. 20.07.2010, Бюл.

Мо 23. 8 с. 5. Патент. 10397. Україна. 502813/10 Пристрій для визначення вертикалі на рухливому об'єкті / Бурачек В.Г., Крельштейн П.Д., Надточій О.В., Шульц Р.В., Якунін О.В. - Мо и 2005 03805; заявл. 21.04.2005; опубл.15.11.2005, Бюл. Мо 11. 6. А.Л. Островський, О.І. Мороз, В.Л. Тарнавський. Геодезія, частина ІІ: підручник для вузів.

Львів. НУ "Львівська політехніка", 2007 - 508 с. 7. Основи фотограмметрії. Підручник. - Львів. Видавництво Національного уннівкрситету "Львівська політехніка". 2003. 214 с. 8. Н.Н. Воронов, В.В. Кутьірев Гироскопическоз ориентирование. Москва. "Недра", 1989 - 212 б. 9. В. Глотов, А. Церклевіч, О. Збруцький, В. Колісниченко, О. Прохорчук, Р. Карнаушенко, В.

Галецький. Аналіз і перспективи аерознімання з безпілотного літального апарату.. ОК: пер//епа.Ір.еди.са/хтішйНапа!є/пів/248347ІосаІе-аніібше-ик.

Claims (2)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Пристрій для визначення вертикалі на рухливому об'єкті, що містить оптико-електронний блок вимірювання положення рідинного горизонту з герметичною ампулою, частково заповненою рідиною, та підсвіткою, гіроскопічний блок, які закріплені на єдиній основі, двокоординатний давач вимірювання положення осі гіроскопа, електронний блок керування, блок обробки Зо інформації, причому вхід оптико-електронного блока вимірювання положення рідинного горизонту електрично зв'язаний з виходом електронного блока керування, вхід та вихід електронного блока керування зв'язані з виходом та входом блока обробки інформації, вхід гіроскопічного блока зв'язаний з виходом електронного блока керування, який відрізняється тим, що рідина в герметичній ампулі є непрозорою, оптико-електронний блок вимірювання 35 положення рідинного горизонту містить чотири багатоелементні оптико-електронні давачі лінійного типу, які розташовані попарно вздовж твірних на зовнішніх бічних стінках ампули якнайдалі один від одного, а напрямки, які з'єднують кожну пару, є взаємно перпендикулярні та зорієнтовані вздовж поздовжньої та поперечної осей рухливого об'єкта, а стінки герметичної ампули вздовж оптико-електронних давачів виконані прозорими, причому один оптико- 40 електронний давач в кожній парі зв'язаний з аналогово-дифровим перетворювачем своєї пари, вихід якого зв'язаний з входом електронного блока керування, тоді як інший оптико-електронний давач зв'язаний з входом інвертора фази сигналу своєї пари, вихід якого зв'язаний зі входом аналогово-дифрового перетворювача своєї пари, а двокоординатний давач вимірювання положення осі гіроскопа зв'язаний з входом аналогово-дифрового перетворювача, вихід якого 45 зв'язаний зі входом електронного блока керування.

2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що електронний блок керування електрично зв'язаний з блоком керування рухливого об'єкта.