Способ измерения дрейфа гироинерциальных систем
Изобретение относится к области опре- , ;еления навигационных параметров при полощи гироинерциальных систем (ГИС) 1авигации и может быть использовано для ,1втономного измерения и коррекции дрейфа базовой и корректируемой ГИС на движущемся объекте, а также при создании инерциальных комплексов на базе нескольких ГИС с автономной коррекцией горизонтальных каналов. Целью изобретения является обеспечение возможности автономного измерения дрейфа горизонтальных каналов корректируемой и базовой ГИС на движущемся объекте и повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что осуществляют коррекцию одной ГИС (корректируемой) от другой ГИС (базовой), выравнивание горизонтальных каналов корректируемой ГИС относительно базовой, согласование в азимуте корректируемой ГИС относительно базовой: первое измерение и запоминание отфильтроазнных сигналов коррекции горизонтальных каналов, разворот корректируемой гироплатформы (блока чувствительных элементов ) в азимуте на 90°, повторное выравнивание горизонтальных каналов и согласование в азимуте корректируемой ГИС относительно базовой; второе измерение и запоминание; определение дрейфов корректируемой и базовой ГИС по результатам двух измерений. 1 з.п. ф-лы, 7 ил. СО С
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51!5 G 01 С 21/18 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
i ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
Cd
1 (21) 4944461/22
l(Z2) 13,06.91
46) 30,08,93. Бюл. N 32
71) Государственный научно-исследоваельский институт автомати еских систем
2) А.С,Волжин (73) Государственный научно-исследова гельский институт автоматических систем
56) Патент ФРГ ¹ 3445463, л. G 01 С 21/16, 1984.
Самотокин Б.Б. и др, .Навигационные риборы и системы, Киев; Вища школа, 986, с. 220,рис. 16, 11, 54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДРЕЙФА ГИРОНЕРЦИАЛЬНЫХ СИСТЕМ
57) Изобретение относится к области опрееления навигационных параметров при поощи гироинерциальных систем (ГИС) авигации и может быть использовано для втономного измерения и коррекции дрейфа базовой и корректируемой ГИС на двиущемся объекте, а также при создании нерциальных комплексов на базе несколь1.
Изобретение относится к области опрееления навигационных параметров при поощи гироинерциальных систем (ГИС) и ожет быть использовано для автономного измерения и .:оррекции дрейфа базовой и орректируемой ГИС на движущемся объеке, а также при создании инерциальных комлексов на базе нескольких ГИС с втономной коррекцией горизонтальных каалов, Целью изобретения является обеспечеие возможности автономного измерения рейфа горизонтальных каналов корректи„„ Ц „„1838761 АЗ ких ГИС с автономной коррекцией горизонтальных каналов. Целью изобретения является обеспечение возможности автономного измерения дрейфа горизонтальных каналов корректируемой и базовой
ГИС на движущемся объекте и повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что осуществляют коррекцию одной ГИС (корректируемой) от другой ГИС (базовой), выравнивание горизонтальных каналов корректируемой ГИС относительно базовой, согласование в азимуте корректируемой ГИС относительно базовой: первое измерение и запоминание отфильтрованных сигналов коррекции горизонтальных каналов, разворот корректируемой гироплатформы (блока чувствительных элементов) в азимуте на 90 . повторное . выравнивание горизонтальных каналов и согласование в азимуте корректируемой
ГИС относительно базовой; второе измерение и запоминание; определение дрейфов корректируемой и базовой ГИС по результатам двух измерений. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.
Ъ руемой гидроинерциальной системы и базового датчика скорости на движущемся объекте и повышение точности измерения.
Поставленная цель достигается тем, что
-в способе измерения дрейфа гидроинерциальных систем, включающем коррекцию гироинерциальной системы от базового датчика скорости путем подачи управляющих сигналов на гироскопы горизонтальных каналов, сформированных путем фильтра- .,Л ции разности скоростей гироинерциальной (д) системы и датчика базовой скорости, выделение дрейфа гироинерциальной системы, в
1838761 качестве базового датчика скорости используют гироинерциальную систему, при этом осуществля От выравнивание горизонтальных каналов корректируемой гироинерцйальной системы относительно базовой путем подачи дополнительных управляющих сигналов на гироскопы горизонтальных каналов корректируемой и базовой системы, сформированных по разности сигналов с акселерометров одноименных горизонтальных каналов этих систем, одновременно согласовывают в азимуте гироплатформы двух систем путем подачи на аэимутапьный гироскоп корректируемой системы уп равляющего сигнала, сформированного по разности сигналов датчиков гидроскопического курса этих систем, . По окончании переходных процессов выравнивания горизонтальных каналов и согласования в азимуте, производят первое измерение и заполнение отфильтрованных сигналов коррекции горизонтальных каналов, после чего, прекращают подачу сформированных управляющих сигналов на гироскопы корректируемой и базовой системы и осуществляют разворот гироплатформы корректируемой системы в азимуте на 90, путем подачи управляющего сигнала на азимутальный гироскоп корректируемой системы. по окончании разворота, возобновляют подачу управляющих сигналов на гироскопы корректируемой и базовой системы, с учетом поворота корректируемой системы на 90,.затем, повторяют операции выравнивания горизонтальных каналов и согласования в азимуте с использованием начальных условий от базовой системы, по окончании данных операций производят второе измерение и запоминание отфильтрованных сигналов коррекции горизонтальных каналов по результатам двух измерения определяют дрейфы горизонтальных каналов корректируемой и базовой гироинерциальной системы в соответствии с выражением а = — (в, — вп+ Id< + в, ) л! II
2 лl л I л II л II со = — (о „+ в„— 0) + ю ) l л "II ll
®,, = — (— fd — 0)л + О,< + г э )
2(I 1 II 11 л где и,ld> — измеренные дрейфы горизонтальных каналов корректируемой гироинер; циальной системы: л Л ир,(d ; измеренные дрейфы горизон тальнйх каналов базовой гироинерциаль ной системы; лу л л лр в,и и cd,и) - — первый и второй отфильтрованные сигналы коррекции горизонтальных каналов.
Целью изобретения является также расширение области использования для бесплатформенных измерительных систем.
10 Поставленная дополнительная цель до.стигается тем, что в вышеописанном способе исключают операцию согласования в азимуте корректируемой и базовой системы в первом и втором измерении сигналов, разворот блока чувствительных элементов корректируемой бесплатформенной инерциальной системы, осуществляют пу тем его установки на поворотное основание с фиксацией угла поворота на 90О, На фиг.1 изображен пример реализации способа измерения. дрейфа ГИС; на фиг,2— взаимное положение осей корректируемой и базовой ГИС при первом и втором измерении дрейфов; на фиг.3 — 7 — приведены ха25 рактерные реапизэц и математического моделирования способа измерения дрейфов ГИС в конкретных условиях применения, На фиг.1,2 приняты следующие обозна30 чения;
1,11 — контуры одноименных горизонтальных каналов с периодом Шулера корректируемой и базовой ГИС:
lv; 1Iy,— аэимутальные каналы 1 u II ГИС;
А, А2 — сигналы одноименных ускорений замеряемые I u II ГИС;
v>,vz — сигналы одноименной скорости, выдаваемые 1 и II ГИС; ф1, >/ г2 — сигналы гироскопического курса, выдаваемые! и II ГИС; жд (а ) — функции взаимного управления, соответственно при управлении по ускорению или скорости;
F — фильтр коррекции; в,— функция управления по гироскопическому курсу;
Б1,Б2 — блоки вычисления навигацион-. ных параметров и формирования сигналов на компенсацию кориолисовых ускорений и угловой скорости вращения Земли;
А11, Ap — сигналы на компенсацию кок риолисовых ускорений;
UI>, 012 — сигналы на компенсацию yrk k ловой скорости вращения Земли;
UI"äl — дополнительн ые уп равля ющие сигналы на гироскопы горизонтальных каналов! и 11 ГИС;
U v — сигнал на выходе фильтра коррекции;
1838761 ц У
Ц1 — суммарный управляющий сигнал фов и обеспечения качества измерения вво- на гироскопы горизонтальных каналов дятдополнительные операции.
ГИС; 1. Выравнивание вертикалей двух ГИС
° 0"„— дополнительный управляющий сиг- . и погрешностей горизонтальных каналов по ГИС;, нал на гироскоп азимутального канала 5 скорости и координатам относительно ба завой системы, путем подачи взаимоуправляИ1, И2 — информация с азимутального и ющих сигналов на датчики моментов
, вертикального каналов и необходимые ис- горизонтальных гироскопов I u tl ГИС. Для чего сравнивают сигналы с акселерометР1,Р2 — выходные параметры ГИС; . 10 ром одноименных горизонтальных каналов
QtI,— сигнал наазимутальныйгироскоп А и Ар (см. фиг.1) I и,tl ГИС, их разность (ГИС для разворота ее в азимуте на 90О; преобразовывают с помощью функции вэаП1-П4 — переключатели; . имного управления и после преобразования
X„Y — горизонтальные оси сопровожда- направляют на датчики моментов горизон, ющего навигационного трехгранника; 15 тальных гироскопов, Взаимное управление
X1, Y> — горизонтальные оси гироплат- обеспечивает быстрое согласование (деформы (ГИС; мпфирование) вертикали I ГИС относительХ2, Yz — горизонтальные оси гироплат- íî II, исключает влияние собственных, формы ((ГИС; инструментальных погрешностей I ГИС на точU„„U>„U< — абсолютные угловые скоро- 20 ность счисления, то есть ошибки счисления I сти по осям сопровождающего трехгранни- ГИС становятся равными ошибкам ((ГИС. Кро-! ме того, при взаимном управлении в достаточв,<,à - систематические дрейфы по го- ном приближении передаточные функции по, ризонтальным осям I ГИС; ошибкам (и II ГИС равным. Это.обеспечивает а@,в — систематические дрейфы по го- 25 им одинаковые динамические характеристики
i ризонтальйым осям I(ГИС; при изменении параметров движения объекта ,и „и(, — ошибка ориентации в азимуте (и действии возмущений и обуславливает изме;и (! ГИС при первом измерении дрейфов; Рение дРейфа с тРебУемым качеством. ,4, и — ошибка ориентации в азим те . - дновременно с вы ав,и II ГИС при втором измерении дрейфов. дновременно с выравСущность способа состоит в том, что ниваем вертикалей вводится опе а ия согласования в азимуте, путем подачи иодновременно измеряется суммарный равляющих сигналов на датчики моментов . дрейф корректируемой и базовой ГИС в азимутальных гироскопов корректируемой двух различных положениях в азимуте гиро- 35 ГИС(ф 1) д (см, фиг.1). Для чего сравнивают сигнаплатформы корректируемой ГИС относиельно базовой, при этом измерения лы с датчиков гирпоскопического курса ф-1 осуществляются автономно без использои ф- и П ГИС затем их
С, затем их разность преобравания внешней информации., зовывают с помощью функции управления
40 курсового канала ш„,и после преобразоваВ процессе измерения обе ГИС нахо- ниЯ напРавлЯют на датчик о ен о азиму ятся в режиме навигации с периодом Шу- тального гиРоскопа ГИС. ера в горизонтальных каналах и выдают Управление по гироскопическому курсу отребителям необходимую. информацию. обеспечивает согласование погрешностей ( х установочные и отсчетные базы в аэиму- о носительно ((ГИС а азимуте, то есть, их е должны быть предварительно согласова- ошибки оРиентации гиРоплатфоРмы и дРейы с заданной точностью (относительная фы становятся равными, крометого, каки в огрещность установки отсчетных баз дат- гоРиэонте, пеРедаточные фУнкции азимУиков гироскопического курса сопрягаемой тальных каналов становятся идентичными. базовой ГИС, равная 1 угл, мин„может 5 ЗтоисключаетвлиЯниеаэимУтальныхдрейривести к погрешности измерений дрейфа -фоа и погрешностей выставки в азимуте и ,002 оуч. Существует датчики с точностью II ГИС на точность измерения горизонтальо единиц угл,сек), Для обеспечения изме- ных ДРейфов и УлУчшает качество измеРеения дрейфа за относительно короткое ремя (15-25 мин), снятия ограничений на Затем, после выравнивания веРтикаль. 55 обьекта pa3AeneHvs дрейфов О и со ласован в азимуте I u Il ГиС, орректируемой и базовой ГИС, исключе- выполнЯют пеР ое измере е сигналов с ие влияния погрешностей ориентации ги- выхода фильтров коррекции (F) горизоноплатформы и дрейфов в азимуте на тальных каналов и РезУльтаты измерений точность измерения горизонтальных дрей1838761
О + 0 + uk — О"
l9 rrr r rrrr 1 .
U+U +V -1/У а
u,+U +Π— u
+g р. 7.,и1= (Д,/— аг= оф; (3) Ug = Uxa+ UyaP1 Uz)91
1 (4) 25
0,= Uz — Uya p1 + Uxa$1 (5) Uy, t1o с t1k
-Ux. <20 + t 5-t2k
Uya =
О! = Ох + Uy Иг — Uz/32 (6) U> = Uy — Ux /z2 + Uz аг
О,; — О, - Uy a2 + U, /12
Ц! = Чу1/ Rn
U = Vx1/ Rn ,/3
0 =0
Рг (7) u =- Суг / R„
k с
0 = Vx2 / Rn
А2.
Up=0 (8) 55 х1 =,) (Ах1+ Аха ) о1 о
k чу1 = ./ (Ау1+Ауа ) г!1 о (9) 3. Разворот гироплатформы корректируемой ГИС в азимуте.
После первого измерения сигналов с фильтров коррекции горизонтальных каналов отключают управляющие сигналы на датчики моментов гироскопов горизонтальных и аэимутального канала, путем размыкания ключей П1, П2, ПЗ, П4 (см. фиг.1) и обе
ГИС переводят в независимый режим работы. B процессе измерения дрейфов инерциальная информация непрерывно поступает потребителям с базовой ГИС.
Разворот корректируемой гироплатформы.в азимуте на 90 осуществляют путем замыкания ключа П4 и подачи калиброванного сигнала Q на датчик момента ее азимутального гироскопа, Современные авиационные ГИС позволяют выполнить разворот гироплатформы
90 за время в пределах 3 мин. После выполнения разворота гироплатформы в азимуте, потворяют операции выравнивания горизонтальных каналов и согласования в азимуте и !! ГИС, но уже с учетом того, что относительный угол между ними составляет
90"., Для чего замыкают ключи П1, П2, ПЗ и размыкают ключ П4, кроме того, в выходной сигнал гироскопического курса ГИС вводят поправку на 90, а горизонтальные каналы сопрягают с учетом их рассогласования в азимуте на 90, а начальные данные для I
ГИС берут со II. По окончании процессов выравнивания горизонтальных каналов И согласования в азимуте выполняют второе измерение сигналов с фильтра коррекции и заносят.его в память. По результатам двух измерений определяют дрейфы горизонтальных каналов и II ГИС в соответствии с выражением (1).
Измерение и коррекция дрейфов может периодически повторяться в процессе работы, при этом предыдущее измерение для выражения (1) будет являться первым, а последующее измерение вторым.
Способ измерения дрейфа гироинерциальных систем включает следующие отличительные операции и признаки; — дрейф одной инерциальной системы измеряется с помощью другой, при этом измеряется дрейф как базовый, так и корректируемой ГИС; — выравнивание горизонтальных каналов корректируемой и базовой ГИС; — согласование гироплатформы в азимуте корректируемой и базовой ГИС; — разворот гироплатформы корректируемой ГИС в азимуте на 90 .
Основное отличие способа состбит в том, что осуществля ют автономное измере-, ние дрейфа двух вэаимоуправляемых ГИС, 30
Докажем и обоснуем достижение поставленной цели.
В соответствии со структурной схемой (фиг.1) и взаимным положением, осей (фиг.2) динамику взаимодействия двух ГИС в процессе измерения дрейфа можно описать следующей системой дифференциальных уравнений: а1= а,„- О, + ц,"+ U k — Uy (2)
p1= в,— u + 0 k+ uk — uy г9 Я Д У Э
/2= в,; О,+ О,+ О,; О„
Од = Uya Uxa и1+ Uz а1
Ux, 11О t t1k
Uxa =
Uy, t20 t t2k
1838761
Vx2 - / (АХ2 + Ax2 ) Ф о
1 уг =,/ (Ау2 + Ау2 )Clt о
Uy,=" "fF(S)) yy
0"„= ((S))) Л (20) 15
4х -Ч 2 во - -<2.х
20 (22) к
«Х „«О - - 1К
ОУ,= " fW (5))49 (25) 35
О,= ОЕ1"
0 =Ох2 — х
О" = Uy2k
0k = 0z2
РХ (26) (15) (27) О„У = ф „,+ ОУ„
° 4= О"4 10 — t 113с
ОУ= О,", 50
О =ОА
ОУ =ОУ„ (17) Uy =0
Ра
Uy = (. fwA(S))hAy1 (я, (18) Ах1= Аха+ Ауая1 — AzPt+ Ьах1 (10)
Ay1= Aya — AxaP1+4z а1+ hay
t а 20 2К
20 2к Р1)
Ag 1о в 1к
62044 - taк
ДХ1 1о- 1К
А р 4о < гк (12)
A„ 111о< -«К
- A X1 1 g.О а с g. ха
А„,=
Axak
А„,=
Ах2 = Ах + Ау,йг — А P2 + Ь ах2 (13) Ар = Ay —,Ах,йг + Айаг+ Ла.уг
0,y„„= =L fWA(S))ЛА.
Ацй 10 <к
Д,1 АХ2112О с "- г- "сК ( А»,- А„, 1„- 1 АХ1 Аь)%tot Цга = - fWA (8) ) Ay2 Ца,1 = - (WA (S) )AAx2 25 дА, JÀ,-"qzi АХ1 Agg >42o + 2К A X1- A хй> 1о 1к 30 ЯХ с с " я1 А хо.1 20-+ 2к Лф-,t10 Лф- = Л 1Й 2, t20 (t (t2k Лф-1 =ф-1 фг Лагг,= ф 1 1у гг Ф у.1 1 = ф + +1 + у г1 фгг =ф +фг + г фгг lpga+ —, тго Л В системе уравнений (2) — (28) приняты следующие обозначения: Qj,pj, и1 — угловые ошибки ориентации 1-й I N; 1 1,2 — индекс, соответственно, первой и второй ГИС; в, ж, и — дрейфы по осям I-й ГИ; Л Р 1838761 Ux, Uy, Uz — абсолютные угловые скорости по осям сопровождающего трехгранника: U,,Ö ;,ք— сигналы коррекции на opuk k k ентации {-й ГП по осям сопровождающего 5 трехгранника; О, О, U, — сигналы на компенсаk цию угловой скорости вращения Земли по осям i-й ГП: ф, U, Uy — сигналы управления по 10 осям i-й ГП; VxI, Vyl — ОтНОСИтЕЛЬНЫЕ ЛИНЕЙНЫЕ СКОрости, замеряемые )-й ГИС по горизонтальным осям; Axl, Ay} — линейные ускорения, замеряе- 15 мые акселерометрами i-й ГИС по горизонтальных осям; AxI, Ayl — СИГНаЛЫ На КОМПЕНСаЦИЮ КОk риолисовых ускорений по горизонтальным осям i-й ГИС; 20 Лах}, Лау} — погрешности в измерении ускорений по горизонтальным осям i-й ГИС; А„, Ау, А, — проекции кажущегося ускорения на оси сопровождающего трехгранника; 25 ф} — гироскопический курс i-й ГИС; ф- — идеальное значение гироскопического курса; д фг} — погрешность датчика гироскопического курса i-й ГИС; 30 R — приборное значение радиуса Земли; t}o — t k — интервалы времени первого и второго процессов измерения дрейфов; L "— символ обратного преобразования 35 Лапласа; S — оператор Лапласа, Система уравнений (2) - (28) описывает динамику взаимодействия двух ГИС в процессе первого и второго измерения дрей- 40 фов. Динамика процесса поворота корректируемой ГП не учитывалась, так как этот процесс технологический и не влияет на точность измерения дрейфов, а этап второго измерения дрейфов начинается с новы- 45 ми начальными условиями для корректируемой ГИС. В процессе измерения навигационная задача решается по информации базовой ГИС. Найдем решение системы (2) — (28) на 50 этапе первого измерения дрейфов. Подставляя в систему значения параметров для случая t1Q + т S tlk, раскрь(вая ее относительно а},}о},pl и преобразовывая по Лапласу,получим; 55 ( (, (,(S)- }„(O) г}а„(5)--Э С}, (5)- — 3 4г), (5)} -(®д%+ z г(5)1 (Як,(s)-gос,(6) iВA „, (s)44,,(s)); }гг(5)=г"г(О)гЯ М,(S) -S4 Мг(5)- — }}4 (S)i (Я) }}n5 ®„(S)(g}Z (S)-)О}г(5)+ 4I,(S)-6 4})г(5)1) 8)г(S) - p1(o) i u,,(5)- - Pp I (S) + }} 8 4 „, (S)+ (} }(5)+ — } "{5Ир (s)iq pi(s) 4 }) „,(в)-84„г(в))) - }А(5) (- (З (5)igloo,(5) 94„,(S) k a„ г В)1 )}} (5) * )}г, (О) г 6З и (S) Ф (S) f )}} (5) - (} г г5) + (ЗО) VFI(s)- 8}}}„, (5)); (, „,-jU (}})+ Сг } 31) Ф В (29) — (31) приняты обозначения: c0(, = о .— Оу,и}, I = о,з+ Охги} I (32) д А„};= Ла„;+ Ауи}, д Ду} = Л ау} — Ах,и} } (33) v- частота Шулера; g — ускорение силы тяжести Земли, При преобразовании полагали, что; Ux = — — 3 (Ay+ Ayl ) dl+ О,} 1 k k о Uy = —,) (Ax+ Axl ) с1т+ Uyl (34) о Uz= Uzl l+ Uzl k k соответственно, для первой и второй ГИС, а также не учитывали перекрестные связи по угловой скорости из-за ошибок как не существенные и не влияющие на суть изобретения, Как видно иэ выражения (29) — (31) на первом этапе измерения дрейфов система уравнений распадается на три автономных системы по каналам. взаимодействия двух ГИС, Решая систему (29) относительно а1 и а2, систему (30) относительно Р> и Д, а систему (31) относительно и} и и2 получим: (Н«.} -35 а.}5}!}.}51 4,(5}).15F }5}(Ä }5} }5 }(+, „,г(5}+, „5}1 ггг() 35 Фг(5} г}гг,(Ч }„(5}jiII SF(5} },г } " }г5 .,г 5щ„}5} (36) 1838763 остальные слагаемые в числителях выраженийдляа1 ийг, атакжедля В1 ирг соответственно равны между собой, Значит, по истечении времени переходного процесса 5 величина а1 становится равной а, а Р1 =Д (а точностью.до установившейся ошибки), определяемой погрешностью аклесерометров, а следовательно, равны погрешности в определении скорости и "0 координат одноименных горизонтальных каналов двух ГИС. Аналогичные выводы можно сделать и для азимутального канала, если сравнить выра)кения (41) и (42). По истечении времени переходного процесса величина,и1 становится равной величине,иг с точностью до погрешности датчиков гироскопического курса, последние в современных системах тарируются и могут составлять единицы уг20 ла, сек, что существенно меньше ошибок начальной выставки и дрейфов, Таким образом, доказано осуществле- ние двух операций выравнивания в горизонте 2-х ГИС и их согласование в азимуте, Покажем, чему равны результаты первого измерения горизонтальных дрейфов. Сигналы на выходе фильтров коррекции горизонтальных каналов при первом измерении дрейфов (tfo t t)k) в соответствии с (20), равны: \ где обозначили; 35 Г„((S)+u 1 „($) = (46) F (S ) Ь ()х1 (S ) Раскрывая (46) получим K1v 2 10 Кгч = 2 105 (44) КА=6 10, КУ4 10 С учетом (44) знаменатель выражений 45 (35), (36), (38), (39) (характеристическое урав- нение горизонтальных каналов) будет иметь вид: Подставляя в (47) (т),p) (выражения (35) — (39), получим: FÄ ()=F() з"«5(®-4(. (М ®() ()(Г(ь) х(() " )(z (+G (48 . F ---F(l - 5 (fb (5)-
> „,(5) — 8 a „,(5Ц + (0 + 2g К1А + g K2v ) S+g K1v) (45) („(51 «(0)+û (s)- — ()a (51 (w (,(s) «(с) s„,(s)-„— 3А, (s (щ,(5))(ЯА (sl () af (51) (з7) а )9,(5) г 5 (5 1 ) f %(S) 95 уа (5) ((/(5) f > (S))+ 95 (S) f (5) 5а (s f 1(.5* 9 + 95 Н„(51.9 p(s)) (Щ (5 1(А,(S) 95 %4(5)((А (51 (А Ч)+95р(5)((S) ) (5) (5 )(5" +s95®4(51+9 А(,)) f>(s)*() (o1 ЯА (5) ° «Р5о А„()i(wan(s) <>) (s)) (А aú„(Ч А А за (Ч) (> (s) =P,(o)+s „(Ч вЂ”,ВА „(5)ss -Ф,(5)(ВАд(51- ЕА „,(51) 5 < р, (Ч а wv (51 4 „(s l р,(ч. (41) (». (5) ) i(5) ° (5)*P (о) 4>ju,(Ч-Фм(5)Руп(s)-gy, (s)) (4а) f p1(s) ("(s) 4 с>р (5) ЙЗ) Для обеспечения устойчивости работы двух взаимосвязанных ГИС в процессе измерения дрейфов и приемлемого времени переходных процессов выравнивания вертикалей, согласования в азимуте и измерения дрейфов, был проведен синтез динамической системы, выбраны структура и параметры функций ЧЧА ($), F (S) и Wp(S) следующего вида и соответствующей размерности 9)1(А (S) KtA + КгА S с 1" 1 F(S) K1y+ кгпв, ($) — —.к + к S S К)д = 1 10 . Кгд = 2 10з, Л= — (S +Р ) f S +2g Кгд $ +. S следовательно, первые слагаемые числителя этих выражений со временем затухают (согласно теореме в конечном значении), а Fx (S ) =1ф,, ($ ) + F ($ ) Мчу) (S ) "д(5) Ж l9«(S) 94(а(5)46А (5\ А A (51) (51 Г(51 (3P (5) 1(5 (5) А4 (Ч-оА„(5)) 15 1838761 Подставляя значения,($),1 ($) (37), (40) (А в (48),при этом полагая, что в,((S ) = 1 в,(л ° д Axy (S ) — д Ax,у а(о Po = S S = (:0ASt, и переходя от иэображения к орйгиналу, получим установившиеся значения сигналов на выходе фильтров коррекции в(= Fx (tyc ) = в„, — в,( л! 1. ! o» = Fy (ту ) = в, — вд, (49) л! 1 I Таким образом, в первом измерении сигналы на выходе фильтров коррекции равны разности дрейфов одноименных горизонтальных каналов корректируемой и базовой ГИС и не зависят от погрешностей начальной выставки и погрешностей в измерении ускорений. С другой стороны, если проанализировать (49), с учетом (32), при условии и) =,иг (во время измерений), то получим О =о4 в л) 1 в„= в„,„— щ л) (50) Из последнего выражения видно, что результаты первого измерения дрейфов не зависят от азимутальных погрешностей 1 и ll ГИС, Можно сделать вывод, что в первом измерении операция выравнивания вертикалей и согласования в азимуте двух ГИС, автоматически обеспечивают выделение горизонтальных дрейфов из состава других погрешностей! и!! ГИС, л! Результаты первого измерения в, Й,5 запоминают. Найдем решение системы (2) — (28) на этапе второго измерения дрейфов, подставляя в нее значения параметров для случая T20 < +t tz)(, ракрывая .ее относительно а;, Р, и! и преобразовывая по Лапласу,получим: бы,(m)=()(,(о)+ з (ц-- g 0(, () — о д" () Щ д ®Ичo(® Я(4(й+ "„,()+Ra»(s)); 5((5)=)ъ,(о)л (д (5)--) p,(ÿ+ 84 ()+ (д(б) г(4 ()р,(5)-g()(,(+) &A „,() 8 Д (Д О4(Я=К2(О)4Ы Я--) ()(() 3AП () +) "д М (-Я М-ф54(Ю+ () А„, (Я- о Д (5)) 5)2®-Pz() > () 3 P ®i (S A„z(") д(+) (ЯМ(h)-ф(3 (5)+ & А Юл.йа.„Я1 5 >, (6) = P (.О) л (.д (() (o) - Ф (,) (Я) ((О Я - (() 2 (5) 1 & V„()- 8Ч„,(М 5(2®= )ц,(О) u>,(5) 10 где: (z)y(< в, + Ux p) II 15 ®4 =в, ОУУ II в,< = в — О„,иг II 4 (z В =В + Охиг II 20 . Ж (53) д Ф â€” h ax) — Aõр) д А ) = Л ау) —. Ay p) O А„г = h axz + Ay иг II д AP = Лayz — Ах,иг ° II 30 (54) 6,,(s)s(s +) 1 Я5 w>(s) (f„,(slif >,(s)j>15F(s)1>,(sl (s) t55) (S )л)(5*+4 i 2) 5WX(S) i g F(SI 6 (S)S(5 л )its W,(5)((„,(5). (,,(S)3 )SF(S)f(,(5) (5 Дл)(5" 4 +215аЛ(51+1 Г(S)) где И л, (5) " (О) iы„",(5) 5 — 64 Ч (5)-(®л(51 (- (5)) 6 А" (5) л & 1(Ä,(s)) iут) fo(s) p,(О1 (д" (sl+ 6ä",,(s) w„(s)(64„",(s) 6д „,(s)l (58) в и fq,(S)5(5 i )+55 бл(5)(!р,(5)-(„,(S))-gsF(S)E„,(S) 1)" (5) * 09) (5 w) )(5 sl i2)5йл(5)i1F(s)) Как видно из системы (51) при втором измерении дрейфов канал а) работает совместно с каналомPz, а канал Р< с каналом а, Работа каналов и) и,иг (52) осталась 35 без изменений (30), поэтому, решение первого измерения и все выкладки по азимутальному каналу применимы ко второму измерению дрейфов. Решая систему (51) относительно а1 и P2, )tt> и аг,получим: 1838761, где (62) 10 Cd = 0) — М л)1 64 л2 Cd3 = (с) + (Х), л((,Л1. о 2 15 (67) (68) (63) 35 50 х и. (хР (»" *1.35*1 (51(41(51 („,(SI)+ps (S){„,(S) Ceo) (5 < )(5 ° ) >21sw>(slл1х(51) (»1=1 1»1 Я (»1 » 81!„,!slit w„!»Ii Б 1 òl t | òl i i i || tlt A - Ь1) (А „, я - 8 A ), (ÿ) (6 т) „(<)=<2(0) < (I „—,8Д (В)"n5 -")IA() (8 A „„,,(51- А „, (5Д Как показывают выражения (55) — (62), ! анализ и выводы, сделанные по горизон, тальным каналам в первом измерении (35) — (40), справедливы и для второго измере- 20 ния. Определим результаты второго измерения горизонтальных дрейфов. Сигналы на выходе фильтров коррекции горизонтальных каналов при втором измерении дрей. фов, в соответствии с (20), (21), на интервале 25 ,(2о < t < teak по аналогии с первым измерением, равны; Fx (S ) = F (S ) (vy) (S ) + vxz (S )) Fу (S ) = - Р (. > ) () х) (S ) — vyz(S )) Раскрывая (63), получим; 5 (ам, (51-g(S (5)+ RA), (s)+6 4„, (5)) 40 (64) г (5)=--F(s)()pi(s)-<)04(5)+64хс(s)-64р(5)) 45 Подставляя в (64) а), 1 (55), (56), (59) (60), получим; ) 1 ) 15(„(51-fp„(s)1 6, и ту fit И ; ех (5 =-F(s <- 4 (5)l5 A (51) 5 Р 2) 5Ю (Я (51 3 Я 1 1 g S({;„(5) i f„" (S)) (С5)! F (s)--г(5)(, " — -6A„,(s)+6A,(s) 5 5 а 0 2 1 5 91 g (5) i 1 F (51 Подставляя (57), (58), (61) в (65) и перехо1дя от иэображения к оригиналу, при тех же :условиях, что и в первом измерении, пол учим установившееся значение сигналов на выходе фильтров коррекции при втором измерении: CcIp = Fx (туст ) = М(° П) лл„ II II Ng = Fy ({уст ) =г{)д +и) (66) I I I I Подставляя (53) в (66) и учитывая, что c(— —,({2 по окончании переходного п роцессэ согласования в азимуте двух ГИС, получим Используя результаты первого измере- . ния (50) и второго измерения (57), можно вычислить дрейфы по горизонтальным каналам сопрягаемой и базовой ГИС в соответствии с выражениями "Ь =,> (г ).((+ ® + ") ) л 1 л) л)1 л)1 л 1 л 1 л 1 л 11 л 1) Cd+ = — (Г(У + И вЂ” И„+ М, ) 1 л(l >II >II 9 2 (0)Ф Гср), о) + о)". ) Таким образом, доказано, что предлагаемый способ с помощью последовательных операций позволяет измерить горизонтальные дрейфы корректируемой и базовой ГИС и выделить их из ошибок начальной выставки, погрешностей в измерении ускорений и азимутэльных дрейфов сопрягаемой и базовой ГИС. Для доказательства работоспособности способа в динамических режимах и оценки методической точности измерений дрейфов, было проведено моделирование на ЭВМ системы уравнений (20) — (28), описывающей динамику измерения, При моделировании процесс измерения дрейфов начинался при взлете самолета, наборе им высоты 10000 м и скорости 200 м/с и далее продолжался в горизонтальном полете. На фиг. 3 показана динамика процесса выравнивания вертикалей горизонтальных каналов. в левой части на этапе первого измерения ()), в. правой на этапе второго измерения (II). Как видно из фиг.3, процесс выравнивания вертикалей закан ивается 1838761 Процесс согласования в азимуте закан- 2 чивается через 200 с при ошибках начального положения p1p=-2 10 рад,,иго = 1,45» 10 рад, далее обе ГИС согласованно уходят в азимуте с дрейфом базовой системы. В данном примере азимутальные дпей- 30 фы былиравныа 1=1:45 . 10 1/с, а 2=4,35» -7 »10 1/с. На фиг.6 показана динамика изменения сигналов с фильтров коррекции„в левой части рисунка в первом измерении, в правой части рисунка во втором измерении. В данном случае переходный процесс заканчивается через 500-600 с, Заданные значения дрейфов по горизонтальным каналам I u II ГИС были равны; а „= 2,42 10 1/c, N, = -1,96 10 40 1/с.в, =1 10 1/ч,вд =0,5 1071/с, 45 к 55 A(0< = с, — o), л через 150-180 с из начального положения корректируемой ГИС, равного по а1л= -1 10-э рад по j31p = -1,2 10 рад, далее согласованное изменение вертикалей происходит с частотой Шулера, На фиг.4 показано это изменение на интервале с 300 с до 3000 с для первого измерения. Ошибка выравнивания вертикалей определяется разностью погрешностей в измерении ускорений I u II ГИС. В приведенных графических иллюстрациях погрешности акселерометров составляли Дах„= 2 . 10 м/с2, Дay„= 3 . 10-4 м/с2 Дa = 1 . 104 w/с2, Ддх2= 1 10 мс, В первом измерении а1 =a2,pi =pz, а во втором измерении (после поворота сопрягаемой ГИС на 90 ), a1 =pZ,p1 = — а2 Эти результаты моделирования подтверждают аналитические выражения (35), (36), (38), (39), (55), (56), (59), (60). На фиг.5 показана динамика процесса согласования 1 и 11 ГИС в азимуте. В соответствии с выражением (50) в первом измерении идеальное значение суммарных дрейфов на выходе фильтров должно быть со,(- 1,42 10 1/с, (ад = -2,46 10 1/с и согласно (67) во втором измерении должно быть N = 1.92 10 II 1/с. в з - -0,96 10 1/с. Сравнивая заданные идеальные значения с реальными установившимися значениями на выходе фильтров (см. фиг.6), увидим, что они очень близки. На фиг.7 показана динамика пол л грешности измерения дрейфов и, и в э лп (аналогичный вид она имеет и для о>< и в ), где обозначено л I I 20 л Дид = шд — мд, На фиг.7 после 600 с масштаб по вертикальной оси увеличен в 10 раз. Иэ фиг.7 видно, что методические погрешности измерения дрейфов составляют Да, = 3,1 10 1/с, Дв = -2,4 10 1/с на 600 с измерения и соответственно -2,6 10 1/с, и 4,2 10 1/с на 900 с измерения, Таким -10 образом, доказано, что предлагаемый способ позволяет измерять дрейфы сопрягаемой.и базовой ГИС с потенциальной методической погрешностью измерения 1» » 10 /с.ч. После измерения дрейфов производят их коррекцию известными путями, либо формируют корректирующий сигнал на гироскопы базовой системы, либо учитывают ошибку от дрейфа в выходных параметрах ГИС, причем, можно корректировать ошибки от дрейфа в координатах, накопленные в системе с начала ее работы, так как время работы системы до момента измерения дрейфов фиксируется и известен закон, . изменения ошибок в определении скорости и координат от дрейфа гироскопов. При длительных режимах работы ГИС измерение и коррекцию дрейфов можно повторять периодически, путем циклического поворота корректируемой ГИС относительно базовой в положение 0 и 90 и последовательным повторением указанных операций в каждом положении. Измерение дрейфов s предыдущем положении корректируемой ГИС принимается за первое измерение, а в последующем положении за второе измерение. Минимальный период измерения и коррекции дрейфов может саста влять 10-15 мин в зависимости от требуемой точности измерений, Использование данного способа может обеспечить методическую погрешность в определении координат от горизонтальных дрейфов 2 км за несколько суток при начальном уровне дрейфов 0,01 о/ч, В существующих ГИС беэ использования автономного способа измерения и коррекции дрейфов, указанная погрешность составляет 2 км за час при дрейфе 0,01 о/ч. Предлагаемый способ, кроме автономности измерения и коррекции дрейфов, имеет еще важное преимущество, по сравнению с известными способами измерения и коррекции дрейфов с помощью радиотехнических средств, в качестве и точности измерений дрейфов, так как сигналы инерциальных систем являются гладкими по сравнению с сигналами радиотехнических систем, Предлагаемый способ измерения и коррекции дрейфов может быть реализован и в 1838761 бе ма пе ис ны rO ос бл дя платформенных инерциальных систе, е которых горизонтальные каналы с иодом Шулера реализованы в ЦВМ. При ольэовании способа в бесплатформенсистемах исключается операция соглаания в азимуте, так как измерительные горизонтальных акселерометров двух ков чувствительных элементов не расхося в азимуте из-за азимутальных дрей; Кроме того, блок чувствительных элеме тов сопрягаемой системы устанавливаетс на поворотную площадку с точной фи сацией угла поворота на 90О. Предлагаем и способ измерения и коррекции дрейфо в может дать существенный эк номический эффект при использовании в ироинерциальных системах миниатюрны, сравнительно низкой точности, дешевы гироскопов. при этом, обеспечивая высокую точность системы, путем автономного измерения и коррекции дрейфов без применения внешних средств коррекции горизонтальных каналов ГИС. . Данный способ может быть рекомендоеа) для внедрения предприятиям, организа иям и фирмам, занимающимся созданием, испытанием и эксплуатацией гироинерциальных систем и навигационных комплексов, построенных на их основе. Формула изобретения 1, Способ измерения дрейфа гироинерци льных систем, включающий коррекцию ги оинерциальной системы от базового датчи а скорости путем подачи управляющих сигналов на гироскопы горизонтальных кана)1ов, сформированных путем фильтрации ра ности скоростей гироинерциальной систе ы и датчика базовой скорости, выделени дрейфа гироинерциальной системы, о тл И ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения возможности автономного изме ения дрейфа горизонтальных каналов ко ректируемой гироинерциальной системы, и базового датчика скорости на движуще чся объекте и повышения точности измерений, в качестве базового датчика. с кс рости испол ьзуют гирои не рциал ьную систему, при этом осуществляют выравнива ие горизонтальных каналов корректируем и гироинерциальной системы относительно базовой путем подачи дополнительных управляющих сигналов на гироск пы горизонтальных каналов ко ректируемой и базовой систем, сформиро анных по разности сигналое с акселероме ров одноименных горизонтальных каналов этих систем, одновременно согласовывают в азимуте гироплатформы двух систем путем подачи на азимутальный гиро- . скоп корректируемой системы управляющего сигнала, сформированного по разности сигналов датчиков гироскопического курса 5 этих систем. по окончании переходных процессов выравнивания горизонтальных каналов и согласования в азимуте производят первое измерение и запоминание отфильтрованных сигналов коррекции гориэонталь10 ных каналов, после чего прекращают подачу сформированных управляющих сигналов на гироскопы корректируемой и базовой систем и осуществляют разворот гироплатформы корректируемой системы в азимуте на 15 90О, путем подачи управляющего сигнала на аэимутальный гироскоп корректируемой системы, по окончании разворота возобновля- . ют подачу управляющих сигналов на гироскопы корректируемой и базовой сис20 тем с учетом поворота корректируемой системы на 90О, затем повторяют операции выравнивания горизонтальных каналов и согласования в азимуте с использованием начальных условий от базовой системы, по 25 окончании данных операций производят второе измерение и запоминание отфильтрованных сигналов коррекции горизонталь-ных каналов, по результатам двух измерений определяют дрейфы гориэон30 тальных каналов корректируемой и базовой гироинерциальной системы в соответствии с выражением л 1 nl л nil nil (. .с ) л 1 л л(ле ля о)д = (г),< — 0)> + г);, ) 45 где г)), ве.— измеренные дрейфы горизонтальных каналов корректируемой гироинерциальной системы; n n о),, вл — измеренные дрейфы горизонт 50 тальных каналов базовой гироинерциальной системы; л l nl nil ля е„, г)), со,<, са, — первый и второй " отфильтрованные сигналы коррекции горизонтальных каналов, 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения для бесплатформенных инерциальных систем, исключают операцию согласования е азимуте коррвктирувмой и 1838761 базовой системы в первом и втором измерении сигналов, разворот блока чувствительных элементов корректируемой бесплатформенXz х ной инерциальной системы осуществляют путем его установки на поворотное основаwe с фиксацией угла поворота на 90 . 1838761 юг.З 1838761 18387б t Составитель Н.Серпникова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л. Пилипенко Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 аказ 2923 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж-35. Раушская наб„4/5
