Бесплатформенная инерциальная система



Бесплатформенная инерциальная система

Владельцы патента RU 2337316:

Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик Министерство Обороны Российской Федерации (RU)
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для морских, воздушных и наземных объектов. Бесплатформенная инерциальная система содержит блок выработки навигационных параметров, центральный прибор с тремя акселерометрами и с тремя датчиками абсолютной угловой скорости, блок вычисления погрешностей и шесть вычитающих устройств, соединенных с остальными блоками соответствующим образом. Повышение точности бесплатформенной инерциальной системы достигается путем уменьшения погрешностей бесплатформенной инерциальной системы, обусловленных реакцией каждого датчика абсолютной угловой скорости на угловые скорости по перекрестным (перпендикулярным к измерительной) осям; обусловленных реакцией каждого датчика абсолютной угловой скорости на линейные ускорения как по измерительной, так и по перекрестным осям; обусловленных реакцией каждого акселерометра на линейные ускорения по перекрестным осям; обусловленных реакцией каждого акселерометра на угловые скорости как по измерительной, так и по перекрестным осям. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для морских, воздушных и наземных объектов.

Известна бесплатформенная инерциальная система [Бромберг П.В. Теория инерциальных систем навигации. - М.: Наука, 1979, с.185-188], содержащая блок выработки навигационных параметров, центральный прибор с тремя акселерометрами, выходы каждого из которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока выработки навигационных параметров, и с тремя датчиками абсолютной угловой скорости, выходы каждого из которых соединены с четвертым, пятым и шестым входами блока выработки навигационных параметров.

Недостатком этого устройства является сложность определения погрешностей системы, в частности погрешностей в измерении угловых скоростей и ускорений от воздействий по перекрестным осям.

Известна бесплатформенная инерциальная система [Патент РФ №2104492, МПК6 G01С 21/10, 1998 г.], содержащая блок выработки навигационных параметров, центральный прибор с тремя акселерометрами, выходы каждого из которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока выработки навигационных параметров, и с тремя датчиками абсолютной угловой скорости, выходы каждого из которых соединены с четвертым, пятым и шестым входами блока выработки навигационных параметров, три блока поворота чувствительных элементов, в каждом из которых установлены датчики абсолютной угловой скорости или датчик абсолютной угловой скорости вместе с акселерометром, причем каждый блок поворота включает в себя управляемый двигатель, выполненный с возможностью поворота оси чувствительности чувствительных элементов с разными частотными параметрами относительно исходного положения для каждого блока поворота, и датчик угла поворота, выходы которых соединены соответственно с седьмым, восьмым и девятым входами блока выработки навигационных параметров, а в качестве опоры выработки замера для оценки погрешностей введен блок приема внешней информации, выход которого соединен с десятым входом блока выработки навигационных параметров, или введены один или несколько комплектов блоков поворота чувствительных элементов, аналогичные выходы которых также соединены с блоком выработки навигационных параметров.

Недостатком данного устройства является наличие дополнительных трех блоков поворота чувствительных элементов, в каждом из которых установлены датчики абсолютной угловой скорости или датчик абсолютной угловой скорости вместе с акселерометром, причем каждый блок поворота включает в себя управляемый двигатель, и датчик угла поворота, что в свою очередь приводит к увеличению габаритов, массы и стоимости бесплатформенной инерциальной системы.

Задачей изобретения является повышение точности бесплатформенной инерциальной системы путем уменьшения погрешностей бесплатформенной инерциальной системы, обусловленных реакцией каждого датчика абсолютной угловой скорости на угловые скорости по перекрестным (перпендикулярным к измерительной) осям; обусловленных реакцией каждого датчика абсолютной угловой скорости на линейные ускорения как по измерительной, так и по перекрестным осям; обусловленных реакцией каждого акселерометра на линейные ускорения по перекрестным осям; обусловленных реакцией каждого акселерометра на угловые скорости как по измерительной, так и по перекрестным осям.

Указанная задача достигается тем, что в бесплатформенную инерциальную систему, содержащую блок выработки навигационных параметров, центральный прибор с первым, вторым и третьим акселерометрами и с первым, вторым и третьим датчиками абсолютной угловой скорости, дополнительно введены блок вычисления погрешностей и шесть вычитающих устройств, при этом выход первого акселерометра соединен с первым входом блока вычисления погрешностей и также с первым входом первого вычитающего устройства, выход второго акселерометра соединен с вторым входом блока вычисления погрешностей и также с первым входом второго вычитающего устройства, выход третьего акселерометра соединен с третьим входом блока вычисления погрешностей и также с первым входом третьего вычитающего устройства, выход первого датчика абсолютной угловой скорости соединен с четвертым входом блока вычисления погрешностей и также с первым входом четвертого вычитающего устройства, выход второго датчика абсолютной угловой скорости соединен с пятым входом блока вычисления погрешностей и также с первым входом пятого вычитающего устройства, выход третьего датчика абсолютной угловой скорости соединен с шестым входом блока вычисления погрешностей и также с первым входом шестого вычитающего устройства, первый выход блока вычисления погрешностей соединен с вторым входом первого вычитающего устройства, второй выход блока вычисления погрешностей соединен с вторым входом второго вычитающего устройства, третий выход блока вычисления погрешностей соединен с вторым входом третьего вычитающего устройства, четвертый выход блока вычисления погрешностей соединен с вторым входом четвертого вычитающего устройства, пятый выход блока вычисления погрешностей соединен с вторым входом пятого вычитающего устройства, шестой выход блока вычисления погрешностей соединен с вторым входом шестого вычитающего устройства, выход первого вычитающего устройства соединен с первым входом блока выработки навигационных параметров, выход второго вычитающего устройства соединен с вторым входом блока выработки навигационных параметров, выход третьего вычитающего устройства соединен с третьим входом блока выработки навигационных параметров, выход четвертого вычитающего устройства соединен с четвертым входом блока выработки навигационных параметров, выход пятого вычитающего устройства соединен с пятым входом блока выработки навигационных параметров, выход шестого вычитающего устройства соединен с шестым входом блока выработки навигационных параметров.

На чертеже приведена функциональная схема бесплатформенной инерциальной системы, где приняты следующие обозначения: 1 - центральный прибор, 2 - блок вычисления погрешностей, 3, 4, 5, 6, 7, 8 - вычитающие устройства (всего шесть штук), 9 - блок выработки навигационных параметров, A1 - первый акселерометр, измерительная ось которого направлена по оси OY и измеряющий линейное ускорение ay, А2 - второй акселерометр, измерительная ось которого направлена по оси OZ и измеряющий линейное ускорение аz, A3 - третий акселерометр, измерительная ось которого направлена по оси ОХ и измеряющий линейное ускорение аx, ДУС1 - первый датчик абсолютной угловой скорости, измерительная ось которого направлена по оси OY и измеряющий угловую скорость ωy, ДУС2 - второй датчик абсолютной угловой скорости, измерительная ось которого направлена по оси OZ и измеряющий угловую скорость ωz, ДУС3 - третий датчик абсолютной угловой скорости, измерительная ось которого направлена по оси ОХ и измеряющий угловую скорость ωx.

Инерциальная система содержит блок 9 выработки навигационных параметров, выполняющий, в том числе, задачи фильтра, центральный прибор 1, блок вычисления погрешностей 2, шесть вычитающих устройств 3, 4, 5, 6, 7, 8. Центральный прибор содержит три акселерометра и три датчика абсолютной угловой скорости.

Выход первого акселерометра А1 соединен с первым входом 10 блока вычисления погрешностей 2 и также с первым входом 16 первого вычитающего устройства 3, выход второго акселерометра А2 соединен с вторым входом 11 блока вычисления погрешностей 2 и также с первым входом 17 второго вычитающего устройства 4, выход третьего акселерометра A3 соединен с третьим входом 12 блока вычисления погрешностей 2 и также с первым входом 18 третьего вычитающего устройства 5, выход первого датчика абсолютной угловой скорости ДУС1 соединен с четвертым входом 13 блока вычисления погрешностей 2 и также с первым входом 19 четвертого вычитающего устройства 6, выход второго датчика абсолютной угловой скорости ДУС2 соединен с пятым входом 14 блока вычисления погрешностей 2 и также с первым входом 20 пятого вычитающего устройства 7, выход третьего датчика абсолютной угловой скорости ДУС3 соединен с шестым входом 15 блока вычисления погрешностей 2 и также с первым входом 21 шестого вычитающего устройства 8, первый выход блока вычисления погрешностей 2 соединен с вторым входом 22 первого вычитающего устройства 3, второй выход блока вычисления погрешностей 2 соединен с вторым входом 23 второго вычитающего устройства 4, третий выход блока вычисления погрешностей 2 соединен с вторым входом 24 третьего вычитающего устройства 5, четвертый выход блока вычисления погрешностей 2 соединен с вторым входом 25 четвертого вычитающего устройства 6, пятый выход блока вычисления погрешностей 2 соединен с вторым входом 26 пятого вычитающего устройства 7, шестой выход блока вычисления погрешностей 2 соединен с вторым входом 27 шестого вычитающего устройства 7, выход первого вычитающего устройства 3 соединен с первым входом 28 блока выработки навигационных параметров 9, выход второго вычитающего устройства 4 соединен с вторым входом 29 блока выработки навигационных параметров 9, выход третьего вычитающего устройства 5 соединен с третьим входом 30 блока выработки навигационных параметров 9, выход четвертого вычитающего устройства 6 соединен с четвертым входом 31 блока выработки навигационных параметров 9, выход пятого вычитающего устройства 7 соединен с пятым входом 32 блока выработки навигационных параметров 9, выход шестого вычитающего устройства 8 соединен с шестым входом 33 блока выработки навигационных параметров 9.

Инерциальная система функционирует следующим образом.

В дополнительно введенном блоке вычисления погрешностей на основании сигналов, поступающих с датчиков абсолютной угловой скорости и с акселерометров, вычисляются погрешности, обусловленные реакцией каждого датчика абсолютной угловой скорости на угловые скорости по перекрестным (перпендикулярным к измерительной) осям; обусловленные реакцией каждого датчика абсолютной угловой скорости на линейные ускорения как по измерительной, так и по перекрестным осям; обусловленные реакцией каждого акселерометра на линейные ускорения по перекрестным осям; обусловленные реакцией каждого акселерометра на угловые скорости как по измерительной, так и по перекрестным осям, по следующим формулам:

где ωj, аj - значения измеряемых датчиками угловых скоростей и акселерометрами угловых скоростей и линейных ускорений;

- чувствительность датчика абсолютной угловой скорости, измерительная ось которого направлена по оси Oi, к угловой скорости, действующей по оси Oj;

- чувствительность датчика абсолютной угловой скорости, измерительная ось которого направлена по оси Oi, к линейному ускорению, действующему по оси Oj;

- чувствительность акселерометра, измерительная ось которого направлена по оси Oi, к угловой скорости, действующей по оси Oj;

- чувствительность акселерометра, измерительная ось которого направлена по оси Oi, к линейному ускорению, действующему по оси Oj;

i - принимает значение x, y, z;

j - принимает значение x, y, z.

Вычисленные погрешности в вычитающих устройствах (3, 4, 5, 6, 7, 8) вычитаются из показаний акселерометров и датчиков абсолютных угловых скоростей, т.е. из показаний акселерометра, измерительная ось которого направлена по оси ОХ и измеряющего линейное ускорение ax, вычитается погрешность Δax, из показаний акселерометра, измерительная ось которого направлена по оси OY и измеряющего линейное ускорение ay, вычитается погрешность Δay, из показаний акселерометра, измерительная ось которого направлена по оси OZ и измеряющего линейное ускорение аz, вычитается погрешность Δaz, из показаний датчика абсолютной угловой скорости, измерительная ось которого направлена по оси ОХ и измеряющего угловую скорость ωx, вычитается погрешность Δωx, из показаний датчика абсолютной угловой скорости, измерительная ось которого направлена по оси OY и измеряющего угловую скорость ωy, вычитается погрешность Δωy, из показаний датчика абсолютной угловой скорости, измерительная ось которого направлена по оси OZ и измеряющего угловую скорость ωz, вычитается погрешность Δωz.

Далее сигналы (как и в прототипе) поступают в блок выработки навигационных параметров.

Проведенное моделирование и экспериментальные исследования показали, что при использовании данной конструктивной схемы бесплатформенной инерциальной системы погрешности, обусловленные реакцией каждого датчика абсолютной угловой скорости на угловые скорости по перекрестным (перпендикулярным к измерительной) осям; обусловленные реакцией каждого датчика абсолютной угловой скорости на линейные ускорения как по измерительной, так и по перекрестным осям; обусловленные реакцией каждого акселерометра на линейные ускорения по перекрестным осям; обусловленные реакцией каждого акселерометра на угловые скорости как по измерительной, так и по перекрестным осям, уменьшаются на порядок.

Таким образом, использование изобретения позволяет повысить точность бесплатформенной инерциальной системы.

Бесплатформенная инерциальная система, содержащая блок выработки навигационных параметров, центральный прибор с тремя акселерометрами и с тремя датчиками абсолютной угловой скорости, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены блок вычисления погрешностей и шесть вычитающих устройств, при этом выход первого акселерометра соединен с первым входом блока вычисления погрешностей и также с первым входом первого вычитающего устройства, выход второго акселерометра соединен с вторым входом блока вычисления погрешностей и также с первым входом второго вычитающего устройства, выход третьего акселерометра соединен с третьим входом блока вычисления погрешностей и также с первым входом третьего вычитающего устройства, выход первого датчика абсолютной угловой скорости соединен с четвертым входом блока вычисления погрешностей и также с первым входом четвертого вычитающего устройства, выход второго датчика абсолютной угловой скорости соединен с пятым входом блока вычисления погрешностей и также с первым входом пятого вычитающего устройства, выход третьего датчика абсолютной угловой скорости соединен с шестым входом блока вычисления погрешностей и также с первым входом шестого вычитающего устройства, первый выход блока вычисления погрешностей соединен с вторым входом первого вычитающего устройства, второй выход блока вычисления погрешностей соединен с вторым входом второго вычитающего устройства, третий выход блока вычисления погрешностей соединен с вторым входом третьего вычитающего устройства, четвертый выход блока вычисления погрешностей соединен с вторым входом четвертого вычитающего устройства, пятый выход блока вычисления погрешностей соединен с вторым входом пятого вычитающего устройства, шестой выход блока вычисления погрешностей соединен с вторым входом шестого вычитающего устройства, выход первого вычитающего устройства соединен с первым входом блока выработки навигационных параметров, выход второго вычитающего устройства соединен с вторым входом блока выработки навигационных параметров, выход третьего вычитающего устройства соединен с третьим входом блока выработки навигационных параметров, выход четвертого вычитающего устройства соединен с четвертым входом блока выработки навигационных параметров, выход пятого вычитающего устройства соединен с пятым входом блока выработки навигационных параметров, выход шестого вычитающего устройства соединен с шестым входом блока выработки навигационных параметров.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к навигации подвижных объектов: самолетов, ракет, кораблей, космических аппаратов. .

Изобретение относится к области навигации, а именно к области бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС), и может быть использовано при модернизации бортового оборудования (БО) беспилотных летательных аппаратов, имеющих в своем составе свободные гироскопы (ГС).

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах ориентации, определяющих параметры движения объекта, в частности перемещения, линейной скорости, угловой скорости относительно инерциальной, географической, стартовой или других систем координат.

Изобретение относится к отслеживанию и управлению наклоняющимися телами. .

Изобретение относится к системам ориентации и навигации подвижных объектов. .

Изобретение относится к приборам, измеряющим вертикальное перемещение судна на качке. .

Изобретение относится к способам наблюдения за состоянием трубопровода большой протяженности. .
Изобретение относится к области инерциальной навигации, в частности к способам определения текущих значений координат движущегося объекта. .

Изобретение относится к системам измерения и обработки информации и может быть использовано для определения линейного и углового отклонений упругого протяженного тела, одним концом закрепленного относительно заданной системы координат, в частности для измерения положения трубного става, погружаемого в воду с добывающего судна.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при выставке бесплатформенных инерциальных навигационных систем управления

Изобретение относится к способу и устройству для измерения ориентации носового шасси летательного аппарата, в частности транспортного летательного аппарата

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах навигации подвижных объектов управления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах управления подвижными объектами

Изобретение относится к области приборостроения инерциальных навигационных систем и может использоваться для определения текущих координат объекта и его угловой ориентации

Заявленное изобретение относится к области носителей, одновременно использующих информацию, получаемую от инерциального блока, и информацию, получаемую от системы спутниковой навигации, например системы GPS. Технический результат состоит в уменьшении, в случае возникновения неисправности у спутника, защитного радиуса вокруг вычисленного положения, ограничивающего ошибку определения истинного положения в соответствии с заданным уровнем риска для целостности, что определяет степень целостности системы. Для этого способ определения навигационных параметров носителя при помощи устройства гибридизации, содержащего фильтр (3) Калмана, формирующий гибридное навигационное решение на основе инерниальных измерений, рассчитанных виртуальной платформой (2), и необработанных измерений сигналов, переданных группой спутников и полученных от системы спутникового позиционирования (GNSS), отличающийся тем, что включает этапы, на которых определяют для каждого из спутников, по меньшей мере, одно отношение (Ir, Ir') правдоподобия между гипотезой наличия у данного спутника неисправности определенного типа и гипотезой отсутствия у спутника неисправности, констатируют наличие у спутника такой неисправности на основе отношения (Ir, Ir') правдоподобия, соответствующего неисправности определенного типа, и порогового значения, оценивают влияние констатированной неисправности на гибридное навигационное решение и корректируют гибридное навигационное решение в соответствии с оценкой влияния констатированной неисправности. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к навигации и может быть использовано, например, в качестве гирокомпаса и для определения направления севера. Способ определения курса осуществляется с помощью инерциального устройства (1), обеспечивающего измерения посредством, как минимум, одного вибрационного гироскопа (3), и включает в себя установку инерциального устройства таким образом, чтобы ось гироскопа находилась практически в горизонтальной плоскости, позиционирование инерциального устройства последовательно определенное число раз относительно вертикальной оси, количество положений при этом должно быть больше единицы, настройку электрического угла поворота вибрационного гироскопа в каждом положении на заданную величину (причем данная заданная величина должна быть одинаковой для всех позиций) и определение курса по результатам измерений и углу между вышеуказанными позициями. Изобретение позволяет использовать более простое инерциальное устройство и повысить точность измерений. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Заявляемое изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при выставке бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС) управляемого аппарата (УА). Способ включает в себя предварительную обработку сигналов, соответствующих угловым скоростям, измеренным трехкомпонентными датчиками угловых скоростей (ДУС), установленными на УА и самолете-носителе (СН), на маневре СН типа «змейка», основанную на применении метода фильтрации Калмана. При поступлении в вычислитель УА соответствующей команды СН выполняет маневр типа «змейки», при этом начинается выполнение согласования векторов измерений ДУС УА и ДУС СН, по которому минимизируется взвешенная среднеквадратическая ошибка рассогласования измерений ДУС УА относительно измерений ДУС СН. Процесс согласования является рекуррентным. На каждом шаге используются текущие измерения сигналов датчиков, и вычисляется очередное приближение матрицы поворота, определяющей рассогласование осей блока ДУС УА относительно осей блока ДУС СН. В случае отсутствия ошибок измерений процесс завершается полным согласованием осей блоков, при котором измерения ДУС УА точно пересчитываются в измерения ДУС СН. По окончательной матрице поворота вычисляются результирующие оценки углов рассогласования между осями ДУС УА и ДУС СН, которые и определяют ориентацию изделия относительно носителя. Изобретение позволяет привести в готовность УА за короткое время, в частности не превышающее 5 секунд, с требуемой точностью.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в навигационных системах морских, воздушных и наземных объектов. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого устройство содержит трехкомпонентный блок датчиков угловых скоростей, трехкомпонентный блок датчиков линейных ускорений, корректор курса, вычислительный блок, блок формирования матрицы направляющих косинусов, интегрирующий блок, фильтр Калмана и блок формирования функций измерений, соединенных между собой соответствующим образом. Схема устройства обеспечивает адаптивную (маятниковую) коррекцию БИНС, реализуемую посредством фильтра Калмана, в котором коэффициент усиления изменяется с учетом текущих значений модулей перегрузки и угловой скорости в блоке формирования функций измерений. При этом могут быть использованы датчики ДУС и ДЛУ средней и низкой точности, в том числе микромеханического типа. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения траектории движения транспортных средств и знакопеременных перемещений объектов. Устройство для измерения перемещений объекта содержит акселерометр 1, реверсивный счетчик 2, регистр 3, вычислитель 4. Введены также первое 5 и второе 6 входные буферные устройства, выходное буферное устройство 7, сумматор 8, триггер знака 9, логический элемент ИЛИ 10, резисторы привязки 11, первую 12 и вторую 13 группы диодов. Катоды диодов одной группы 12 попарно объединены с катодами соответствующих диодов другой группы 13 и соединены через соответствующие резисторы привязки 11 с минусовой шиной питания и с соответствующими входами второго входного буферного устройства 6. Достигаемым техническим результатом является повышение точности измерения траектории перемещения объекта за счет компенсации технологического разброса характеристики акселерометра и использования цифрового метода обработки показаний акселерометра. 1 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2006-12-11 2013-03-21T17:57:42
Наверх