Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения



Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения
Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения

 


Владельцы патента RU 2502048:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Эпсилон" (RU)

Изобретение относится к области навигационного приборостения и может найти применение в бесплатформенных инерциальных навигационных системах (БИНС) и бесплатформенных инерциальных системах ориентации (БИСО) на трехосных волоконно-оптических гироскопах (ТВОГ) с одним общим источником излучения (ОИИ). Технический результат - повышение точности. Для этого измеряют корреляционную матрицу шумов (КМШ) ТВОГ с ОИИ в условиях, максимально приближенных к условиям использования БИСО на управляемом объекте (УО); вычисляют оптимальную ориентацию (оптимальные ориентации) связанного базиса относительно корпуса УО, при которой (которых) проекции вектора измеряемой абсолютной угловой скорости (ВАУС) УО на оси связанного базиса таковы, что по определенному критерию обеспечивается минимум дисперсии ошибки БИСО; устанавливают БИСО на основе ТВОГ с ОИИ на УО и ориентируют оси чувствительности ТВОГ относительно измеряемого ВАУС УО по определенному критерию так, чтобы обеспечить минимум дисперсии ошибки БИСО. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

1. Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области гироскопических систем ориентации и навигации подвижных объектов, конкретно - к бесплатформенным инерциальным навигационным системам (БИНС) и бесплатформенным инерциальным системам ориентации (БИСО) на трехосных волоконно-оптических гироскопах с одним общим источником излучения.

2. Уровень техники

Известны трехосные ВОГ (ТВОГ) двух типов:

I тип - ТВОГ на трех автономных одноосных ВОГ,

II тип - ТВОГ с одним общим источником излучения (ОИИ) (патенты США: №4,815,853, МПК4 G01B 9/02, 28.03.1989; №4,828,389, МПК4 G01B 9/02, 09.05.1989; №5,184,195, МПК5 G01C 19/72, 02.02.1993; №5,818,589, МПК6 G01C 19/64, 06.10.1998; №5,854,678, МПК6 G01C 19/72, 29.12.1998).

Известны многоосные (более трех осей чувствительности) ВОГ, например, четырехосные ВОГ с ОИИ (патент США №7,746,476 В2, МПК G01C 19/72 (2006.01), 29.06.2010).

Принципиальное различие ТВОГ (и многоосных ВОГ) I и II типа состоит в следующем. В ТВОГ I типа шумы в трех измерительных каналах (ИК) ТВОГ независимы. В ТВОГ II типа шумы в трех ИК ТВОГ зависимы, что обусловлено наличием одного и того же шума ОИИ одновременно в трех ИК ТВОГ ("синхронная помеха"). В результате в корреляционной матрице шумов (КМШ) ТВОГ I типа отличны от нуля только три диагональных элемента КМШ, а в КМШ ТВОГ II типа отличны от нуля все девять элементов КМШ ТВОГ.

Оси чувствительности (ОЧ) ТВОГ номинально взаимно ортогональны. Три орта (k=1, 2, 3), направленных по ОЧ ТВОГ ("измерительный базис"), образуют , жестко связанный с управляемым объектом (УО).

Задача БИСО состоит в определении ориентации (углового положения) связанного базиса E(t) относительно его начального положения - инерциального базиса I

на основании интегрирования кинематических уравнений (КУ) в терминах тех или иных кинематических параметров (КП) и формализмов [1].

Предпосылки создания изобретения:

Заявленный способ повышения точности БИСО на основе ТВОГ с ОИИ не следует из уровня техники, - возможность повышения точности БИСО на основе ТВОГ с ОИИ можно было заметить систематически исследуя влияние погрешностей и шумов ТВОГ на точность БИСО [2-6].

Вектору абсолютной угловой скорости (ВАУС) ставятся в соответствие матрицы-столбцы (I - представление и E-представление ВАУС):

; ,

которые связаны матрицами направляющих косинусов (МНК) [1]:

;

; ;

B(t)=AT(t)=A-1(t)⇔A(t)=BT(t)=B-1(t); detA(t)=detB(t)=+1.

E-представление ВАУС измеряется гироскопами с погрешностями. В результате в БИСО используется возмущенная информация ("T" - символ транспонирования матрицы):

; ,

где

δωi(t) (i=1, 2, 3) - ошибки гироскопов.

Известна теорема о погрешности БИСО.

Теорема. [7, 8]. Погрешность определения ориентации посредством БИСО представляет собой вращение вычисленного алгоритмом БИСО (на основании интегрирования КУ в терминах тех или иных КП и формализмов) образа инерциалъного базиса .

I - представление ВАУС базиса I*(t) имеет вид: .

Здесь:

- погрешность измерения Е-представления ВАУС;

- МНК, характеризирующая вращение объекта.

На основании этой теоремы в качестве строгих КУ ошибок (КУО) БИСО можно использовать любые КУ (в терминах любых КП и формализмов). Например, в терминах МНК ΔA и ΔB ; ΔB=ΔA-1=ΔAT) строгие КУО БИСО принимают вид:

; ; .

Решения КУО (1) представляются рядом последовательных приближений (РПП) в форме ряда Пикара, который сходится равномерно и абсолютно:

МНК АА и АВ параметризируются вектором эйлерова поворота (ВЭП)

,

характеризующим вращение базиса I*(t) относительно базиса I:

.

ВЭП называется "вектор погрешности ориентации" (ВПО) БИСО. Критерий точности БИСО - угол эйлерова поворота (УЭП) Δs(t) базиса I*(t) относительно базиса I - "угол погрешности ориентации" (УПО). С учетом (2)-(4) имеем:

.

Здесь:

SpX - след (сумма диагональных элементов) матрицы X.

Сходимость рядов (2), (3) гарантирует сходимость рядов (5).

На основании (5) ВПО и УПО можно представить в виде РПП:

Для построения РПП введен "малый" параметр .

В используемых на практике БИСО ошибки малы: Δs(t)<<1, с учетом sinΔs(t)/Δs(t)≈1 Два первых приближения теории возмущений имеют вид:

.

Двух первых приближений (~ε и ~ε2) (7), как правило, достаточно (за редкими исключениями [4]) для корректного анализа точности БИСО в зависимости от шумов гироскопов и вида вращения УО.

Дисперсия ошибки БИСО определяется следующим образом:

,

где

〈.〉 - символ статистического усреднения по ансамблю.

В первом ("корреляционном") приближении теории возмущений дисперсия ошибки БИСО вычисляется квадратурой [3]:

Модель ошибок (МО) ТВОГ содержит три структурные составляющие: аддитивную (не зависящую от ВАУС), мультипликативную (линейную по ВАУС) и нелинейную:

; ; .

Индексы a, m, n, по которым проводится суммирование, нумеруют процессы ζa, ζm, ζn, влияющие на соответствующие составляющие МО.

МО ТВОГ (9) содержит только случайные составляющие (предполагается что систематические составляющие МО калибруются, паспортизируются и алгоритмически корректируются в БИСО известными способами):

.

В КМШ ТВОГ I типа (ТВОГ на трех одноосных автономных ВОГ) отличны от нуля только три диагональных элемента

а в КМШ ТВОГ II типа (ТВОГ с ОИИ) - все девять элементов ненулевые:

Отношение дисперсии ошибки БИСО на ТВОГ II типа к дисперсии ошибки БИСО на ТВОГ I типа (в корреляционном приближении (Δs(t))=0) имеет вид [3]:

Функция зависит только от диагональных элементов КМШ, а функция

Gn - только от недиагональных элементов КМШ.

На основании (8)-(11) различие ошибок БИСО на ТВОГ I и II типа можно анализировать для произвольных вращений B(f) и произвольных КМШ (11).

Рассмотрим модель КМШ ТВОГ, соответствующую "синхронной помехе", обусловленной использованием в ТВОГ ОИИ (в предположении марковского процесса с коэффициентом корреляциии k(τ)=ехр(-τ/τ0)) [3]

Рассмотрим вращение объекта с постоянной угловой скоростью, например, соответствующее движению искусственного спутника Земли (ИСЗ) ; ; . Отношение дисперсий ошибок БИСО (12) принимает вид:

R=1+Δ;

где

; ;

c1=3ka+2kamω(e1+e2+e3)+kmω2;

.

Для "быстрых" (естественных) флуктуации (τ00e) различие точности БИСО на ТВОГ I и II типа пренебрежимо мало, так как ωτ0<<1. Для "медленных" (технических) флуктуации (τ00T) параметр ωτ0 не является малым, так как времена корреляции технических флуктуаций τ0T>>τ имеют порядок минут и часов.

Вычисляя (14), при t>>τ0 получаем:

так как

J1≅2τ0t; J2≅2τ0t[1+ωτ0)2]-1; .

Скалярная функция Δ (15) при t>>τ0 не зависит от времени и является анизотропной функцией векторного аргумента - зависит от направления ВАУС относительно базиса E.

Возможны три ситуации:

1) Δ=0. Точности БИСО на ТВОГ I и II типа совпадают.

2) Δ>0. Точность БИСО на ТВОГ I типа превосходит точность БИСО на ТВОГ II типа.

3) Δ<0. Точность БИСО на ТВОГ II типа превосходит точность БИСО на ТВОГ II типа.

Рассмотрим вклады корреляционных функций ka и km (13) при t/τ0>>1:

;

.

Графики анизотропных функций Δm/2 и Δa/2 (при ωτ0>>1) представлены на Рис.2 и Рис.3.

При вращениях с "большими" угловыми скоростями, когда

,

точность БИСО на ТВОГ II типа ни при каких дополнительных условиях не превосходит точность БИСО на ТВОГ I типа, так как

Δ=Δm∈[0, 2]⇔R∈[1, 3].

При вращениях с "малыми" угловыми скоростями, когда

точность БИСО на ТВОГ II типа может превосходить (причем превосходить

существенно - на порядки) точность БИСО на ТВОГ I типа, так как

Условие (18) означает, что в первом приближении (~ε) ошибка БИСО на ТВОГ II типа не возрастает во времени - строго равна нулю. Для расчета возрастающей во времени ошибки БИСО необходимо учитывать второе приближение (~ε2) (7). Но ошибки БИСО, учитываемые во втором приближении теории возмущений (6), (7), имеют второй порядок малости. Результат (18) означает, что в первом порядке теории возмущений решения строгих КУО БИСО - в корреляционном приближении (8) - при малых постоянных угловых скоростях УО при определенных ориентациях ВАУС УО относительно связанного базиса УО в БИСО может реализовываться полная (то есть 100-процентная) автокомпенсация "синхронной помехи" -коррелированных шумов ТВОГ, обусловленных шумом ОИИ.

3. Сущность изобретения

Целью заявляемого изобретения является способ повышения точности БИСО на основе ТВОГ с ОИИ. Поставленная цель достигается с учетом новой (впервые обнаруженной автором) анизотропной зависимости точности БИСО - дисперсии ошибки БИСО - от направления ВАУС УО относительно связанного базиса - измерительного базиса, образованного ортами 04 ТВОГ, за счет использования следующих существенных признаков изобретения:

1) Использование нового установленного свойства зависимости погрешности БИСО от недиагональных элементов КМШ трехосных гироскопов;

2) Использование информации о структуре КМШ трехосного гироскопа, в том числе о диагональных и недиагональных элементах КМШ;

3) Использование информации о синхронной помехе в ТВОГ с ОИИ. Известны способы ослабления влияния шумов трехосных гироскопов на точность определения пространственной ориентации (углового положения) в различных гироскопических и инерциальных навигационных устройствах в результате автокомпенсации вращением систематических и медленно изменяющихся погрешностей ВОГ и ТВОГ, например, [9, 10] (аналоги). Очевидным недостатком таких способов является существенное техническое усложнение, связанное с использованием дополнительных устройств для принудительного вращения гироскопов и/или инерциальных измерительных блоков.

Известен способ фильтрации шумов гироскопов в составе БИСО и БИНС [11, 12] (прототип). Недостатком такого способа является только частичное ослабление влияния шумов гироскопов на точность определения ориентации. Заявляемое изобретение представляет собой способ повышения точности БИСО на основе ТВОГ с ОИИ без повышения точности ТВОГ, без алгоритмической коррекции, без фильтрации и без каких-либо технических усложнений ТВОГ и БИСО. В предложенном изобретении осуществляется стопроцентная (в корреляционном приближении) автокомпенсация в БИСО синхронной помехи ТВОГ, обусловленной шумами ОИИ и существенное повышение точности БИСО.

Погрешность БИСО (6) - это функционал двух функций [4]: погрешностей ТВОГ ТГ и вращения УО B{t). В частности, в первом приближении теории возмущений решений строгих КУО БИСО - в корреляционном приближении, в котором для оценок точности БИСО достаточна информация только о КМШ ТВОГ (информация о статистических моментах выше второго порядка и о типе статистики шумов не требуется):

;

t'∈[0, t].

Исследование этого функционала показывает, что при фиксированной КМШ, как в общем случае нестационарных шумов, когда КМШ ТВОГ имеет вид

,

так и в частном случае стационарных шумов, когда КМШ ТВОГ имеет вид

,

4. Краткое описание чертежей

На Фиг.1. в качестве иллюстрации представлен ТВОГ с ОИИ в составе бесплатформенного измерительного блока фирмы Northrop Grumman [13]. На Фиг.2. представлен трехмерный график анизотропной функции Δm/2

.

При вращениях с большими угловыми скоростями, когда

,

автокомпенсация шумов ТВОГ с ОИИ в БИСО не происходит так как для произвольного вращения УО с большими угловыми скоростями

Δ=Δm∈[0, 2]⇔R∈[1, 3].

На Фиг.3. представлен трехмерный график анизотропной функции Δa/2

.

При вращениях УО с малыми угловыми скоростями, когда

точность БИСО на ТВОГ с ОИИ может превосходить (причем превосходить существенно - на порядки, если вклад шумов ОИИ в результирующую погрешность БИСО превосходит вклад независимых в ИК шумов ТВОГ в погрешность БИСО) точность БИСО на основе ТВОГ на трех автономных одноосных ВОГ

;

5. Осуществление изобретения

Для УО, вращающихся в инерциальном пространстве с малыми постоянными угловыми скоростями, например, для ИСЗ, в МО ТВОГ (9) можно учитывать только аддитивные составляющие (составляющие дрейфа нуля ВОГ [14]), которые вносят основной вклад в погрешность БИСО (при вращении УО с малыми угловыми скоростями).

На ИСЗ и других УО, вращающихся в инерциальном пространстве с малыми постоянными угловыми скоростями, когда основной вклад в ошибку БИСО вносят дрейфы нулей ТВОГ (16), использование ТВОГ с ОИИ позволяет повысить точность БИСО (17) за счет специальной ориентации 04 ТВОГ относительно ВАУС спутника.

Выбором ориентации связанного базиса E относительно ВАУС УО можно обеспечить выполнение условия: R→0 (в пределе: R=0) (17). Критерий выбора ориентации связанного базиса Е относительно ВАУС УО в типичном случае коэффициента корреляции синхронной помехи в виде, соответствующем марковскому случайному процессу: k(τ)=ехр(-τ/τ0) (13 имеет вид: .

Реально в ТВОГ с ООИИ шумы в трех ИК преддставляют собой суммы двух слагаемых - синхронной помехи (шум ОИИ ζ(t) общий для всех трех ИК ТВОГ) и некоррелированных в трех ИК ТВОГ слагаемых ζ2(t) (i=1, 2, 3), обусловленных всеми остальными (за исключением ОИИ) источниками шумов ТВОГ

.

Здесь:

ζi(t) (i=1, 2, 3) - некоррелированные в трех ИК ТВОГ шумы;

ς(t) - тождественный в трех ИК ТВОГ шум, обусловленный шумом ОИИ (синхронная помеха);

〈ς=(t)〉=〈ζ1(t)〉=〈ζ2(t)〉=〈ζ3(t)〉=0;

〈ς(t11(t2)〉=〈ς(t12(t2)〉=〈ς(t13(t2)〉=0;

〈ζ1(t12(t2)〉=〈ζ1(t13(t2)〉=〈ζ2(t12(t3)〉=0.

В общем случае КМШ ТВОГ с ОИИ имеет вид

.

Здесь:

〈ς(t1)ς(t2)〉=kООИ(t1, t2);

〈ζ1(t11(t2)〉=k11(t1, t2);

〈ζ2(t12(t2)〉=k22(t1, t2);

〈ζ3(t13(t2)〉=k33(t1, t2).

Для применений ТВОГ в составе БИСО ИСЗ и других УО с длительным функционированием и временем предстартовой подготовки, превышающим времена переходных процессов в информационных сигналах ТВОГ после включения, - шумы ТВОГ можно считать стационарными

kООИ(t1, t2)=kООИ(τ);

k11(t1, t2)=k11(τ);

k22(t1, t2)=k22(τ);

k33(t1, t2)=k33(τ);

τ≡|t1-t2|.

При достаточной отработке ВОГ в производстве точностные характеристики трех ИК ТВОГ идентичны, в частности

k11(τ)=k22(τ)=k33(τ)=k(τ).

В результате КМШ ТВОГ с ОИИ принимает вид

Полезность изобретения

Точность современных ВОГ от 10 град/час до 0,0001 град/час [3].

В случае, если шум ОИИ существенно превосходит некоррелированные шумы в ИК ТВОГ, т.е. когда

в КМШ ТВОГ (19) для оценок точности БИСО можно учитывать только первое слагаемое.

В этом случае, при точности БИСО на ТВОГ на основе трех автономных ВОГ (в КМШ (19) учитывается только второе слагаемое) порядка (0,05÷0,0005) град (за время функционирования БИСО) точность БИСО на ТВОГ на основе ОИИ при использовании заявленного изобретения может превосходить точность БИСО на ТВОГ на основе трех автономных ВОГ на 2-6 порядков (в 102÷106 раз). Иными словами, используя специальный выбор ориентации 04 ТВОГ относительно ВАУС УО, предложенный в заявленном изобретении, точность БИСО на ТВОГ с ОИИ можно повысить в 102÷106, раз (если шум ОИИ существенно превосходит некоррелированные шумы в ИК ТВОГ).

В настоящее время, на современном этапе отработки ВОГ в РФ, отношение недиагональных элементов КМШ ТВОГ с ОИИ к диагональным элементам КМШ ТВОГ с ОИИ (отношение интенсивности шума ОИИ к интенсивности некоррелированных шумов ИК ТВОГ с ОИИ) составляет (40-80)% [15]

kООИ(τ)/k(τ)~(0,4÷0,%),

что позволяет повысить точность БИСО на основе ТВОГ с ОИИ, в соответствии со способом заявленного изобретения, в (2,5÷5) раз. В процессе последующей отработки ВОГ в производстве отношение недиагональных элементов КМШ ТВОГ с ОИИ к диагональным элементам КМШ ТВОГ с ОИИ (отношение интенсивности шума ОИИ к интенсивности некоррелированных шумов ИК ТВОГ с ОИИ) будет повышаться (шумы источника излучения ВОГ - один из основных принципиально неустранимых источников шумов ВОГ), что приведет к дальнейшему увеличению повышения точности БИСО на основе ТВОГ с ОИИ в соответствии со способом заявленного изобретения.

Список использованных источников

1. Бранец В.Н. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела / В.Н. Бранец, И.П. Шмыглевский. - М.: Наука, 1973. - 320 с.

2. Кробка Н.И. Особенности бесплатформенных инерциальных систем ориентации на основе трехосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения // Юбилейная XV Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам (26-28 мая 2008 г., Санкт-Петербург, Россия). Сборник материалов. - Санкт-Петербург: ГНЦ РФ - ЦНИИ «Электроприбор». - 2008. - С.87-89.

3. Кробка Н.И. Новый некоммутативный кинематический эффект и его проявления в бесплатформенных инерциальных системах ориентации на основе волоконно-оптических гироскопов // Гироскопия и навигация. - 2009. - №1. - С.36-51.

4. Кробка Н.И. Некоммутативные кинематические эффекты и закономерности накопления шумов волоконно-оптических гироскопов в бесплатформенных инерциальных системах ориентации // XVI Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. Сборник материалов. (25-27 мая 2009 г., Санкт-Петербург, Россия). - СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2009. - С.69-72.

5. Кробка Н.И. Дифференциальные методы идентификации структуры шумов гироскопов // Гироскопия и навигация. - 2011. - №1 (72). - С.59-77.

6. Кробка Н.И. Некоммутативные кинематические эффекты вращения твердого тела вокруг точки и их проявления в особенностях построения бесплатформенных систем ориентации на лазерных и волоконно-оптических гироскопах // Вестник Нижегородского университета им. Н.И.Лобачевского. - 2011. - №4 (2) - С.181-183.

7. Krobka N.I. Accurate error equations of the strapdown inertial navigation systems // The Second Soviet-Chinese Symposium of Inertial Technology (Saint Petersburg, October 9-15, 1991). - Saint Petersburg: The Scientific Council on Problems of Motion Control and Navigation of the Academy of Sciences (Section of Autonomous Navigation and Sensors). Chinese Society of Inertial Technology. CSRI "Electropribor", 1992. - P.43-50.

8. Кробка H.И. Концепция строгих уравнений ошибок и оценки квантовых пределов точности бесплатформенных инерциальных навигационных систем на лазерных гироскопах, волоконно-оптических гироскопах и атомных интерферометрах на волнах де Бройля // XVII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам (31 мая - 02 июня 2010 г., Санкт-Петербург, Россия). Сборник материалов. - СПб: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2010. - С.91-108.

9. Пешехонов В.Г., Несенюк Л.П., Старосельцев Л.П., Блажнов Б.А., Буравлев А.С. Гирогоризонткомпас на волоконно-оптических гироскопах с вращением блока чувствительных элементов // Гироскопия и навигация. - 2002. - №1. - С.57-63.

10. Мешковский И.К., Стригалев В.Е., Дейнека Г.Б., Пешехонов В.Г., Волынский Д.В., Унтилов А.А. Трехосный волоконно-оптический гироскоп. Результаты разработки // XVIII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. Сборник материалов. (30 мая - 01 июня 2011 г., Санкт-Петербург, Россия) / Гл. ред. акад. РАН В.Г. Пешехонов. - Санкт-Петербург: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2011. - С.8-14.

11. Степанов О. А. Применение теории нелинейной фильтрации в задачах обработки навигационной информации. - СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ "Электроприбор", 1998. - 370 с.

12. Степанов О.А. Основы теории оценивания с приложениями к задачам обработки навигационной информации. Ч. I. Введение в теорию оценивания. - СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ "Электроприбор", 2008. - 500 с.

13. FOG 2500. - www.northropgrumman.com.

14. IEEE Std 952-1997. IEEE Standard Specification Format Guide and Test Procedure for Single-Axis Interferometric Fiber Optic Gyros.

15. Кробка H.И., Баландин А.И., Кеда С.В., Терешкин А.И., Щербицкий Д.С. Исследование корреляционных матриц шумов многоосных волоконно-оптических гироскопов с одним общим источником излучения // XVIII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. Сборник материалов. (30 мая - 01 июня 2011 г. Санкт-Петербург, Россия) / Гл. ред. акад. РАН В.Г. Пешехонов. - Санкт-Петербург: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2011. - С.56-60.

1. Способ повышения точности бесплатформенной инерциальной системы ориентации на основе трехосного волоконно-оптического гироскопа с одним общим источником излучения, основанный на ослаблении влияния шумов гироскопов на точность определения ориентации, отличающийся тем, что, с целью уменьшения дисперсии ошибки определения пространственной ориентации бесплатформенной инерциальной системой ориентации

где 〈.〉 - символ статистического усреднения (усреднения по ансамблю);
;
δωi(t) - ошибки измерения проекций вектора абсолютной угловой скорости на оси чувствительности трех информационных каналов (i=1, 2, 3) трехосного волоконно-оптического гироскопа, образующих связанный базис
;
(.)T - символ транспонирования матрицы;
(m, n=1, 2, 3) - матрица направляющих косинусов связанного базиса (неизменно ориентированного относительно корпуса бесплатформенной инерциальной системы ориентации) относительно его начального положения - инерциального базиса I
,
1) измеряют (калибруют и/или паспортизируют) корреляционную матрицу шумов трехосного волоконно-оптического гироскопа

в частности, в приближении стационарных шумов

в условиях, максимально приближенным к условиям использования бесплатформенной инерциальной системы ориентации на объекте;
2) вычисляют оптимальную ориентацию (оптимальные ориентации) связанного базиса относительно корпуса объекта, при которой (которых) проекции вектора измеряемой абсолютной угловой скорости управляемого объекта:

таковы , что обеспечивается минимум дисперсии ошибки бесплатформенной инерциальной системы ориентации

3) устанавливают корпус бесплатформенной инерциальной системы ориентации на корпусе управляемого объекта так, чтобы ориентация связанного базиса относительно корпуса управляемого объекта совпадала с одной из возможных оптимальных ориентации связанного базиса, при которой обеспечивается минимум дисперсии ошибки бесплатформенной инерциальной системы ориентации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при стационарных шумах общего источника излучения, когда корреляционная матрица шумов трехосного волоконно-оптического гироскопа имеет вид

шум источника излучения является марковским процессом с корреляционной функцией k(τ)=kаехр(-τ/τ0), где kа и τ0 - постоянные величины, а управляемый объект вращается с постоянной малой угловой скоростью, критерий выбора оптимальной ориентации корпуса бесплатформенной инерциальной системы ориентации относительно корпуса объекта имеет вид:

что обеспечивает стопроцентную автокомпенсацию шумов источником излучения и достижение локального минимума дисперсии ошибки ориентации бесплатформенной инерциальной системой ориентации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в бесплатформенных инерциальных системах навигации (БИНС) для различных классов носителей от наземных до авиационных, в частности в бесплатформенных системах ориентации (БСО).

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к блокам ориентации самолетов и вертолетов. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения координат подвижных наземных объектов, в частности автотранспортных средств, особенно в автономных навигационных системах.

Изобретение относится к космической радионавигации и может применяться в измерительных средствах определения ориентации космического аппарата, предназначенных для коррекции параметров ориентации бортовой инерциальной навигационной системы (ИНС).

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для повышения непрерывности обслуживания пользователей широкозонных дифференциальных подсистем (ШДПС) спутниковых радионавигационных систем (СРНС) GPS (Global Positioning System) и ГЛОНАСС (Глобальная навигационная система) в условиях воздействия внезапных неблагоприятных факторов, таких как геомагнитные возмущения, мощные кратковременные радиошумы, локальные шумы многолучевости.

Изобретение относится к области морской геодезии и может быть использовано для определения уклонения отвесной линии (УОЛ) в океане на подвижном объекте в целях навигационно-гидрографического обеспечения его навигационного комплекса.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для проверки пространственного положения магистральных трубопроводов большой протяженности и привязки их продольной оси к топографическим или географическим картам.

Изобретение относится к области внутритрубных инспектирующих снарядов, предназначенных для автономного определения геодезических координат трассы подземных газо- и нефтепроводов.

Изобретение относится к области определения пилотажно-навигационных параметров ЛА. .

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в инерциальных системах ориентации и навигации. .

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к блокам ориентации самолетов и вертолетов. Технический результат - повышение точности пилотирования ЛА за счет введения калибровки магнитометра. Существенным отличием устройства является введение первого и второго устройства интерфейса и коммутирующего устройства. Существенным отличием способа является сравнение вычисленного фильтром гиромагнитного курса с истинным магнитным курсом, полученным через первое и второе устройства интерфейса. Разность вычисленного гиромагнитного курса и истинного магнитного курса вводят в ПЗУ каждого измерительного блока, после чего, разворачивая ЛА на углы, кратные 45°, разности гиромагнитного курса по отношению к истинным вводят в ПЗУ и используют при полете ЛА. Предложенное устройство используется в датчике курса и вертикали. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к наземным робототехническим средствам транспорта груза в заданную точку пространства, а также доставке роботизированного средства в заданное место для выполнения им иных функций без присутствия человека. Техническим результатом является повышение эффективности управления роботизированным средством. В заявленном способе оператор на снимках отмечает ориентир, а также дает команду роботизированному средству о движении на заданное расстояние по отношению к выделенному ориентиру и задает траекторию движении. Далее через бортовое устройство управления роботизированное средство разворачивают для движения по заданной траектории, при этом отслеживают движение образа-ориентира на цифровых снимках с бортовых видеокамер. Далее осуществляют движение по заданной траектории, при этом постоянно вычисляют расстояние до ориентира, а также положение ориентира в поле зрения видеокамер и его масштаб при правильной траектории движения, причем при движении роботизированного средства с помощью устройства управления минимизируют разницу между ожидаемым положением центра ориентира или его оконечными точками и реально наблюдаемым положением центра ориентира или его оконечными точками. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительным системам и может быть использовано при измерении курса летательного аппарата. Новизна способа заключается в том, что в оптико-электронной системе переднего обзора измеряют углы ориентации относительно строительных осей ЛА гиростабилизированного поля зрения телевизионного (ТВ) или тепловизионного (ТП) датчика изображений (ДИ), в котором оптическое изображение формируется в фокальной плоскости и считывается матричными чувствительными элементами, выделяют по ТВ/ТП изображениям опорные точки на поверхности Земли для их дальнейшего сопровождения, фиксируют траектории перемещения изображений опорных точек по фокальной плоскости ДИ, сопровождая их на последовательности кадров и регистрируя их координаты, моменты времени формирования соответствующих кадров, углы ориентации поля зрения ДИ относительно строительных осей ЛА, показания датчиков ускорений и формируемые с помощью СНС и ИНС оценки составляющих вектора скорости по строительным осям ЛА в эти моменты времени, выделяют на траекториях пары одновременно формируемых участков, для каждой пары выделенных участков траекторий определяют координаты точки схождения как точки пересечения продолжений хорд, стягивающих эти участки, определяют параметры угловых положений линий визирования, проходящих через полученные точки схождения, и центр проекции, который используется в ДИ для формирования оптического изображения, находя тем самым направления векторов средних скоростей ЛА на интервалах времени формирования выделенных пар участков траекторий движения изображений опорных точек по фокальной плоскости, используя зарегистрированные данные корректируют полученные направления векторов средних скоростей ЛА, приводя их к текущему моменту времени, определяют параметры углового положения вектора скорости ЛА в текущий момент времени относительно системы координат, связанной с полем зрения ДИ, как результат осреднения скорректированных параметров углового положения векторов средних скоростей ЛА, по найденным параметрам углового положения вектора скорости ЛА, углам ориентации поля зрения ДИ относительно строительных осей ЛА и углам крена и тангажа в текущий момент времени определяют углы, задающие направление полета относительно строительных осей ЛА и направление вектора путевой скорости ЛА относительно проекции продольной оси ЛА на горизонтальную плоскость (угол сноса). Технический результат заключается в повышении точности измерения курса летательного аппарата. 1 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способу определения углового положения (в частности, угла крена) объекта, стабилизированного вращением (ОСВ), в пространстве. Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением (ОСВ), заключается в том, что начиная с момента начала движения t0, на который известен априори угол крена объекта φнач, измеряют угловую скорость вращения ОСВ ω(t), путем интегрирования которой по времени от момента τ0 до конечного известного момента tk определяют величину изменения угла крена объекта, а величину угла крена φ(tk) на момент tk определяют согласно выражению: . При этом производят наблюдение за физическим параметром P(t), функционально связанным с изменением угла крена ОСВ, формируют, по меньшей мере, два раза момент τ0, являющийся характерной точкой на графике изменения физического параметра, например переходом физического параметра P(t) через «ноль» на участке установившегося движения. А интегрирование угловой скорости вращения ОСВ по времени осуществляют от момента начала движения t0 до первого сформированного момента τ0 нач и фиксируют величину интеграла - . Причем наблюдение за физическим параметром P(t) прекращают до возобновления в момент сформированного последующего второго момента τ0 посл, максимально приближенного к моменту tk, при этом изменение угла крена Δφ(t) относительно момента τ0 посл вычисляют согласно выражению: , где τ - измеренное время от τ0 посл до момента tk; Тпосл - измеренный период вращения в процессе формирования момента τ0 посл, а величину угла крена объекта φ(tk) на момент tk определяют согласно выражению: . Изобретение обеспечивает повышение точности определения угла крена ОСВ. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах морской геодезии. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого дополнительно введена косвенная стабилизированная в горизонте платформа, на которой установлены три моментных электродвигателя с сервоприводом, четыре акселерометра с вертикальной осью чувствительности и с механизмом их перемещения в горизонте первой пары акселерометров навстречу друг другу по заданному направлению и второй пары акселерометров навстречу друг другу по направлению, перпендикулярному заданному направлению перемещения первой пары акселерометров, измеритель линейной скорости перемещения акселерометров относительно подвижного объекта, регистратор моментов встречи двух акселерометров на траверзе первой и второй пары, при этом все устройства функционально связаны через введенный блок управления с бортовым вычислителем, в котором вычисляют искомые значения составляющих уклонения отвесной линии в меридиане и в первом вертикале. 3 ил.

Изобретение относится к области навигационных измерений и может быть использовано для определения координат местоположения подвижного объекта, например летательного аппарата (ЛА). Для достижения этой цели дополнительно осуществляют компенсацию погрешностей блока акселерометров за счет погрешностей акселерометров второго блока путем разворота чувствительных элементов до достижения максимума разности показаний акселерометров, приведенных к единой системе координат. Устройство является инерциальной навигационной мультисистемой, содержащей два навигационных вычислителя, два блока гироскопов, два блока акселерометров и систему управления пространственным положением блоками чувствительных элементов. Технический результат - повышение точности определения пилотажных и навигационных параметров полета летательного аппарата. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для измерения величины (модуля) и угла направления (аэродинамического угла) вектора истинной воздушной скорости, а также других высотно-скоростных параметров летательного аппарата (ЛА), определяющих движение ЛА относительно окружающей воздушной среды. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Предложенное устройство содержит генератор ионных меток, канал регистрации ионных меток в виде системы приемных электродов, расположенных по окружности с центром в точке генерации ионных меток, и блока предварительных усилителей, измерительную схему в виде канала определения рабочего сектора, являющегося каналом грубого отсчета, канала точного измерения угла в рабочем секторе и канала истинной воздушной скорости, подключенных ко входу вычислительного устройства, выходы которого являются цифровыми выходами по аэродинамическому углу и истинной воздушной скорости. 4 ил.
Наверх