Способ юстировки бесплатформенной инерциальной системы ориентации

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах юстировки бесплатформенных инерциальных систем ориентации. Технический результат - повышение точности. Для этого определение котировочных углов рассогласования между измерительными осями бесплатформенной инерциальной системой ориентации и строительными осями объекта осуществляют без использования специальных измерительных приспособлений. А именно, юстировочные углы формируются на основе измерительных данных от инерциальной системы ориентации в двух контрольных положениях. 3 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при вычислении углов рассогласования систем координат - юстировочных углов - между бесплатформенной инерциальной системой ориентации (далее по тексту БИСО или система) и объектом, на который она устанавливается.

Определение юстировочных углов осуществляется на основе анализа известных параметров ориентации объекта и БИСО без применения специальной измерительной аппаратуры, устанавливаемой на БИСО. В основе способа лежит сопоставление параметров угловой ориентации объекта по углам курса и тангажа с аналогичными параметрами, измеренными БИСО в как минимум двух заданных контрольных положениях. Первое контрольное положение выбирается в плоскости горизонта. Второе - на большом угле тангажа объекта, когда ошибки в рассогласовании систем координат объекта и БИСО наиболее наблюдаемы.

Решение задачи юстировки предложенным способом позволяет при помощи БИСО определять пространственное положение объекта с точностью, близкой к потенциально возможной для систем данного класса точности.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Недостатком известных способов юстировки является необходимость применения для их реализации громоздкой нестандартной измерительной аппаратуры, которую необходимо устанавливать на объекте и БИСО специально только для юстировочных операций. Сам процесс юстировки в этом случае занимает достаточно длительное время, а точность определения юстировочных углов в большей степени зависит от навыков оператора.

Юстировка производится за счет математических вычислений, производимых на основе данных, полученных от БИСО, в как минимум двух контрольных положениях. Одно из таких контрольных положений находится в плоскости горизонта, а второе на большом угле тангажа объекта, когда ошибки в рассогласовании систем координат объекта и БИСО наиболее наблюдаемы.

Техническим результатом изобретения является повышение точности юстировки БИСО относительно строительных осей объекта, на который она устанавливается, что обеспечивает вычисление параметров ориентации объекта с точностью, близкой к потенциально возможной для систем данного класса точности.

При установке БИСО на объект с целью определения его пространственной ориентации возникала необходимость определения углов рассогласования между их системами координат. Вызвано данное рассогласование несовпадением строительных осей объекта и измерительных осей БИСО, расположенной на его установочной площадке, по причине неточного взаимного размещения. Неточность установки БИСО на объекте может привести к существенным погрешностям в определении угловой ориентации объекта. Привести угловые измерения БИСО в соответствие с действительной ориентацией объекта с высокой точностью возможно путем введения в вычислительные алгоритмы БИСО корректировочных параметров, определяющих рассогласование систем координат. Такое рассогласование может быть определено тремя углами - αх, αу, αz, называемыми юстировочными углами (см. приложение 1). Процесс определения юстировочных углов будем называть юстировкой.

Для математического обоснования способа юстировки введем следующие системы координат:

- Система координат связанная с БИСО: OXП,YП,ZП. Ориентацию ее измерительных осей зададим следующим образом: ось ОХП - продольная ось системы, OYП - вертикальная ось, перпендикулярная основанию системы; OZП - поперечная ось системы.

- Система координат связанная с объектом: OXT, YТ, ZТ. Оси этой системы координат определим следующим образом: ось ОХТ - продольная ось объекта, OYТ - вертикальная ось, перпендикулярная установочной площадке объекта; OZT - поперечная ось.

Ориентация систем координат в пространстве задается тремя углами: углом тангажа (ϑ) - угол между продольной осью объекта и горизонтальной плоскостью; углом крена (γ) - угол поворота объекта вокруг продольной оси; углом курса (ψ) - угол в горизонтальной плоскости, заключенный между северным направлением меридиана, принятого за начало отсчета, и проекцией продольной оси объекта на горизонтальную плоскость. За положительное направление угла курса выбран поворот в плоскости горизонта по часовой стрелке вокруг вертикальной оси объекта. Для углов тангажа и крена положительное направление принято отсчитывать против часовой стрелки вокруг поперечной и продольной осей системы соответственно.

Для того чтобы вычислить углы рассогласования систем координат между объектом и БИСО и тем самым оценить значения юстировочных углов, предлагается как минимум в двух контрольных положениях сравнить известные параметры угловой ориентации. Первое такое положение формируется в горизонтальной плоскости. Для этого объект, к строительным осям которого производится привязка измерительных осей БИСО, располагается строго в плоскости горизонта (углы тангажа и крена объекта должны быть равны нулю). Истинное значение угла крена объекта не контролируется при углах тангажа, отличных от нуля, но в плоскости горизонта значение данного параметра известно, так как оно устанавливается равным нулю.

БИСО, закрепленная на установочной площадке объекта, способна с высокой точностью определить свои углы наклона - углы тангажа и крена. В связи с этим юстировочные углы по данным каналам проще всего вычислить в горизонтальном положении, когда соответствующие углы объекта достоверно известны. Юстировочный угол по каналу крена вычисляется по следующей формуле:

где γТ - угол крена объекта, который в плоскости горизонта имеет численное значение, равное нулю, γ - угол крена, вычисленный БИСО. Таким образом, юстировочный угол αх имеет численное значение, равное значению угла крена на выходе БИСО, взятое с противоположным знаком. Формула (1) с точностью до обозначений справедлива для вычисления юстировочного угла по каналу тангажа αz

где ϑТ - угол тангажа объекта, который в плоскости горизонта имеет численное значение, равное нулю, ϑ - угол тангажа, вычисленный БИСО.

Однако, найти в горизонтальном положении юстировочный угол по каналу курса (αy) не представляется возможным по причине того, что ошибка формирования начального угла курса у БИСО в результате гирокомпасирования может достигать значительной величины, что, как правило, не соответствует требованиям к точности определения угловых координат для вычисления юстировочных углов. При этом истинный курс объекта возможно получить с высокой точностью при помощи, например, привязок на местности. Получить значение юстировочного угла по каналу курса αy предлагается с помощью второго контрольного положения, в котором угол тангажа объекта изменен с нулевого значения до значения, близкого к 90°. При выполнении поворота на такой угол тангажа курс объекта необходимо сохранить неизменным. При большом угле тангажа ошибки рассогласования систем координат между объектом и БИСО становятся наиболее наблюдаемыми, что иллюстрируется полученными ниже формульными зависимостями и графиками.

Для получения формульных зависимостей, определяющих взаимосвязь юстировочных углов и ошибок показаний БИСО в контрольных положениях, используются уравнения Эйлера, которые позволяют выразить параметры угловой ориентации БИСО (курс, крен, тангаж) через соответствующие проекции относительной угловой скорости объекта:

где ψ, ϑ, γ - углы курса, тангажа и крена БИСО соответственно, ωXп, ωYп, ωZп - проекции относительной угловой скорости объекта на оси системы координат, связанной с БИСО.

Оси ориентации БИСО и объекта, находящиеся в горизонтальной плоскости, при предположении, что юстировочные углы αх и αz близки к нулю, будут развернуты только на угол αy, что представлено на рис.2 (см. приложение 2). Поворот на угол тангажа происходит с угловой скоростью Ω вокруг оси OZТ системы координат, связанной с объектом. На основании рис.2 (см. приложение 2) проекции относительной угловой скорости объекта на оси системы координат, связанной с БИСО ωXп, ωYп, ωZп, вычисляется по следующим формулам:

В результате с учетом (4), а также в предположении, что угол крена БИСО γ - малый угол, система уравнений (3) может быть приведена к виду:

Аналитическое решение системы дифференциальных уравнений (5) со следующими начальными условиями: ϑ0=0, γ0=0, ψ0т(0) имеет следующий вид:

где ψ(t), γ(t), ϑ(t) - углы ориентации системы: курс, крен, тангаж соответственно; ψ0, γ0, ϑ0 - начальные углы ориентации системы: курс, крен, тангаж соответственно; ψТ(0) - начальный угол курса объекта, который сохраняется постоянным, как в плоскости горизонта, так и при увеличении угла тангажа.

Для наглядности на рис.3 (см. приложение 3) показаны графики изменения угла курса и угла крена БИСО в зависимости от угла тангажа объекта при наличии юстировочного угла по каналу курса, αy=0,06°. При анализе графиков на рис.3 (см. приложение 3) видно, что в плоскости горизонта, где угол тангажа объекта равен нулю, расхождение значений углов ориентации БИСО и объекта отсутствует. По этой причине невозможно выполнить юстировку в полном объеме, наблюдая значения углов наклона БИСО при установке объекта в плоскости горизонта. Рассогласование систем координат между объектом и БИСО по курсовому углу становится наиболее наблюдаемым на значительных углах тангажа.

На основании полученного решения (6) системы дифференциальных уравнений Эйлера (5) юстировочный угол по каналу курса αy может быть вычислен по формуле:

где Δψ=ψ(t)-ψТ(0); ψ(t) - угла курса, измеренный системой при большом угле тангажа; ψТ(0) - угол курса объекта, который не меняется в ходе юстировочных операций; ϑ - угол тангажа, на котором производится измерение.

Таким образом, в основе предлагаемого способа юстировки лежит сравнение известных углов ориентации объекта с соответствующими углами ориентации, получаемыми БИСО как минимум в двух контрольных положениях. Расчет юстировочных углов производится по разностям соответствующих углов ориентации объекта и БИСО в контрольных положениях.

Способ определения юстировочных углов, определяющих рассогласование между измерительными осями бесплатформенной инерциальной системы ориентации (БИСО) и строительными осями объекта, на котором БИСО установлена, отличается тем, что при его реализации не используются специальные измерительные приспособления, устанавливаемые на БИСО, а производится сравнение известных параметров угловой ориентации БИСО и объекта, юстировочные углы находятся путем вычислений, производимых на основе измерительных данных, собранных в двух контрольных положениях, в первом положении, в плоскости горизонта, вычисляются юстировочные углы по каналам крена и тангажа, это углы αx и αz, соответственно, по величине расхождения курсовых углов БИСО и объекта, полученного во втором контрольном положении на большом угле тангажа объекта, производится вычисление юстировочного угла по каналу курса αy с использованием формулы , где Δψ=ψ(t)-ψT(0); ψT(0) - начальный угол курса объекта, который не изменяется в ходе юстировочных операций при увеличении угла тангажа; ψ(t) - угла курса, измеренный системой при большом угле тангажа; ϑ - значение угла тангажа во втором контрольном положении.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве гиромоторов с газодинамическим подвесом оси вращения ротора, состоящего из двух полусферических опорных узлов, каждый из которых содержит опору и фланец.

Изобретение относится к магнитному курсоуказанию и навигации и может быть использовано на летательных аппаратах для определения коэффициентов девиации, описывающих изменения напряженности магнитного поля земли (МПЗ), вносимые летательным аппаратом (ЛА) непосредственно в полете, и компенсации этих изменений при вычислении магнитного курса ψм.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах ориентации подвижных объектов. Технических результат - повышение надежности и точности.

Изобретение относится к навигационной технике и может быть использовано для контроля гиростабилизированных платформ инерциальной системы космического назначения при заводских и предпусковых испытаниях систем управления ракетоносителей, разгонных блоков, космических и летательных аппаратов.

Изобретение относится к области исследования и испытания инклинометров в полевых условиях. Техническим результатом является повышение точности и оперативности проверки магнитных и гироскопических скважинных инклинометров в полевых условиях.

Предложенное изобретение относится к средствам калибровки инерциальных датчиков, в частности, в полевых условиях. Предложенный способ калибровки инерциальных датчиков, установленных на рабочем оборудовании, включает в себя сбор данных от одного или более инерциальных датчиков и одного или более температурных датчиков, расположенных вблизи инерциальных датчиков, в период, когда оборудование не работает, и корректировку математической модели температурной систематической ошибки для инерциальных датчиков на основе собранных данных от инерциальных датчиков и температурных датчиков, при этом сбор данных начинают через заранее установленное время после выключения рабочего оборудования, при этом на инерциальные датчики и температурные датчики, образующие сенсорную подсистему, периодически подают питание для сбора данных в период, когда рабочее оборудование не работает.

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано при создании твердотельных волновых гироскопов и систем ориентации и навигации на их основе.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов. Заявлен способ определения погрешности двухстепенного поплавкового гироскопа, включающий установку гироскопа на неподвижном основании, включение в режим обратной связи датчик угла - усилитель - преобразователь - датчик момента, запуск гиромотора, нагрев гироскопа, измерение тока в цепи датчика момента обратной связи, определение погрешности гироскопа.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к испытательному оборудованию для калибровки приборов системы навигации и топопривязки. В установочной площадке внутренней рамы динамического двухосного стенда размещены цилиндрические секторы со сквозными пазами, выполненными по дугам окружности концентрично наружной и внутренней поверхностям.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения вибрационных реактивных моментов гиромоторов. Стенд содержит подвес, камеру, допускающую закрепление гиромотора экваториальной либо полярной осями вдоль оси подвеса, средство измерения вибраций в виде первого магнитоэлектрического датчика, обмотки которого закреплены в корпусе устройства в поле магнитов, установленных на оси подвеса, и состыкованы через измерительный усилитель со средством измерения сигнала и усилителем мощности, нагрузкой которого являются обмотки второго магнитоэлектрического датчика, установленного соосно с первым датчиком, подвес выполнен в виде вала, соединенного с камерой и вертикально установленного в подшипниках корпуса, расположенного на подставке; токоподводы гиромотора выполнены в виде трех пружин, противоположные концы которых через контактные платы стыкуются с камерой и корпусом стенда.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения вибрационных реактивных моментов гиромоторов. Стенд содержит подвес, камеру с возможностью закрепления гиромотора экваториальной либо полярной осями вдоль вертикальной оси подвеса, первый и второй магнитоэлектрические датчики, установленные соосно в корпусе стенда, измерительный усилитель, усилитель мощности, нагрузкой которого является обмотка второго датчика, и токоподводы, противоположные концы которых через контактные платы соединены с камерой и корпусом. При этом обмотка первого датчика соединена через измерительный усилитель со средством измерения сигнала, подвес соединен с камерой и установлен в подшипниках корпуса, токоподводы выполнены в виде пружин с возможностью изменения коэффициента жесткости. Дополнительно в конструкцию введен узкополосный фильтр, выходом соединенный с входом усилителя мощности, а входом соединенный с выходом измерительного усилителя, при этом фильтр обеспечивает усиление либо подавление отдельной гармоники сигнала с выхода измерительного усилителя. Технический результат заключается в повышении точности контроля вибраций гиромотора. 4 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для определения температурных зависимостей характеристик трехосного лазерного гироскопа (ЛГ) и маятниковых акселерометров (МА) в составе инерциальных измерительных блоков (ИИБ). Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого на стенде ИИБ с трехосным ЛГ и тремя МА, оснащенными датчиками вращения, на каждом такте измерений определяют количество импульсов для каждого из трех датчиков вращения ЛГ, пропорциональное проекции вектора угла поворота ЛГ за один такт измерений на каждую из трех осей чувствительности ЛГ, определяют средние за один такт измерений значения напряжений на выходе трех МА, пропорциональные проекциям вектора кажущегося линейного ускорения на оси чувствительности МА, и средние за один такт измерений значения температуры на каждом из трех датчиков вращения трехосного ЛГ и трех МА, по которым определяют температурные зависимости всех масштабных коэффициентов ЛГ и МА. 2 ил.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов с газодинамическим подвесом оси вращения ротора гиромотора. Технический результат - повышение точности. Для этого в известном способе определения погрешности двухстепенного поплавкового гироскопа с газодинамическим подвесом ротора гиромотора путем измерения его выходного сигнала при повороте гироскопа относительно вектора силы тяжести вокруг входной и выходной осей на 360°, при ориентации оси поворота в одном направлении, преимущественно по полуденной линии, вращение гироскопа относительно вектора силы тяжести вокруг каждой оси производят при двух частотах вращения ротора.

Изобретение относится к области измерения и может быть использовано при метрологических исследованиях навигационных приборов, использующих сигналы с вращающегося трансформатора. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет введения режима обеспечения измерения уровня помехоустойчивости. Устройство для измерения уровня помехоустойчивости навигационных приборов, использующих сигналы с вращающегося трансформатора, содержит углозадающий узел, вал которого кинематически связан с вращающимся трансформатором и является кинематическим входом устройства и источник переменного тока. При этом дополнительно введен анализатор сигнала, подключенный к синусной и косинусной обмоткам вращающегося трансформатора, являющегося выходом устройства, трансформатор, через первичную обмотку которого источник переменного напряжения подключен к обмотке возбуждения вращающегося трансформатора, соединенные последовательно формирователь сигнала помех и буфер, выход которого подключен к вторичной обмотке трансформатора. Предложенное устройство используется для измерения уровня помехоустойчивости интегрированной системы резервных приборов. 1 ил.

Изобретение относится к гироскопической технике, а именно к способам коррекции дрейфа гироскопа с ротором на сферической шарикоподшипниковой опоре. Сущность изобретения заключается в том, что способ коррекции дрейфа гироскопа с двухфазным бесколлекторным двигателем постоянного тока, содержащего статор, ротор на сферической шарикоподшипниковой опоре, датчики угла и датчики момента, включает этапы вращения ротора, измерения дрейфа и его коррекцию, при этом коррекцию дрейфа проводят непосредственно в процессе его измерения путем компенсации постоянной составляющей электрического тока в разных обмотках статора. Устройство для коррекции дрейфа гироскопа с двухфазным бесколлекторным двигателем постоянного тока содержит сумматоры и регулировочные резисторы, сигналы с которых позволяют компенсировать постоянные составляющие электрических токов в фазных обмотках статора. Технический результат - снижение трудоемкости изготовления и повышение точности гироскопического прибора. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к метрологическому обеспечению - калибровке инклинометров, выполненных на основе трехосевого акселерометра. Способ предполагает при калибровке измерение проекций вектора гравитационного ускорения G ¯ на оси акселерометра при его вращении вокруг двух осей, каждый раз в четырех ортогональных положениях. По результатам измерений определяют статическую ошибку каждой оси и отношение коэффициентов чувствительностей по двум парам осей. При использовании инклинометра устанавливают акселерометр на объект исследования, проводят измерения проекций вектора гравитационного ускорения G ¯ на оси акселерометра, компенсируют их статические ошибки, нормируют различия в чувствительности осей акселерометра и вычисляют по простым соотношениям углы наклона объекта по отношению к вектору гравитационного ускорения G ¯ . Технический результат - упрощение способа калибровки акселерометрического трехосевого инклинометра. 3 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при производстве твердотельных волновых гироскопов и систем ориентации и навигации на их основе. При определении масштабного коэффициента твердотельный волновой гироскоп устанавливают на платформу поворотного стола и при работе гироскопа в разомкнутом режиме вращают равномерно платформу поворотного стола в одном направлении, контролируя угол поворота волны резонатора относительно корпуса гироскопа системой его датчиков угла на выбранном угловом промежутке. Затем изменяют направление вращения платформы на противоположное и измеряют изменения углового положения волны на выбранном промежутке, после чего, используя значения скоростей дрейфа волны при прямом и обратном вращении, определяют масштабный коэффициент с помощью аналитического выражения. Изобретение обеспечивает повышение точности определения масштабного коэффициента.

Изобретения относятся к области навигации летательных аппаратов (ЛА) и могут быть использованы для определения контрольных значений параметров пространственно-угловой ориентации ЛА при летных испытаниях пилотажно-навигационного оборудования (ПНО). Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого при испытаниях ПНО осуществляют прием и обработку измерений инерциальной навигационной системы (ИНС), корректирование данных ИНС автономным средством и радионавигационное корректирование данных ИНС спутниковой навигационной системой (СНС) на основе базовой корректирующей станции (БКС) или контрольной корректирующей станции (ККС), измерения высоты полета воздушным датчиком или системой (ВДС), осуществляют аэрофотосъемку земной поверхности цифровым аэрофотоаппаратом, а также для формирования ортопланов при отсутствии топографических карт - лазерную съемку земной поверхности бортовым лазерным локатором. При этом для комплексной обработки информации (КОИ) в процессе и после полета, а именно, для предварительной обработки измерительной информации в блоке (ПОИИ), обеспечивают формирование векторов измерений (ФВИ) с контролем для защиты фильтра Калмана, оценки погрешностей ИНС (ОП ИНС) при использовании модифицированного фильтра Калмана, вычисления навигационных параметров (ВНП) с одновременным подключением к нему второго выхода блока ПОИИ. 2 н. и 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

Группа изобретений относится к установке и работе инерционных датчиков, таких как, например, датчики пространственного положения (гироскопы) или датчики движения (акселерометры) на борту транспортного средства. Техническим результатом является уменьшение погрешности измерений. В способе осуществляют калибровку устройства (S) инерционного датчика, установленного в произвольной позиции на борту транспортного средства (V), на основе формирования (200-500) матрицы (R) преобразования, приспособленной преобразовывать реально измеренные данные динамических параметров транспортного средства (V), найденных в локальной системе (x, y, z) координат, в данные, указывающие динамические параметры транспортного средства (V) в системе (X, Y, Z) координат транспортного средства, причем значение каждого элемента матрицы (R) преобразования модифицируют посредством наложения ограничения ортогональности (600) матрицы. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при изготовлении роторов электростатических гироскопов. Способ предназначен для использования при изготовлении роторов чувствительных элементов электростатических гироскопов. Процесс изготовления ротора включает формообразование сферической заготовки ротора, его балансировку, нанесение тонкопленочного износостойкого покрытия и выполнение на этом покрытии растрового рисунка. Вначале частично устраняют исходный дисбаланс ротора методом направленной доводки трубчатым притиром, причем балансировку производят до получения требуемого конечного диаметра ротора, а зону съема материала определяют исходя из величины и направления вектора исходного дисбаланса, задавая преимущественное уменьшение радиальной составляющей этого вектора. На втором этапе окончательную балансировку осуществляют посредством выполнения на поверхности ротора двух соосных диаметрально разнесенных выемок с заданной величиной массы удаляемого из каждой выемки материала. При этом в большей мере устраняется осевая составляющая полученного на первом этапе промежуточного дисбаланса, что определяется углом наклона оси выполняемых выемок к оси симметрии ротора, а выемки выполняют на сферической поверхности шаровых сегментов за пределами зоны растрового рисунка ротора. Технический результат заключается в расширении технологических возможностей и повышении стабильности процесса изготовления ротора электростатического гироскопа, в том числе в части повышения равномерности толщины покрытия. 3 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах юстировки бесплатформенных инерциальных систем ориентации. Технический результат - повышение точности. Для этого определение котировочных углов рассогласования между измерительными осями бесплатформенной инерциальной системой ориентации и строительными осями объекта осуществляют без использования специальных измерительных приспособлений. А именно, юстировочные углы формируются на основе измерительных данных от инерциальной системы ориентации в двух контрольных положениях. 3 ил.

Наверх