Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением



Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением
Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением

 


Владельцы патента RU 2561795:

Федеральное государственное унитарное предприятие "РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР - ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА Е.И. ЗАБАБАХИНА" (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)

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 τ0нач и фиксируют величину интеграла - . Причем наблюдение за физическим параметром P(t) прекращают до возобновления в момент сформированного последующего второго момента τ0посл, максимально приближенного к моменту tk, при этом изменение угла крена Δφ(t) относительно момента τ0посл вычисляют согласно выражению: , где τ - измеренное время от τ0посл до момента tk; Тпосл - измеренный период вращения в процессе формирования момента τ0посл, 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, а именно к способу определения углового положения (в частности, угла крена) объекта, стабилизированного вращением (ОСВ), в пространстве, и может быть использовано в космической технике в бортовых системах управления движением ОСВ.

В настоящее время остро стоит задача расширения функциональных возможностей глобальных навигационных спутниковых систем, в частности при определении углового положения объекта. При этом возникают проблемы повышения точности.

Известен способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением [Гироскопические системы, ч.2, Гироскопические приборы и системы: П.В. Бромберг, И.А. Михалев, Е.А. Никитин и др. Под ред. Д.С. Пельпора. М.: Высшая школа, 1971 г., стр.82], заключающийся 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 t0 до конечного известного момента tk определяют величину изменения угла крена объекта, а величину угла крена φ(tk) на момент tk определяют согласно выражению:

Данный способ наиболее близок по технической сущности к заявляемому и поэтому принят за прототип.

Недостатком известного способа является относительно низкая точность определения угла крена. Одна из основных проблем обеспечения точности ориентации и навигации для ОСВ состоит в уменьшении влияния погрешностей, зависящих от продольной составляющей угловой скорости, в первую очередь, ошибки масштабного коэффициента датчика угловой скорости (ДУС), ось чувствительности которого параллельна оси вращения ОСВ. В данном способе при определении угла крена на требуемый момент tk непрерывно измеряют и интегрируют угловую скорость вращения объекта ω(t), что ведет к накоплению ошибки определения изменения угла ОСВ на требуемый момент tk, величина которой пропорциональна времени наблюдения (всего периода времени на интервале t0…tk) и ошибке измерения угловой скорости.

Задачей заявляемого изобретения является повышение точности определения угла крена объекта, стабилизированного вращением, в плоскости движения.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является снижение накапливаемой ошибки определения изменения величины угла крена путем сокращения времени наблюдения за изменением углового положения объекта и повышения точности определения угловой скорости вращения ОСВ путем перехода к использованию нового физического параметра, на основе которого определяется угловая скорость вращения ОСВ, а именно - к измерению периода вращения ОСВ.

Технический результат достигается тем, что в способе определения угла крена объекта, стабилизированного вращением (ОСВ), заключающемся 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 t0 до конечного момента tk определяют величину изменения угла крена объекта, а величину угла крена φ(tk) на момент tk определяют согласно выражению: , согласно изобретению 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 изменения физического параметра во времени, 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 τ 0 н а ч и фиксируют величину интеграла - , причем наблюдение за физическим параметром P(t) прекращают до возобновления в момент сформированного последующего второго момента τ 0 п о с л , максимально приближенного к моменту tk, при этом изменение угла крена Δφ(τ) относительно момента τ 0 п о с л вычисляют согласно выражению: , где τ - измеренное время от τ 0 п о с л до момента tk; Тпосл - измеренный период вращения в процессе формирования момента τ 0 п о с л , а величину угла крена объекта φ(tk) на момент tk определяют согласно выражению:

Формирование, по меньшей мере, два раза момента τ0, который является характерной точкой изменения физического параметра во времени, например переходом физического параметра P(t) через «ноль» на участке установившегося движения относительно продольной оси вращения, интегрирование угловой скорости вращения ОСВ по времени от момента начала движения t0 до первого сформированного момента τ 0 н а ч , прекращение наблюдения за физическим параметром P(t), функционально связанным с изменением угла крена ОСВ, до возобновления в момент сформированного второй раз последующего момента τ 0 п о с л , максимально приближенного к моменту tk, дает возможность сократить время наблюдения за изменением угла крена ОСВ при повышении точности определения угловой скорости за счет измерения периода вращения ОСВ и тем самым повысить точность определения угла крена ОСВ.

С целью расширения возможностей применения устройства, реализующего заявляемый способ, формирование момента τ 0 п о с л , максимально приближенного к моменту tk, осуществляют циклически j-раз, начиная с произвольного момента времени ti после формирования момента τ 0 н а ч вплоть до момента tk, а наблюдение за физическим параметром P(t) прекращают до возобновления в момент времени ti, при этом изменение угла крена относительно момента τ 0 п о с л j , сформированного последний раз перед моментом tk, вычисляют согласно выражению: , где τ - измеренное время от τ 0 п о с л j до момента tk; Тпосл - измеренный период вращения в процессе формирования момента τ 0 п о с л j .

Цикличность формирования момента начала отсчета изменения угла крена τ 0 п о с л определяется из условия обеспечения погрешности на каждом цикле, не выше допустимой.

Наличие в заявленном изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет его считать соответствующим условию "новизна".

Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется чертежами:

на фиг.1 представлена циклограмма функционирования ОСВ на траектории движения;

на фиг.2 представлен график изменения параметра P(t) во времени, величина которого функционально связана с изменением углового положения объекта, стабилизированного вращением с заданным конечным временем движения tk;

на фиг.3 представлен график изменения параметра P(t) во времени, величина которого функционально связана с изменением углового положения ОСВ, где формирование момента τ 0 п о с л происходит циклически;

на фиг.4 представлен график, демонстрирующий снижение накапливаемой ошибки определения изменения величины угла крена путем сокращения времени наблюдения за изменением углового положения объекта и повышением точности определения угловой скорости вращения.

Способ осуществляется следующим образом.

При движении объекта, стабилизированного вращением, в безвоздушном пространстве с учетом на момент его начала движения t0 известного априори угла крена φнач проводят наблюдение за изменением во времени параметра P(t) (фиг.1, 2). Параметр P(t) является синусоидальной функцией. Величина параметра P(t) функционально связана с изменением угла крена ОСВ (например, параметром P(t) могут быть величины проекций вектора напряженности магнитного поля Земли на поперечные оси связанной системы координат ОСВ и/или поперечные составляющие вектора угловой скорости вращения ОСВ).

Далее при движении объекта формируют первый момент τ 0 н а ч , который является характерной точкой изменения физического параметра во времени, например переходом физического параметра P(t) через «ноль» на участке установившегося движения. В процессе формирования этой точки определяют угловую скорость вращения ω(t), интегрирование которой по времени осуществляют от момента начала движения t0 до первого сформированного момента τ 0 н а ч .

Далее наблюдение за физическим параметром P(t) прекращают до возобновления в момент сформированного последующего момента τ 0 п о с л , максимально приближенного к моменту tk, что дает возможность сократить время наблюдения за изменением угла крена ОСВ и снизить накапливаемые ошибки определения изменения величины угла крена. При этом изменение угла крена Δφ(t) относительно момента τ 0 п о с л вычисляют согласно выражению: , где τ - измеренное время от τ 0 п о с л до момента tk; Тпосл - измеренный период вращения в момент τ 0 п о с л . А величину угла крена объекта φ(tk) на момент tk определяют согласно выражению:

Определение Тпосл в момент τ 0 п о с л дает возможность повысить точность определения угла крена ОСВ.

С целью расширения возможностей применения устройства, реализующего заявляемый способ, формирование момента τ 0 п о с л , максимально приближенного к моменту tk, может осуществляться циклически j-раз, начиная с произвольного момента времени ti после формирования момента τ 0 н а ч вплоть до момента tk, при этом изменение угла крена относительно момента τ 0 п о с л j (относительно момента, сформированного последний раз перед моментом tk) вычисляют согласно выражению: , где τ - измеренное время от τ 0 п о с л j до момента tk; Тпосл - измеренный период вращения в процессе формирования момента τ 0 п о с л j .

Согласно полученным на основе математического моделирования данным определение угла крена, осуществленное заявляемым способом, оценивается на уровне 0,1°. График, представленный на фиг.4, наглядно демонстрирует снижение накапливаемой ошибки определения изменения величины угла крена путем сокращения времени наблюдения за изменением углового положения объекта и повышением точности определения угловой скорости вращения. Цикличность формирования момента начала отсчета изменения угла крена τ 0 п о с л определяется из условия обеспечения погрешности на каждом цикле, не выше допустимой. Относительная погрешность определения периода вращения ОСВ оценивается на уровне δ=10-5[с]. Периодичность формирования момента τ 0 п о с л более чем на два-три порядка меньше времени наблюдения при способе определения угла крена, описанном в прототипе. Точность определения угловой скорости через измерение периода вращения ОСВ существенно выше точности приборного измерения угловой скорости вращения ОСВ, как в прототипе (непрерывного измерения и интегрирования угловой скорости вращения объекта ω(t) по времени на интервале t0…tk). Сокращение времени наблюдения и повышение точности определения угловой скорости обеспечивают уменьшение ошибки, накапливаемой при определении угла крена.

Таким образом, представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявляемый способ при его осуществлении, предназначено для определения углового положения (в частности, угла крена) объекта, стабилизированного вращением, в плоскости движения;

- повышение точности определения угла крена ОСВ;

- для заявляемого способа в том виде, в котором он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

1. Способ определения угла крена объекта, стабилизированного вращением (ОСВ), заключающийся 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 t0 до конечного известного момента tk определяют величину изменения угла крена объекта, а величину угла крена φ(tk) на момент tk определяют согласно выражению:
, отличающийся тем, что 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 τ0нач и фиксируют величину интеграла - , причем наблюдение за физическим параметром P(t) прекращают до возобновления в момент сформированного последующего второго момента τ0посл, максимально приближенного к моменту tk, при этом изменение угла крена Δφ(t) относительно момента τ0посл вычисляют согласно выражению:
, где
τ - измеренное время от τ0посл до момента tk;
Тпосл - измеренный период вращения в процессе формирования момента τ0посл, а величину угла крена объекта φ(tk) на момент tk определяют согласно выражению:
.

2. Способ определения угла крена объекта по п.1, отличающийся тем, что формирование момента τ0посл, максимально приближенного к моменту tk, осуществляют циклически j-раз, начиная с произвольного момента времени ti после формирования момента τ0нач вплоть до момента tk, а наблюдение за физическим параметром P(t) прекращают до возобновления в момент времени ti, при этом изменение угла крена относительно момента τ0посл j, сформированного последний раз перед моментом tk, вычисляют согласно выражению:
, где
τ - измеренное время от τ0посл j до момента tk;
Тпосл - измеренный период вращения в процессе формирования момента τ0посл j.



 

Похожие патенты:

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).

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.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к блокам ориентации самолетов и вертолетов. Технический результат - повышение точности пилотирования ЛА за счет введения калибровки магнитометра.

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).

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 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