Навигационный комплекс подвижного объекта

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 морской геодезии, а именно к определению уклонения отвесной линии (УОЛ) в океане, и может быть использовано для определения УОЛ на подвижном объекте вдоль траектории его движения в целях совершенствования навигационно-гидрографического обеспечения посредством навигационного комплекса подвижного объекта.

Известен гравиметрический способ определения УОЛ в океане, включающий измерение на объекте вторых производных гравитационного потенциала по ортогональным осям гравитационными градиентометрами, по результатам измерений которых вычисляют значения составляющих УОЛ в меридиане и в первом вертикале (О влиянии геодезической неопределенности на точность выработки навигационных параметров инерциальной навигационной системой // Записки по гидрографии. №196, 1976, с. 78-83 [1]. Методы определения отвеса в океане // Записки по гидрографии. №196, 1976, с. 57-63 [2]).

Данный гравиметрический способ определения УОЛ в океане имеет недостаточно высокую точность, так как при его использовании имеют место систематические и медленно меняющиеся погрешности измерений вторых производных гравитационного потенциала, которые невозможно определить, а следовательно, и учесть на объекте.

Погрешность определения УОЛ (δu) этим способом вычисляется по формуле

δ u = 0 ,021 S δ w , ( 1 ) ,

где δw - систематическая погрешность определения второй производной гравитационного потенциала, достигающая у современных гравитационных градиентометров 1 этвеш;

S - пройденное объектом расстояние от исходной до текущей точки,

и достигает от 2,1угл.с до 6,3угл.с на расстояниях от 1 000 км до 3000 км, соответственно, в то время как допустимая предельная погрешность с вероятностью Р=0,0997 определения УОЛ в океане не должна превышать 1-2угл.с [2], т.е. известный способ не позволяет определить УОЛ в океане с требуемой точностью.

Известен также гравиметрический способ определения УОЛ в океане, включающий измерение силы тяжести гравиметром на объекте вдоль траектории его движения, вычисление по результатам измерений продольной составляющей УОЛ [2]. Однако данный гравиметрический способ определения УОЛ в океане имеет недостаточно высокую точность, так как при его использовании погрешность определения продольной составляющей УОЛ достигает 11угл.с. При этом данный способ не обеспечивает определение составляющих УОЛ в меридиане и в первом вертикале на объекте вдоль траектории его движения, а следовательно, не позволяет определять информацию об УОЛ, необходимую для обеспечения использования бортовых навигационных комплексов [1].

Известен также навигационный комплекс подвижного объекта, который содержит приемоиндикатор спутниковой навигационной системы, измерители скорости и курса, включая трехстепенный магнитный датчик направления, установленный в связанной системе координат подвижного объекта, датчики углов крена, тангажа, датчики углов атаки и скольжения, датчики линейных ускорений и угловых скоростей, установленные в связанной системе координат подвижного объекта, и бортовой вычислитель, выполненный с возможностью совместной обработки всех датчиков и систем. В состав указанного комплекса дополнительно введена косвенная стабилизированная платформа, снабженная тремя кардановыми рамками, на которых установлены три моментных электродвигателя с сервоприводом, два трехкомпонентных акселерометра с механизмом их перемещения относительно друг друга, измеритель линейной скорости перемещения трехкомпонентных акселерометров, функционально связанных с бортовым вычислителем. Предложенное изобретение направлено на повышение точности определения текущих навигационных параметров оснащенного им подвижного объекта (патент RU №2279039, 27.06.2006 [3] - прототип).

Однако данный навигационный комплекс не обеспечивает определение составляющих УОЛ в меридиане и в первом вертикале, а следовательно, имеет погрешность в выработке геодезических координат.

Задачей предлагаемого технического решения является расширение технических возможностей навигационного комплекса подвижного объекта путем определения составляющих УОЛ в меридиане и первом вертикале на объекте в океане.

Поставленная задача решается за счет того, что в навигационный комплекс подвижного объекта, состоящий из приемоиндикатора спутниковой навигационной системы, измерителей скорости и курса, включая трехстепенный магнитный датчик направления, установленный в связанной системе координат подвижного объекта, датчиков углов крена, тангажа (дифферента), датчиков углов атаки и скольжения, датчиков линейных ускорений и угловых скоростей, установленных в связанной системе координат подвижного объекта, и бортового вычислителя, выполненного с возможностью совместной обработки всех датчиков и систем, косвенной стабилизированной платформы, снабженной тремя кардановыми рамками, на которой установлены три моментных электродвигателя с сервоприводом, два трехкомпонентных акселерометра с механизмом их перемещения относительно друг друга, измеритель линейной скорости перемещения трехкомпонентных акселерометров, функционально связанных с бортовым вычислителем, в отличие от прототипа [3], 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.

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1, 2, 3).

Фиг. 1. Схема определения уклонения отвесной линии. Гиростабилизированная платформа 1, геоид 2, эллипсоид 3, nэ - нормаль к земному эллипсоиду, nг - нормаль к геоиду, u - угол между нормалями.

Фиг. 2. Схема для определения УОЛ. Гиростабилизированная платформа 1, ДП - диаметральная плоскость объекта, ИК - истинный курс, N - направление на север, А - азимут вектора абсолютной скорости, ВО и ГО - два взаимно перпендикулярных направления, по которым перемещаются две пары акселерометров, Vп1 - скорость движения первого акселерометра, Vп2 - скорость движения второго акселерометра, Vп3 - скорость движения третьего акселерометра, Vп4 - скорость движения четвертого акселерометра, δ1 - угол между ДП и направлением ВО, δ2 - угол между ДП и направлением ГО, γ - угол дрейфа, θ - угол между направлениями ВО и ГО.

Фиг. 3. Блок-схема навигационного комплекса. Навигационный комплекс состоит из бортового вычислителя 4, магнитного датчика 5 направления движения, блока 6 датчиков углов крена, блока 7 датчиков тангажа, блока 8 датчиков углов атаки, блока 9 датчиков скольжения, блока 10 управления, приемоиндикатора 11 спутниковой навигационной системы, блока 12 датчиков линейных ускорений, блока 13 датчиков угловых ускорений, пульта управления 14, косвенной стабилизированной платформы 15, моментных электродвигателей 16, 17, 18 с сервоприводом, трехкомпонентных акселерометров 19, 20, механизма 21 перемещения акселерометров 19, 21 относительно друг друга, измерителя 22 линейной скорости перемещения акселерометров 19, 20, косвенной стабилизированной платформы 23, моментных электродвигателей 24, 25, 26 с сервоприводом, акселерометров 27, 28, 29, 30 с вертикальной осью чувствительности, механизма 31 перемещения акселерометров 27, 28, 29, 30, измерителя 32 линейной скорости перемещения акселерометров 27, 28, 29, 30, регистратора 33 моментов встречи двух акселерометров на траверзе первой и второй пары, измерителя 34 скорости объекта, гирокомпаса 35.

Косвенная стабилизированная платформа 23 выполнена с тремя кардановыми рамками, на которых установлены три моментных электродвигателя 24, 25, 26 с сервоприводом, выполненных в виде редуктора.

Механизм 31 перемещения акселерометров 27, 28, 29, 30 предназначен для перемещения первой пары акселерометров 27, 28 по параллельным направлениям навстречу друг другу по заданному направлению и второй пары акселерометров 29, 30 по параллельным направлениям навстречу друг другу по направлению, перпендикулярному заданному направлению перемещения первой пары акселерометров 27, 28 и состоит из двигателя, редуктора, червячных передач.

Механизм 31 перемещения акселерометров 27, 28, 29, 30 может быть также выполнен в виде закрепленных на стабилизированной в горизонте платформе двух маятниковых штативов, к которым подвешены по два маятника. К каждому маятнику прикреплен акселерометр с вертикальной осью чувствительности. Для обеспечения незатухающих колебаний маятники должны колебаться в вакуумном колпаке или под воздействием внешней силы, например наведенного магнитного поля, посредством электромагнита.

Механизм 31 перемещения акселерометров 27, 28, 29, 30 может быть также выполнен в виде эскалатора, на ленте которого закреплены акселерометры

Измеритель 32 линейной скорости перемещения акселерометров 27, 28, 29, 30 относительно подвижного объекта может быть выполнен в виде интерферометра или тахометра типа АДТ-20-50.

Регистратор 33 моментов встречи двух акселерометров на траверзе первой и второй пары состоит из фотоприемника и направленного источника света.

Определение составляющих УОЛ в меридиане (ξ) и в первом вертикале (η), заключается в измерении акселерометрами 27, 28, 29, 30 ускорений a 1 ' ' , a 2 ' ' , a 3 ' ' , a 4 ' ' соответственно в моменты встречи их на траверзе двух акселерометров первой (27, 28) и второй (29, 30) пары.

При этом определяется разность отсчетов Δ a 1 ' ' = a 2 ' ' a 1 ' ' и Δ a 2 ' ' = a 4 ' ' a 3 ' ' .

В бортовом вычислителе 4 путем вычислений определяют составляющие УОЛ в меридиане (ξ) и в первом вертикале (η):

где

β - угол между вектором абсолютной скорости движущегося объекта и плоскостью горизонта;

γ - угол дрейфа;

δ1 - угол между ДП и направлением ВО;

δ2 - угол между ДП и направлением ГО;

1 - сумма скоростей акселерометров 27 и 28;

2 - сумма скоростей акселерометров 29 и 30;

VH - абсолютная скорость объекта;

Rг - радиус кривизны геоида;

h1,2 - расстояния по вертикальной оси акселерометров, движущихся по направлениям ВО и ГО, до поверхности геоида;

ИК - истинный курс объекта.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает расширение технических возможностей навигационного комплекса подвижного объекта путем определения составляющих УОЛ в меридиане и первом вертикале на объекте в океане и уменьшение погрешности в выработке геодезических координат навигационными комплексами подвижных объектов.

Источники информации

1. О влиянии геодезической неопределенности на точность выработки навигационных параметров инерциальной навигационной системой // Записки по гидрографии. №196, 1976, с. 78-83.

2. Методы определения отвеса в океане // Записки по гидрографии. №196, 1976, с. 57-63.

3. Патент RU №2279039, 27.06.2006.

Навигационный комплекс подвижного объекта, состоящий из приемоиндикатора спутниковой навигационной системы, измерителей скорости и курса, включая трехстепенный магнитный датчик направления, установленный в связанной системе координат подвижного объекта, датчиков углов крена, тангажа (дифферента), датчиков углов атаки и скольжения, датчиков линейных ускорений и угловых скоростей, установленных в связанной системе координат подвижного объекта, и бортового вычислителя, выполненного с возможностью совместной обработки всех датчиков и систем, косвенной стабилизированной платформы, снабженной тремя кардановыми рамками, на которых установлены три моментных электродвигателя с сервоприводом, два трехкомпонентных акселерометра с механизмом их перемещения относительно друг друга, измеритель линейной скорости перемещения трехкомпонентных акселерометров, функционально связанных с бортовым вычислителем, отличающийся тем, что 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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способу определения углового положения (в частности, угла крена) объекта, стабилизированного вращением (ОСВ), в пространстве.

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 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