Способ компенсации дрейфа нулевых сигналов гироскопических датчиков

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано в одноосных и трехосных измерителях угловых скоростей и линейных ускорений, используемых в инерциальных навигационных системах и в пилотажных системах управления подвижными объектами в качестве датчиков первичной информации. Технический результат – повышение точности. Для этого компенсацию дрейфа нулевых сигналов гироскопических датчиков осуществляют путем выделения компенсирующего сигнала из измеряемого по результатам сравнения измеряемого сигнала с заданным уровнем и последующей корректировкой измеряемого сигнала с помощью выделенного компенсирующего сигнала, при этом выделение компенсирующего сигнала осуществляется путем фильтрации измеряемого сигнала, накопления отфильтрованного сигнала, его осреднения, сравнения с заданным уровнем, накоплением массива выделенного сигнала, его осреднения, прогнозирования, сравнения прогнозируемого сигнала с заданным уровнем и по результатам сравнения при превышении заданного уровня сигнала в качестве компенсирующего сигнала принимается спрогнозированный сигнал, а при непревышении заданного уровня сигнала спрогнозированный сигнал в качестве компенсирующего не принимается. Изобретение позволяет решить задачу путем компенсации дрейфа нулевого сигнала в процессе эксплуатации прибора за счет выделения нулевого сигнала из измеряемого по результатам сравнения измеряемого сигнала с заданным уровнем, прогнозирования компенсационного сигнала, контроля его уровня и последующей корректировки измеряемого сигнала с помощью выделенного компенсационного сигнала. Исследования показали, что за счет использования предложенного изобретения удалось почти на порядок уменьшить накапливаемую угловую погрешность курсового угла в микромеханическом гироскопе STIM-210 норвежской фирмы Sensonor. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано в одноосных и трехосных измерителях угловых скоростей и линейных ускорений, используемых в инерциальных навигационных системах и в пилотажных системах управления подвижными объектами в качестве датчиков первичной информации.

Одним из главных источников погрешности измерений гироскопов и акселерометров является дрейф нулевого сигнала, вызванный его нестабильностью в запуске и от пуска к пуску. Эта проблема особенно остро проявляется в микромеханических гироскопах и акселерометрах, на базе которых строятся малогабаритные авиационные приборы.

Существует несколько способов решения этой проблемы. Один из них - это использование фильтра Калмана в инерциальных навигационных системах [1]. Основным недостатком этого способа является необходимость дополнительных внешних источников информации для компенсации ошибок датчиков первичной информации.

Еще одним способом является компенсация дрейфа гироскопов по показаниям акселерометров в автономных гировертикалях с радиальной коррекцией [2, 3]. Недостаток такого способа заключается в том, что при этом не учитываются погрешности самого акселерометра.

Прототипом изобретения является способ компенсации систематических составляющих от пуска к пуску [4] путем выделения компенсирующего сигнала из измеряемого по результатам сравнения измеряемого сигнала с заданным уровнем, рассчитанным по калибровочным коэффициентам, и последующей корректировкой измеряемого сигнала с помощью выделенного компенсирующего сигнала.

Основным недостатком такого способа является остаточная недокомпенсация измеряемого сигнала как из-за несовершенства алгоритмической компенсации, так и из-за нестабильности нулевого сигнала - его дрейфа в процессе эксплуатации.

Заявленное изобретение решает задачу компенсация дрейфа нулевого сигнала в процессе эксплуатации прибора, при этом достигается такой технический результат как повышение точностных характеристик гироскопических датчиков первичной информации.

Заявленный технический результат достигается способом компенсации дрейфа нулевых сигналов гироскопических датчиков путем выделения компенсирующего сигнала из измеряемого по результатам сравнения измеряемого сигнала с заданным уровнем и последующей корректировкой измеряемого сигнала с помощью выделенного компенсирующего сигнала, при этом выделение компенсирующего сигнала осуществляется путем фильтрации измеряемого сигнала, накоплением отфильтрованного сигнала, его осреднения, сравнения с заданным уровнем сигнала, накоплением массива выделенного сигнала, его осреднения, прогнозирования, сравнения прогнозируемого сигнала с заданным уровнем и по результатам сравнения при превышении заданного уровня сигнала в качестве компенсирующего сигнала принимается спрогнозированный сигнал, а при не превышении заданного уровня сигнала спрогнозированный сигнал в качестве компенсирующего не принимается.

При накоплении компенсирующих сигналов равным или большим как минимум четырех значений производится осреднение значений компенсирующего сигнала по как минимум трем предыдущим значениям компенсирующего сигнала, вычитание осредненного компенсирующего сигнала из прогнозируемого, сравнение с заданным уровнем допустимого дрейфа и по результатам сравнения при превышении заданного уровня допустимого дрейфа в качестве компенсирующего сигнала принимается текущий прогнозирующий сигнал, а при не превышении заданного уровня допустимого дрейфа в качестве компенсирующего сигнала принимается предыдущий компенсирующий сигнал.

При накоплении выделенных нулевых сигналов меньше заданного количества производится прогнозирование компенсирующего сигнала по осредненным значениям выделенных нулевых сигналов как минимум четырех предыдущих измерений.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и фиг. 2 чертежей.

На фиг. 1 приведена структурная схема алгоритма определения и компенсации дрейфа нулевого сигнала гироскопа в процессе его эксплуатации,

где 1 - блок приема информации с чувствительного элемента;

2 - блок фильтрации информации;

3 - блок суммирования отфильтрованных сигналов ;

4 - блок осреднения отфильтрованного сигнала по числу измерений N;

5 - блок выделения нулевого сигнала из осредненного значения измеренной угловой скорости ωicp(N) по условию ωiдр(N)=|ωicp(N)|≤ω0;

6 - блок суммирования выделенного нулевого сигнала ;

7 - блок контроля числа N1 выделенных сигналов ωiдр(N) с числом измерений N0;

8 - блок осреднения выделенного нулевого сигнала по числу измерений N1 на интервале p измерений - ;

9 - блок прогнозирования сигнала коррекции ;

10 - блок контроля количества корректирующих сигналов на интервалах p с числом выбранных для корректировки значений нулевых сигналов N⋅N1;

11 - блок выборки прогнозируемых сигналов для осуществления коррекции измеряемого сигнала по условию ;

12 - блок принятого для корректировки сигнала при выполнении условия блока 11 - ;

13 - блок принятого для корректировки сигнала при невыполнении условия блока 11 - ;

14 - блок осреднения корректирующих сигналов при выполнении условия блока 10;

15 - блок сравнения разницы между спрогнозированным сигналом и усредненным корректирующим сигналом блока 14;

16 - блок выбора в качестве корректирующего сигнала прогнозируемого сигнала при выполнении условия блока 15;

17 - блок выбора в качестве корректирующего сигнала корректирующего сигнала предыдущего такта при невыполнении условия блока 15;

18 - блок контроля набора заданного числа N1 на интервале p;

19 - блок выработки прогнозирующего сигнала по осредненным значениям выделенных нулевых сигналов ωiдр(r)=ωiдд(p);

20 - блок выбора корректирующего сигнала по результатам спрогнозированного в блоке 19 значения дрейфа нулевого сигнала при невыполнении условия блока 18;

21 - блок корректировки измеряемого сигнала с помощью вычисленного значения дрейфа гироскопа .

На фиг. 2 показаны графики накопления угловой погрешности гироскопического курсового угла ψг(t): 1 - при скомпенсированном дрейфе нулевого сигнала ωy(t); 2 - при нескомпенсированном дрейфе нулевого сигнала .

Реализуется изобретение следующим образом. В блоке 1 (фиг. 1) осуществляется прием измеренного сигнала гироскопа . В блоке 2 производится фильтрация принятого сигнала с целью устранения высокочастотных составляющих, например, с помощью следующего фильтра: , где β=Tфƒ, Tф - постоянная времени фильтра, ƒ - частота входящей информации.

В блоке 3 производится накопление массива N отфильтрованного сигнала . В блоке 4 накопленный массив осредняется . В блоке 5 производится выделение нулевого сигнала из осредненного значения измеренной угловой скорости ωicp(N) путем сравнения с заданным уровнем нулевого сигнала ω0. В качестве дрейфа нулевого сигнала используются значения измеренной угловой скорости, удовлетворяющие условию ωiдр(N)=|ωicp(N)|≤ω0. Если рассчитанное значение дрейфа меньше или равно допустимому, то это значение используется для дальнейшего накопления в блоке до заданной величины массива N1≥N0 (блок 7).

При выполнении условия блока 7 в блоке 8 производится осреднение выделенного нулевого сигнала по числу измерений N1 на интервале p измерений - .

Далее в блоке 9 производится линейное прогнозирование по результатам двух соседних измерений, например, , где ωiдр(r)=ωiдд(p) - выделенный для прогнозирования нулевой сигнал.

При накоплении компенсирующих сигналов меньше чем как минимум четырех значений (блок 10) текущий прогнозирующий сигнал сравнивается в блоке 11 с заданным значением допустимого дрейфа .

По результатам сравнения при превышении заданного в блоке 11 уровня сигнала в качестве компенсирующего сигнала принимается спрогнозированный сигнал (блок 12) при невыполнении условия блока 11 спрогнозированный сигнал в качестве компенсирующего не принимается (блок 13).

После накопления более четырех корректирующих значений нулевого сигнала производится осреднение корректирующего сигнала по трем предыдущим значениям корректирующих сигналов (блок 14) . В блоке 15 рассчитывается разница между прогнозируемым сигналом и осредненным в блоке 14 и сравнивается с допустимым дрейфом нулевого сигнала . Если эта разница меньше допустимой Δω0др, то в качестве компенсирующего сигнала принимается текущий прогнозирующий сигнал (блок 16), а при непревышении заданного уровня допустимого дрейфа в качестве корректирующего сигнала принимается предыдущий корректирующий сигнал - на предыдущем шаге (блок 17).

При накоплении выделенных нулевых сигналов меньше заданного количества (блок 7) производится прогнозирование компенсирующего сигнала по осредненным значениям выделенных нулевых сигналов как минимум четырех предыдущих измерений ωiдр(r)=ωiдд(p) (блок 8) дрейфа нулевого сигнала, например:

(блок 19). Результат этого прогноза используется для компенсации дрейфа нулевого сигнала (блок 20).

Для уменьшения объема вычислений в блоке 19 контролируется количество массивов, не удовлетворяющих условию блока 7. Если массив не удовлетворяет требованию блока 7 первый раз - в блоке 18 R=0, то в качестве корректирующего сигнала принимается результат расчета прогноза, произведенный в блоке 19. Если массив не удовлетворяют условию блока 7 во второй раз подряд - в блоке 18 R≠0, то новый расчет в блоке 19 не производится, а в качестве корректирующего сигнала принимается результат предыдущего расчета (блок 20).

В блоке 21 производится вычитание принятого для коррекции дрейфа нулевого сигнала из измеренного входного сигнала : , где - измеренный сигнал до коррекции; ωi(n) - измеренный сигнал после коррекции; индекс i - наименование измерительных осей.

На фиг. 2 приведены результаты сравнения накопленной угловой погрешности курсового гироскопа STIM-210 норвежской фирмы Sensonor с компенсацией дрейфа нулевого сигнала (график 1) по предложенному изобретению и без компенсации (график 2).

Графики на фиг. 2 рассчитаны на основе экспериментально снятого массива нулевых сигналов микромеханического гироскопа .

Как видно из приведенных графиков, накопленная за 2,5 часа угловая погрешность при осуществлении компенсации дрейфа нулевого сигнала по предлагаемому изобретению (график 1) уменьшилась почти на два порядка по сравнению с накопленной погрешностью без компенсации дрейфа нулевого сигнала (график 2): со 108 град, до 1,07 град.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем / В.В. Матвеев, В.Я. Распопов / Под общ. ред. д.т.н. В.Я. Распопова - СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2009. - 280 с. ISBN 978-5-900780-73-3.

2. Инерциальная навигация. Под редакцией К.Ф. О Доннела. М.: Наука, 1969, 592 с.

3. Гироскопические системы, ч. II. Гироскопические приборы и системы / П.В. Бромберг, И.А. Михалев, Е.А. Никитин, В.А. Бауман, А.А. Балашова / Под ред. Д.С. Пельпора. - М.: Высшая школа, 1971. - 488 с.

4. Галкин В.И., Воробьев Д.Н., Крайнева Н.Н. Способ компенсации систематических составляющих дрейфа гироскопических датчиков и его реализация в трехосном микромеханическом измерителе параметров движения/ Заявка на изобретение №2015133432 от 11.08.15 г.

1. Способ компенсации дрейфа нулевых сигналов гироскопических датчиков путем выделения компенсирующего сигнала из измеряемого по результатам сравнения измеряемого сигнала с заданным уровнем и последующей корректировкой измеряемого сигнала с помощью выделенного компенсирующего сигнала, отличающийся тем, что выделение компенсирующего сигнала осуществляется путем фильтрации измеряемого сигнала, накопления отфильтрованного сигнала, его осреднения, сравнения с заданным уровнем, накоплением массива выделенного сигнала, его осреднения, прогнозирования, сравнения прогнозируемого сигнала с заданным уровнем и по результатам сравнения при превышении заданного уровня сигнала в качестве компенсирующего сигнала принимается спрогнозированный сигнал, а при не превышении заданного уровня сигнала спрогнозированный сигнал в качестве компенсирующего не принимается.

2. Способ компенсации дрейфа нулевых сигналов по п. 1, отличающийся тем, что при накоплении компенсирующих сигналов равным или большим как минимум четырех значений производится осреднение значений компенсирующего сигнала по как минимум трем предыдущим значениям компенсирующих сигналов, вычитание осредненного компенсирующего сигнала из прогнозируемого, сравнение с заданным уровнем допустимого дрейфа и по результатам сравнения при превышении заданного уровня допустимого дрейфа в качестве компенсирующего сигнала принимается текущий прогнозирующий сигнал, при не превышении заданного допустимого дрейфа в качестве компенсирующего сигнала принимается предыдущий компенсирующий сигнал.

3. Способ компенсации дрейфа нулевых сигналов по пп. 1, 2, отличающийся тем, что при накоплении выделенных нулевых сигналов меньше заданного количества в качестве компенсирующего сигнала принимается результат прогнозирования по осредненным значениям выделенных нулевых сигналов как минимум четырех предыдущих измерений, при повторном накоплении выделенных нулевых сигналов меньше заданного количества в качестве компенсирующего сигнала принимается результат предыдущего прогноза.



 

Похожие патенты:

Изобретения относятся к области систем навигации летательных аппаратов (ЛА) и могут быть использованы при выставке бесплатформенных инерциальных навигационных систем летательного аппарата (БИНС ЛА) корабельного базирования.

Изобретение относится к часовому устройству, содержащему среднюю часть (30), закрытую задней крышкой и стеклом, указанная средняя часть (30) содержит окружный заплечик (34), в котором имеется канавка (37), указанная канавка расположена на поверхности заплечика, параллельно центральной оси (С) средней части, указанное часовое устройство содержит систему (20) с вращающимся безелем, вращательно установленную в указанном окружном заплечике, характеризующуюся тем, что указанная система с вращающимся безелем включает в себя безельное кольцо (40, 41) по меньшей мере с одной первой выемкой (46), расположенной на поверхности безеля, которая должна быть обращена в сторону указанной канавки после того, как указанная система (20) с вращающимся безелем установлена в средней части, указанная система (20) с вращающимся безелем помимо этого содержит пружинные средства (80), заходящие как в указанную по меньшей мере одну первую выемку (46) безеля, так и в канавку (37) в средней части, удерживая систему (20) с вращающимся безелем в средней части (30) часового устройства.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к методам и системам пассивной радиолокации, и может быть использовано для определения местоположения в трехмерном пространстве источника радиоизлучения (ИРИ), размещенного на летательном аппарате (ЛА) (самолет, вертолет и т.п.), за счет приема и последующей обработки электромагнитных волн, порожденных этим ИРИ.

Изобретение относится к способам определения кинематических параметров гребной механической системы и сил, приложенных к ее элементам. При реализации предложенного способа осуществляют прямые измерения ускорения и скорости лодки вдоль ее продольной оси и угол поворота весла в вертлюге вокруг вертикальной оси.

Изобретение относится к области измерительных систем и комплексов боевых летательных аппаратов (ЛА). Технический результат - повышение точности оценивания и краткосрочного прогноза параметров движения цели на основе субоптимальной процедуры ее углового сопровождения в обеспечение эффективного применения неуправляемых авиационных средств поражения (АСП).

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может найти применение для восстановления фактических (опытных) параметров движения при проведении летных испытаний летательного аппарата (ЛА).

Группа изобретений относится к способу и системе отображения полетной информации. Для отображения полетной информации отслеживают текущее местоположение самолета на заданной траектории полета, определяют текущий момент времени для текущего местоположения самолета на траектории, обеспечивают плановое время нахождения самолета в текущем положении, вычисляют и отображают отклонение планового и текущего времени, обеспечивают рекомендуемую путевую скорость, вычисляют и отображают отклонение текущей путевой скорости от рекомендованной.

Изобретение относится к области комплексных навигационных систем, систем управления и наведения летательных аппаратов (ЛА). Технический результат изобретения - повышение точности и быстродействия оптимального оценивания и коррекции всех измеряемых инерциальной навигационной системой (ИНС) навигационных и пилотажных параметров в обеспечение эффективного решения навигационных, боевых и специальных задач.

Изобретение относится к области измерительных информационных систем и комплексов боевых летательных аппаратов (ЛА). Технический результат – расширение функциональных возможностей.

Группа изобретений относится к способу построения инерциальных демпфированных систем с произвольным периодом, инвариантным по отношению к маневрированию объекта и инерциальной системе.

Изобретение относится к гироскопическим приборам, а именно к датчикам угловой скорости, основанным на Кориолисовых силах, и может быть использовано для измерения угловой скорости.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к гироскопии, и может быть использовано в системах управления. Твердотельный волновой гироскоп содержит герметичный корпус, состоящий из кожуха и основания с выводами, во внутренней полости которого установлен центрирующий элемент, обеспечивающий соосное расположение резонатора, емкостной системы регистрации колебаний оболочки резонатора и электромагнитной системы возбуждения и поддержания колебаний оболочки резонатора, при этом электромагнитная система возбуждения и поддержания колебаний оболочки резонатора выполнена в виде электромагнитов, сердечники которых имеют П-образную форму, равномерно расположенных по окружности оболочки резонатора, причем плоскость симметрии каждого электромагнита, проходящая через полюса, параллельна оси симметрии резонатора и проходит через нее.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к измерительной технике, и предназначено для измерения угловой скорости, например, в системах управления, навигации, стабилизации и наведения.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при построении одноосных и трехосных измерителей параметров движения - угловых скоростей и линейных ускорений для инерциальных навигационных систем и пилотажных систем управления подвижных объектов.

Изобретение относится к акустоэлектронным приборам, предназначенным для преобразования угловой скорости вращения основания в электрический сигнал. Сущность изобретения заключается в том, что на внешней поверхности несущего основания выполнен трапецеидальный выступ, размещенный зеркально трапецеидальному выступу на внутренней поверхности несущего основания и совпадающий с ним по форме и размерам, тонкая пленка из пьезоэлектрика с установленной на ней регулярной структурой инерционных масс и измерительными встречно-штыревыми преобразователями для каждого из направлений вращения несущего основания установлены на поверхности малого основания трапецеидального выступа, выполненного на внешней поверхности несущего основания, на поверхности малого основания трапецеидального выступа, выполненного на внутренней поверхности несущего основания, дополнительно установлены тонкая пленка из пьезоэлектрика с установленной на ней регулярной структурой инерционных масс, размещенных в шахматном порядке, и измерительными встречно-штыревыми преобразователями для каждого из направлений вращения несущего основания, при этом на боковых поверхностях трапецеидального выступа, выполненного на внешней поверхности несущего основания, дополнительно симметрично друг другу установлены активные пьезоэлектрические преобразователи, которые обеспечивают возбуждение продольных акустических волн в материале несущего основания в направлениях, определяемых углом, заданным положением боковых поверхностей трапецеидального выступа относительно внутренней поверхности несущего основания, и в противофазе по отношению к активным пьезоэлектрическим преобразователям, размещенным на боковых поверхностях трапецеидального выступа на внутренней поверхности несущего основания, выходы измерительных встречно-штыревых преобразователей, размещенных на поверхности малых оснований трапецеидальных выступов, расположенных по обе стороны несущего основания, попарно электрически соединены со входами сумматоров, а выходы последних электрически соединены со входами сумматоров, соответственно для каждого из направлений вращения несущего основания.

Изобретение относится к измерениям угловой скорости, а именно к микроэлектромеханической системе (МЭМС) для датчика угловой скорости. МЭМС помещена между первой и второй композитными пластинами типа кремний-изолятор, состоящими из множества структурированных кремниевых элементов, электрически изолированных друг от друга изоляционным материалом.

Изобретение относится к микросистемным гироскопам камертонного типа. Предложенный камертонный микрогироскоп содержит корпусную монокремниевую пластину и две чувствительные массы, каждая из которых подвешена с помощью упругих растяжек на консолях, которые, в свою очередь, жестко закреплены на центральной балке.

Изобретение относится к балансировке кварцевых полусферических резонаторов твердотельных волновых гироскопов (ВТГ) и может быть использовано при производстве навигационных приборов различного назначения.

Изобретение относится к области навигационной техники, а именно к конструкции микромеханических вибрационных гироскопов. Вибрационный гироскоп содержит дисковый ротор в упругом подвесе в виде пружины, связывающей ротор с неподвижной опорой, и статоры с электродами привода крутильных колебаний ротора и емкостных датчиков для определения его угловых смещений относительно двух взаимно перпендикулярных осей, ортогональных к оси крутильных колебаний ротора.

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано при создании таких средств измерения угловой скорости движения основания, как вибрационные гироскопы.
Наверх