Способ управления бесплатформенной гировертикалью с радиальной коррекцией и бесплатформенная гировертикаль для его реализации

Авторы патента:

Воробьев Дмитрий Николаевич (RU)

Галкин Виктор Иванович (RU)

Кузин Евгений Владимирович (RU)

G01C23/00 - Комбинированные приборы, определяющие более чем одну навигационную величину, например для авиации; комбинированные устройства для измерения двух и более параметров движения, например расстояния, скорости, ускорения

Владельцы патента RU 2659970:

Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА") (RU)

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано в бесплатформенных инерциальных системах, в частности в гировертикалях, курсовертикалях и навигационных системах, при измерении углов крена и тангажа подвижного объекта. Способ управления бесплатформенной гировертикалью с радиальной коррекцией включает измерение угловых скоростей и линейных ускорений, преобразование приращения углов крена и тангажа из связанной системы координат в инерциальную, вычисление и компенсацию ошибок определения углов крена и тангажа при допустимых для управления цифровой платформой значениях величин линейных ускорений в инерциальной системе координат. При этом вычисление и компенсацию ошибок определения углов крена и тангажа цифровой платформы при превышении допустимых для управления величин ускорений в инерциальной системе координат осуществляют по угловым скоростям, определенным в инерциальной системе координат в процессе запуска датчиков угловых скоростей. Для реализации способа в бесплатформенную гировертикаль с радиальной коррекцией, содержащую блок датчиков угловых скоростей, блок датчиков линейных ускорений, блок цифровой платформы, блок вычисления углов крена и тангажа, блок пересчета линейных ускорений из связанной системы координат в инерциальную, блок управления цифровой платформой, дополнительно введены блок запоминания угловых скоростей в инерциальной системе координат в момент запуска датчиков угловых скоростей и блок сравнения линейных ускорений в инерциальной системе координат с допустимыми для управления цифровой платформой линейными ускорениями в инерциальной системе координат таким образом, что вход блока запоминания угловых скоростей соединен с выходом блока управления цифровой платформой, один вход блока сравнения линейных ускорений в инерциальной системе координат соединен с выходом блока запоминания угловых скоростей в инерциальной системе координат, а другой - с выходом упомянутого блока пересчета линейных ускорений, один выход упомянутого блока сравнения линейных ускорений соединен с входом блока управления цифровой платформой, а другой - с входом блока цифровой платформы. Технический результат заключается в повышении точности определения углов ориентации. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Известны бесплатформенные навигационные системы, гировертикали и курсовертикали, описанные в патентах RU 2380656 С1 и RU 2382988 С1, в которых для обеспечения вычисления углов тангажа и крена с необходимой точностью во всех режимах движения объекта используется дополнительная информация о параметрах движения объекта от других источников информации - системы воздушных сигналов или спутниковой навигационной системы. Недостатком таких систем является их неавтономность и большой объем вычислений, требующий вычислителей большой мощности.

Известны бесплатформенные гировертикали с радиальной коррекцией, в которых по показаниям датчиков угловых скоростей с помощью цифровой вычислительной платформы определяется положение летательного объекта в инерциальной системе координат, а восстановление местной вертикали при движении объекта по сфере Земли осуществляется по показаниям акселерометров, измеряющих составляющие ускорения силы тяжести при равномерном движении объекта [1-3].

Недостатком таких гировертикалей является большая погрешность в определении углов крена и тангажа при разгонах и торможениях подвижного объекта, так как в этом случае акселерометры измеряют кажущееся ускорение, включающее в себя как составляющую от ускорения силы тяжести, так и составляющую ускорения от внешних сил (разгонных двигателей, центростремительных сил при координированных разворотах и виражах), воздействующих на подвижный объект.

Прототипом заявленного изобретения является способ управления бесплатформенной гировертикалью с радиальной коррекцией (патент RU 2348903 С1), включающий измерение угловых скоростей и линейных ускорений, преобразование приращения углов крена и тангажа из связанной системы координат в инерциальную, вычисление и компенсацию ошибок определения углов крена и тангажа при допустимых для управления цифровой платформой значениях величин линейных ускорений в инерциальной системе координат.

Реализация способа управления бесплатформенной гировертикалью с радиальной коррекцией по прототипу включает в себя трехосный блок датчиков угловых скоростей, трехосный блок датчиков линейных ускорений, блок цифровой платформы, блок вычисления углов крена и тангажа, блок перерасчета линейных ускорений из связанной системы координат в инерциальную систему координат, блок управления цифровой платформой с возможностью отключения управления цифровой платформой при превышении допустимых для управления значений величин линейных ускорений в инерциальной системе координат и включении управления цифровой платформой при уменьшении линейных ускорений в инерциальной системе координат до значений, допустимых для управления цифровой платформой [3].

Основной недостаток такого способа управления заключается в том, что, при разгонах и торможениях объекта, координированных разворотах и виражах вследствие отключения обратной связи по управлению происходит нарастание ошибок определения углов крена и тангажа, вызванных дрейфом датчиков угловых скоростей.

Задачей изобретения является обеспечение возможности компенсации дрейфа гироскопа при отключенной обратной связи,

Технический результат заключается в повышении точности определения углов ориентации.

Указанный технический результат достигается способом управления бесплатформенной гировертикалью с радиальной коррекцией, включающим измерение угловых скоростей и линейных ускорений, преобразование приращения углов крена и тангажа из связанной системы координат в инерциальную, вычисление и компенсацию ошибок определения углов крена и тангажа при допустимых для управления цифровой платформой значениях величин линейных ускорений в инерциальной системе координат, а вычисление и компенсацию ошибок определения углов крена и тангажа цифровой платформы при превышении допустимых для управления величин ускорений в инерциальной системе координат осуществляют по угловым скоростям, определенным в инерциальной системе координат в процессе запуска датчиков угловых скоростей.

Также технический результат достигается бесплатформенной гировертикалью с радиальной коррекцией, содержащей чувствительные элементы в виде трехосного блока микромеханических датчиков угловых скоростей, соединенного выходом с первым входом блока цифровой платформы, а также трехосного блока микромеханических датчиков линейных ускорений, соединенного выходом с первым входом блока пересчета линейных ускорений из связанной системы координат в инерциальную систему координат, соединенного вторым входом с первым выходом блока цифровой платформы, а выходом связанного с блоком управления цифровой платформой, который соединен своим первым выходом со вторым входом блока цифровой платформы, при этом блок цифровой платформы соединен своим вторым выходом со входом блока вычисления углов крена и тангажа, причем, дополнительно введены блок запоминания угловых скоростей в инерциальной системе координат в момент запуска датчиков угловых скоростей и блок сравнения линейных ускорений в инерциальной системе координат с допустимыми для управления цифровой платформой линейными ускорениями в инерциальной системе координат таким образом, что блок запоминания угловых скоростей в инерциальной системе координат входом соединен со вторым выходом блока управления цифровой платформой, а выходом соединен с первым входом блока сравнения линейных ускорений в инерциальной системе координат, который соединен вторым входом с выходом блока пересчета линейных ускорений из связанной системы координат в инерциальную систему координат, первым выходом соединен, а вторым выходом соединен со входом блока управления цифровой платформой с третьим входом блока цифровой платформы.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурно-функциональная блок-схема бесплатформенной гировертикали, реализующей способ управления бесплатформенной гировертикалью с радиальной коррекцией.

В соответствии с чертежом бесплатформенная гировертикаль с радиальной коррекцией содержит чувствительные элементы - трехосный блок 1 микромеханических датчиков угловых скоростей (гироскопов), трехосный блок 2 микромеханических датчиков линейных ускорений (акселерометров), а также блок 3 цифровой платформы, блок 4 вычисления углов крена и тангажа, блок 5 пересчета линейных ускорений из связанной системы координат в инерциальную систему координат, блок 6 управления цифровой платформой, блок 7 запоминания угловых скоростей в инерциальной системе координат в момент запуска датчиков угловых скоростей и блок 8 сравнения линейных ускорений в инерциальной системе координат с допустимыми для управления цифровой платформой линейными ускорениями в инерциальной системе координат. Блок 1 соединен выходом с первым входом блока 3. Блок 2 соединен выходом с первым входом блока 5, соединенного вторым входом с первым выходом блока 3. Блок 8 соединен первым выходом с третьим входом блока 3, а вторым выходом со входом блока 6, который своим первым выходом соединен со вторым входом блока 3, а вторым - со входом блока 7, соединенного выходом с первым входом блока 8, вторым входом соединенного с выходом блока 5. Блок 3 вторым выходом соединен со входом блока 4.

Заявленный способ и устройство работают следующим образом.

Информация об угловых скоростях в связанной системе координат по трем ортогональным осям летательного объекта передается из трехосного блока 1 микромеханических датчиков угловых скоростей в блок 3 цифровой платформы, в котором производится преобразование приращения углов из связанной системы координат в инерциальную и расчет коэффициентов a_N матрицы направляющих косинусов. Коэффициенты матрицы a_N направляющих косинусов передаются в блок 4 и в блок 5.

В блоке 4 по коэффициентам матрицы направляющих косинусов рассчитываются углы крена (γ) и тангажа (ϑ) летательного объекта в инерциальной системе координат.

Информация о линейных ускорениях в связанной системе координат по трем ортогональным осям летательного объекта передается из трехосного блока 2 микромеханических датчиков линейных ускорений в блок 5.

В блоке 5 по информации об угловом положении цифровой платформы, поступающей из блока 3 в виде коэффициентов a_N матрицы направляющих косинусов, производится пересчет линейных ускорений из связанной системы координат в инерциальную систему координат.

Результаты расчета в виде проекций ускорений на инерциальные оси А_х,у передаются из блока 5 в блок 8.

В блоке 8 осуществляется анализ текущего значения А_х,у с заданным граничным А_г. В случае, когда текущее инерциальное ускорение меньше или равно граничному А_х,у≤А_г, его значение передается в блок 6.

В блоке 6 реализуется закон управления цифровой платформой с расчетом угловой скорости , корректирующей положение цифровой платформы по перекрестным инерциальным осям:

где k^у - коэффициент усиления сигнала управления.

Сформированный в блоке 6 корректирующий сигнал , передается в блок 3, где будет скомпенсирована ошибка углового положения цифровой платформы.

В блоке 7 в процессе запуска гироскопа при неподвижном летательном аппарате вычисляется и запоминается значение корректирующей угловой скорости в виде нулевого сигнала ω_0ху в инерциальной системе координат, поступающей из блока 6.

Если в блоке 8 инерциальное ускорение (А_х,у) больше, чем граничное (А_г), - А_х,у>А_г, то в блок 3 передается значение ω_0ху, вычисленное в блоке 7 в процессе запуска гироскопов.

Таким образом, использование заявленного изобретения обеспечит компенсацию нулевого сигнала после отключения обратной связи, что приведет к увеличению точности определения углов ориентации.

Например, при использовании датчиков фирмы Analog Devices с дрейфом нулевого сигнала 0,055°/с в случае отключения обратной связи на 100 секунд накопленный угол составит 5,5° [4]. При использовании изложенного способа данная ошибка будет скомпенсирована.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Гироскопические системы, ч. II. Гироскопические приборы и системы. Под ред. Д.С. Пельпора. Учебное пособие для вузов по специальности «Гироскопические приборы и устройства». М., «Высшая школа», 1971, с. 488 (Механические гировертикали с радиальной коррекцией).

2. Браславский Д.А., Логунов С.С., Пельпор Д.С. Авиационные приборы и автоматы. Изд. 3-е перераб. и доп. М., машиностроение, 1978, с. 432.

3. Машнин М.Н. Компенсация ускорений, действующих на систему ориентации на борту малоразмерного беспилотного летательного аппарата, Сборник трудов XIV конференции молодых ученых «Навигация и управление движением». 13-16 марта, 2012 г. С-Петербург.

4. Analog Devices, Datasheet ADXRS649, Rev. В 23.02.2017.

1. Способ управления бесплатформенной гировертикалью с радиальной коррекцией, включающий измерение угловых скоростей и линейных ускорений, преобразование приращения углов крена и тангажа из связанной системы координат в инерциальную, вычисление и компенсацию ошибок определения углов крена и тангажа при допустимых для управления цифровой платформой значениях величин линейных ускорений в инерциальной системе координат, отличающийся тем, что вычисление и компенсацию ошибок определения углов крена и тангажа цифровой платформы при превышении допустимых для управления величин ускорений в инерциальной системе координат осуществляют по угловым скоростям, определенным в инерциальной системе координат в процессе запуска датчиков угловых скоростей.

2. Бесплатформенная гировертикаль с радиальной коррекцией, содержащая чувствительные элементы в виде трехосного блока микромеханических датчиков угловых скоростей, соединенного выходом с первым входом блока цифровой платформы, а также трехосного блока микромеханических датчиков линейных ускорений, соединенного выходом с первым входом блока пересчета линейных ускорений из связанной системы координат в инерциальную систему координат, соединенного вторым входом с первым выходом блока цифровой платформы, а выходом связанного с блоком управления цифровой платформой, который соединен своим первым выходом со вторым входом блока цифровой платформы, при этом блок цифровой платформы соединен своим вторым выходом с входом блока вычисления углов крена и тангажа, отличающаяся тем, что дополнительно введены блок запоминания угловых скоростей в инерциальной системе координат в момент запуска датчиков угловых скоростей и блок сравнения линейных ускорений в инерциальной системе координат с допустимыми для управления цифровой платформой линейными ускорениями в инерциальной системе координат таким образом, что блок запоминания угловых скоростей в инерциальной системе координат входом соединен со вторым выходом блока управления цифровой платформой, а выходом соединен с первым входом блока сравнения линейных ускорений в инерциальной системе координат, который соединен вторым входом с выходом блока пересчета линейных ускорений из связанной системы координат в инерциальную систему координат, первым выходом соединен с третьим входом блока цифровой платформы, а вторым выходом соединен с входом блока управления цифровой платформой.

Изобретение относится к области авиационного оборудования и может быть применено в системе организации воздушного движения в условиях сокращенных интервалов вертикального эшелонирования.

Способ одновременного измерения вектора скорости летательного аппарата и дальности до наземного объекта // 2658115

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано для выполнения полетных заданий, связанных с позиционированием летательного аппарата (ЛА) относительно наземного объекта при сближении с ним.

Инерциальный навигационный комплекс для высокоскоростного маневренного объекта // 2657293

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при создании инерциальных навигационных комплексов для высокоскоростного маневренного объекта.

Малогабаритное приемо-передающее устройство для контроля полета беспилотного летательного аппарата // 2655041

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение для дистанционного контроля полета беспилотного летательного аппарата (БПЛА) в режиме реального времени и приема команд управления.

Способ автономной ориентации подвижных объектов // 2653967

Изобретение относится к способу автономной ориентации подвижного объекта. Для автономной ориентации подвижного объекта измеряют проекции векторов напряженности результирующего магнитного поля трехосным блоком акселерометров, кажущееся ускорение объекта трехосным блоком акселерометров, абсолютную угловую скорость вращения объекта трехосным блоком гироскопов, выполняют предварительную метрологическую калибровку магнитометров, акселерометров и гироскопов, идентификацию и учет параметров внутренних и внешних помех объекта, алгоритмическую обработку сигналов магнитометров, акселерометров и гироскопов, коррекцию, учет относительных угловых скоростей вращения и редукцию показаний магнитометров, акселерометров и гироскопов, формируют информацию о совокупности базисов векторов геофизических полей и дополнительных векторов в неподвижном и связанном трехгранниках, вычисляют оценки направляющих косинусов и углов ориентации объекта в условиях функциональной избыточности информации, оценки угловых скоростей вращения объекта.

Комплекс бортового оборудования вертолета // 2652344

Многофункциональный комплекс бортового оборудования вертолета содержит пульт-вычислитель навигационный с приемником спутниковой связи (1), систему автоматического управления (2), систему электронной индикации (3), навигационную систему (4), включающую в себя устройство определения крена, тангажа и курсоуказатель, вычислитель воздушных сигналов (5), радиотехническое оборудование (6), включающее в себя автоматический радиокомпас, аппаратуру навигации и посадки, радиосвязное оборудование (7), радиовысотомер малых высот (8), защищенный бортовой накопитель (9), метеонавигационную радиолокационную систему (11), генератор цифровых карт (13) и группу резервных приборов (10), включающую в себя указатель приборной скорости, два авиагоризонта, спутниковую антенну (14), обеспечивающую передачу сигнала на соответствующий вход пульта-вычислителя навигационного (1) и соответствующий вход генератора цифровых карт (13).

Арктическая система вождения и навигационного обеспечения наземного транспорта // 2652167

Изобретение относится к области систем управления наземными транспортными средствами в арктических условиях. Технический результат – расширение функциональных возможностей.

Отображение пространственного положения летательного аппарата // 2651621

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может найти применение в системах визуализации пространственного положения летательного аппарата.

Приемник аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых навигационных систем // 2649879

Изобретение относится к области навигации по сигналам космических аппаратов (КА) глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Достигаемый технический результат – повышение точности определения навигационных измерений и параметров.

Система индикации взлета и посадки летательных аппаратов // 2647344

Система индикации взлета и посадки содержит командно-пилотажный индикатор, информационно-измерительную систему (ИИС), бортовую цифровую вычислительную систему, систему автоматического управления, систему единой индикации с отображением на экране набора определенных индикационных маркеров.

Способ определения угла сноса летательного аппарата бортовой радиолокационной станцией // 2660159

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для применения в бортовых радиолокационных станциях (БРЛС) для определения угла сноса летательного аппарата-носителя БРЛС. Достигаемый технический результат – повышение точности за счет определения угла сноса по фазе сигналов, отраженных от одного и того же участка местности. Способ основан на том, что формируют антенной БРЛС на прием два независимых луча, разнесенных по азимуту, когерентно принимают импульсные сигналы, отраженные от земной поверхности, в процессе сканирования двумя лучами земной поверхности по азимуту в переднем секторе обзора относительно строительной оси летательного аппарата-носителя БРЛС. При этом когерентное излучение сигнала осуществляют одним лучом на передачу, перекрывающим по ширине лучи на прием. Принятые сигналы стробируют по дальности, осуществляют аналого-цифровое преобразование сигналов, когерентно накапливают сигналы, принятые во всем секторе обзора. Затем определяют и компенсируют временную задержку между сигналами, принятыми по каждому независимому лучу, отраженными от одного и того же участка земной поверхности, определяют между скомпенсированными сигналами усредненную по стробам дальности и излученным импульсам сигналов разность фаз, фиксируют сигналы, величина усредненной разности фаз которых меняет знак на противоположный, определяют направление на участок земной поверхности, от которого были приняты эти сигналы. Угол сноса определяют как угол между этим направлением и строительной осью летательного аппарата-носителя БРЛС в горизонтальной плоскости относительно земной поверхности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ определения параметров движения воздушного объекта динамической системой радиотехнического контроля // 2660160

Изобретение относится к области пассивной радиолокации и может быть использовано в динамической системе радиотехнического контроля для определения параметров движения воздушного объекта, имеющего на борту источник радиоизлучения (ИРИ). Достигаемый технический результат изобретения - увеличение количества (повышение полноты) определяемых параметров движения воздушного объекта, на борту которого находится ИРИ: местоположение в пространстве, курс, тангаж и действительная скорость. Технический результат достигается за счет использования четырех датчиков, конструктивно размещенных на борту четырех беспилотных летательных аппаратов (БЛА-датчиков), и возможности занимать ими различные эшелоны высот в заданных районах барражирования, обеспечивая тем самым возможность разностно-дальномерным способом определять местоположение воздушного объекта-носителя ИРИ в пространстве, обеспечения компенсации движения БЛА-датчиков, определения по соответствующим формулам курса (αрез.), тангажа (βрез.) и действительной скорости (V) движения воздушного объекта. При использовании бортовым ИРИ импульсных сигналов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) помимо полноты повышается точность измерения параметров движения за счет использования в качестве информативного параметра значения скорости изменения частоты внутри ЛЧМ импульса. 4 ил.