Сферический поплавковый гиростабилизатор

 

Использование: гироскопическая техника, в частности гиростабилизаторы. Сущность изобретения: гиростабилизатор содержит наружную 1 и внутреннюю 2 сферы с маловязкой оптически прозрачной жидкостью 3 в зазоре между ними, размещенные во внутренней сфере 2 измерители 4 угловых отходов внутренней сферы 2 относительно инерциального пространства, связанные через вычислительный блок 5 и усилитель-преобразователь 6 с исполнительными органами 7, размещенные во внутренней сфере 2 измерители 8 линейного ускорения, устройство 9 центрирования внутренней сферы 2, интерферометры 10, каждый из которых состоит из двух источников 11, 12 когерентного излучения, светоделителя 13, волноводной среды, образованной жидкостью 3, находящейся в зазоре между сферами 1 и 2 и отражающими поверхностями 14 наружной 1 и внутренней 2 сфер, обращенными в зазор между ними, и двух фотоприемников 15, 16, выходы которых подключены к входам вычислительного блока 5, причем каждому источнику излучения соответствует свой фотоприемник. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к разделу технической физики и может быть использовано в системах управления подвижных объектов.

Известны трехосные гиростабилизаторы (ТГС) с кардановым подвесом [1] Недостатком таких ТГС является низкая точность съема информации об угловом положении платформы вследствие больших погрешностей индукционных датчиков, используемых в данных ТГС.

Известны кольцевые лазерные гироскопы [2] Этим гироскопам свойственны погрешности, связанные, например, с явлением захвата.

Наиболее близким к предлагаемому иобретению по технической сущности является сферический поплавковый гиростабилизатор (СПГ) типа "AIRS", содержащий внешнюю и внутреннюю сферы, зазор между которыми заполнен маловязкой жидкостью, емкостные измерительные устройства взаимного углового положения сфер, выполненные из трех пар концентрических взаимно ортогональных колец, три однокомпонентных акселерометра и три двухстепенных гироскопа, помещенные во внутреннюю сферу, а также гидронасос и гидравлические исполнительные органы [3] Данные гиростабилизаторы нуждаются в повышении точности съема информации об угловом положении внутренней сферы. Кроме того, емкостные датчики обладают низкой помехозащищенностью, а подвижные кольца увеличивают объем и массу внутренней сферы. К недостатку данного гиростабилизатора можно отнести низкую надежность при измерении угловых уходов внутренней сферы относительно инерциального пространства вследствие отсутствия дублирования у данного измерительного канала.

Целью изобретения является повышение точности съема информации об угловом положении внутренней сферы, уменьшение ее объема и массы и повышение надежности гиростабилизатора при измерении угловых уходов внутренней сферы относительно инерциального пространства.

Цель достигается тем, что сферический поплавковый гиростабилизатор, содержащий наружную и внутреннюю сферы с маловязкой жидкостью в зазоре между ними, размещенные во внутренней сфере измерители угловых уходов внутренней сферы относительно инерциального пространства, связанные через усилитель-преобразователь с исполнительными органами устранения угловых уходов внутренней сферы относительно инерциального пространства, устройство центрирования внутренней сферы, размещенные во внутренней сфере измерители линейного ускорения и измерительные устройства взаимного углового положения сфер, дополнительно снабжен вычислительным блоком, а в качестве измерительных устройств взаимного углового положения сфер используются установленные на наружной сфере в трех взаимно ортогональных направлениях интерферометры, каждый из которых состоит из двух источников когерентного излучения, светоделителя, волноводной среды, образованной жидкостью, находящейся в зазоре между сферами, и отражающими поверхностями наружной и внутренней сфер, обращенными в зазор между ними, и двух фотоприемников, выходы которых, так же, как и выходы измерителей угловых уходов внутренней сферы относительно инерциального пространства, подключены на входы вычислительного блока, причем каждому источнику излучения соответствует свой фотоприемник, оптическая ось одного источника излучения направлена так, что его луч отражается только от отражающей поверхности наружной сферы, тогда как луч второго источника излучения отражается от поверхностей обеих сфер, выход вычислительного блока соединен с входом усилителя-преобразователя, а жидкость в зазоре между сферами оптически прозрачна.

Цель достигается тем, что вычислительный блок сферического поплавкового гиростабилизатора содержит шесть ин- тегрирующих блоков (по числу фотоприемников), электрически связанных с выходами интерферометров и состоящих из реверсивного счетчика и дифференцирующего блока, сигнал через который идет со счетного входа реверсивного счетчика на его управляющий вход, три (по числу измерителей угловых уходов внутренней сферы относительно инерциального пространства) преобразователя напряжение-код, тактирующее устройство, выход которого связан со всеми элементами вычислительного блока, оперативно-запоминающее устройство и постоянное запоминающее устройство, микроконтроллер, соединенный с выходами преобразователей напряжение-код, оперативно-запоминающего устройства и постоянного запоминающего устройства через входные порты шинами данных, а с выходом вычислительного блока через выходной порт, входные и выходной порты также соединены с микроконтроллером шинами управления и адреса.

Цель достигается тем, что микроконтроллер вычислительного блока сферического поплавкового гиростабилизатора содержит устройство управления, арифметико-логическое устройство и сверхоперативное запоминающее устройство, связанные между собой и с выходами микроконтроллера шинами управления, адреса и данных, а также с тактирующим устройством вычислительного блока.

Сущность изобретения заключается в следующем. Интерферометр в сферическом поплавковом гиростабилизаторе измеряет угловую скорость внутренней сферы относительно наружной путем измерения смещения частоты (длины волны) излучения при отражении от поверхности движущейся внутренней сферы (эффект Доплера) с последующим вычислением взаимного углового положения сфер путем интегрирования измеренной угловой скорости вычислительным блоком и измеряет угловую скорость наружной сферы, а значит, и объекта в целом относительно инерциального пространства путем измерения смещения частоты излучения при отражении от поверхности движущейся наружной сферы с последующим вычислением углового положения объекта в инерциальном пространстве и угловых уходов внутренней сферы относительно инерциального пространства. Последнее дублирует работу измерителей угловых уходов внутренней сферы относительно инерциального пространства, что повышает надежность измерения угловой стабилизации внутренней сферы. Использование в качестве измерительных устройств взаимного углового положения сфер интерферометров позволяет повысить точность данных измерений, использование зазора между сферами гиростабилизатора в качестве волноводного контура интерферометра повышает коэффициент полезного использования гиростабилизатора и уменьшает объем и массу внутренней сферы.

На фиг. 1 изображена функциональная схема СПГ; на фиг.2 функциональная схема вычислительного блока; на фиг.3 функциональная схема микроконтроллера.

СПГ содержит наружную 1 и внутреннюю 2 сферы с маловязкой оптически прозрачной жидкостью 3 в зазоре между ними, размещенные во внутренней сфере 2 измерители 4 угловых уходов внутренней сферы 2 относительно инерциального пространства, связанные через вычислительный блок 5 и усилитель-преобразователь 6 с исполнительными органами 7 устранения угловых уходов внутренней сферы 2 относительно инерциального пространства, размещенные во внутренней сфере 2 измерители 8 линейного ускорения, устройство 9 центрирования внутренней сферы 2, связанные с вычислительным блоком 5 измерители взаимного углового положения сфер, в качестве которых используются размещенные на наружной сфере 1 в трех взаимно ортогональных плоскостях интерферометры 10, каждый из которых состоит из двух источников 11 и 12 когерентного излучения, светоделителя 13, волноводной среды, образованной жидкостью 3, находящейся в зазоре между сферами 1 и 2, и отражающими поверхностями 14 наружной и внутренней сфер 1 и 2, обращенными в зазор между сферами, и двух фотоприемников 15 и 16, выходы которых так же, как и выходы измерителей 4 угловых уходов внутренней сферы 2 относительно инерциального пространства, подключены на входы вычислительного блока 5, причем каждому источнику излучения соответствует свой фотоприемник, оптическая ось источника 11 излучения направлена так, что его луч отражается только от отражающей поверхности 14 наружной сферы 1, тогда как луч источника 12 излучения отражается от поверхностей 14 обеих сфер 1 и 2. Вычислительный блок 5 содержит три (по числу измерителей угловых уходов внутренней сферы относительно инерциального пространства) преобразователя 17 напряжение-код, шесть интегрирующих блоков 18 (по паре у каждого интерферометра), электрически связанных с выходами фотоприемников 15 и 16 интерферометров 10 и состоящих из реверсивного счетчика 19 и дифференцирующего блока 20, сигнал через который идет со счетного входа реверсивного счетчика 19 на его управляющий вход, тактирующее устрйоство 21 (например, кварцевый генератор), выход которого связан со всеми элементами вычислительного блока 5, оперативно-запоминающее устройство 22 и постоянное запоминающее устройство 23, микроконтроллер 24, соединенный с выходами интегрирующих блоков 18, преобразователей 17 напряжение-код, интегрирующих блоков 18, оперативно-запоминающего устройства 22 и постоянного запоминающего устройства 23 через входные порты 25 шинами 26 данных, а с выходом вычислительного блока 5 через выходной порт 27, входные 25 и выходной 27 порты также соединены с микроконтроллером 24 шинами 28 и 29 управления и адреса соответственно. Микроконтроллер 24 содержит устройство 30 управления, арифметико-логическое устройство 31 и сверхоперативное запоминающее устройство 32, связанные между собой (устройство 30 управления с арифметико-логическим устройством 31 и сверхоперативным запоминающим устройством 32, а арифметико-логическое устройство 31 со сверхоперативным запоминающим устройством 32) и с выходами микроконтроллера 24 шинами управления 28, адреса 29 и данных 26, а также с тактирующим устройством 21 вычислительного блока 5.

Лучи источников 11 и 12 излучения делятся светоделителем 13 на два луча каждый, одни из которых (опорные) падают на фотоприемные поверхности фотоприемников 15 и 16 (источник 11 излучения оптически связан с фотоприемником 15, а источник 12 с фотоприемником 16), другие (измерительные) движутся по волноводному контуру, образованному обращенными друг к другу отражающими поверхностями 14 наружной и внутренней сфер 1 и 2 (фиг.1), причем измерительный луч источника 11 излучения отражается только от внутренней поверхности 14 наружной сферы 1, а луч источника 12 от обращеных друг к другу поверхностей 14 обеих сфер 1 и 2. На светоделителе 13, выполняющем в данном случае роль смесителя излучения, измерительные и опорные лучи каждого оптического тракта соединяются и падают на фотоприемные поверхности фотоприемников 15 и 16, образуя на них интерференционные картины вследствие когерентности излучения источников 11 и 12. Для обеспечения устойчивости интерференционной картины необходимо использовать лучи достаточного для этого диаметра либо с достаточным для этого углом расходимости, чтобы при любом взаимном положении сфер 1 и 2 хотя бы часть каждого луча попадала на соответствующий фотоприемник 15 или 16, смешиваясь с соответствующим опорным лучом. Целесообразно выбирать размеры фотоприемников 15 и 16 меньше диаметра пятна каждого луча. Здесь необходимо отметить, что зазор между сферами 1 и 2 сравнительно невелик, к тому же устройство 9 центрирования внутренней сферы 2 работает в нуль-индикаторном режиме, поэтому смещение осей лучей на светоделителе 13 незначительно и не приводит к сбою интерференционной картины на фотоприемниках 15 и 16.

При отсутствии углового движения наружной сферы 1, жестко установленной на объекте, относительно внутренней сферы 2, неподвижной в инерциальном пространстве, частоты (длины волн) измерительных лучей остаются постоянными, что равносильно постоянству длин оптических путей измерительных лучей, поэтому разность длин оптических путей измерительных и опорных лучей в каждом оптическом тракте интерферометра 10 остается постоянной и интерференционные картины на фотоприемных поверхностях фотоприемников 15 и 16 не изменяются.

В качестве источников 11, 12 и приемников 15, 16 излучения целесообразно испольовать полупроводниковые структуры, размеры которых составляют сотни мкм, в качестве элементов усилителя-преобразователя 6 и вычислительного блока 5 соответствующие микросхемы.

Предлагаемый СПГ работает следующим образом.

Внутренняя сфера 2 нейтрально плавает в маловязкой оптически прозрачной жидкости 3 внутри наружной сферы 1. Размещенные во внутренней сфере 2 измерители 8 линейного ускорения, в качестве которых могут быть использованы маятниковые интегрирующие акселерометры, измеряют три проекции линейного ускорения объекта на оси инерциальной системы координат.

Угловое положение объекта относительно инерциальной системы координат определяется путем измерения трех взаимно ортогональных проекций взаимного углового положения внутренней сферы 2, имитирующей инерциальную систему координат, и наружной сферы 1, жестко установленной на объекте, с помощбю измерительных устройств взаимного углового положения сфер 1 и 2, в качестве которых используются интерферометры 10, установленные на наружной сфере 1 в трех взаимно ортогональных плоскостях. При наличии углового движения наружной сферы 1, жестко установленной на объекте, относительно внутренней сферы 2, стабилизируемой относительно инерциального пространства, длина волны измерительного луча источника 12 в соответствии с эффектом Доплера изменяется (увеличивается или уменьшается в зависимости от направления движения) при отражении от наружной поверхности внутрененй сферы пропорционально угловой скорости движения наружной сферы 1 относительно внутренней сферы 2 и в соответствии с эффектом Саньяка при отражении от внутренней поверхности наружной сферы 1 пропорционально угловой скорости наружной сферы 1 относительно инерциального пространства. Изменение длины волны измерительного луча источника 12 равносильно изменению оптической длины его пути по волноводному контуру, что приводит к изменению разности оптических длин путей измерительного и опорного лучей источника 12 когерентного излучения, что приводит к изменению интерференционной картины на фотоприемной поверхности фотоприемника 16. Каждому изменению оптической длины измерительного луча на длину волны излучения источника 12 соответствует электрический импульс на выходе фотоприемника 16. Таким образом, количество импульсов N₁₆ с выхода фотоприемника 16 пропорционально сумме двух угловых скоростей: угловой скорости ω₃ наружной сферы 1 относительно внутренней сферы 2 и угловой скорости ω₁ наружной сферы 1 относительно инерциального пространства N₁₆ K₁₆ (ω₁ + ω₃)> ω₁ + ω₃ K₆₁N₁₆, (1) где К₆₁ 1/K₁₆; К₁₆; К₆₁ коэффициенты пропорциональности.

Аналогично изменяется длина волны измерительного луча источника 11 (пропорционально угловой скорости ω₁ наружной сферы 1 относительно инерциального пространства), интерференционная картина на фотоприемной поверхности фотоприемника 15 и сигнал на его выходе при движении наружной сферы 1 относительно инерциального пространства количество импульсов N₁₅ на выходе фотоприемника 15 пропорционально угловой скорости ω₁ наружной сферы 1 относительно инерциального пространства N₁₅ K₁₅ ω₁> ω₁ K₅₇N₁₅ (2) где К₅₇=1/K₁₅; К₁₅; К₅₁ коэффициенты пропорциональности.

Чтобы определить угловую скорость наружной сферы 1 относительно внутренней сферы 2, необходимо из (1) вычесть (2) ω₃ К₆₁N₁₆ K₅₁N₁₅. (3) При неподвижном в инерциальном пространстве объекте угловая скорость ω₂ угловых уходов внутренней сферы 2 относительно инерциальной системы координат равна угловой скорости ω₃ наружной сферы 1 относительно внутренней сферы 2 ω₁ 0> ω₂ ω₃.

При угловом движении объекта вместе с наружной сферой 1 относительно инерциального пространства с угловой скоростью ω₁ угловую скорость ω₂ угловых уходов внутренней сферы 2 можно определить как разность ω₂ ω₃ ω₁= K₆₁N₁₆-K₅₁N₁₅-K₅₁N₁₅=K₆₁N₁₆-2K₅₁N₁₅ (4) Сигнал с выходов фотоприемников 15 и 16 поступает в интегрирующие блоки 18 вычислительного блока 5. Определение направления углового движения наружной сферы 1 относительно внутренней сферы 2 может быть осуществлено за счет использования в качестве фотоприемников 15 и 16 нескольких (двух или более) совмещенных боковыми сторонами фотоэлементов. В качестве фотоприемников 15 и 16 можно также использовать фотопотенциометр. При движении по его поверхности светлой линии интерференционной картины в одну сторону электрический сигнал с его выхода нарастает, в другую уменьшается. Сигнал с выхода фотоприемников 15 и 16 поступает на счетный вход реверсивного счетчика 19 интегрирующего блока 18 вычислительного блока 5 и через дифференцирующий блок 20 на его управляющий вход. В качестве дифференцирующего блока 20 можно использовать последовательно соединенные конденсатор и сглаживающий фильтр. Благодаря этому при движении интерференционных линий по фотоприемной поверхности фотоприемников 16 в одну сторону соответствующие им импульсы суммируются реверсивным счетчиком 19, при движении в другую сторону вычитаются. С выходов интегрирующих блоков 18 через соответствующий входной порт 25 по шине 26 данных коды поступают в микроконтроллер 24, который вычисляет проекции угловой скорости ω₃ внутренней сферы 2 относительно наружной сферы 1 по формуле (3) и вычисляет три проекции взаимного углового положения сфер 1 и 2 (в координатах Х₃, Y₃, Z₃ сферической системы координат O_xyz, связанной с наружной сферой 1), нтегрируя указанные значения проекций угловой скорости по времени
x₃= ω_3xdt
y₃= ω_3ydt
z₃= ω_3zdt (5) а также определяет три проекции угловой скорости ω₁ наружной сферы 1, а значит, и объекта в целом, относительно инерциального пространства (по формуле (2)) с последующим вычислением углового положения объекта в инерциальном пространстве путем интегрирования по времени проекций угловой скорости ω₁ наружной сферы 1 относительно инерциальной системы координат (аналогично выражениям (5)), определяет проекции угловой скорости ω₂ уходов внутренней сферы 2 относительно инерциального пространства по формуле (4) и путем их интегрирования по времени (аналогично выражениям (5)) угловые уходы внутрененй сферы 2 относительно инерциального пространства. Затем микроконтроллер 24 вычисляет значения направляющих косинусов осей связанной с наружной сферой 1 системы координат O_xyz относительно инерциальной системы координат O_xyz, моделью которой является внутренняя сфера 2 по кодам координат x, y, z, измеренных с помощью интерферометров 10 и преобразованных по формулам (5)
для оси O
cosα_x1=
cosα_x2=
cosα_x3=
для оси O
cosβ_y1=
cosβ_y2=
cosβ_y3= (6)
для оси Oz
cosγ_z1=
cosγ_z2=
cosγ_z3=
Измерители 4 угловых уходов внутренней сферы 2 относительно инерциального пространства, в качестве которых могут использоваться двухстепенные интегрирующие гироскопы, измеряют указанные уходы α₄,β₄,γ₄, которые могут быть вызваны вязким трением и тепловыми конвекционными потоками жидкости 3 в зазоре между сферами 1 и 2, инструментальными погрешностями центрирования внутренней сферы 2 и другими причинами. Сигнал, несущий информацию о величине и знаке угловых уходов, с выхода измерителей 4 поступает в вычислительный блок 5, где преобразуется в код в преобразователях 17 напряжение-код и в микроконтроллере 24 сравнивается с величиной данных уходов α₁₀,β₁₀,γ₁₀, измеренных с помощью интерферометров 10. Если разность между указанными величинами не превышает допустимой величины, вычислительный блок 5 определяет результирующие значения α_p,β_p,γ_p угловых уходов внутренней сферы 2 от инерциального пространства как среднее арифметическое
α_p=
β_p=
γ_p= (7) и выдает его через усилитель-преобразователь 6 на исполнительные органы 7, которые отрабатывают сигнал рассогласования и возвращают внутреннюю сферу 2 в нулевое положение. Если разность между указанными величинами превышает допустимую величину, микроконтроллер 24 по одному из известных алгоритмов, записанному в постоянном запоминающем устройстве 23, определяет, какое из двух сравниваемых значений одного и того же параметра достоверное, чтобы впоследствии использовать только его как результирующее, а другое не учитывать. Таким образом, внутренняя сфера 2 поддерживается в неподвижном положении относительно инерциального пространства и имитирует на борту объекта инерциальномую систему координат.

Усилитель-преобразователь 6 конструктивно может состоять (функциональная схема усилителя-преобразователя 6 на чертежах не представлена) из соединенных последовательно цифроаналогового преобразователя, фазочувствительного усилителя постоянного тока на базе операционного усилителя и усилителя постоянного тока (эмиттерного повторителя), выполненного на базе комплементарной пары транзисторов.

Подвод питания во внутреннюю сферу 2 может быть осуществлен трансформаторным способом, при котором первичные обмотки (на фиг.1 не указаны) размещаются на наружной сфере 1, а вторичные (на фиг.1 не указаны) во внутренней сфере 2. Съем информации из внутренней сферы 2 может быть осуществлен с помощью промодулированного на высокой частоте сигнала во вторичную обмотку питания (расположенную во внутренней сфере 2), передачи его трансформаторным путем в первичную обмотку и последующей демодуляцией.

В качестве исполнительных органов 7, осуществляющих разгрузку внутренней сферы от возмущающих моментов, можно использовать датчики момента магнитоэлектрического типа. В качестве центрирующего устрйоства 9 внутренней сферы 2 можно использовать магниторезонансный подвес, состоящий из трех взаимно ортогональных электрических обмоток и усилителя. Центрирующее устройство 9 внутренней сферы 2 позволяет избежать линейных уходов внутренней сферы 2 от центрального положения относительно наружнй сферы 1 и касания наружной сферы 1. Данные уходы могут быть вызваны неравенством средней плотности внутренней сферы 2 плотности жидкости 3 в зазоре между сферами вследствие инструментальных погрешностей и изменения температуры жидкости 3, тепловыми конвекционными потоками жидкости 3 и другими причинами.

Алгоритм вычисления параметров движения объекта, на котором установлен предложенный СПГ, хранится в ПЗУ 23. ОЗУ 22 предназначено для хранения результатов вычислений. Входной (выходной), порт 25 (27) представляет собой буферный регистр, хранящий код до поступления в него по шине 28 управления команды на выдачу кода, а по шине 29 адреса адреса данного порта, чтобы именно он выполнил команду на выдачу кода. Устройство 30 управления представляет собой совокупность следующих элементов: счетчика команд, дешифратора команд, счетчика микрокоманд, дешифратора микрокоманд, формирователя управляющих импульсов и формирователя кода адреса. Арифметико-логическое устройство 31 представляет собой набор логических элементов и регистров, в которые поступают код операции и два операнда для произведения над ними арифметических и логических действий в соответствии с кодом операции. Сверхоперативное запоминающее устройство 32 предназначено для кратковременного хранения промежуточных результатов вычисления и поступающих в микроконтроллер 24 кодов по шине 26 данных.

Микроконтроллер 24 работает следующим образом. Счетчик команд устройства 30 управления при начале каждого очередного цикла работы прибавляет единицу к номеру предыдущей команды и посылает по шине 26 данных код адреса очередной команды в ПЗУ 23, по шине 28 управления управляющий импульс на выдачу из ПЗУ 23 кода из ячейки, номер которой послан в ПЗУ 23 по шине 26 данных, а по адресной шине 29 адрес порта 25 ПЗУ 23, поэтому идущий по шине 26 данных код адреса попадает только в ПЗУ 23. Затем формирователь управляющих импульсов устройства 30 управления выдает очередной импульс в шину 28 управления на выдачу очередной команды из порта 25 ПЗУ 23, а формирователь кода адреса адрес порта 25 ПЗУ 23. Эта команда поступает в дешифратор команд устройства 30 управления. Каждой команде соответствует определенная последовательность микрокоманд, коды которых формирует дешифратор команд. Отдельные микрокоманды, если их коды идут подряд, могут формироваться счетчиком микрокоманд. Микрокоманды поступают в дешифратор микрокоманд, который совместно с формирователем управляющих импульсов выдает в шину 28 управления последовательность управляющих импульсов, а формирователь кода адреса в шину 29 адреса соответствующую последовательность адресов элементов, которым предназначены данные управляющие импульсы. По поступлению в сверхоперативное запоминающее устройство 32 из преобразователей 17 напряжение-код кодов, характеризующих угловые уходы внутренней сферы 2 относительно инерциального пространства, а из интегрирующих блоков 18 кодов, характеризующих проекции угловой скорости наружной сферы 1 относительно инерциального пространства и проекции суммы угловых скоростей наружной сферы 1 относительно инерциального пространства и внутренней сферы 2 относительно инерциального пространства, устройство 30 управления по записанному в ПЗУ 23 алгоритму отправляет эти коды в ячейки ОЗУ 22 и начинает вычислять параметры движения объекта, на котором установлен предложенный СПГ: по формуле (2) вычисляет проекции угловой скорости наружной сферы 1 относительно инерциальной системы координат, по формуле (3) вычисляет проекции угловой скорости наружной сферы 1 относительно внутренней сферы 2, по формуле (5) вычисляет проекции угловой скорости внутренней сферы 2 относительно инерциальной системы координат, вычисляет взаимное угловое положение наружной и внутренней сфер 1 и 2 по формулам (5), по тем же формулам вычисляет угловое положение объекта в инерциальном пространстве и угловые уходы внутренней сферы относительно инерциального пространства, определяет направляющие косинусы взаимного углового положения сфер 1 и 2 по формулам (6), сравнивает значения угловых уходов внутренней сферы 2 относительно инерциального пространства, измеренных с помощью интерферометров 10 и измерителей 4, проверяет их достоверность и формирует результирующее значение угловых уходов внутренней сферы 2 относительно инерциального пространства по формуле (7). Полученный результат из регистра регистрового сверхоперативного запоминающего устройства 32 отправляется в заданную ячейку оперативного запоминающего устройства 22 и в выходной порт 27 (потребителю информациии и в усилитель- преобразователь 6).

Если в системе управления, в состав которой входит предложенный СПГ, имеется бортовой компьютер, то вычислительный блок 5 может быть исключен из состава предложенного СПГ за исключением интегрирующего блока 18.

Использование в качестве измерительных устройств взаимного углового положения сфер интерферометров, точность измерения изменения оптической длины пути луча которыми составляет половину длины волны используемого ими излучения, позволяет повысить точность данных измерений. Измерение угловых уходов внутренней сферы относительно инерциального пространства интерферометрами дублирует работу измерителей угловых уходов внутренней сферы относительно инерциального пространства, что повышает надежность измерения угловой стабилизации внутренней сферы. Использование зазора между сферами гиростабилизатора в качестве волноводного контура интерферометра повышает коэффициент полезного использования гиростабилизатора и уменьшает объем и массу внутренней сферы.

Таким образом, использование в качестве измерительных устройств взаимного углового положения сфер СПГ интерферометров позволяет повысить точность съема информации об угловом положении внутренней сферы, уменьшить ее объем и массу и повысить надежность гиростабилизатора при измерении угловых уходов внутренней сферы относительно инерциального пространства.

Формула изобретения

1. СФЕРИЧЕСКИЙ ПОПЛАВКОВЫЙ ГИРОСТАБИЛИЗАТОР, содержащий наружную и внутреннюю сферы с маловязкой жидкостью в зазоре между ними, размещенные во внутренней сфере измерители угловых уходов внутренней сферы относительно инерциального пространства, связанные через усилитель-преобразователь с исполнительными органами устранения угловых уходов внутренней сферы относительно инерциального пространства, устройство центрирования внутренней сферы, размещенное во внутренней сфере измерителя линейного ускорения, и измерительные устройства взаимного углового положения сфер, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен вычислительным блоком, а в качестве измерительных устройств взаимного углового положения сфер используются установленные на наружной сфере в трех взаимно ортогональных направлениях интерферометры, каждый из которых состоит из двух источников когерентного излучения, светоделителя, волноводной среды, образованной жидкостью, находящейся в зазоре между сферами, и отражающими поверхностями наружной и внутренней сфер, обращенными в зазор между ними, и двух фотоприемников, выходы которых, так же как и выходы измерителей угловых уходов внутренней сферы относительно инерциальной системы координат, подключены на входы вычислительного блока, причем каждому источнику излучения соответствует свой фотоприемник, оптическая ось одного источника излучения направлена так, что его луч отражается только от отражающей поверхности наружной сферы, тогда как луч второго источника излучения отражается от поверхностей обеих сфер, выход вычислительного блока соединен с входом усилителя-преобразователя, а жидкость в зазоре между сферами оптически прозрачна.

2. Гиростабилизатор по п. 1, отличающийся тем, что вычислительный блок содержит шесть интегрирующих блоков, по числу фотоприемников, электрически связанных с выходами интерферометров и состоящих из реверсивного счетчика и дифференцирующего блока, вход которого подключен к счетному входу реверсивного счетчика, а выход - к его управляющемму входу, три, по числу измерителей угловых уходов внутренней сферы относительно инерционального пространства, преобразователя напряжение - код, тактирующее устройство, выход которого связан со всеми элементами вычислительного блока, оперативно-запоминающее устройство и постоянное запоминающее устройство, микроконтроллер, соединенный с выходами преобразователей напряжение - код, интегрирующих блоков, оперативно-запоминающего устройства и постоянного запоминающего устройства через входные порты шинами данных, а с выходом вычислительного блока - через выходной порт, входные и выходной порты также соединены с микроконтроллером шинами управления и адреса.

3. Гиростабилизатор по п. 2, отличающийся тем, что микроконтроллер вычислительного блока содержит устройство управления, арифметико-логическое устройство и сверхоперативное запоминающее устройство, связанные между собой и с выходами микроконтроллера шинами управления, адреса и данных, а также с тактирующим устройством вычислительного блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3