Способ цифровой компенсации электромагнитной девиации для магнитного электронного компаса и устройство для его осуществления
Авторы патента:
Изобретение относится к магнитному курсоуказанию и навигации, и предназначено для использования на транспортных средствах, оснащенных системами размагничивания. Способ заключается в измерении электромагнитной девиации путем сравнения магнитной девиации при выключенной системе размагничивания и после ее включения. На этапе измерения электромагнитной девиации на неподвижном судне измеряются зависимости приращения векторов индукции магнитного поля от токов, протекающих в каждой из обмоток размагничивающего устройства. Измерения проводятся с использованием трехкомпонентного векторного датчика магнитного поля компаса в штатном его положении. В процессе компенсации электромагнитной девиации производится векторное суммирование элементарных полей от каждой из включенных обмоток согласно измеренным зависимостям. Векторное суммирование является приращением вектора полной индукции от размагничивающего устройства и учитывается в алгоритме вычисления магнитного курса. Устройство для осуществления данного способа содержит размагничивающее устройство, трехкомпонентный векторный датчик магнитного поля, вычислитель электромагнитной девиации, вычислитель магнитного курса, датчики тока обмоток размагничивания, блок согласования с размагничивающим устройством и блок управления калибровкой. Перечисленные элементы устройства соединены друг с другом соответствующим образом. Технический результат состоит в упрощении процедуры измерения и повышении точности компенсации электромагнитной девиации. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к магнитному курсоуказанию и навигации и предназначено для использования на транспортных средствах, оснащенных системами размагничивания.
Существующие в настоящее время компенсаторы электромагнитной девиации, вызываемой системами размагничивания, выполняются в виде системы контуров с токами, обеспечивающих в объеме чувствительного элемента магнитного компаса магнитное поле, равное по модулю и противоположное по направлению по отношению к составляющим полей, создаваемых обмотками системы размагничивания [Л. Кардашинский-Брауде. Современные судовые магнитные компасы. СПб.: ЦНИИ "Электроприбор", 1999 г.]. Недостатком таких компенсаторов является высокая трудоемкость наладочных работ и сложность ее автоматизации. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и принятый за прототип, является "Способ определения девиации курсоуказателя подвижного объекта" [а. с. СССР 1822248, МПК G 01 C 17/38, 1990 г.], заключающийся в том, что после проведенных измерений включают размагничивающее устройство, в одном из курсовых положений вторично измеряют и определяют составляющие магнитного поля размагничивающего устройства, с учетом которых находят результирующие составляющие магнитного поля объекта. К недостатку способа можно отнести то, что измерение коэффициентов электромагнитной девиации производится без учета изменения распределения токов в обмотках размагничивающего устройства, которые зависят от координат местоположения (широты) и магнитного курса подвижного объекта. Техническим результатом изобретения является упрощение процедуры измерения электромагнитной девиации и повышение точности компенсации последней, вызываемой системой размагничивания. Технический результат достигается тем, что по способу цифровой компенсации электромагнитной девиации для магнитного электронного компаса, заключающегося в измерении электромагнитной девиации путем сравнения магнитной девиации при выключенной системе размагничивания и после ее включения, на этапе измерения электромагнитной девиации на неподвижном судне измеряются зависимости приращения векторов индукции магнитного поля от токов, протекающих в каждой из обмоток размагничивающего устройства, причем измерения производятся с использованием трехкомпонентного векторного датчика магнитного поля компаса в штатном его положении, а в процессе компенсации электромагнитной девиации производится векторное суммирование элементарных полей от каждой из включенных обмоток согласно измеренным зависимостям, которое является приращением вектора полной магнитной индукции от размагничивающего устройства и которое учитывается в алгоритме вычисления магнитного курса. Такой способ может быть осуществлен устройством, содержащим размагничивающее устройство, трехкомпонентный векторный датчик магнитного поля, вычислитель электромагнитной девиации и вычислитель магнитного курса, которое дополнительно снабжено датчиками тока обмоток размагничивающего устройства, блоком согласования с размагничивающим устройством и блоком управления калибровкой, причем к входам блока согласования с размагничивающим устройством подключены датчики тока обмоток размагничивающего устройства, выход блока согласования с размагничивающим устройством соединен с входом вычислителя электромагнитной девиации, оснащенного двумя портами, первый порт которого соединен с входом блока управления калибровкой, выходом соединенного с размагничивающим устройством, а второй порт вычислителя электромагнитной девиации через двунаправленную линию передачи данных соединен с первым портом вычислителя магнитного курса, второй порт которого соединен с трехкомпонентным векторным датчиком магнитного поля. Сущность изобретения основывается на способе однозначного измерения составляющих уравнения Пуассона, описывающих напряженность магнитного поля однородно намагниченного ферромагнитного объекта в точке размещения чувствительного элемента индукционного компаса в зависимости от распределения токов в обмотках размагничивающего устройства (РУ). Уравнения Пуассона имеют вид [1]:
где X', Y', Z' - составляющие результирующего магнитного поля объекта и Земли в связанных с объектом осях х, у, z; X, Y, Z - составляющие магнитного поля Земли по осям х, у, z; а, Ь, с, d, e, f, g, h, k, - коэффициенты индуктивной намагниченности объекта (параметры Пуассона); Р, Q, R - составляющие постоянной намагниченности объекта по осям z, y, z; Хэ, Yэ, Zэ - переменные составляющие напряженности магнитного поля от РУ; Рэ, Qэ, Rэ - постоянные составляющие напряженности магнитного поля от РУ. Магнитный курс, измеряемый электронным компасом с трехкомпонентным жесткозакрепленным датчиком магнитного поля, определяется функцией: 
= f(X,Y,Z,
,
) (2) где - угол крена объекта; - угол тангажа (дифферента). Таким образом, для определения магнитного курса с целью фильтрации компонент X, Y, Z магнитного поля Земли (МПЗ) из результирующего вектора магнитного поля объекта (МПО) в соответствии с системой уравнений (1) необходимо решить две задачи:1. Измерение параметров постоянной и индуктивной составляющих намагниченности объекта. 2. Измерение параметров постоянной и переменной составляющих магнитного поля от РУ. Первую задачу обычно решают, используя в качестве модели МПО при отсутствии РУ пространственный эллипсоид. Для решения второй задачи в предлагаемом способе компенсации электромагнитной девиации исходной посылкой является тот факт, что приращения вектора индукции магнитного поля, создаваемого токами в обмотках РУ, геометрически жестко связаны с системой координат объекта. Исходя из принципа суперпозиции полей производится векторное суммирование
Вiэ элементарных полей от каждой из включенных обмоток согласно измеренным зависимостям, которое является приращением вектора магнитной индукции Вэ от размагничивающего устройства и которое учитывается в алгоритме вычисления магнитного курса:Bэ = 
Biэ (3)Учитывая, что магнитная индукция есть функция от тока, протекающего в обмотке РУ, для каждой из обмоток можно представить в связанной системе координат скалярное выражение:
где Ii - ток в i-ой обмотке РУ,
и тогда выражение приращения
В в скалярной форме:
Выражения (5) представляют собой постоянную и переменную составляющие электромагнитной девиации (Zэ, Yэ, Zэ, Рэ, Qэ, Rэ) в уравнениях Пуассона (1), поддающиеся однозначным измерению и компенсации. Процедура компенсации ЭМД в соответствии с предлагаемым способом состоит из двух этапов:
1. На этапе калибровки ЭМД на неподвижном объекте и при отсутствии возмущений магнитного поля в окрестности ЧЭ индукционного компаса последовательно изменяют ток в каждой из обмоток РУ в отдельности во всем его диапазоне. По показаниям трехкомпонентного векторного датчика магнитного поля компаса и измерителя тока обмотки РУ для каждой обмотки РУ строятся зависимости (4) и вычисляются их передаточные коэффициенты. 2. На этапе компенсации ЭМД (рабочий режим) путем последовательного измерения токов в обмотках РУ и вычисления в соответствии с их коэффициентами передачи векторов элементарных магнитных полей вычисляются результирующие компоненты вектора электромагнитной девиации в соответствии с уравнениями (5), использующиеся затем в алгоритме вычисления магнитного курса. Устройство, позволяющее реализовать заявляемый способ, представлено на функциональной схеме. Устройство, реализующее данный способ, содержит размагничивающее устройство 1 (РУ), к обмоткам J1, J2,...Jn которого подключены последовательно датчики 2 тока обмоток РУ, блок 3 согласования с размагничивающим устройством и вычислитель 4 электромагнитной девиации, первый порт которого соединен с блоком 5 управления калибровкой, выход которого соединен с размагничивающим устройством 1, а второй порт вычислителя 4 электромагнитной девиации соединен через двунаправленную линию 6 передачи данных с первым портом вычислителя 7 магнитного курса, второй порт которого соединен с трехкомпонентным векторным датчиком 8 магнитного поля. Устройство работает следующим образом. Вычислитель 4 электромагнитной девиации является в цифровом компенсаторе ЭМД активным устройством, осуществляющим управление компенсатором на всех этапах его работы. Информацию о токах в обмотках РУ вычислитель 4 электромагнитной девиации получает с датчиков 2 тока обмоток размагничивающего устройства, выполненных, например, в виде гальванически-развязанных нормирующих усилителей, сигналы с которых преобразуются в цифровой вид в блоке 3 согласования с размагничивающим устройством. Информацию о параметрах магнитного поля вычислитель 4 электромагнитной девиации получает от вычислителя 7 магнитного курса, который может входить в состав электронного компаса. При отсутствии в вычислителе 4 электромагнитной девиации признака проведенной калибровки ЭМД или по команде оператора вычислитель 4 электромагнитной девиации переходит в режим калибровки. В этом режиме после переключения вычислителя 7 магнитного курса в режим трансляции компонент магнитного поля вычислитель 4 электромагнитной девиации управляет через блок 5 управления калибровкой последовательно в каждой обмотке РУ током так, чтобы охватить весь диапазон изменения тока. По завершении манипуляций со всеми обмотками РУ вычислитель 4 электромагнитной девиации определяет и запоминает коэффициенты (функциональные зависимости) уравнений (4). В рабочем режиме вычислитель 4 электромагнитной девиации циклически производит опрос датчиков 2 тока обмоток размагничивающего устройства, определяет результирующие компоненты приращений индукции в соответствии с системой уравнений (5) и передает их вычислителю 7 магнитного курса, где и производится компенсация электромагнитной девиацией в соответствии с уравнениями (1).
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1
Похожие патенты:
Изобретение относится к области магнитного курсоуказания и навигации, может быть использовано для повышения точности курсовых систем подвижных объектов, например летательных аппаратов (ЛА)
Изобретение относится к области навигационного приборостроения и предназначено для измерения магнитного курса и углов наклона подвижных объектов
Способ измерения момента сопротивления на оси стабилизации гироскопического стабилизатора // 1840211
Изобретение относится к области приборостроения и может быть применено при контроле гироскопических стабилизаторов, а также и других типов гироскопических устройств, имеющих датчики коррекции
Изобретение относится к авиационному приборостроению, а именно к производству индукционных датчиков магнитного курса, и может быть использовано в производстве феррозоидовых магнитометров
Изобретение относится к магнитному курсоуказанию и навигации, предназначено для использования на подводных лодках и является усовершенствованием известного способа, описанного в авт
Цифровой магнитный компас // 1703974
Изобретение относится к устройствам для определения положения истинного или магнитного северного полюса для навигационных целей
Изобретение относится к области магнитного курсоуказания и навигации, может быть использовано для курсовых систем подвижных объектов, например, летательных аппаратов (ЛА)
Способ определения полукруговой девиации // 1434258
Изобретение относится к навигационному приборостроению и предназначено для устранения полукруговой девиации магнитных компасов
Способ определения местоположения подвижных наземных объектов и устройство для его реализации // 2221991
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в приборах для определения координат подвижных наземных объектов
Изобретение относится к области навигационного приборостроения с использованием магнитного поля Земли и предназначено для построения приборов измерения магнитного курса и углов наклона подвижных объектов
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для уничтожения полукруговой девиации магнитных компасов
Заявляемый способ калибровки магнитного компаса (МК) пешехода относится к способам построения устройств, предназначенных для калибровки МК, используемых на подвижных объектах. Способ может быть использован, преимущественно, для оперативной калибровки автономной навигационной системы пешехода с целью повышения точности определения азимута передвижения пешехода при отсутствии сигналов глобальных навигационных систем (ГНС). Способ предполагает, что МК и аппаратуру потребителя ГНС размещают на конкретном пешеходе, оснащенном всем необходимым снаряжением для работы, в окрестности области деятельности пешехода выбирают и размечают Г-образную трассу калибровки, выполненную в виде двух горизонтальных, прямолинейных, ортогональных участков, по первому участку обеспечивают хорошую точность позиционирования для глобальной навигационной системы, при калибровке указанный пешеход перемещается в прямом и обратном направлении по каждому участку трассы, рассчитывают магнитные азимуты Ам перемещения пешехода по магнитному компасу, вычисляют истинные азимуты участков Au
:
на первом участке по сигналам глобальной навигационной системы, а на втором - по его ортогональности первому участку, вычисляют разности указанных магнитных и истинных азимутов ΔА=Aм-Au при движении на каждом из участков трассы, аппроксимируют эти разности функцией
,
которую используют во время работы пешехода для получения истинного азимута
его движения. 4 ил.
Изобретение относится к способам построения устройств, используемых на подвижных объектах. Техническим результатом изобретения является устранение инструментальных погрешностей магнитного компаса и повышение точности определения азимута передвижения объекта α в плоскости. Способ калибровки магнитного компаса заключается в установке магнитного компаса на плоскости в четырех ортогональных положениях и измерение средних значений магнитного поля в каждом положении, а также средних значений по всем положениям магнитного компаса. Полученные величины позволяют впоследствии аналитически рассчитать реальный азимут движения по результатам измерений магнитного компаса. 4 ил.
Способ и устройство (варианты) для определения ориентации космических или летательных аппаратов // 2620149
Группа изобретений относится к управлению ориентацией космических (КА) и авиационных летательных аппаратов (ЛА) с помощью чувствительных элементов. Устройство содержит размещённые на основании датчики (Д) ориентации относительно инерциальной системы координат и относительно астрономических объектов. При этом каждый из указанных Д снабжён несколькими Д измерения расстояний между этим Д ориентации и основанием (не менее 6 Д), а также (в варианте) между этим Д и другим (или несколькими) Д ориентации. Шарнирное закрепление концов Д расстояний выполнено с обеспечением непараллельности измеряемых отрезков. Д расстояний включает в себя механический эталон дины и Д смещения. Учёт этих смещений (в блоке обработки данных) имеет целью исключить влияние погрешностей положения Д ориентации в связанных осях КА или ЛА (например, вследствие деформаций конструкции) на измеряемые параметры ориентации аппарата. Техническим результатом группы изобретений является повышение точности определения ориентации КА или ЛА без увеличения жёсткости и термостабильности их конструкции. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.
Группа изобретений относится к управлению ориентацией космических (КА) и авиационных летательных аппаратов (ЛА) с помощью чувствительных элементов. Устройство содержит размещённые на основании датчики (Д) ориентации относительно инерциальной системы координат и относительно астрономических объектов. При этом устройство снабжено, для каждого из указанных Д, одномерными или двумерными (или их комбинацией) Д измерения углов. Последние включают источник и приемник излучения, установленные на основании, и отражающий элемент - на одном из Д определения ориентации. Данные элементы установлены так, чтобы плоскости падающего и отраженного пучков излучения не были параллельны. Углы измеряют, например, между рабочими осями Д ориентации и основанием. Учёт этих углов (в блоке обработки данных) имеет целью исключить влияние погрешностей положения Д ориентации в связанных осях (например, вследствие деформаций конструкции) на измеряемые параметры ориентации аппарата. Техническим результатом группы изобретений является повышение точности определения ориентации КА или ЛА без увеличения жёсткости их конструкции. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.
Группа изобретений относится к управлению ориентацией космических (КА) и авиационных летательных аппаратов (ЛА) с помощью чувствительных элементов. Устройство содержит размещённые на основании датчики (Д) ориентации относительно инерциальной системы координат и относительно астрономических объектов. Каждый Д ориентации снабжен хотя бы шестью Д измерения расстояний, шарнирно закрепленными концами на Д ориентации и на основании устройства. При этом обеспечена непараллельность измеряемых отрезков. Д расстояний включают в себя механический эталон длины и Д смещения. Д связаны с блоком обработки их данных. Учёт смещений Д ориентации (в блоке обработки данных) имеет целью исключить влияние погрешностей положения этих Д в связанных осях ЛА или КА (напр., вследствие деформаций конструкции) на измеряемые параметры ориентации аппарата. Техническим результатом группы изобретений является повышение точности определения ориентации КА или ЛА без увеличения жёсткости и термостабильности их конструкции. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к способу калибровки электронного магнитного компаса (МК). Способ калибровки электронного магнитного компаса содержит этапы, на которых компас устанавливают на плоскость так, чтобы приемники магнитного поля его ортогональных осей 0Х и 0Y лежали в этой плоскости, вращают компас вокруг оси 0Z, перпендикулярной этой плоскости, и фиксируют его в четырех, i=1÷4, ортогональных положениях, в каждом положении компаса измеряют сигналы приемников магнитного поля Mxi и Myi по осям 0Х и 0Y, оценивают статические ошибки компаса mx и my по каждой из осей компаса путем определения средних значений сигналов Mxi и Myi по всем положениям компаса:
; ,определяют k - отношение чувствительностей приемников компаса по осям 0Х и 0Y, при использовании компаса совмещают ось 0Х с направлением движения, измеряют сигналы приемников магнитного поля Bx и By по осям 0Х и 0Y и вычисляют истинное направление на магнитный полюс в плоскости X0Y по формуле:
,при этом k - отношение чувствительностей приемников компаса по осям 0Х и 0Y, вычисляют как отношение модулей вектора магнитного поля , полученных с использованием всех измерений по оси Y и по оси X:
.Технический результат – повышение точности калибровки магнитного компаса. 6 ил.
