Способ определения углов продольного и поперечного наклонов подвижного объекта (варианты)

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для систем стабилизации, наведения и управления, работающих на подвижных объектах. Технический результат - снижение трудоемкости и стоимости изготовления, уменьшение операторского обслуживания, повышение надежности - достигается тем, что при определении углов продольного и поперечного наклонов подвижного объекта с помощью гировертикали повышенной точности для измерения углов продольного и поперечного наклонов и выработки информации о географическом курсе используют самоориентирующуюся систему гирокурсокреноуказания, причем перед формированием сигналов компенсации самоориентирующуюся систему гирокурсокреноуказания на заданный промежуток времени переключают в режим компаса. 2 с.п. ф-лы.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при разработке и изготовлении гироскопических приборов для систем стабилизации, наведения и топопривязки объектов наземной техники.

Известны способы определения углов продольного и поперечного наклонов различных объектов с помощью гироскопических вертикалей (гировертикалей) [1, с.170-171], которые заключаются в том, что с помощью гировертикали создают на объекте площадку, стабилизированную в плоскости горизонта, относительно которой с измерительных осей гировертикали, например, с помощью датчиков углов снимают информацию об углах наклонов.

Недостатком известных способов, связанных с использованием гировертикалей, является наличие дополнительной погрешности определения углов наклонов объекта из-за существования скоростной девиации и навигационной погрешности гировертикали вследствие суточного вращения Земли и перемещения объекта относительно Земли [1, с.178-179].

Известен способ определения углов продольного и поперечного наклонов с помощью гировертикали повышенной точности [1, с.191-195], свободный от указанного выше недостатка, заключающийся в том, что в схему гировертикали дополнительно вводят централь скорости, навигационный автомат и курсовую систему, вырабатывающие информацию соответственно о путевой скорости v, географической широте ϕ и географическом курсе А, по информации о которых формируют сигналы компенсации с помощью счетно-решающих устройств, по сформированным сигналам осуществляют компенсацию видимого ухода оси гироскопа гировертикали от вращения Земли и перемещения объекта относительно Земли.

Недостаток известного способа определения углов продольного и поперечного наклонов с помощью гировертикали повышенной точности заключается в следующем.

Измерение угла географического курса на объекте требует начальной выставки курсовой системы. Начальное ориентирование курсовой системы в азимуте выполняется с помощью отдельного прибора-гирокомпаса, входящего в состав комплекта навигационного оборудования. В результате для выработки угла географического курса требуется передача ориентирного направления с гирокомпаса в курсовую систему, а при формировании сигналов компенсации - аналоговых сигналов от централи скорости, навигационного автомата и курсовой системы на счетно-решающие устройства и последующее аналоговое преобразование этих сигналов счетно-решающими устройствами, что снижает надежность работы гировертикали повышенной точности. Дополнительным фактором снижения надежности в известном способе является формирование сигналов компенсации и компенсация погрешности гировертикали без учета времени готовности.

В качестве прототипа изобретения принят способ определения продольного и поперечного наклонов с помощью гировертикали повышенной точности [1, с.191-195].

Изобретение направлено на повышение надежности работы гировертикали повышенной точности.

Это достигается тем, что в известном способе определения углов продольного и поперечного наклонов подвижного объекта с помощью гировертикали повышенной точности, включающем выработку информации о географической широте, выработку информации о географическом курсе, формирование по информации о географической широте и географическом курсе сигналов компенсации, компенсацию по сформированным сигналам видимого ухода оси гироскопа гировертикали от вращения Земли и измерение углов продольного и поперечного наклонов с помощью гировертикали, в качестве гировертикали повышенной точности используют самоориентирующуюся систему курсокреноуказания, работающую в составе навигационной системы, после включения навигационной системы ожидают истечения времени готовности, после чего самоориентирующуюся систему курсокреноуказания переключают в режим компаса, а после завершения процесса гирокомпасирования самоориентирующуюся систему гирокурсокреноуказания переключают в режим гироазимута, рассчитывают значение широты в вычислителе, входящем в состав самоориентирующейся системы курсокреноуказания или навигационной системы, по координатам подвижного объекта, вырабатываемым навигационной системой в результате решения навигационных алгоритмов, вычисляют сигналы компенсации Uβ₁. Uψ₁ в соответствии с выражениями:

Uβ₁=U cosϕcos А;

Uψ₁=U cosϕ sin А,

где U - угловая скорость вращения Земли, ϕ - географическая широта, А - угол географического курса, а компенсацию ухода оси гироскопического чувствительного элемента осуществляют либо путем подачи электрических сигналов, пропорциональных вычисленным сигналам компенсации, на датчики момента гироскопического чувствительного элемента канала гировертикали самоориентирующейся системы курсокреноуказания, либо путем учета рассчитываемых цифровых поправок, пропорциональных сигналам компенсации, в показаниях самоориентирующейся системы курсокреноуказания.

В варианте способа определения углов продольного и поперечного наклонов подвижного объекта с помощью гировертикали повышенной точности дополнительно осуществляются выработка информации о путевой скорости, формирование с использованием дополнительной информации о путевой скорости сигналов компенсации и компенсация по сформированным сигналам видимого ухода оси гироскопа гировертикали от перемещения объекта относительно Земли, причем для выработки информации о путевой скорости используют датчик скорости наземного или лаг морского подвижных объектов, и дополнительно вычисляют сигналы компенсации Uβ₂, Uψ₂ в соответствии с выражениями:

где v - путевая скорость объекта, g - ускорение свободного падения, R – радиус Земли, ε - крутизна коррекции канала гировертикали.

Реализация способа определения углов продольного и поперечного наклонов на наземном подвижном объекте происходит следующим образом.

В качестве самоориентирующейся системы гирокурсокреноуказания используется система самоориентирующаяся гироскопическая курсокреноуказания [2]. На подвижном объекте система самоориентирующаяся гироскопическая курсокреноуказания устанавливается так, что ось поворота наружной рамы карданова подвеса с датчиком угла параллельна продольной оси объекта, а ось поворота средней рамы с датчиком угла лежит в плоскости, в которой расположена поперечная ось объекта.

Система самоориентирующаяся гироскопическая курсокреноуказания на подвижном объекте работает в составе навигационной системы, содержащей вычислитель, в частности датчик скорости, установленный, например, на оси колеса сухопутного подвижного объекта или лаг, установленный на морском подвижном объекте.

После включения навигационной системы и истечения времени готовности система самоориентирующаяся гироскопическая курсокреноуказания под управлением программы, находящейся в вычислителе, по команде от него на заданный программой промежуток времени переключается в режим компаса. В результате продольная ось объекта, а вместе с ней и продольная ось системы привязываются к ориентирному направлению (направлению меридиана).

После завершения процесса гирокомпасирования система самоориентирующаяся гироскопическая курсокреноуказания из режима компаса по команде от вычислителя переключается в режим гироазимута, обеспечивая хранение ориентирного направления.

Значение широты ϕ рассчитывается по координатам подвижного объекта, вырабатываемым навигационной системой в результате решения навигационных алгоритмов, в вычислителе, входящем в состав самоориентируюшейся системы курсокреноуказания или навигационной системы.

С учетом широтного (зависящего от составляющей U sinϕ, где U - угловая скорость вращения Земли) и собственного уходов по углу азимута системы самоориентирующейся гироскопической курсокреноуказания вычислитель вырабатывает угол географического курса А подвижного объекта, а также с использованием выражений:

Uβ₁=U cosϕcos А;

Uψ₁=U cosϕ sin А,

рассчитывает сигналы компенсации, с помощью которых осуществляется учет ухода оси гироскопического чувствительного элемента контура гировертикали (блока горизонтального) системы самоориентирующейся гироскопической курсокреноуказания от составляющей U cosϕ.

Компенсация ухода оси гироскопического чувствительного элемента осуществляется либо путем подачи электрических сигналов, пропорциональных вычисленным сигналам компенсации, на датчики момента гироскопического чувствительного элемента канала гировертикали самоориентирующейся системы курсокреноуказания, либо путем учета рассчитываемых цифровых поправок. пропорциональных сигналам компенсации, в показаниях самоориентирующейся системы курсокреноуказания. В результате компенсации сигналы с датчиков углов, установленных по осям наружной и средней рам карданова подвеса системы самоориентирующейся гироскопической курсокреноуказания, об углах продольного β и поперечного ψ наклонов объекта не содержат погрешностей от девиации гировертикали.

В случае перемещения подвижного объекта по земной поверхности дополнительно вычисляются сигналы компенсации:

с помощью которых дополнительно осуществляется учет ухода оси гироскопического чувствительного элемента контура гировертикали (блока горизонтального) системы самоориентирующейся гироскопической курсокреноуказания от перемещения наземного подвижного объекта по поверхности Земли со скоростью v.

В результате использования предлагаемого способа за счет исключения дополнительной передачи и преобразования аналоговой информации, учета при формировании компенсации времени готовности достигается повышение надежности работы гировертикали повышенной точности.

Источники информации

1. Гироскопические системы. Гироскопические приборы и системы. Учеб./ Д.С. Пельпор, И.А. Михалев, В.А. Бауман и др.: Под ред. Д.С. Пельпора. - М.: Высш.шк. 1988. – 424 с.

2. Патент на изобретение РФ 2124184, МПК 6 G 01 C 19/38. Система самоориентирующаяся гироскопическая курсокреноуказания. Верзунов Е.И., Королев В.В., Заморский А.В., Матвеев В.Г. Приоритет 15.12.96. БИ №36. 1998. - с.403.

Формула изобретения

1. Способ определения углов продольного и поперечного наклонов подвижного объекта с помощью гировертикали повышенной точности, включающий выработку информации о географической широте, выработку информации о географическом курсе, формирование по информации о географической широте и географическом курсе сигналов компенсации, компенсацию по сформированным сигналам видимого ухода оси гироскопа гировертикали от вращения Земли и измерение углов продольного и поперечного наклонов с помощью гировертикали, отличающийся тем, что в качестве гировертикали повышенной точности используют самоориентирующуюся систему курсокреноуказания, работающую в составе навигационной системы, после включения навигационной системы ожидают истечения времени готовности, после чего самоориентирующуюся систему курсокреноуказания переключают в режим компаса, а после завершения процесса гирокомпасирования самоориентирующуюся систему курсокреноуказания переключают в режим гироазимута, рассчитывают значение широты в вычислителе, входящем в состав самоориентирующейся системы курсокреноуказания или навигационной системы, по координатам подвижного объекта, вырабатываемым навигационной системой в результате решения навигационных алгоритмов, вычисляют сигналы компенсации Uβ₁, Uψ₁ в соответствии с выражениями:

Uβ₁=U cosϕcos А;

Uψ₁=U cosϕ sin А,

где U - угловая скорость вращения Земли, ϕ - географическая широта, А - угол географического курса, а компенсацию ухода оси гироскопического чувствительного элемента осуществляют либо путем подачи электрических сигналов, пропорциональных вычисленным сигналам компенсации, на датчики момента гироскопического чувствительного элемента канала гировертикали самоориентирующейся системы курсокреноуказания, либо путем учета рассчитываемых цифровых поправок, пропорциональных сигналам компенсации, в показаниях самоориентирующейся системы курсокреноуказания.

2. Способ определения углов продольного и поперечного наклонов подвижного объекта с помощью гировертикали повышенной точности, включающий выработку информации о путевой скорости, выработку информации о географической широте, выработку информации о географическом курсе, формирование по информации о путевой скорости, географической широте и географическом курсе сигналов компенсации, компенсацию по сформированным сигналам видимого ухода оси гироскопа гировертикали от вращения Земли и перемещения объекта относительно Земли и измерение углов продольного и поперечного наклонов с помощью гировертикали, отличающийся тем, что в качестве гировертикали повышенной точности используют самоориентирующуюся систему курсокреноуказания, работающую в составе навигационной системы, а для выработки информации о путевой скорости используют датчик скорости наземного или лаг морского подвижных объектов, после включения навигационной системы ожидают истечения времени готовности, после чего самоориентирующуюся систему курсокреноуказания переключают в режим компаса, а после завершения процесса гирокомпасирования самоориентирующуюся систему гирокурсокреноуказания переключают в режим гироазимута, рассчитывают значение широты в вычислителе, входящем в состав самоориентирующейся системы курсокреноуказания или навигационной системы, по координатам подвижного объекта, вырабатываемым навигационной системой в результате решения навигационных алгоритмов, вычисляют сигналы компенсации Uβ₁, Uψ₁, Uβ₂, Uψ₂ в соответствии с выражениями:

Uβ₁=U cosϕcos А;

Uψ₁=U cosϕ sin А;

где U - угловая скорость вращения Земли;

ϕ - географическая широта;

А - угол географического курса;

v - путевая скорость объекта;

g - ускорение свободного падения;

R - радиус Земли;

ε - крутизна коррекции канала гировертикали,

а компенсацию ухода оси гироскопического чувствительного элемента осуществляют либо путем подачи электрических сигналов, пропорциональных вычисленным сигналам компенсации, на датчики момента гироскопического чувствительного элемента канала гировертикали самоориентирующейся системы курсокреноуказания, либо путем учета рассчитываемых цифровых поправок, пропорциональных сигналам компенсации, в показаниях самоориентирующейся системы курсокреноуказания.