Способ выработки навигационных параметров и вертикали места
Изобретение относится к технике приборостроения, а именно, к навигационным приборам для определения основных навигационных параметров позиционирования воздушных и наземных объектов. Технический результат - повышение точности за счет расширения динамического диапазона измерения гироскопической вертикали. Для достижения данного результата сигналы управления гироплатформами формируют таким образом, чтобы обеспечить нелинейную связь между значением скоростной девиации и значением горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости. При этом дополнительно используют информацию и свойства инерциальной системы с интегральной коррекцией, а гироплатформы устанавливают в общем карданном кольце с вертикальной наружной осью. 2 ил.
Изобретение относится к гироскопическому приборостроению и может быть использовано для обеспечения навигации морских, воздушных и наземных объектов.
Известен способ выработки навигационных параметров и вертикали места, включающий измерение составляющих кажущегося ускорения при помощи акселерометров, установленных по осям приборных трехгранников, каждый из которых связан с данной (не менее двух) гироплатформ, формирование сигналов управления гироплатформами, отработку сформированных сигналов при помощи гироскопов и вычисление навигационных параметров и вертикали места, при этом, сигналы управления основной и дополнительной гироплатформами формируют из условия обеспечения неравенства скоростных и отсутствия баллистических девиаций [1].
Недостатком известного способа являются ограниченные возможности точностных и динамических характеристик.
Целью изобретения является повышение точностных характеристик и расширение динамических возможностей способа.
Технический эффект достигается тем, что сигналы управления гироплатформами формируют таким образом, чтобы обеспечить нелинейную связь между значением скоростной девиации и значением горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости, например: для основной гироплатформы по закону 
и для дополнительной гироплатформы по закону 
где α 1 и α 2 - значения скоростных девиаций гироплатформ;
- значение горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости;
R - радиус Земли;
ω 0 - частота Шулера;
n1, n2 - параметры системы,
при этом дополнительно используют информацию и свойства инерциальной системы с интегральной коррекцией, а гироплатформы в карданных подвесах устанавливают в общем карданном кольце с вертикальной наружной осью, которую монтируют перпендикулярно стабилизированной в горизонте платформе, созданной инерциальной системой с интегральной коррекцией. На фиг.1 представлена функциональная блок-схема инерциальной системы для осуществления способа.
Рассматриваемая инерциальная система с линейной коррекцией состоит из двух конструктивно идентичных стабилизированных гироплатформ 1 и 1` и блока 2 управления и выработки выходных параметров БУВВП. На каждой стабилизированной гироплатформе расположен один трехстапенной гироскоп 3 и 3`. При этом кинетический момент гироскопа перпендикулярен плоскости стабилизированной гироплатформы. Гироскопы имеют датчики 4, 5 и 4` 5` моментов и датчики углов 6, 7 и 6`, 7`. Кроме того, на каждой стабилизированной гироплатформе установлены акселерометры 8, 9 и 8`, 9`. Оси чувствительности акселерометров на каждой гироплатформе ортогональны между собой и параллельны плоскости гироплатформы. Ось одного акселерометра параллельна внутренней оси карданного подвеса гироплатформы. Наружные оси карданных подвесов 11 и 11` установлены в общем карданном кольце 18 (см. фиг.2). Ось общего карданного кольца установлена на стабилизированной в горизонте платформе 19. Оси 11 и 11` параллельны плоскости стабилизированной платформы 19 и параллельны между собой. На оси общего карданного кольца расположены следящий двигатель 20 и датчик курса 21. На общем кольце 18 размещены также датчики углов 17 и 17`, замеряющие скоростные поправки α 1 и α 2 и следящие двигатели 15 и 15`. Выходы датчиков углов 6, 7 и 6`, 7` углов гироскопов 3 и 3` через посредство усилителей 12, 13 и 12`, 13` соединены с входами следящих двигателей 14, 15 и 14`, 15`, которые связаны с осями карданного подвеса. С этими же осями связаны датчики углов 16, 17 и 16`, 17`. Входы датчиков 4, 5 и 4`, 5` момента гироскопов 3 и 3` соединены с соответствующими выходами блока 2 управления и выработки выходных параметров. Выходы акселерометров 8, 9 и 8`, 9` и датчики углов 16, 17 и 16`, 17` соединены с соответствующими входами БУВВП-2. Информационно БУВВП-2 связан с инерциальной системой с интегральной коррекцией.
Выходами БУВВП для потребителей являются К - курс объекта, ϕ - широта места, λ - долгота места, θ и ψ - углы бортовой и килевой качек.
Функционирует предлагаемая система следующим образом. Каждая гироплатформа с помощью следящих двигателей 14, 15 и 14`, 15` соответственно по сигналам рассогласования датчиков углов 6, 7 и 6`, 7` гироскопов 3 и 3` все время удерживается в одной плоскости с кожухом гироскопа.
Кожух каждого гироскопа вместе с гироплатформой приводится в положение, соответствующее заданному значению скоростной девиации для данной гироплатформы, с помощью моментов, накладываемых через датчики моментов 4, 5 и 4` 5` гироскопов 3 и 3` токами управления по сигналам, вырабатываемым в БУВВП. Поскольку заданные значения скоростных девиаций различны для каждой гироплатформы, разности показаний датчиков углов 17 и 17` являются исходными источниками информации для определения горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу. Плоскость общего карданного кольца 18 с помощью следящего двигателя 20 все время удерживается в направлении, перпендикулярном плоскости компасного меридиана, специальной следящей системой.
В качестве исходной системы координат выберем сопровождающий трехгранник Дарбу E° N° ξ ° , ориентированный осью ON° по горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости 
Тогда проекции абсолютной угловой скорости трехгранника E° N° ξ ° на его оси будут O; 
r.
Проекции ускорения вершины трехгранника E° N° ξ ° на его оси суть 
(r· V); g, где g - ускорение силы тяжести.
С кожухом гироскопа первой гироплатформы жестко свяжем правую систему координат E1N1ξ1. С кожухом гироскопа второй гироплатформы – систему координат E2N2ξ2. Систему координат E1N1ξ1 получим поворотами вокруг оси OE° на угол α 1 вокруг вспомогательной оси ON1,1 на угол β 1 и вокруг оси Oξ 1 на угол Δ K1. Систему координат E2N2ξ2 получим поворотами вокруг оси OЕ° на угол α 2 вокруг вспомогательной оси ON2,1 на угол β 2 и вокруг оси Oξ 2 на угол Δ K2.
Проекции абсолютной угловой скорости трехгранников E1N1ξ1 и E2N2ξ2 на их оси ОE1; ON1; OE2 n ON2 будут
Проекции ускорения вершин трехгранников E1N1ξ1 и E2N2ξ2 на оси OE1, ON1 и оси OE2; ON2 будут
Для обеспечения инвариантных значений скоростных девиаций
сигналы управления гироскопами в системах координат E1N1ξ1 и E2N2ξ2 могут иметь различный вид, например,
или
где 
Для обеспечения инвариантных значений скоростных девиаций, например: 
Сигналы управления гироскопами могут иметь вид:
Сигнал, обеспечивающий устойчивость управления следящим двигателем 20, будет
где Δ Kгк - погрешность выработки компасного курса;
F - передаточная функция.
При n1>1 и n2>1 увеличивается направляющая сила, воздействующая на гироскоп, и тем самым уменьшается влияние дрейфа гироскопа на точность вырабатываемых параметров.
Для максимального диапазона измерение примем n2=-n1.
По значению угла α пр. или по разности ускорения WN1-WN2 вырабатывают горизонтальную составляющую абсолютной угловой скорости из соотношений
Вертикальную составляющую абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу r вырабатывают из соотношения
По значениям 
rпр и курсу компасному Kгк вырабатывают координаты места ϕ и λ и курс объекта K.
Инерциальная система с интегральной коррекцией, обеспечивающая стабилизацию гироплатформ в горизонте, по горизонтальным составляющим абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу может определять самостоятельно значения компасного курса объекта 
и значение самой горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости 
По показаниям акселерометров инерциальная система может определять проекции ускорения вершины трехгранника Дарбу E° N° ξ ° на его оси ON° и ОЕ°
Указанная информация вместе с одноименной информацией, выработанной рассматриваемой инерциальной системой с линейной коррекцией, может быть использована для управления обеими этими системами. При этом, используя сигналы разности одноименной информации, обеспечивают асимптотическую устойчивость (демпфирование) этих двух систем, а также оценку их инструментальных погрешностей.
Для совместной работы с рассматриваемой инерциальной системой может быть использована любая модель задачи инерциальной системы с интегральной коррекцией. При этом в качестве стабилизированной в горизонте платформы может быть использована платформа либо с косвенной стабилизацией по сигналам инерциальной системы с интегральной коррекцией, либо собственно гироплатформа инерциальной системы полуаналитического типа.
Источники информации:
1. В.А.Беленький - Патент №2046289 РФ.
Способ выработки навигационных параметров и вертикали места, включающий измерение составляющих кажущегося ускорения при помощи акселерометров, установленных по осям приборных трехгранников, каждый из которых связан с соответствующей гироплатформой, формирование сигналов управления гироплатформами, отработку сформированных сигналов при помощи гироскопов и вычисление навигационных параметров и вертикали места, при этом сигналы управления основной и дополнительной гироплатформами формируют из условия обеспечения неравенства скоростных и отсутствия баллистических девиаций, отличающийся тем, что сигналы управления гироплатформами формируют таким образом, чтобы обеспечить нелинейную связь между значением скоростной девиации и значением горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости, при этом дополнительно используют информацию и свойства инерциальной системы с интегральной коррекцией, а гироплатформы в карданных подвесах устанавливают в общем карданном кольце с вертикальной наружной осью, которую монтируют перпендикулярно стабилизированной в горизонте платформе, в созданной инерциальной системе с интегральной коррекцией.
