Система и способ определения пространственного положения и курса летательного аппарата

Авторы патента:

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 2505786:

Открытое акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") (RU)

Изобретения относятся к области приборостроения и могут применяться в системах навигации летательных аппаратов (ЛА). Задачей, на которую направлены данные изобретения, является повышение надежности и точности системы за счет восстановления рабочего состояния после кратковременного пропадания напряжения питания в полете ЛА. Существенным отличием системы является введение датчиков температуры в блок датчиков угловой скорости, блок датчиков линейного ускорения и трехкомпонентный магнитометр. Существенным отличием способа является использование тарировочных характеристик блока датчиков угловой скорости, блока датчиков линейного ускорения и магнитометра с учетом изменения температуры окружающей среды. Техническим результатом изобретений является повышение надежности навигационного комплекса и точности пилотирования. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретения относятся к области приборостроения и могут применяться в системах навигации летательных аппаратов (ЛА).

Известен базовый измерительный блок [1], содержащий блок датчиков угловой скорости, блок датчиков ускорения, датчик магнитного поля Земли, блок преобразования, вычислитель. Данное устройство основано на способе вычисления приращений углов ориентации и скорости ЛА по трем осям.

Недостатком данного устройства, как и способа его реализации, является низкая надежность, т.к. в случае кратковременного пропадания напряжения питания в полете, что допускается для потребителей 2 категории [2], необходимо снова проводить начальную выставку системы, т.е. производить начальное угловое согласование, а также производить оценку дрейфов датчиков, что обычно делается на неподвижном ЛА и невозможно сделать достаточно точно без использования внешней информации в полете.

Известна также система определения пространственной ориентации и курса ЛА [3], содержащая блок датчиков угловой скорости, блок датчиков линейного ускорения, трехкомпонентный магнитометр, подключенные через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) к вычислителю, логический блок с устройствами обработки аналоговых и цифровых сигналов, подключенные через логическое устройство к вычислителю, имеющему в составе запоминающее устройство. Данное устройство основано на способе, заключающемся в использовании информации с блока датчиков угловой скорости, датчиков линейного ускорения, трехкомпонентного магнитометра и признака нахождения ЛА на земле или в полете.

Недостатком данного устройства, как и способа его реализации, является низкая точность, т.к. не используется информация о температуре окружающей среды и отсутствует возможность включения режима ускоренной коррекции.

Задачей, на которую направлены данные изобретения, является повышение надежности и точности системы за счет восстановления рабочего состояния системы после кратковременного пропадания напряжения питания в полете ЛА.

Поставленная задача решается за счет того, что в систему для определения пространственного положения и курса ЛА, содержащую блок датчиков угловой скорости, блок датчиков линейного ускорения, трехкомпонентный магнитометр, подключенные через АЦП к вычислителю с подключенным к нему логическим блоком, согласно изобретению дополнительно введены датчики температуры блока датчиков угловой скорости, блока датчиков линейного ускорения, трехкомпонентного магнитометра, подключенные через АЦП к вычислителю, и соединенные последовательно узел коммутации, буферный каскад, модуль сопряжения, узел интерфейса, подключенные к вычислителю.

В способе определения пространственного положения и курса ЛА, заключающемся в использовании информации с блока датчиков угловой скорости, блока датчиков линейного ускорения, трехкомпонентного магнитометра и признака нахождения ЛА на земле или в полете, согласно изобретению в полете при кратковременном отключении напряжения питания после его восстановления при вычислении углов ориентации используют тарировочные характеристики блока датчиков угловой скорости, блока датчиков линейного ускорения, трехкомпонентного магнитометра с учетом изменения температуры окружающей среды, при этом восстанавливают истинные значения углов по информации с блока датчиков линейного ускорения и трехкомпонентного магнитометра, кроме того, в процессе маневрирования ЛА выводят на горизонтальный, прямолинейный участок полета без ускорения и активизируют режим ускоренной коррекции, при котором согласуют углы, вычисленные по информации блока датчиков угловой скорости, с углами, вычисленными по информации с блока датчиков линейного ускорения и трехкомпонентного магнитометра.

Существенными отличиями предложенного устройства является введение датчиков температуры в блок датчиков угловой скорости, блок датчиков линейного ускорения, трехкомпонентный магнитометр, подключенные через АЦП к вычислителю, и соединенные последовательно узел коммутации, буферный каскад, модуль сопряжения, узел интерфейса, подключенные к вычислителю, для осуществления ускоренной коррекции.

К существенным признакам предложенного способа при кратковременном отключении напряжения питания относится использование тарировочных характеристик блока датчиков угловой скорости, блока датчиков линейного ускорения, трехкомпонентного магнитометра с учетом изменения температуры окружающей среды для восстановления истинного значения углов по информации с блока датчиков линейного ускорения и трехкомпонентного магнитометра, а также активизация режима ускоренной коррекции на горизонтальном, прямолинейном участке полета без ускорения.

На чертеже представлена структурная схема устройства. Устройство содержит блок 1 датчиков угловой скорости, блок 2 датчиков линейного ускорения, трехкомпонентный магнитометр 3, АЦП 4, вычислитель 5, логический блок 6, датчики 7, 8, 9 температуры, узел 10 коммутации, буферный каскад 11, модуль 12 сопряжения, узел 13 интерфейса.

Блок 1 датчиков угловой скорости, блок 2 датчиков линейного ускорения, трехкомпонентный магнитометр 3 подключены через АЦП 4 к вычислителю 5, к которому подключен логический блок 6, датчики 7, 8, 9 температуры подключены через АЦП 4 к вычислителю 5, к которому подключены последовательно соединенные узел 10 коммутации, буферный каскад 11, модуль 12 сопряжения, узел 13 интерфейса.

Система для определения пространственной ориентации и курса ЛА работает следующим образом.

После подачи питания на систему сигналы с блока 1 датчиков угловой скорости, пропорциональные скорости вращения ЛА с блока 2 датчиков линейного ускорения, пропорциональные линейным ускорениям по каждой из 3-х осей с трехкомпонентного магнитометра 3, пропорциональные напряженности магнитного поля Земли, с помощью АЦП 4 преобразуются в цифровой код и поступают на вычислитель 5, логическое устройство 6 выдает признак нахождения ЛА на земле или в полете. При сдаче системы в эксплуатацию выполняют калибровку блока 1 датчиков угловой скорости, блока 2 датчиков линейного ускорения, трехкомпонентного магнитометра 3, в процессе которой измеряют смещение нуля и изменение масштабных коэффициентов с учетом изменения температуры с датчиков 7, 8, 9 и записывают эти значения как тарировочные характеристики в память вычислителя 5.

В случае кратковременного отключения напряжения питания и при наличии в логическом блоке 6 признака нахождения ЛА в полете вычисляют углы ориентации по информации блока 1 датчиков угловой скорости с учетом их тарировочных характеристик. Затем эти углы ориентации приводят к углам, вычисленным по информации блока 2 датчиков линейного ускорения и трехкомпонентного магнитометра 3 с учетом их тарировочных характеристик.

Если кратковременное отключение напряжения питания произошло в полете во время маневрирования, то ЛА выводят на горизонтальный прямолинейный участок полета без ускорения и активизируют режим ускорений коррекции, при котором согласуют углы, вычисленные по информации с блока 1 датчиков угловой скорости, с углами, вычисленными по информации с блока 2 датчиков линейного ускорения и трехкомпонентного магнитометра 3.

Режим ускорений коррекции активизируется пилотом ЛА нажатием кнопки узла 10 коммутации, сигнал с которого через буферный каскад 11, модуль сопряжения 12 и узел 13 интерфейса передается в вычислитель 5, который производит необходимые вычисления.

Таким образом, предложенная система и способ определения пространственного положения и курса ЛА повышает надежность навигационного комплекса и точность пилотирования, т.к. избавляет от режима начальной выставки при кратковременном отключении напряжения питания.

Данные изобретения используются в интегрированной системе резервных приборов.

Источники информации

1. Патент США №6522992, МПК G06F 7/00, НПК 702/141, опубликован 18.02.2003 г.

2. ГОСТ 19705-89 «Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. Общие требования и нормы качества электроэнергии.»

3. Патент РФ 2427799, МПК G01C 21/00, 2006 г. (ближайший аналог).

1. Система определения пространственного положения и курса летательного аппарата, содержащая блок датчиков угловой скорости, блок датчиков линейного ускорения, трехкомпонентный магнитометр, подключенные через аналого-цифровой преобразователь к вычислителю с подключенным к нему логическим блоком, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены датчики температуры блока датчиков угловой скорости, блока датчиков линейного ускорения, трехкомпонентного магнитометра, подключенные через аналого-цифровой преобразователь к вычислителю, и соединенные последовательно узел коммутации, буферный каскад, модуль сопряжения, узел интерфейса, подключенные к вычислителю.

2. Способ определения пространственного положения и курса летательного аппарата, заключающийся в использовании информации с блока датчиков угловой скорости, датчиков линейного ускорения, трехкомпонентного магнитометра и признака нахождения летательного аппарата на земле или в полете, отличающийся тем, что в полете при кратковременном отключении напряжения питания после его восстановления при вычислении углов ориентации используют тарировочные характеристики блока датчиков угловой скорости, блока датчиков линейного ускорения, трехкомпонентного магнитометра с учетом изменения температуры окружающей среды, при этом восстанавливают истинные значения углов по информации с блока датчиков линейного ускорения и трехкомпонентного магнитометра.

3. Способ определения пространственного положения и курса летательного аппарата по п.2, отличающийся тем, что при кратковременном отключении напряжения питания после его восстановления в процессе маневрирования летательный аппарат выводят на горизонтальный, прямолинейный участок полета без ускорения и активизируют режим ускоренной коррекции, при котором согласуют углы, вычисленные по информации блока датчиков угловой скорости, с углами, вычисленными по информации с блока датчиков линейного ускорения и трехкомпонентного магнитометра.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в инерциальных навигационных системах (ИНС) авиационных и наземных носителей. Задача - существенное повышение точности счисления скоростей и координат движущегося объекта с малогабаритной бесплатформенной ИНС (БИНС) средней точности в автономном режиме без использования постоянно обновляемых в реальном времени сигналов работающей спутниковой навигационной системы (СНС).

Способ функционирования топопривязчика в режиме контрольно-корректирующей станции // 2498223

Изобретение относится к области навигации и топопривязки, в частности к способам инерциально-спутниковой навигации и контроля качества навигационных полей космических навигационных систем (КНС) ГЛОНАСС и GPS, формирования корректирующей информации и анализа ее качества.

Система информационного обмена топопривязчика // 2498222

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в наземных подвижных информационно-аналитических комплексах вооружений. Технический результат - повышение эффективности и надежности.

Способ функционирования системы топопривязки и навигации в условиях боевого применения // 2498221

Изобретение относится к военной технике, а именно к способам функционирования систем топопривязки и навигации в условиях боевого применения, и может быть использовано для решения задач топогеодезической подготовки боевых действий ракетных войск и артиллерии Сухопутных войск, разведывательных средств.

Способ определения навигационных параметров для носителя и устройство гибридизации // 2495377

Заявленное изобретение относится к области носителей, одновременно использующих информацию, получаемую от инерциального блока, и информацию, получаемую от системы спутниковой навигации, например системы GPS.

Интегрированный комплекс бортового оборудования многофункционального самолета // 2488775

Изобретение относится к области авиационной техники, а именно к комплексам управления информационно-исполнительными системами бортового оборудования, общесамолетным оборудованием, летательным аппаратом и индикации информации от систем о внешней обстановке, а также их состояния.

Навигационный комплекс // 2483280

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может найти применение в системах автоматической навигации высокоскоростных судов. .

Комплексная система навигации и управления летательного аппарата // 2481558

Изобретение относится к области авиационно-космического приборостроения и может найти применение в комплексах пилотажно-навигационного оборудования летательных аппаратов (ЛА).

Комплект выносной аппаратуры топопривязчика // 2480714

Изобретение относится к военной и специальной технике и может быть использовано в подвижных пунктах навигации и топогеодезической привязки на базе шасси специальных транспортных средств, в частности, для дистанционной привязки на местности.

Судовой навигационный комплекс // 2478187

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в судовых навигационных комплексах. .

Комплекс бортового оборудования вертолета // 2520174

Изобретение относится к бортовому оборудованию летательных аппаратов. Комплекс бортового оборудования вертолета содержит комплексную систему электронной индикации и сигнализации, пилотажный комплекс вертолета, пилотажно-навигационную аппаратуру, систему управления общевертолетным оборудованием, информационный комплекс высотно-скоростных параметров, пульты управления общевертолетным оборудованием, систему регулирования внутрикабинного освещения, интегрированную систему резервных приборов, ответчик системы управления воздушным движением, малогабаритную систему сбора и регистрации, комплекс средств связи, генератор цифровых карт, метеонавигационную радиолокационную систему, систему раннего предупреждения близости земли, бортовую систему диагностики вертолета, комплект внутреннего светотехнического и светосигнального оборудования, пульты-вычислители навигационные, аварийные спасательные радиомаяки, систему табло аварийной и уведомляющей сигнализации, основной канал информационного обмена, аудиоканал информационного обмена. Достигается расширение эксплуатационных возможностей, повышение безопасности пилотирования и эффективности применения вертолета, повышение надежности работы комплекса. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Информационно-управляющая система робототехнического комплекса боевого применения // 2523874

Изобретение относится к средствам информационного обмена и управления. Информационно-управляющая система робототехнического комплекса содержит магистрали обмена, датчики и вычислительную систему. Информационно-управляющие потоки робототехнического комплекса разделены на каналы обмена и управления первого уровня: канал обмена и управления информационно-вычислительной системы роботизированной транспортной платформы с пунктом дистанционного управления, включающий каналы обмена второго уровня, и канал обмена и управления вычислительного ядра блока управления, размещенного на пункте дистанционного управления, с вычислительным ядром поворотной платформы, размещенной на роботизированной транспортной платформе и оснащенной системой вооружения, включающий в себя каналы обмена второго уровня. Информационно-управляющая система робототехнического комплекса боевого применения обладает достаточной пропускной способностью проводных и радиоканалов, связывающих внутренние и внешние устройства между собой, и обеспечивает высокую точность определения навигационных параметров, высокую степень автоматизации и быстродействия процесса обработки информации. 2 ил.

Многофункциональный тяжелый транспортный вертолет круглосуточного действия, комплекс бортового радиоэлектронного оборудования, используемый на данном вертолете // 2524276

Многофункциональный тяжелый транспортный вертолет круглосуточного действия содержит фюзеляж с силовой установкой, общевертолетное оборудование, средства механизации вертолета, органы оперативного управления. Кабина выполнена разделенной перегородкой с дверью на две части - кабину экипажа, рассчитанную на двух членов экипажа, в передней части которой расположена панель для установки радиоэлектронного оборудования, а в задней - дополнительное откидное кресло, и кабину сопровождающих. Внутрикабинная перегородка выполнена в виде закрытой этажерки с технологическими лючками, в которой располагаются блоки приборного оборудования. Комплекс бортового радиоэлектронного оборудования включает комплекс навигационно-пилотажных средств, систему управления вертолетом и силовой установкой, комплекс средств радиосвязи, аппаратуру государственного опознавания, блок коммутации, бортовой комплекс обороны, бортовую метеорадиолокационную станцию, систему раннего предупреждения близости земли, бортовую телевизионную установку, бортовую систему контроля, систему резервных приборов, пять многофункциональных индикаторов, многофункциональный пульт, внешнее запоминающее устройство и бортовую вычислительную систему. Обеспечивается снижение эксплуатационных расходов и существенное расширение функциональных возможностей вертолета. 2 н. и 1 з.п ф-лы, 1 ил.

Способ и бортовая система обеспечения минимумов дистанций продольного эшелонирования по условиям турбулентности вихревого следа // 2525167

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в бортовых системах продольного эшелонирования самолетов. Технический результат - повышение безопасности. Для этого обеспечивают нормативно установленные минимумы дистанций продольного эшелонирования при выполнении полета второго самолета за первым самолетом при взлете или посадке их на одну полосу или на две близко расположенные параллельные полосы или при полете друг за другом на близких уровнях по высоте в условиях риска возможного присутствия турбулентности вихревого следа первого самолета по курсу движения второго самолета. При этом осуществляют непрерывный контроль уровня вихревой безопасности полета второго самолета в окружающей его буферной зоне, выбранной по курсу самолета вне нормативного минимума с учетом времени реагирования пилота и системы управления второго самолета на команду изменения скорости его движения. 2 н. и 10 з.п.ф-лы, 2 ил.

Комплексная корреляционно-экстремальная навигационная система // 2525601

Изобретение относится к авиационному приборостроению. Предложенная комплексная корреляционно-экстремальная навигационная система (КЭНС) предназначена для обеспечения автономной высокоточной коррекции на основе использования информации о нескольких поверхностных физических полях Земли, полученной датчиками технического зрения. В состав комплексной КЭНС входят инерциальная навигационная система, инфракрасный (ИК) радиометр, радиолокационная станция (РЛС), преобразователь сигналов, бортовая цифровая вычислительная машина, Блок формирования комплексного текущего изображения (ТИ), Блок пороговой обработки ТИ, Блок хранения данных и Блок формирования эталонного изображения. Данная комплексная КЭНС позволяет снизить объем хранения эталонной информации, снять ограничения на выбор участков кадровой коррекции и сократить время расчетов, что в целом обеспечивает возможность проведения непрерывной коррекции и повышение точности навигации. Предложенные в комплексной КЭНС подходы позволяют использовать помимо ИК-радиометра и РЛС датчики технического зрения, работающие в любом спектральном диапазоне, в том числе оптико-электронные системы и лазерные локаторы (лидары).

Система управления общесамолетным оборудованием // 2528127

Изобретение относится к авиационной технике и предназначено для использования в управлении летательными аппаратами, в том числе пассажирскими самолетами. Система управления общесамолетным оборудованием содержит панели управления, систему связи, компьютеры, блоки защиты и коммутации постоянного и переменного электрического тока, блоки преобразования сигналов. Изобретение улучшает контролепригодность, повышает надежность и эффективность использования самолета, сокращает расходы на техническое обслуживание и ремонт. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ подготовки инерциальной навигационной системы к полету // 2529757

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может найти применение в составе комплексов навигационно-пилотажного оборудования летательных аппаратов (ЛА). Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого осуществляют совмещение процесса начальной выставки инерциальной навигационной системы (ИНС) и процесса выруливания на взлетно-посадочную полосу (ВПП). При этом начальную выставку ИНС начинают в режиме наземной выставки, а сразу после достижения минимально достаточных характеристик ИНС начинают движение ЛА на взлет, продолжая начальную выставку ИНС в режиме выставки на корабле. Полный набор параметров, подаваемый на вход ИНС при выставке на корабле, определяют с помощью самой ИНС и спутниковой навигационной системы (СНС) ЛА и подменяют на входе ИНС. При отказе или отсутствии данных от СНС, после начала движения ЛА на взлет, начальную выставку ИНС продолжают только во время возможных остановок ЛА, приостанавливая ее во время движения ЛА. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство для отображения критической и второстепенной информации и летательный аппарат, содержащий такое устройство // 2530217

Изобретения относится к устройству для отображения критической и второстепенной информации, установленному в кабине экипажа летательного аппарата. Техническим результатом является повышение скорости обработки и отображения полетной информации в реальном времени. Устройство отображения информации (2) содержит первый блок (6.1) обработки и второй блок (6.2) обработки, подключенные, по меньшей мере, к одному источнику информации (3, 4, 5), причем первый блок обработки также соединен с блоком (7) отображения и со вторым блоком обработки; первый блок обработки и второй блок обработки содержат каждый компьютер (9.1, 9.2) и запоминающее устройство (11.1, 11.2); компьютер второго блока обработки может формировать изображение для отображения на блоке отображения и передавать его на компьютер первого блока обработки, который может изменять указанное изображение посредством введения в него информации из источника информации, и передавать измененное изображение на блок отображения. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Информационно-вычислительная система дистанционно-управляемого подвижного объекта // 2532603

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к бортовым информационно-вычислительным системам (ИВС) и устройствам, обеспечивающим решение задач управления движением дистанционно-управляемых подвижных объектов, реализацию задач навигации и топопривязки, представление индикационно-управляющих параметров в реальном текущем времени. Технический результат - расширение функциональных возможностей за счет интеллектуального аппаратного обеспечения. Для этого ИВС дистанционно-управляемого подвижного объекта состоит из двух бортовых цифровых вычислительных машин в виде промышленных одноплатных компьютеров. При этом первый компьютер связан с одноплатной платформой, сформированной на базе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС), которая в свою очередь связана с управляющими каналами правого и левого рулевого механизма (ПРМ и ЛРМ), коробки переключения передач (КПП), рычага газа (РГ), с информационными каналами инерциальной системы ориентации в пространстве (ИСОП), спутниковой навигационной системы (СНС), одометрическими и ультразвуковыми датчиками (ОД и УЗД), а также с аппаратными средствами подвижного объекта: тахометром (Т) и спидометром (С). 1 ил.

Способ инерциально-спутниковой навигации летательных аппаратов // 2536768

Изобретение относится к области навигации летательных аппаратов (ЛА) с использованием комплексного способа навигации, функционально объединяющего инерциальный способ навигации и спутниковый способ навигации, и может быть использовано при осуществлении навигации ЛА, в том числе навигации высокодинамичных ЛА в сложных навигационных условиях, характеризующихся повышенным уровнем изменчивости состава рабочего созвездия навигационных спутников. Способ состоит в том, что между входной и выходной обработками данных инерциальных датчиков и спутникового приемника с использованием для комплексной обработки фильтра Калмана производят промежуточную обработку, учитывающую ориентацию ЛА в пространстве. Она включает: формирование данных рабочего созвездия на основе уточненного положения ЛА и информации об ориентации ЛА, альманахе спутников, диаграмме направленности антенны спутникового приемника, а также формирование корреляционной матрицы ошибок измерений спутникового приемника на основе данных рабочего созвездия спутников. Предложен вариант способа, в котором в промежуточной обработке проводят выбор рабочего созвездия спутников, формирование векторов направления на спутники, определяют весовые коэффициенты спутников, сопоставляя направления на спутники и диаграмму направленности антенны спутникового приемника, и формируют корреляционную матрицу ошибок спутникового способа с учетом весовых коэффициентов и отношений сигнал/шум для спутников рабочего созвездия. Предложен вариант способа с целевым управлением поиском рабочего созвездия спутников. Результатом использования способа является оценивание координат ЛА с большей точностью и непрерывностью. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.