Способ измерения магнитного курса судна в высоких широтах и устройство для его реализации

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано в высокоширотных магнитных компасах, имеющих погрешность на качке от воздействия на магниточувствительный элемент (МЧЭ) компаса вертикальной составляющей магнитного поля Земли, оборудованных устройствами дистанционной передачи информации о курсе. Способ заключается в том, что вырабатывают сигнал, состоящий из магнитного курса Км, угла рыскания γp и систематической погрешности δp от проекции вертикальной составляющей земного магнетизма, затем с помощью датчика угловой скорости (ДУС) с вертикальной осью чувствительности, установленного на котелке компаса, вырабатывают сигнал, пропорциональный угловой скорости изменения магнитного курса и рыскания с погрешностью и коэффициентом передачи КДУС. Сигнал ДУС интегрируется и вычитается из сигнала датчика магнитного курса (ДМК) с целью выработки сигнала погрешности δp от влияния проекции вертикальной составляющей земного магнетизма на качке. При этом в результатах обработки присутствует постоянная составляющая от погрешности ΔДУС (проинтегрированный дрейф), которая фильтруется фильтром высоких частот с постоянной времени T2 больше периода качки, после чего из сигнала ДМК вычитается сигнал, пропорциональный вертикальной составляющей земного магнетизма δp. Устройство реализует предложенный способ и состоит из датчика магнитного курса ДМК, включающего картушку с МЧЭ и преобразователь курсовой для выработки электрического сигнала о курсе, расположенные в котелке, на котором установлен ДУС. ДМК закреплен в кардановом подвесе, кроме того, устройство имеет выносной индикатор с вычислительным устройством. Технический результат - уменьшение погрешности магнитного компаса на качке, величина которой является значительной в высоких широтах. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано в высокоширотных магнитных компасах, оборудованных устройствами дистанционной передачи информации о курсе.

Известны дистанционные магнитные компасы, содержащие корпус, заполненный демпфирующей жидкостью, картушку с магнитным чувствительным элементом (далее - МЧЭ), установленную на опоре, индукционный преобразователь, размещенный в магнитном поле МЧЭ, девиационный прибор, содержащий компенсатор полукруговой девиации компаса, и электромеханическую дистанционную передачу, например, магнитные компасы "Сектор" ["Магнитные компасы", В.П. Кожухов, В.В. Воронов, В.В. Григорьев // М.: Транспорт, 1981, стр. 173-180] и КМ145-С ["Современные судовые магнитные компасы" Л.А. Кардашинский-Брауде // С-Пб.:, Изд. ГНЦ РФ ЦНИИ "Электроприбор", 1999, стр. 60-62]. К недостаткам способа измерения магнитного курса, реализуемого в этих компасах относится значительная систематическая погрешность δp их показаний на качке при работе в высоких широтах, вызванная действием в плоскости диска картушки с МЧЭ проекции вертикальной составляющей земного магнетизма, выражаемой формулой ["Магнитно-компасное дело" Н.Ю. Рыбалтовский // Государственное издательство водного транспорта, Л., 1954, стр. 441]:

где h - высота картушки компаса над осью качаний судна;

- длина маятника с периодом колебания, соответствующим периоду колебаний судна;

i - угол поперечного крена судна;

θ - магнитное наклонение (угол между вертикальной и горизонтальной составляющей вектора магнитного поля Земли);

k - магнитный курс судна.

За прототип устройства, описанного в изобретении, принят компас КМ145-С.

Решаемая техническая проблема - разработка способа компенсации систематической погрешности δp компаса на качке (далее - погрешности δp), вызванной действием в плоскости диска картушки с МЧЭ проекции вертикальной составляющей земного магнетизма и совершенствование конструкции магнитного компаса (далее - компаса).

Технический результат - уменьшение погрешности магнитного компаса на качке, в том числе в высоких широтах.

Реализация предлагаемого способа и устройства достигается путем дополнительной установки на котелок магнитного компаса, закрепленного в кардановом подвесе, датчика угловой скорости (далее - ДУС) с вертикальной осью чувствительности, что способствует выработке мгновенных значений магнитного курса путем интегрирования сигнала ДУС, свободного от погрешности δp., а затем и сигнала погрешности δp компаса на качке. Указанный сигнал погрешности δp. определяется как разница мгновенных значений магнитного курса, полученных от датчика магнитного курса компаса, и выработанных путем преобразований мгновенных значений результатов измерений ДУС. Для достижения технического результата полученное значение погрешности δp вычитается из результатов измерений датчика магнитного курса магнитного компаса (далее - ДМК) и передается на выносной индикатор.

На фиг. 1 показана блок - схема выработки измерительных сигналов и их обработки в вычислительном устройстве, работающем на основе предлагаемого способа.

Предлагаемый способ заключается в следующем:

1. Выработка с помощью ДМК сигнала о мгновенных значениях курса в горизонтной системе координат, состоящего из магнитного курса Км, угла рыскания γp, и погрешности δp.

2. Выработка с помощью ДУС с вертикальной осью чувствительности, установленного в горизонтной системе координат на котелке компаса, сигнала угловой скорости изменения курса, состоящего из угловых скоростей изменения курса и рыскания , а также погрешности ДУС, характеризуемой его дрейфом. Указанное мгновенное значение сигнала угловой скорости вырабатывается с коэффициентом передачи КДУС.

3. Интегрирование сигнала ДУС с постоянной времени Т1 и формирование на выходе интегратора сигнала, состоящего из магнитного курса Км, угла рыскания γp, и постоянного значения погрешности ΔДУС.. При выполнении вычислений значение Т1 выбирается исходя из задачи исключения погрешности от скорости дрейфа .

4. Вычисление разности между выходными сигналами ДМК и интегратора с целью формирования сигнала, состоящего из погрешности δp и погрешности ΔДУС.

5. Фильтрация значения погрешности ΔДУС с помощью фильтра высоких частот производится с постоянной времени T2, величина которой принимается больше периода качки.

Коэффициенты K1 и K2 выбираются исходя из масштабных коэффициентов ДМК и ДУС, p - оператор дифференцирования.

1 - интегратор, 2 - фильтр высоких частот

6. Исключение из измеряемых мгновенных значений магнитного курса погрешности δp производится путем вычисления разности между выходным сигналом ДМК и сигналом с выхода фильтра высоких частот, пропорциональным погрешности δp. Передача откорректированного значения магнитного курса выполняется на выносной индикатор.

Предлагаемое для реализации способа устройство содержит: датчик магнитного курса, установленный в котелке магнитного компаса, закрепленном к нактоузу с помощью двухстепенного карданного подвеса, и выносной индикатор с вычислительным устройством. При этом ДМК включает картушку с МЧЭ и преобразователь курсовой для выработки электрического сигнала о курсе. На котелке компаса установлен ДУС с вертикальной осью чувствительности.

Устройство работает следующим образом:

ДМК вырабатывает сигнал мгновенного значения магнитного курса, состоящий из магнитного курса Км, угла рыскания γp и погрешности от проекции вертикальной составляющей земного магнетизма δp., который подается на вход вычислительного устройства. ДУС с вертикальной осью чувствительности, установленный на котелке компаса, вырабатывает сигнал, пропорциональный угловой скорости изменения курса и рыскания с погрешностью и коэффициентом передачи КДУС, который также подается на вход вычислительного устройства. В вычислительном устройстве сигнал ДУС интегрируется и формируется сигнал, пропорциональный сумме значений KMpДУС, который вычитается из сигнала ДМК. Оставшееся значение δpДУС подается на вход фильтра высоких частот, с выхода которого формируется сигнал, пропорциональный погрешности δp. Полученный сигнал погрешности δp вычитается из сигнала ДМК и подается на выносной индикатор.

Полученные на основе компьютерного моделирования результаты подтверждают возможность корректировки результатов измерений мгновенного значения магнитного курса за счет компенсации в нем погрешности от вертикальной составляющей земного магнетизма, возникающей на качке, не менее чем в десять раз, что позволяет использовать магнитный компас при плавании судов до 84° северной широты. Таким образом, заявленный технический результат достигнут. В настоящее время изготавливается опытный образец компаса.

1. Способ измерения мгновенного значения магнитного курса судна на качке при воздействии на магниточувствительный элемент (МЧЭ) компаса вертикальной составляющей магнитного поля Земли, заключающийся в выработке датчиком магнитного курса (ДМК) сигнала о магнитном курсе, состоящего из магнитного курса Км, угла рыскания γр и погрешности δр, отличающийся тем, что с помощью датчика угловой скорости (ДУС) с вертикальной осью чувствительности, установленного в горизонтной системе координат на котелке компаса, вырабатывается сигнал угловой скорости изменения курса с коэффициентом передачи КДУС, состоящий из угловых скоростей изменения курса , рыскания и погрешности ДУС, характеризуемой его дрейфом, сигнал ДУС интегрируется и на выходе интегратора формируется сигнал, состоящий из магнитного курса Км, угла рыскания γр и постоянного значения погрешности ΔДУС, вычисляется разность между выходными сигналами ДМК и интегратора для формирования сигнала, состоящего из погрешности δр и погрешности ΔДУС, осуществляется фильтрация значения погрешности ΔДУС с помощью фильтра высоких частот, на выходе фильтра высоких частот формируется сигнал, пропорциональный погрешности δр, затем производится вычисление разности между выходным сигналом ДМК и погрешностью δр, откорректированное значение магнитного курса передается на выносной индикатор.

2. Устройство для реализации способа измерения мгновенного значения магнитного курса судна на качке в высоких широтах, состоящее из датчика магнитного курса (ДМК), включающего картушку с МЧЭ и преобразователь курсовой, расположенного в котелке магнитного компаса, закрепленном к нактоузу с помощью карданового подвеса, и выносного индикатора с вычислительным устройством, отличающееся тем, что на котелок компаса устанавливается датчик угловой скорости с вертикальной осью чувствительности, сигнал угловой скорости изменения курса с которого поступает в вычислительное устройство, а с вычислительного устройства на выносной индикатор передается значение магнитного курса без погрешности от вертикальной составляющей земного магнетизма, возникающей на качке.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к навигационному приборостроению и может быть использована для построения навигационных автономных магнитных компасов. Измерение магнитного курса подвижного объекта осуществляется по значениям выходных сигналов одного феррозонда, первый и второй пермаллоевые сердечники которого с обмотками возбуждения и, соответственно, с первой и второй сигнальными обмотками расположены под углом друг к другу, при этом обмотки возбуждения феррозонда питают от генератора однополярных импульсов, знак полярности которых меняют в соответствии с направлением вектора измеряемого магнитного поля, причем номера выходных сигналов, соответствующие номерам выходных обмоток, знаки их полярности и отношение амплитуд определяют один из четырех секторов измеряемого магнитного курса, а отношение амплитуд выходных сигналов внутри сектора определяет магнитный курс.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к индукционным магнитным компасам. .

Изобретение относится к области навигационного приборостроения. .

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к компонентным датчикам магнитного поля (магнитометрам) и устройствам для определения ориентации движущихся объектов относительно геомагнитного поля.

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано в измерительных системах, определяющих местоположение подвижных объектов.

Изобретение относится к навигационному приборостроению и может быть использовано для определения ориентации объекта по отношению к магнитному полю Земли. .

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, к компонентным датчикам магнитного поля Земли. .

Изобретение относится к океанографическим измерениям. .

Изобретение относится к средствам навигации и пространственной ориентации объектов в магнитном поле земли, в частности к дистанционным компасам, Целью изобретения является повышение точности путем учета дееиационных поправок и магнитного склонения.

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано в высокоширотных магнитных компасах, имеющих погрешность на качке от воздействия на магниточувствительный элемент компаса вертикальной составляющей магнитного поля Земли, оборудованных устройствами дистанционной передачи информации о курсе. Способ заключается в том, что вырабатывают сигнал, состоящий из магнитного курса Км, угла рыскания γp и систематической погрешности δp от проекции вертикальной составляющей земного магнетизма, затем с помощью датчика угловой скорости с вертикальной осью чувствительности, установленного на котелке компаса, вырабатывают сигнал, пропорциональный угловой скорости изменения магнитного курса и рыскания с погрешностью и коэффициентом передачи КДУС. Сигнал ДУС интегрируется и вычитается из сигнала датчика магнитного курса с целью выработки сигнала погрешности δp от влияния проекции вертикальной составляющей земного магнетизма на качке. При этом в результатах обработки присутствует постоянная составляющая от погрешности ΔДУС, которая фильтруется фильтром высоких частот с постоянной времени T2 больше периода качки, после чего из сигнала ДМК вычитается сигнал, пропорциональный вертикальной составляющей земного магнетизма δp. Устройство реализует предложенный способ и состоит из датчика магнитного курса ДМК, включающего картушку с МЧЭ и преобразователь курсовой для выработки электрического сигнала о курсе, расположенные в котелке, на котором установлен ДУС. ДМК закреплен в кардановом подвесе, кроме того, устройство имеет выносной индикатор с вычислительным устройством. Технический результат - уменьшение погрешности магнитного компаса на качке, величина которой является значительной в высоких широтах. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх