Способ отладки бортового гравитационного градиентометра

СОГОЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУВГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР тГОСПАТЕН тгт ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ авторско идетсльст соизностьшествита о по- тапь- нуля ар(56) Авторское свидетельство СССР И 195198,кл Сг 018 13/00, 1966Авторское свидетельство СССР М 1517582,кл. т.г 01 Ч 1 Э/00, 1988(54) СПОСОБ ОТЛАДКИ БОРТОВОГО ГРАВИТАЦИОННОГО ГРАДИГНТОМЕТРА(57) Использование гравиметрия, в частности длизмерения бортовым измерителем вторых иводных гравитационного потенцидла Сушусовершенствована процедура измерениякомпонент тензора вторых производных грдционного потенциала и компенсации в еглезном сигнале методи еских и инструменньх погрешностей, обусловленных дрейфом(51) 6 б 01 У 13/ОО гравитационными помехами о 1," зсс бортового носителя и их перердспределс ия а тд;с е влиянием системдти еских дестабилизирующих факторов Во врсмя дви кения бортового носителя в процессе обработки сигналов, пропорциональных вектору измерсний суммируют сигналы акселерометров г сигндлдми пролорциондльными значениям интеграла от вторых производных гравитационного потснцидл. поступающими с ВЫХОДД ГРДДИЕНтСЛ ЕтРД, ПО П РДЦГЕН 1 ЯЛ ПРОСТ- рднственных коордичдт бортового носителя для заданного интервала времени 1 нтв рисовдния годдвдел, х от вьчислителтт п.чю;д,к-ндгиг,1- ционного комплекса бортового нс:ителя, сигналы которого пропорциональны тдюкс текущим значениям ндвигдциочных и кинемд,югких параметров бортового носителя 6 ил 1 тдбпзначения вектора силы притяжения цас и дапоминание его в ЗУ 20, 1.3, - операцию измерений изапоминания в ЗУ 20 значений начальных углов ориентации г, )0, уо БН 2 относительно платформенной системы ко ординат ГСП 3; 1,4, - операцию синхронных по времени измерений направлений гравитационной вертикали на момент времени 11 с временем осреднения Т,с акселероградиентометрическим и градиентометрическим 10 методом. При этом сигналы от вычислителя ПНК 6 поступают через БУ 8 на ЗУ 20 и дополнительный умножитель 21, где перемножаются с сигналами, пропорциональными тензору вторых производных 15 гравитационного потенциала Т(1), поступающими от БГГ 5 через БУ 8 и БОСГ 13. Затем произведения сигналов Т(т)4 т) поступают на дополнительный интегратор 22 и подаются ча сумматор 23, в котором складываются с 20 сигналами, пропорциональными 9,0, полученным с в результате предыдущей процедуры 1.2 по сигналам от БА 4, прошедшими через БУ 8 и БОСА 12 и хранящимися в ЗУ 20. Суммарный сигнал от блока 23 поступает 25 последовательно через блоки 14, 6 на сумматор 17, на второй вход которого подаются сигналы, пропорциональные градиентометрическому направлению вертикали, полученные от БГГ 5 после последовательной 30 обработки в блоках 8, 13 и 15. Выходные сигналы сумматора 17 подаются через блоки 18 и 19 и запоминают в ЗУ 20 в функции времени измерений; 1.5 - операцию аналогичную, к; л и 1.4, выполняют в момент вре мени т 2заданным таймером 8 интервалом време и Лт-т 2-т 1;1,6 операциюопределения в ЦМ 11 величины дрейфа градиентомет з по двум каналал 1 его полезного сиг . а (Т 1 з и Т 2 з). Результаты определения 40 дрт йфов 01 и О 2 градиентометра фиксируют в ЗЧ 20. На этом цикл 1 процедуры отладки БГГ завершают.2 Второй цикл процдуры отладки гравитационного градиентометра по оп ределению поправок, обусловленных гравитационными помехами от л 1 асс бортового носителя включает следующие операции;2.1. - операцию поворота бортового чосителя 2 в заданном диапазоне углов отчо сительно ГСП Э (платформенной системы координат), которую выполняют по командам таймера 9.2,2 - операцию горизонтирования и выставки ГСП 3, которая включает по коман дам таймера 9 вышеуказанные действия (см, операцию 1,1),2.3. - операцию измерсния и запоминания в ЗУ 20 для соответствующего момента времени 11 осредненных значений углов й Й Я 0=3, 4, ., п, где п ) 6) поворота бортового носителя 2 относительно ГСП 3;2.4. - операцию синхронных по времени измерений в блоке акселерометров 4 и блоке градиентометра 5 в момент времени 11 с временем осреднения Тс, которая выполняется аналогично операции 1,4.Операции 2,1-2,4 выполняют для значений )=3, 4 п, где п6, 2.5, - операцию определения в ЦВМ 11 величин гравитационных помех, Результаты определения поправок ЛТк фиксируют в ЗУ 20. 2.6. - операцию по определен ю поправок от перераспределения масс бортового носителя, например, вследствие изменения уровня топлива в баках, изменения конфигурации обьекта, т,е. обусловленных изменением кон, олируемых переменных, определяющих состояние масс, в бортовом носителе и их изменчивость (величина уровня жидкости в баках, интервал перемещения массы, угол отклонения штанг с массами и т.д.), При этом осуществляются операции 1 - 5 цикла 2 по командам таймера 9 для заданных значений контролируемых переменных. В результате получают поправки ЛТк, 1=1,2, .,6 как функции контролируемых переменных и фиксируют значения этих параметров в ЗУ 20. На этом цикл 2 процедуры отладки БГГ заканчивается, 3, Третий цикл процедуры отладки гравитационного градиентометра по определению поправок за влияние систематических дестабилизирующих факторов Л(=1, 2) используют результаты синхронных измерений, проведенных в предыдущих циклах 1 и 2 отладки, в блоке акселерометров 4 и блоке гравитационного градиентометра 5, а также полученные в ЦВМ 11 значения дрейфов и гравитационных помех, Результаты определения поправок Лф=1, 2) фиксируют в ЗУ 20. На этом цикл 3 процедуры БГГ завершается,В результате выполнения вышеуказанных циклов процедуры отладки получают поправки градиентометрических наблюдений (дрейф и систематический фактор) по двум каналам, соответствующими градиентам Т 1 з и Трз и одновременно определяют величины гравитационных помех для всех 6 каналов градиентометра 5. 4. Четвертый цикл процедуры отладки гравитационного градиентометра по определению дрейфов и сигтематических факторов для остальных 4 каналов градиентометра заключается в следующем. Нужно повторить операции 3 - 6 первого цикла и цикл третий процедуры отладки градиентометра, При этом как в цикле два изменяют углы ориентации ГСП 3 отно22 1823661 21 Ошибки определения направления гравитационной вертикали акселероградиентометрическим методом, обусловленные погрешностями градиентометров, для различных интервалов перемещениясительно неподвижного БН 2 т.е. величины, обозначенные в операции 2 цикла 1 через по, фо, уо) с установленными на ней блоками акселерометров 4 и градиентометром 5, например, на фиксированную величину в 5 - 6 или 90 (в зависимости от конструктивного исполнения бортового гравитационного градиентометра), Результаты определения О и Л(1=3, 4, 5, 6) фиксируют в ЗУ 20. На этом цикл 4 процедуры отладки БГГ заканчивается,В результате выполнения циклов 1-4 процедуры отладки БГГ в ЗУ 20 хранится три основных типа поправок по каждому иэ шести каналов выходного полезного сигнала гравитационного градиентометра, В рабочем режиме измерений градиентометра 5 из его выходного сигнала на каждому из шести каналов в БУ вычитают сигналы, пропорциональные полученным поправкам, хранящимся в ЗУ 20, и затем подают к потребителю полезного сигнала градиентометра 10, например, инерциальную геодезическую систему и др.Точность определения поправок в заявленном способе обеспечивается в пределах 0,4 - 0,8 Е. Использование предлагаемого способа для коррекции сигналов современных бортовых гравитационных градиентометров различных конструкций позволило существенно увеличить точность и надежность измерений эа час работы в процессе движения бортового носителя эа счет компенсации инструментальных и методических погрешностей с уровня в 40 - 60 Е доуровня 0,9-2,2 Е, т.е. в 30-40 раэ улучшаетсяотношение сигнал/шум,5 Использование предлагаемого способаотладки бортового гравитационного градиентометра обеспечивает по сравнению с существующими известными способамиотладки следующие преимущества:10 осуществлять компенсацию инструментальных и методических погрешностей градиентометра, обусловленных влияниемдрейфа нуля, гравитационными помехамиот масс бортового носителя и систематиче 15 ских факторов непосредственно в процесседвижения, что в целом приводит к увеличению отношения сигнал/шум в выходном полезном сигнале градиентометра в 30 - 40раз. Таким образом увеличивается точность20 и надежность измерений гравитационногоградиентометра при соотношении сигнал/помеха большим и близким к единице;достигать вследствие высокой точностии помехоэащищенности заявленного спосо 25 ба отладки бортовых гравитационных градиентометров значительного увеличенияпроизводительности и оперативности проведения гравитационно-градиентной сьемки для создания, например, местных30 геодезических построений, определения текущих значений уклонений отвесной линии,а также для решения геофизических и гидрографических проблем и др,О 18 Формула изобретения СПОСОБ ОТЛАДКИ БОР 1 ОВОГО ГРАВИТАЦИОННОГО ГРАДИЕНТОМЕТРА, включающий измерение бортовым гравитационным градиентометром шести независимых компонент тензора вторых производных гравитационного потенциала и компенсацию методических инструментальных погрешностей, обусловленных дрейфом нуля, гравитационными помехами от масс бортового носителя и их перераспределения, а также влиянием систематических дестабилизирующих факторов, путем обработки измерений разности направлений гравитационной вертикали по синхронным по времени сигналам акселерометров и градиентометра, установленных на одной гидро- стабилизированной платформе при раз 23661 14личных ориентациях бортового носителя относительно гидростабилизированной платформы и поворотах на заданные углы гиростабилизированной платформы относительно бортового носителя, отли чающийся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, отладка бортового гравитационного градиентометра осуществляется во время движения бортового носителя, а сигналы акселерометров суммируют с сигналами, пропорциональными значениям интеграла от вторых производных гравитационного потенциала, по прираще ниям пространственных координат бортового носителя для заданного интервала времени интегрирования, определяемым пилотажно - навигационным комплексом бортового носителя, 201823661 рыюоехтелв матраца ТСЕ) фЗ ЯЩ э вектор-столбец ГЕ) Охг ректор М. Керецман актор Г.Бельская Заказ 8 одписное изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 ставитель М.Васихред М Моргентал Тираж НПО "Поиск" 13035, Москва, Ж1823661 35 40 45 50 рументальных погрешностей измерения направления гравитационной вертикали по синхронным во времени сигналам, форми руемым акселероградиентометрическим иградиентометрическим каналами.Определение направления гравитационной вертикали в акселероградиентометрическом канале осуществляется следующим образом, Известно, что вектор Изобретение относится к гравиметрии, в частности к бортовым измерителям вторых производных гравитационного потенциала, например к измерителю тенэора вторых, производных,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и улучшение технико-эксплуатационных характеристик путем усовершенствования процедуры формирования разностных сигналов, пропорциональных дрейфу нуля и гравитационным помехам во время движения объекта,Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отладки бортового гравитационного градиентометра отличается от известного тем, что вектор измерения в процессе движения бортового носителя формируется на основе определения направления гравитационной вертикали путем интегрирования тенэора вторых производных гравитационного потенциала по маршруту движения с использованием в начальный момент времени результатов измерения направления силы притяжения с помощью акселерометров, при этом используются сигналы от пилотажно-навигационного комплекса, пропорциональные угловым скоростям и угловым ускорениям градиентометра от подвижного объекта для получения не- возмущенного угловыми движениями тензора вторых производных гравитационного потенциала. Сущность изобретения заключается в следующем. На бортовом носителе (объекте типа корабль, самолет, наземного или другого транспортного средства) устанавливают на одной гидростабилизированной платформе гравитационный градиентометр (типа ротационным бортовых гравитационных градиентометров или других) и блок трех одноосных акселерометров. Чувствительные оси акселерометров ориентируют параллельно гироплатформенной системе координат. Включают питание и выставляют гиростабилизированную платформу по азимуту и в горизонте по сигналам гироскопов и акселерометров. В пооцессе движения в бортовой ЦВ М вычисляют приращение к начальному направлению гравитационной вертикали вследствие перемещения бортового носителя и формируют текущее направление гравитационной вертикали. Причем вертикальное направление в начальный момент времени определяется по сигналам блока акселерометров. При этом иэ сигналов градиентометрических измерений вычитают помехи, обусловленные угловыми вращениями градиентометров, вызванные траекторными движениями бортового носителя и гиро 5 10 15 20 25 30 платформы, на которой установлены блок акселерометров и градиентометр. Помеху от углового ускорения учитывают путем использования операции формирования анти- симметричной части измеренного тензора, Симметричную составляющую измеренного тензора, связанную наличием помех от угловых скоростей вращения корпуса градиентометра, учитывают путем непосредственного измерения угловых скоростей с помощью гироскопов пилотажно-навигационного комплекса движущегося объекта, а также путем интегрирования сигналов, соответствующих антисимметричной части измеренного градиентометром тенэора. Таким образом получают акселероградиентометрическое направление гравитационной вертикали в текущей точке траектории движения объекта.Синхронно по времени производят определение градиентометрического направления гравитационной вертикали как собственного вектора тенэора вторых производных от геопотенциала для максимального собственного значения.В результате в заданные моменты времени определяют направление гравитационной вертикали синхронно акселероградиентометрическим и градиентометрическим каналами, Затем сравнивают между собой сигналы, пропорциональные измеренным направлениям гравитационной вертикали по двум каналам, Разность этих сигналов запоминают в ЦВМ в виде вектора измерений направлений гравитационной вертикали, который обрабатывают в ЦВМ с учетом времени измерений и углов поворота гиростабилиэированной платформы и бортового носителя, Определяют в конце каждой операции и всех процедуры отладки бортового гравитационного градиентометра поправки, пропорциональные сигналам компенсации за влияние дрейфа нуля, гравитационных помех и систематических дестабилизирующих факторов, по всем шести каналам выходного полезного сигнала,При этом физическойосновой заявленного способа отладки градиентометра является использование принципиальных и структурных отличий методических и инст-ю О -ю э 1 ю - ы О 2 1 гравитационного ускорения при перемещении иэ точки г в точку г вычисляется пофоомчле р(г)=д + ) Т(г)дг (1)огоЗдесь оо - вектор гравитационного ускорения в начальной точке, Сигналы, содержащие информацию о векторе оо, получаются от тройки взаимно ортогональных акселерометров. Тензор вторых производных Т(г) формируется в процессе движения бортового носителя из точки го в точку г с помощью гравитационного градиентометра любой конструктивной формы, Отсюда направление о гравитационной вертикали определяется как где о ) - модуль вектора гравитационного ускорения.Иэ работы следует, что результаты градиентометрических измерений Л содержит следующую информацию; Л=-Т+й(и)+й (ц) (3) где Т - тензор вторых производных гравитационного потенциала; Й(а) - антисимметричный тензор, составленный иэ компонент абсолютных условных ускорений корпуса гравитационного градиентометра, имеющий следующую структуру- антисимметричный тензор, составленный иэ компонент абсолютных угловых скоростей вращения корпуса гравитационного градиентометра Поскольку в выражении (3) Й(в) - антисимметричный тензор, а Т и Й (о - симметричные тензоры, то, представляя Лв виде симметричной (Л (и антисимметричной(Л( )частей,имеем(д) Л= - (Л+Л )=Т+йг(ы) 2 где Л - результат транспортирования тентзара Л Антисимметричная часть Л со(А)10 держит только информацию о в и ее можнопроинтегрировать ля определения в. Симметричная часть Л содержит тензор вторых производных от гравитационногопотенциала и центробежную составляющуюК которую можно определить на основеинтегрирования результат(ов определенияантисимметричной части Л, а также с исдпользованием непосредственных измерений угловой скорости вращения с помощьюгироскопов пилотажно-навигационногокомплекса, астрометрическими и другимисредствами.Определение направления гравитационной вертикали о градиентометрическомканале производится следующим образом,ц определяется как направление собственного вектора тензора Т вторых производныхгравитационного потенциала Земли, соответствующего его макси 1 иальному собственному значениюТц 0= Ц (4)где у ц=1, Здесь рредполагается, что по-тенциал притяжения Земли, как зто принятов теории гравитационного потенциала,удовлетворяет условию регулярности набесконечности.Физическая сущность определения цзаключается в следующем. Иэ анализа сил,действующих на физический маятник, следует, что положением его устойчивого равновесия является положение по вертикали,когда масса маятника находится ниже точкиподвеса, поскольку при любых достаточномалых возмущениях возникают гравитационные моменты, стремящиеся вернуть маятник в прежнее состояние по вертикали,Положением неустойчивого равновесия является его положение, когда чувствительнаямасса располагается на силовой линий выше точки подвеса,Для гантели положением устойчивогоравновесия также является положение повертикали, поскольку здесь при любых малых возмущениях возникают гравитационные моменты, стремящиеся вернуть гантельв прежнее состояние по вертикали, Горизонтальные направления являются положениями неустойчивого равновесия, так как любое малое возмущение приводит к воз 11123 бб 1дд от дц0дГ дГ и отсюда находим.- 9-: о д 1 1 т дг никновению гакого гравитационного момента, который будет удалять гантель от горизонтальной плоскости.Получим уравнение для определения положения устойчивого равновесия гантели 5 в поле гравитационных сил, Как следует из проведенного анализа, это положение совпадает с касательной к силовой линии. В этом положении гравитационный момент Л 1 действующий нэ гантель, равен нулю, Поэ тому необходимое условие равновесия математически представляется в видеМ=2 р Л 9, (5)Здесь р - радиус-вектор одной иэ масс относительно центра масс гантели; 15Лц - вектор соответствующего приращения силы притяжения, Имеют местоусло- вия рр =-сопв 1,выражающее постоянство глечэ гантели, и 20Лц=р 0,характеризующее невырожденность гравитационного поля Земли(для потенциала, регулярного на бесконечности это всегдаимеет место). Из выражения (5) с учетом 25выше приведенных условий следует, чтоЛ,=Лр,где А - коэффициент пропорциональности,Таким образом, приходим к собственной задаче для определения направления гравита- ЗОционной вергикалиТ 9 - .- Ь,где 9 9=1,Физический смысл собственного значения А, соответствующего собственному век- З 5тору и направлении вертикали заключаетсяв следующем, Вычислим производную отмодуля силы напряжения 191 по вектору г191 =9 9поэтому Здесь правую часть преобразуем с помощью (4) 45от Эя ся 1 э т отК - = - -р=Тя)=ЛКдГ дт./ Из выражения (6) имеем55т т,е, собственное число, соответствующее направлению гравитационной вертикали,характеризует максимальную скорость изменения модуля силы притяжения в пространстве, например, для Земли равно ЗОИОЕ, В соответствии с данными градиентометрических измерений аномальные значения вторых производных не превосходят нескольких десятков этвеш. Поэтому другие два собственные значения равны приблизительно - 1500 Е, При этом целесообразно сделать следующее замечение. Из полученных результатов видно, что от гравитационного потенциала Земли как функции координаты исследуемой точки требуется существование ненулевого тензора вторых производных. В случае нарушения этого маятниковая вертикаль не будет совпадать с гантельной вертикалью.Действительно, рассмотренная выше физическая картина равновесия гантели либо в однородном поле гравитационных сил, либо в поле, имеющем однородную составляющую, не является справедливой. Это обусловлено тсм, что гантель в принципе не реагирует на однородное поле (или на однородную часть поля). Но в соответствии с теорией ньютоновского гравитационного потенциала однородность поля (или его составляющей) в какой-то области пространства приводит к однородности поля во всем пространстве, не занятом притягивающими массами, т,е, к нарушению требования регулярности гравитационного потенциала Земли, как это принято, на бесконечности.Точность определения направления гравитационной вертикали, обусловленная погрешностями используемых акселерсчетров и градиентометров, может быть получена из следующих выражений, получающихся варьированием (1), (2) и (4), полагая для определенности, что перемещение бортового носителя происходит по прямой линии, и элементы тензора при этом можно считать постоянными. Отсюда для горизонтальной составляющей гравитационного ускорения имеем91=9 юТ 1 хследовательно,Л 91= Л 9 ю+ ЛТ 11 х 1+Т 11 Лх 1 (7) Результаты расчетов по формуле (7) представлены в таблице. Из таблицы видно, что ошибка определения текущего направления гравитационной вертикали в процессе движения бортового носителя определяется величиной погрешности градиентометра (глетодической и инструментальной) и величиной приращения пространственных координат носителя. Например. при приращениях координат до 5 км, можно формировать направление гравитационной вертикали с точностью на уровне5 угл.с даже при использовании градиентометров с ошибками до 50 Е. Это позволяет испол ьзов ать а кселероградиентометрический метод для формирования эталонного направления гравитационной вертикали, 5В соответствии с выражением (3) для результатов непосредственных градиентометрических измерений следует, что поскольку симметричная часть измеренного тенэора содержит только центробежную со О ставляющую, то погрешность измерений в 1 Е соответствует ошибке определения угловой скорости величиной 6 в . Учитывая,оччто точность применяемых гироскопов ха рактериэуется значениями уходов в диапазоне(1,2-0,34) 10 - . то соответствующая-г очпогрешность формирования течзора вторых производных от геопотенциала соста вит (0,2 - 0,06) 10 Е, т.е. является малой величиной.Точность определения направления гравитационной вертикали в начальной точке можно получить иэ следующего выраже нияд Яа = е / 1. 9 1 (1=1; 2) (8) где д Яа - погрешность определения направления гравитационной вертикали по сигналам от горизонтальных акселеромет ров;1 9 1 - модуль ускорения силы тяжести, Полагая в (8) ц равным (2 - 20)10 19 1 или 2 - 20 мТал, получим точность определения направления гравитационной вертикали 35о 2-20 и ГалВд -- О, 42-4, 2 угл. с.а 1 980000 и ГалПри этом погрешность определения направления гравитационной вертикали в на чальной точке с помощью акселерометров, обусловленная влиянием масс бортового носителя массой в десятки и сотни тонн, не превышает нескольких сотых угловой секунды, 45Следует отметить, что влияние гравитационных помех от масс бортового носителя и их перераспределения может достигать 30-50 этвеш, Отсюда в соответствии с результатами расчетов по формуле (8) и табл, 50 1 для ЛТ 1=50 Е и ЛХ 1=100 м максимальная суммарная ошибка определения направления гравитационной вертикали акселероградиентометрическим методом для приращений координат по 5 км составит 55Ч0,42 +5,25 +3,15=. Точность определения направления гравитац;гончой вертикали грвдиентометрическим методом можно получить, варьируя выражение (4) в следующем видед Т 9 +- 9 Л д 9 + Л д Я (9) где д Т, д 9 д Л - вариации параметров формлы 4(д Т-Е д Л)9=(Т- Л Е) д 90д оТЯо (12) где Е - единичная матрица размером (ЗхЗ).Приведенные соотношения (12) справедливы в любой системе координат, В системе координат ОХХгХз, где ОХз направлена по местной гравитационной вертикали имеют место следующие соотно- шения 6 Т БТ БТг эдТ дТ ВТг гг гэдТ бТ бТ1 Э 2 Э ЭЭ ЬТ- 0 02о20-ц 0о0 0 2 ю2о где 19- мо ль скорения силы тяжести;ьо = 19 И г частота Шулера;1 г - модуль радиуса-вектора от центра масс Земли до исследуемой точки пространства,Согласно уравнениям (12) в принятой системе координат ОХХгХэ получимЬТ 61 где 9 9=1 и 9 д 9-0Второй член формулы (11), поскольку он является скалярной величиной, преобразуется к виду9 д 9 =(9 д 9) дЯ ТЯ дЯ ДЯ 0 Таким образом, приходим к следующей системе уравнений для определения вариаций д 9 направления гравитационной вертикали при использовании градиентометрического метода40 45 50 Принимая в выражении (13) ошибку измерения градиентометром составляющих тензора вторых производных д Т 1 з и д Трз, например, равной 1 этвеш и 3 иь =4500г этвеш, получим точность определения направления вертикали градиентометрическим методом равнойо о=68 = -- = 45, Б Угл, с.1 2 4500 При этом погрешность определения направления гравитационной вертикали в грэдиентометрическом канале, обусловленная методическими погрешностями из-за влияния гравитационных помех от масс бортового носителя на уровне 50 этвеш может достигать примерно 38 угл,мин, Эта погрешность определения направления гравитационной вертикали, достигающая величины 38 угл,мин, градиентометрическим методом значительно превосходит максимальную погрешность формирования этого направления, равную 7,4 угл. с акселероградиентометрическим методом,В заявленном способе отладки бортового гравитационного градиентометра используются вышеуказанные отличия по точности и чувствительности к гравитационным помехам определений акселероградиентометрических и градиентометрических направлений гравитационной вертикали. Поэтому вектор измерений формируется в виде разности нэправлений гравитационной вертикали (акселероградиентометрической и градиентометрической), которая не зависит от характеристик аномального гравитационного поля Земли, поскольку при этом вычитается их общая часть, Действительно, согласно выражениям (7) и (13), а также результатам расчетов в таблице име- ем 71= д 9 Т - д 9 Т (14) где 1=1,2;д 9,Т - ошибка определения направления гравитационной вертикали акселерогрэдиентометрическим методом;д 9 Т= дТз/(3 во ) - ошибка определения направления гравитационной вертикали градиентометрическим методом, Учитывая в формуле (14), что члены д 9 Т по модулю малы (соответствующая погрешность определения величины д Тз акселероградиентометрическим методом для акселерометров точностью 20 х 10 6 9, ошибок градиентометров до 50 этвеш, погрешностей формирования координат местоположения до 100 м, приращений координат до 5 км составит -0,16 этвеш), и используя нормировку, сформируем сигнал 5 10 15 20 25 30 35 о составляющих вектора измерения в следующем виде:7= дТз (15) где 7=3 соь 7 (1=1, 2).Здесь необходимо отметить следующее. Решение задачи инерциэльной навигации сводится к анализу движения некоторой материальной точки (например, чувствительной массы пространственного акселерометра или приведенной точки в случае использования трех ортогональных одноосных акселерометров) единичной массы под действием известных сил, С одной стороны в качестве такой силы выступает реакция на эту точку со стороны некоторой пружины(механической, электрической, магнитной и т,д, в соответствии с конструктивными особенностями акселерометра), Эта реакция измеряется во время движения объекта, В качестве другой силы выступает гравитвционная сила притяжения 9, традиционно определяемая для указанной точки в бортовом вычислителе инерциальной навигационной системы при использовании математической модели гравитационного поля Земли,Для инерциальной системы с бортовым гравитационным градиентометром в процессе решения навигационной задачи необходимо для указанной точки (чувствительной массы пространственного акселерометра) сформировать тензор вторых производных гравитационного потенциала Земли и на ео основе вычислить вектор гравитационной силы притчкения в этой точке.В общем случ,е сформированный градиентометром;ензор является суммой следующих тензоров; тензора вторых производных гравитационного потенциала Земли, тензора вторых производных собственного гравитационного поля от масс бортового носителя, приведенного тензора инструментальных погрешностей градиентометра, тензора, обусловленного угловыми скоростями вращения грэдиентометра, и, наконец, тензора, связанного с ускоренным угловым движением градиентометра, Перечисленные тензоры нужно определить для указанной точки, например чувствительной массы пространственного акселерометра, с целью последующего удаления помех из сигналов измерений, При этом для отладки градиентометра используются структурные и спектральные отличия говедения различных составляющих ошибок измеренного градиентометром тензора. Выше было показано, как учитываются составляющие, связанные с вращательными движениями(угловыми скоростями вращения и угловыми ускорениями) Для учета влияния методических и инструментальных погрешностей используется тот факт, что компоненты вектора измерения 71 для 1=1, 2 (см. выражение) (15 будут по разному изменяться в зависимости от изменения углового положения бортового носителя относительно фиксированной в пространстве платформы с градиентометром и акселерометрами, а также в зависимости от разворотов платформы относительно вертикального направления для фиксированного углового положения бортового носителя,Составляющие помех в полезный сигнал. обусловленные угловой скоростью вращения и угловым ускорением, не зависят от месторасположения рассматриваемой точки и учет их был рассмотрен выше,Некоторая неопределенность знания положения чувствительной массы пространственного акселерометра при удалении методической и инструментальной составляющих помех в заявленном способе отладки компенсируются тем, что корректирующие измерения выполняются непосредственно в этой же самой точке с помощью акселерометра (или блока акселерометров),С другой стороны неопределенность вследствие использования измерителей, находящихся на некотором расстоянии друг от друга, обуславливает дополнительную методическую погрешность формирования сигналов измерений двух гравитационных вертикалей - вертикали, определяемой с помощью акселерометров, и вертикали, определяемой с помощью градиентометра. Учитывая, что изменение вертикали вследствие изменения гравитационного поля Земли для перемещений даже величиной 1 м равно сотым долям угловой секунды, то соответствующими ошибками из-за этого фактора в результатах наблюдений Ъ (=1, 2) можно также пренебречь,Вектор наблюдений (15) содержит в сигнале Ъ (1=1, 2) информацию о случайных и методических ошибках измерений вторых производных гравитационного потенциала. Поэтому сигналы являются функциями переменных, определяющих распределение ,масс бортового носителя, систематических дестабилизирующих факторов и дрейфов нуля градиентометра. Рассмотрим случай, когда масса бортового носителя постоянна, т.е, когда зафиксирована тем или иным образом конфигурация масс носителя, уровень его топлива и т.д. В этом случае величина гравитационных помех является функцией углов а, р, у, определяющих ориентацию гироплатформы с градиентомет ром и акселеп. метрами относительно корпуса бортового носителя. Дрейфы нуля градиентометра дают составляющие в сигналы 71, которые являются линейными функциями времени измерений, Влияние систематических дестабилизирующих факторов определяется в виде разности между сигналами вектора измерений и суммарной поправкой от гравитационных помех и дрейфов нуля градиентометраТаким образом, с учетом осреднения во времени результатов измерений (порядка нескольких секунд) для исключения высокочастотных помех формула (15) может быть представлена в следующем виде; 10 15 7=7(а,р,у) = ЛТ(а,/3, у)+Л+ЬТюл Л - систематические дестабилизирующиефакторы,О - дрейфы нуля градиентометра;Л Т - гравитационные помехи от массбортового носителя.Согласно изобретению, способ отладкибортового гравитационного градиентометраможет быть осуществлен с помощью устройства (фиг. 1), содержащего блок измерителейЗ 5 (БИ) 1, включающий бортовой носитель (БН)2, например, типа автомобильного и железнодорожного транспортного средства и другие,гиростабилизированную платформу (ГСП 3,на которой размещены; блок трех одноос 40 нь х акселерометров (БА 4 и бортовой гравитационны ы й градиентометр (Б ГГ) 5,измеряющий тензор вторых производныхгравитационного потенциала, вычислительпилотажно-навигационного комплекса45 (ВПНК) 6, выдающий текущие значения навигационных параметров бортового носителя (линейную скорость ч и координатыместоположения г) и его кинематические параметры (углы ориентации а (т), /3 (т) и (1)50 носителя Относительно системы координатГСП)Блок измерителей 1 связан дуплекснойсвязью с блоком формирования измерений(БФИ) 7, который содержит блок управления(БУ) 8, связанный с таймером 9, потребителем выходного полезного сигнала Тах и/с)10 градиентометра, например, типа инерциальной геодезической системы и другие, атакже с (ЦВМ) 11, которая включает: блок(17) г-ч; Ч-и+9; обработки сигналов акселерометров (БОСА) 1 г, блок обработки сигналов гравитационного градиентометра (БОСГ) 13, блок нормировки (БНР 1) 14, блок определения собственного вектора (БОСВ) 15 тензора вторых производных гравитационного потенциала, инвертор 16, сумматор 17, умно- житель 18, аналого-цифровой индикатор (АЦИ) 19 выходного полезного сигнаг градиентометра и запоминающее устройство (ЗУ) 20 цифровой вычислительной машины, дополнительный умножитель(ДУ) 21, дополнительный интегратор (ДИ) 22 и дополнительный сумматор (ДС) 23.При этом блок управления 8 связан первым выходом с первым входом блока обработки сигналов акселерометров 12, вторым вььходом - с первым входом блока обработки сигналов градиентометра 13, третьим ь: одом - с первым входом потребителя 10, первым входом - с выходом таймера 9, вторым входом мультиплексно связан с четвертым выходом запоминающего устройства - 20, третьим входом мул ьтиплексно связан с выходом вычислителя ПНК б и четвертым входом мультиплексно связан с выходом ГСП 3, БА 4 и БГГ 5,Первый выход запоминающего устройства 20 связан с вторым входом БОСА 12, второй выход запоминающего устройства 20 связан с входом сумматора 23, третий выход ЗУ 20 связан с входом умножителя 18, четвертый выход ЗУ 20 - с первым входом БОСВ 15, пятый выход ЗУ 20 - с вторым входом потребителя 10, шестой выход ЗУ - 20 с вторым входом БОСТ 13, седьмой выход ЗУ 20 - с входом умножителя 21, первый вход ЗУ 20 связан с выходом БОСА 12, второй вход - с выходом Б Н Р 1 14, третий вход - с выходом АЦИ 19, четвертый вход мультиплексно связан с БУ 8.Выход блока 13 последовательно связан через блоки 15, 17, 18, 19 с третьим входом ЗУ 20. Кроме того, выход блока 13 последовательно связан через блоки 21, 22, 23, 14, 16, 17, 18, 19 с третьим входом ЗУ 20,На фиг. 2 показана функциональная схема блока вычитателя ПНК, например, типа (8, 15), который реализует, в частности, следующий порядок получения сигналов, пропорциональных путевой линейной скорости бортового носителя ч, текущее значение ускорения силы тяжести 9, пространственные координаты К 1), а также углы ориентации бортового носителя относительно системы координат ГСП - а(1), ф(с) и у(т): 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 9=Тч 1.ох 9где ч=О-о г;п - кажущееся ускорение, которое измеряется блоком акселерометров;о - вектор угловой скорости вращения Земли, значение которого записано в ЗУ 20, в котором также записаны начальные значения Чо 9 о гоРаботает вычислитель ПНК следующим образом,Сигналы БГГ 5 поступают на сумматор 24, где измеренный тензор (Т) вторых производных гравитационного потенциала корректируется по 6 каналам эа влияние дрейфа нуля, гравитационных помех и систематических факторов по сигналам, пропорциональным этим поправкам, поступающих от ЗУ 20 через инвертор 38, Далее сигналы, пропорциональные измеренному тензору (Т) вторых производных гравитационного потенциала, поступают на умножитель 25, на второй вход которого поступают сигналы, пропорциональные линейной скорости ч(1) носителя относительно Земли, которые получают путем интегрирования показа 1 елей БА 4 в интеграторе 31 с учетом значения ускорения силы тяжести (9) в сумматоре 30 и начального значения линейной скорости (Оо) в сумматоре 28. Сигналы, пропорциональные произведению Тс умножителя 25, поступают на сумматор 26, на второй вход которого поступают сигналы от умножителя 29, осуществляющего векторное умножение вектора угловой скорости вращения Земли (о) на вектор 9, который поступает от сумматора 28, на первый вход которого подается сигнал от ЗУ 20 с параметрами, пропорциональными начальному значению 9 о, а на втоРой вход - сигналы от интегратора 27, осуществляющего интегрирование сигналов. поступающих с сумматора 26. Сигналы от сумматора 32 поступают последовательно на интегратор 33 и сумматор 34, на в,;од которого от ЗУ 20 поступают начальные значения координат носителя (го), С выхода сумматора 34 сигналы последовательно проходят через блоки 35, 36 и 37, с помощью которых формируются сигналы, пропорциональные линейной скорости относительно Земли, На инвертор 36 поступают сигналы от умножителя 35, осуществляющего векторное умножение вектора угловой скорости вращения Земли (ц) на вектор г, который поступает от сумматора 34, В сумматоре 37 сигнал с инвертора 36 складывается с сигналом, пропорциональным абсолютной скорости движения, гоступающим с сумматора 32, С выхода сумматора 37 сигнал подается на вход умно- жителя 25.Таким образом, на выходе вычислителя ПНК получают сигналы, пропорциональные ч(1), 9(т), г(т), а также углы ориентации БН 2 относительно системы координат ГСП 3 - а(1), р(1) и у(1).На фиг. 3 показана функциональная схема блока вычислителя ПНК, который реализует модифицированный алгоритм получения текущих навигационных и кинематических параметров БН:(18)У=п+К + м 9-Тч+и 9 где ч=О-ц г;Т-Т-Тм - аномальное значение тензора вторых производных гравитационного потенциала, как формируемая в реальном масштабе времени разность Т (измеренное значение) и Тм (модельное значение, записанное в виде математической модели гравитационного поля Земли в ЗУ 20);да=9-дм - аномальное значение ускорения силы тяжести, как разность, вычисляемая в реальном масштабе времени, между 9, сформированным на Основе измерений, и 9, записанным в виде математической модели гравитационного поля Земли в ЗУ 20);да-дм - аномальное значение ускорения силы тяжести, как разность, вычисляемая в реальном масштабе времени, между д, сформированным на основе измерений, и ди, записанным в виде математической модели ГПЗ в ЗУ 20, в котором записаны также начальные значениЯ Оо, дао, гоПоскольку в соответствии с формулой (13) в знаменателе стоит величина (3 йь ), равная сумме модулей горизонтального и вертикального градиентов, то при использовании данной схемы вычислителя ПНК, с бортовыми моделями геопотенциала, формируется тенэор аномального поля и поэтому указанная сумма равна модулю аномальной горизонтальной второй производной плюс модуль аномальной вертикальной производной. При этом отношение суммы модулей для аномалий к сумме модулей для абсолютных значений по порядку величины равно 100 Е:4500=1:45, т.е. величина ошибки определения соответствующего направления возрастает не менее чем на порядок, Поэтому данная схема вычислителя ПНК является предпочтительной для обнаружения ошибок бортовых гравитационных градиентометров в предлагаемой процедуре отладки, Кроме того, схема по 35 жителя 21, дополнительного интегратора 40 45 50 емого таймера 9. 1. Первый цикл процедуры 5 10 15 20 25 30 строения вычислителя ПНК является болев удобной и рациональной с точки зрению ее аппаратурной реализации, поскольку БГГ измеряет не абсолютную, а только аномальную часть поля, что приводит к значительному сужению динамического диапазона измерений и улучшению условий функцио. нирования градиентометра,Работает вычислитель ПНКс бортовыми моделями геопотенциала следующим образом.В отличие от традиционной схемы вычислителя ПНК(фиг, 2) в данном вычислителе дополнительно введены три блока - блок математической модели силы тяжести 39, входящей составной частью ЗУ 20, блок математической модели тензора вторых производных гравитационного потенциала 40, входящий составной частью ЗУ 20. и блок инвертора 41, причем блок 39 связан с выходом блока ЗУ 20 и со вторым входом блока 38, а блок 40 последовательно связан с блоком 39, 41 и 42,Таким образом, в отличие от традиционной схемы вычислителя РНК (фиг. 2) в блоке 24 реализуется алгоритм получения Та=Т - Тм и в блоке 38 - алгоритм да=9 дм, что, как указывалось выше, приводит к существенному выигрышу в точности определения поправок БГГ и к улучшению его динамических и эксплуатационных характеристик.На фиг. 4, 5, 6 показаны дополнитель ные функциональные блоки ЦВМ 11 и связи между ними, Блоки до пол нител ь ного умно 22 и дополнительного сумматора 23 выполнены с использованием известной элементной базы типа БИС серии К 840 и др. Остальные функциональные блоки ЦВМ 11 сохранили свою функциональную структуру как в изобретении - прототипе,Работу устройства (фиг. 1), реализующего заявленный способ отладки бортового гравитационного градиентометра, проиллюстрируем на примере осуществления процедуры отладки, включающей четыре цикла, которые выполняются в блоке формирования измерений 1 по командам блока управления 8 под контролем программируотладки гравитационного градиентометра по определению поправок за влияния дрейфа нуля включает следующие операции: 1,1 - операцию гориэонтирования и выставки ГСП 3 бортового носителя 2 блока измерений 1, которую осуществляют методом гирокомпасирования с использованием сигналов акселерометров и гироскопов; 1,2 -операцию определения блоком обработки сигналов акселерометров 12 начального