Измеритель углов ориентации подвижного объекта

(21) 4931104/10 (22) 24.04.9.1 (46) 07.02.93, Бюл, Р 5 (71) Киевский политехниче нститут им. 5 Ч-летия Великой Октябрь оциалисти- чйскоЙ революции (72) В.А.Степанов, В.Н.Попов и Ю.А,Скобицкий (5 б) Одинцова А,А. Теория и расчет гироскопических приборов. Киев Вища школа, Головное издательство, 1985, с.74 - 75, рис.2,4. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ УГЛОВ ОРИЕНТАЦИИ ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА (57) Использование: в навигационном приборостроении, в частности в системе определения магнитного курса, крена и тангажэ подвижных объектов. Сущность изобретен я: в измеритель введены измеритель лин йной скорости, первый и второй и мерители угловой скорости, установлен 1Изобретение относится к навигациойн му приборостроению, в частности к сист мам определения магнитного курса, крена и тангажа (дифферента) подвижных оооьектов.Наиболее близким к изобретению техническим решением, принятым в качестве прототипа, является измеритель углов орие тации подвижногго объекта, который соержит,чувствительные элементы: первый фрромодуляционный преобразователь фМП) и первый линейный акселерометр, второй ферромодуляционный преобразователь, третий ферромодуляционный преобразователь, три регистратора выходной информации и вычислитель, Вычислитель - Ф. 2ные соответственно попродольной, поперечной и нормальной осям объекта, два йеремножителя, четыре алгебраических сумматора, интегратор и низкочастотный фильтр. При этом первый и второй измерители угловой скоростисоединены с первыми входами соответственно первого и второго перемножителей, вторые входы которых подключены к измерителю линейной скорости, а их выходы - к первым входам соответственно первого и второго сумматоров, соединенных вторыми входами соответственно с третьим и вторым акселерометрами и выходами с входами блока вычисления крена. Блок вычисления магнитного курса соединен через третий сумматор, фильтр и четвертый сумматор с регистратором магнитного курса, при этом второй измеритель угловой скорости соеди-нен черезинтегратор с другими входамь третьего и четвертого сумматоров, 2 ил,4 включает в свой состав блоки вычис. ения О крена, тангажа и магнитного курса, Блоки . (фЭ вычисления крена и тангажа реализованы в Я виде аналоговых электромеханических вычислителей, содержащих синусно-косину:;.- р ные вращающиеся трансформ; торы, усилители и двигатели.Блок вычисления магнитного курса включает в свой состав три синусно-косинусных вращающихся трансформатора, усилитель и двигатель. Второй и третий линейные акселеоометры измерителя подключены к соответствующим входам блока вычисления крена, который первым выходом соединен с регистратором крена и первым входом блока вычисления магнитного курса, а вторым1793228 5 10 20 оху 25 30 35 40 50 55лов ориентации подвижного обьекта путем компенсации в выходных сигналах составляющих ускорения, вызванного движением обьекта и реализацией компенсационной схЬмы измерения курса с низкочастотным фильтром разностного сигнала.Цель достигается тем, что в измеритель углов ориентации подвижного обьекта, содержащий первый ферромодуляционный преобразователь и первый линейный экселерометр, второй ферромодуляционный преобразователь и второй линейный акселерометр, третий ферромодуляционный преобразователь и третий линейный акселерометр; установленные попарно соответственно по продольной, поперечной и нормальной осям обьекта, регистратор магн тного курса, блок вычисления крена, перв м выходом соединенный с регистратором крена и первым входом блока вычисления м гнитного курса, вторым выходом - с одн м из входов блока вычисления тангажэ, другой выход которого подключен к первому линейному акселерометру, а выход подклочен к регистратору тангажа и к второму вхЬду блока вычисления магнитного курса, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с первым, вторьм и третьим ферромодуляционными преобразователями, введены измеритель линейной скорости, первый и второй измер тели угловой скорости, установленные со От етственно по продольной, поперечной и н рмальной осям объекта, два перемножителя, четыре алгебраических сумматора, интегратор низкочастотный фильтр. Первый и второй измерители угловой скорости соединены с первыми входами соответственно первого и второго перемножителей; вторые входы которых подключены к измерителю линейной скорости, а их выходы подключен к первым входам соответственно перво-. го и второго сумматоров, соединенных ет 1 рыми входеми соответственное третьим и торым акселерометрами, а выходами с входами блока вычисления крена. Блок вычисления магнитного курса соединен чердез третий сумматор, фильтр и четвертый сумматор с регистратором магнитного курса, при этом второй измеритель угловой скоростй соединен через интегратор с другими входами третьего и четвертого сумматоров.Включение в измеритель первого и второго сумматоров, двух перемножителей, первого и второго измерителей угловой скорости и измерителялинейной скорости направлено на компенсацию в выходных сигналах второго и третьего линейного акселерометра составляющих Ча и Чв,ускорения, вызванного движением объекта, При этом уменьшаются погрешности как в определении тангажа, крена, так и магнит- ного курса обьекта, Включение в измеритель интегратора, фильтра низких частот, третьего и четвертого сумматоров, а также второго измерителя угловой скорости направлено нэ повышение точности измерения магнитного курса обьектаза счет реализации компенсацйонной схемы егоизмерения,На фиг.1 изображена фуйкциональная схема измерителя углов ориентации по- движного объекта; на фиг,2 приведен кинематический чертеж, поясняющий взаимосвязь проекций вектора Т напряженности магнитного поля Земли нэ оси земной системы координат Оу , имеющей "магнитную" ориентацию (осьгоризонтальная и лежит в плоскости магнитного меридиана,ось ф направлена по вертикали в зенит) и связанной с обьектом системы координат Измеритель углов ориентации подвижного объекта фиг.1) состоит из йерьвого лйнейного акселерометра 1 и первого ферромодуляцион ного преобразователя 2, второго линейного акселерометра 3 и второго ферромодуляционного преобразователя 4, третьего линейного акселерометра 5 и третьего ферромодуляционного и реобразовэтеля 6, установленных попарно по продольной, поперечной и нормальной осям обьекта, первого 7 и второго 8 измерителей угловой скоростй, установленных соответ-. ственно по поперечной и нормальной осям объекта, и измерителя 9 линейной скорости, устэновлейного по продольной оси, Первый 7 и второй 8 измерители угловой скорости соединены с первыми входами соответственно первого 10 и второго 11 перемножителей, к вторым входам которых подключен измеритель 9 линейной скорости объекта. Выходы первого 10 и второго 11 перемножителей соединены с первыми входами соответственно первого 12 и второго 13 сумматоров, к вторым входам которых подключены третий 5 и второй 3 линейные акселерометры. Выходы первого 12 й второго 13 сумматоров соединены соответственно с первым и вторым входами блока 14 вычисления крена, первый выход которого подключей к первому входу блока 15 вычисления магнитного курса и регистрато,ру 16 крена, второй выход - к одному из входов блока 17 вычисления тангажа, другим Входом соединенного с первйм линейным акселерометром 1, Выход блока 177 1793228 . 8подключен к регистратору 18 тангажа и к . го сумматора 13, на первый инверторный второмувходу блока 15 вычисления магнит- вход которого с второго перемножителя 11 ного курса, третий, четвертый и пятый входы постуйает сигнал, пропорциональный Чу в,.которото соединены соответственно с пер- С третьеголинейного акселерометра 5 сигнал, вым 2, вторым 4 и третьим 6 ферромодуля. - 5 пропорциональный согласно формулам(2) выционными преобразователями. Выход: б Чблока 15 вычисления магнитного курса че- . Р ., 9.о."+ дт +Чурез третий сумматор 19, низкочаСтотный ступает на второй вход первого 12 фильтр 20 и четвертый сумматор 21 подклю- сумматора, на первый ийверторный вход чен к регистратору 22 магнитного курса, 10 которого с первого перемножителя 10 по- Второй измеритель 8 угловой скорости че-" ступает сигнал, пропорциональный рез интегратор 23 соеДинен с другими вхо- Чу "й, На выходе первого 12 сумматора дами третьего 19 и четвертого 21 формируется сигнал, пропорциональный сумматоров.:,: . "с ЧБлоки питания нафиг.1 непоказаныдля 15 9 .созУ сов Ч+, который идет на уйрощенияи из-за отсутствия .связи их с первый вход блока 14 вычисления крена. В существОм предлагаемого технического Ре- . тоже время на выходе второго 14 сумматора щения" :;: формируется сигнал, пропорциональныйВ качестве измерителей 7 и 8 угловой : д ЧскоРости могУт быть использованы гиРоско Язп У . соз Ч о, постУпающий напические измерители угловой скорости или второй вход блока 14 вычйсления крена, В - лазерные гироскопы в режиме измерителей блоке 14 формируются два сигнала, Первый угловой скорости (Пельпор Д,СМихайлов сигнал, пропорциональный крену объекта у И,А Бауман В,А, Гироскопические приборы согласно формуле (3), поступает на регисти системы, - М.; Высшая школа, 1988, с.424). 25 рэтор 16 крена и первый вход блока 15 вы- В качестве измерителя 9 может быть исчисления магнитного курса, а второй, пользован измеритель истинной воздушйой пропорциойэльный выражениюскорости в сочетании с доплеровским изме- .: - .: - . - С урителем скорости угла сноса (Иванов Ю.П., соя у(я сОЗС 05 Ч+ ) + Эп уСйняков А,Н., Филатов И.В. Компенсирова." д уние информационно-измерительных уст-(ЯУ СО- )ройств летательнйх ап паратов, - Л.: идет на один из входов блока 17 вычисления Машиностроение, 1984, с,207), Реализация . тангажа. На другой вход блока 17 поступает айалогового фильтра 20 низких частот с не- с первого линейного акселерометра 1 сигОбходимой передаточной функцией 35 нал, пропорциойальный согласно формулам1+2 ТфР ". .: :.. : ":,6 Чф(Р)=2 2 - (2) выражению 9 яп Ч+ - . - . С блока 171+2 ТфР+Тф Р,бтдана в книге Тетельбаума И.М., Шнейдера иычислеггия тангажа сигнал о тайгаже объ- Ю.Р. 400 схем для АВМ. - М,: Энергия, 1978, екта согласноформуле (3) подается на регис.244:. -,: . ., стратор 18 тангажа и второй вход. блока 15Измерйтельуглов ориентации подвиж- вычисления магнитного курса. На третий, ного объекта работаетследующим образом, четвертый и пятый выходы последнего поВ процессе движения объекта на пер- ступают тйкже сигналы с йервого 2, второговые входы первого 10 и второго 11 перемно и третьего 6 преобразователей, пропорцижйтелей поступают с измерителей 7 и 8 ональные проекциям вектора напряженно 45угловой скорости сигналы, йропорциональ- сти МПЗ, соответственйо Ту,Т и Т.ные Соответственно проекциям йЪ и й аб- . Выходной сигнал блока 15 вйчисления магсолютной угловой скорости объекта на его нитного курса согласно выражению. (6) поперечную и нормальную оси. При этом на пропорционален Км+ Ь Км, где Ь К - высо- вторые входы перемножителей 10 и 11 с кочастотная погрешность измерения курса.50измерителя 9 линейной скорости объекта Этот сигнал поступает на инверторный вход подается сигнал, пропорциональный проек- третьего сумматора 19, на другой вход коции Ч скорости йостуйательного движения тброго поступает сигнал с измерителя 9Уобъекта на его продольную ось, Выходной угловой скорости, прошедший через интег"сйгнал второго линейного акселерометра 3, ратор 23. Он пропорционален выражению55пропорциональный согласно формулам (2) 1б Чх 3 дг 1= 3 (Км +. Й) й = Км + й т + Ь К(0, выражению 9 зи усоЗЧ+ - " - Чусо по- о огде Й - погрешность измерения угловойступает на второй инверторный вход второ- скорости изменения магнитного курса; Ьг т -10 1793228 20 низкочастотная погрешность измерения курса; Ь К(0) - начальное рассогласование. На выходе третьего сумматора 19 формируе 1 ся сигнал следующего вида: К + Ла т+ + Л К(0)-Км- Л Км, Таким образом, на" входфильтра 20 низких частот с передаточной функцией, имеющей вид, например, Р/(р)=1+2 Тф РТф - постоянная, 1+2 Тф Р+ТфРвремени фильтра, поступает сигнал, пропорциональный Ь 2 1+ Л К(0) (высокочастотню составляющую ЛКм сигнала низкочастотный фильтр не пропускает), дет нЬ инверторный вход четвертого сумматора 21, Так как при этом на его другой вход с интегратора 23 поступает сигнал, пропор 1Формула изобретения Измеритель углов ориентации подвиж. ного объекта, содержащий с первого йо третий ферромодуляционные преобразоватвли, с первого по третий линейные акселерметры, регистратор магнитного курса, блок выоисления крена, первый выход которОго подключен к входу регистратора крена и первому входу блока вычисления магнитного курса, а второй выход подключен к первому входу блока вычисления тангажа, второй вход которого соединен с выходом первого акселерометра, а выход подключен к объединенным входам регистратора тангажа и второму входу блока вычисления магнйтного курса,третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с йервым, вторым и третьим ферромодуляцйонными преобразователями, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения динамической точности измерения углов ориентации, в него введены измеритель лициональный Км+Й т +АК(0), то на выходесумматора 21 формируется сигнал, пропорциональныйый магнитному курсу Км, Этот сигнал идет на регистратор 22 магнитного5 курса объекта,Преимущества данного измерителя посравнению с прототипом следующие,.уменьшаются погрешности в определениитангажа, крена и магнитного курса объекта10 за счет компенсации в выходных сигналахвторого 3 и третьего 5 линейных акселерометров составляющих ускорений обьекта -ЧйЬ и Чвх, Дополнительно удается уменьшить погрешность в определении магнитного15 курса за счет компенсации его высокочастотной составляющей погрешности Л К,нейной скоростй, первый и второй измерител.; угловой скорости, два перемножителя с первогопо четвертый алгебраические сумматоры, интегратор и низкочастотный фильтр причем первый и второй измерители угловой скорости соединены с первыми входами соответственно первого и второгоперемножителей, вторые входы которых подключены к измерителюлинейной скорости, а их выходы подклЮчены к первым входам соответственно первого и второго сумматоров, соединенных вторыми входами соответственно с третьим и вторым акселерометрами, а вьводами соединенных с вхо-дами блока вычисления крена, блок вычисленйя магнитного курса соединен через третйй сумматор, низкочастотный фильтр и четвертый сумматор с регистратором магнитного курса, а второй йзмеритель угловой скорости соединен через ртегратор с соответствующими входамитретьето и четвертого сумматоров,1793228 а 2 Редак Производственно-издательск каэ 494 ВНИИПИ Госуда оставитель Т,Ивановаехред М,Мрргентал . Корректор А.Мотыль Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5 омбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101