Автоматический компенсатор магнит-ных помех

Союз Советских Социалистических РеспубиикОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 ц 811179(23) ПриоритетОпубликованоДата опублико к авт, свид-ву 51)М. Кл. С 01 Ч 3/00 6 01 к 33/00 3. 79 (21) 2743482/18-2аявки йо аретвениый комитетСССРедам изобретений.и открытий 0703,81,Бюллетень Йо 9 нияописания 07.03.8 3) УДК 621.317.(54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОМПЕНСАТОР МАГНИТНЫХ ПО времениечиваети на сти жет ких 5 Не являе автом тва яв- оочередля комщих по эт он см Изобретение относится к облагеофизических исследований и мобыть использовано в автоматическомпенсаторах магнитных помех для магнитометра, установленного на подвижной платформе.Известен компенсатор магнитных помех для магнитометра, установленного на подвижной платформе (самолет, 0 вертолет и т.п.,) . Он со;,ержит вспомогательные компонентные магнитометры, схеемы дифФеренцирования, распределительное устройство с органами настройки и устройство ввода поправки (например, компенсационные коль ца) Е 11 .достатком этого компенсатора тся то, что он не обеспечивает атической настройки.Известен также способ автомати ческой компенсации магнитных помех и устройство для его осуществления.Этот компенсатор содержит схемумоделирования функции помех и схему автоматического формиро;1 ания поправок2,Недостатком ого устройсляется то, что о требует иной настройки к пенсатора дпенсации различных составляю мех, больших затрат летногои вследствие этого не обеспвысокой точности компенсаципроизвольных курсах.Наиболее близким техническим решением к изобретению является автоматический компенсатор магнитных помех, содержащий помимо укаэанных выше блоков также схемы фильтрации сигналов основного и вспомогательных компонентных магнитометров, сумматор, подключенный к выходу основного магнитометра, и схемы автоматического формирования поправок, первые входы которых соединены с выходом сумматора, вторые входы соединены через схемы масштабирования и через схемы дифференцирования с выходами схем фильтрации сигналов компонентных вспомогательных магнитометров, а выходы схем автоматического формирования поправок соединены со входами сумматора.Схемы автоматического формирования поправок выполнены в виде схем перемножения сигналов основного и вспомогательных магнито" метров и потенциометра в цепи ввода поправок с сервоприводом, цельуправления которого подключена квыходу схемы перемножения 31.Настройку компенсатора выполняютв процессе периодических энолюцийносителЯопо Углам кРена, и тангажа. Сервопривод регулирует компенсирующий параметр до тех пор, покакорреляция сигналов основного ивспомогательного магнитометров станет равна нулю и сигнал на выходесхемы перемножения прекратится.Устройство обеспечивает компенсацию на отдельном магнитном курсе,причем точность компенсации недостаточна, так как установившийсярежим носит колебательный характери остается нескомпенсированной часть 15помехи, коррелированная с эволюциями.При изменение маршрута необходимановая автоматическая настройка компенсатора. Принципиально возможно 20скомпенсировать помехи так, чтобырезультат компенсации сохранялсяна различных магнитных курсах, однако, для этого требуются дополнительные вычисления и ручные операции, 5Ввиду невысокой точности компенсациипомех на отдельном курсе требуютсяповторные операции и большие затраты летного времени.Целью изобретения является повышение точности компенсации помехи сокращение времени измерения,Поставленная цель достигается тем,что в автоматический компенсаторпомех, содержащий основной и вспомогательные компонентные амагнитометры, схемы масштабирования и дифференцирования, распределительное устройство с исполнительными механизмами настройки, устройство вврда поправок, схемы фильтрации сигналов , 40основного и вспомогательных компонентных магнитометров, сумматор, подключенный к выходу основного магнитометра, и схемы автоматического Формирования поправок, первые входы которых соединены с выходом сумматора,вторые входы соединены через схемымасштабирования и схемы дифференцирования с выходами схем фильтрациисигналов компонентных магнитометров,а выходы соединены со входами сумматора, введены дополнительные схемыавтоматического формирования поправок, схемы возведения в квадрат,схемы перемножения, блок памяти иблок вычисления коэффициентов, причемвходы схем возведения в квадрат ипервые входы схем перемножения подключены к выходам схем фильтрациисигналов компонентных магнитометров,вторые входы схем перемножения подключены к выходам схем дифференцирования, подключенным к выходамсхем фильтрации сигналов вспомогательных магнитометров, а выходы схемвозведения в квадрат и схем перемно женин соединены со вторыми входамидополнительных схем автоматическогоформирования поправок, входы блокапамяти подключены к выходам основ-ного и вспомогательных компонентныхмагнитометров, а также к выходсхем автоматического формирона;,;япоправок, выходы блока памяни ,одключены ко входам блока вычислениякоэффициентон, а выходы блока нычисления коэффицентов соединены сцепями управления исполнительных механизмов настройки распределительного устройства,Кроме того, схема автоматическогоФормирования поправок выполнена ввиде последовательно включенныхчастотно-импульсного модулятора(ЧИМ), широтно-импульсного модулятора (ШИМ), реверсивного счетчика и преобразователя кода в проводимость ( ПКП), причем вход ЧИМ (первыйвход схемы Формирования поправок)соединен с выходом сумматора, управляющий вход ШИМ и аналоговый входПКП ( второй вход схемы формированияпоправок ) подключены к выходу фильтрасигнала компонентного вспомогательного магнитометра, выход ПКП соединенсо входом сумматора, а выход реверсивного счетчика - со входом блока памяти,На фиг,1 приведена функциональная схема автоматического компенсатора магнитных помех; на фиг.2функциональная схема автоматическогоформирования поправок.Автоматический компенсатор магнитных помех содержит основной магнитометр 1, компонентные вспомогательные магнитометры 2 - 4, схемы дифференцирования 5, б и 7, распределительное устройство 8 с исполнительными механизмами настройки, устройстно ввода поправок (например, компенсационные кольца) 9, идентичные фильтры 10, 11 и 12, сумматор13, схемы автоматического Формирования поправок 14-21, схемы масштабирования 22, схему возведения в квадрат 23, схему дифференцирования 24,схему перемножения 25, схему масштабирования 26, схему вознедения в квадрат 27, схему дифференцирования 28,схему перемножения 29, блок памяти30 и блок вычисления коэффициентов 31.Выходы компонентных вспомогатель". ных магнитометров 2, 3, 4 соединены со входами распределительного устройства как непосредственно, так и через схемы дифференцирования 5, 6 и 7. Выходы распределительного устройства 8 соединены с устройством ввода поправок, например компенсационными кольцами 9. К выходам основного магнитометра 1 и компонентных вспомогательных магнитометров 2 и 3 подключены идентичные фильтры 10, 11 и 12. Выход фильтра 10 подключенко входу сумматора 13, а выход сум-матора - к первым входам схем автоматического формирования поправок14-21. Ко вторым входам схем формирования поправок 14-17 подключенысоответственно выходы схемы масшта-.оирования 22, схемы возведения вквадрат 23, схемы дифференцирования24 и схемы перемножения 25, входыкоторых подключены к выходу схемыФильтрации 11. Второй вход схемыперемножения 25 подключен к выходусхемы дифференцирования 24. Ко вто. рым входам схем автоматического формирования поправок 18-21 подключены соответственно выходы схемы масштабирования 26, схемы возведенияв квадрат 27, схемы дифференцирования 28 и схемы перемножения 29, входы которых подключены к выходу Фильтра 12. Второй вход схемы перемножения 2.9 подключен к выходу схемыдифференцирования 28. 0 Выходы схем автоматического формирования поправок 14-21 подключены ковходам сумматора 13 и ко входам блока памяти 30, к другим входам которого подключены также выход основною магнитометра 1 и выходыкомпонентных вспомогательных магнитометров 2-4. Выходы блока памяти 30 под- ЗОключены ко входам блока вычислениякоэффициентов 31.Выходы блока вычисления коэффициентов соединены с цепями управления исполнительных механизмов наст- З 5ройки распределительного устройства 8.Схема автоматического формированияпоправок фиг.2) включает частотноимпульсный модулятор 32, широтно-импульсный модулятор 33, реверсивныйсчетчик, 34 и преобразователь кода впроводимость 35.Функциональные узлы 32-35 соединены последовательно. Вход ЧИМ 32,являющийся первым входом схемы автома тического формирования рправок, соединен с выходом сумматора 13. Управляющий вход ШИМ 33 и аналоговый входПКП 35,являющиеся вторым входом схемы автоматического формирования пО- я правок, подключены к выходу одной из функциональных схем 22-29 на выходе фильтра компонентного вспомогательного магнитометра.Выход реверсивного счетчика 34 подключен к одному из входов блока памяти 30.Автоматический компенсатор магнитных помех работает следующим образом.В процессе выполнения периодичес-ких эволюций носителя по углу крена 1 Ю или по углу тангажа на каком-либо курсе сигнал с выхода магнитометра 1, отфильтрованный в полосе частот фильтром 10, поступает на вход сумматора 13, И На другие входы сумматора 13 поступают сигналы с .выходов схем автоматического формирования поправок 14-21. С выхода сумматора 13 сигнал магнитометра эа вычетом поправок поступает на первые входы схем автоматического формирования поправок 14-21.На вторые входы схемы 14-21 поступают отфильтрованные фильтрами 11 или 12, аналогичными фильтру 10, и преобразованные схемами 22-29 сигналы компонентных вспомогательных магнитометров 2 и 3.Перечисленные блоки 13-29 образуют многократную самонастраивакщуюся систему автоматического регулирования, в которой каждый из контуров служит для компенсации одной иэ помех, которая коррелирована с функцией помехи, моделируемой сигналом на выходах функциональных узлов 22-29.В процессе периодических эволюций сигналы, формируемые схемами 14-21, вычитаются в сумматоре 13 иэ фильтрованного сигнала магнитометра 1 (описание работы схем автоматического формирования поправок приведено ниже) .После завершения 3-4 периодов эволюций по крену и по тангажу сигнал на выходе сумматора 13 снижается до уровня, который определяется только той частью выходного сигнала магнитометра, которая не коррелирована с функциями помехи.Каждая схема автоматического формирования поправок 14-21) работает следующим образом.Сигнал с выхода сумматора 13 поступает на вход ЧИМ 32 и преобразуется в последовательность импульсов, частота которых пропорциональна входному сигналу. Сигнал, поступающий на вход ШИМ 33 с выхода функцио" нальной схемы (одной иэ 22-29), преобразуется в пропорциональную ему ширину импульсов, заполненных импульсами с частотой выходного сигнала ЧИМ. В результате на выходе ШИМ 33 образуется последовательность импульсов, средняя частота следования которых пропорциональна произведению сигнала с выхода сумматора 13 и сигнала с выхода одной иэ функциональных схем 22-29. Эта последовательность импульсов поступает на вход реверсивного счетчика 34, на выхсче которого образуется код, пропорциональный интегралу от произведения входных сигналов. Код с выхода реверсивного счетчика 34 поступает на кодовый вход преобразователя кода в проводимость 35. В ре зультате с выхода преобразователя кода в проводимость на один из входов сумматора 13 поступает сигнал, пропорциональный произведению кода811179 8 Состанляющие вектора индукции магнитного поля ферромагнитных масс и вихревых токов носителя н объеме чувствительногоэлемента магнитометра Т а б л и ц а 1 Составляющие Расчетные формулы Х +х х+х. у+х. й+х - +х +х ах Д а р х уха, ц а асна выходной сигнал соответствующегоункционального преобразователя22-29) о который подключен к анало.говому входу преобразователя кода впроводимость 35.Накопление кода на выходе реверсивного счетчика происходит до техпор, йока произведение сигналов свыхода сумматора 13 и функционального преобразователя станет равнонулю, т,е. корцелированная с заданнойфункцией помеха будет скомпенсирована. Соответствующее компенсациизначение кода ренерсивного счетчикапоступает для запоминания в блокпамяти 30.Аналогичным образом на выход блока памяти поступают коды с выходадругих схем формирования поправок14-21 и запоминают я одновременнос соответствующими им значениями модуля вектора и составляющих вектораиндукции магнитного поля, поступающими на баок памяти с выхода основного 1 и компонентных вспомогательных магнитометров 2, 3 и 4,После автоматической настройкипервые входы схем автоматическогоформирования поправки включают икомпенсатор продолжает работать.в установившемся режиме,Изменение курса (кроме небольших угловых колебаний по углу рыскания)будет сопровождаться нарушением компенсации, которое определяется соотношением различных составляющих помех, поэтому при сменекурса компенсатор вновь включают врежим автоматической настройки.Для обеспечения компенсации вустановившемся режиме на произвольном курсе осуществляют автоматическую настройку ксмпенсатора на различных курсах (например, на четырех главных магнитных курсах) сзапоминанием каждого результатакомпенс акции в блоке памяти 30.После завершения автоматическойкомпенсации на различных курсах результаты компенсации с выхода блока памяти 30 поступают на входблока вычисления коэффициентов 31,который вычисляет значения коэффи диентон Пуассона, характеризующиемагнитные помехи ферромагнитн:;хмасс, а также значения коэффиииентов вихревых токов.укаэанные значения н цифровойформе поступают на исполнительныемеханизма настройки распределительного устройства 8. В качестве исполнительных механизмов могут быть использованы преобразователи кода впроводимость цепей питания компенсационных колец 9. Благодаря этомув объеме, занимаемом магнитометром1, с помощьюкомпенсационных колец9 создаются составляющие магнитного15 поля, компенсирующие соответствующие составляющие магнитных помехподобно тому, как это осуществляютпри ручной настройке компенсатора.При этом схемы автоматического20 формирования поправок 14-21 отключают. Законы регулирования компенсационных токов соответствуют законам изменения магнитного поля помех, благодаря чему компенсациядостигается на произвольном курсе, а также при изменении районамагнитной съемки, Значения коэффициентов записывают в блок паМяти 30.После завершения цикла компенсации помех компенсатор может бытьвновь включен в режим автоматической настройки для дополнительнойкомпенсации помех на отдельных курсах,Результаты компенсации на рядекурсов могут быть вновь пересчитаны в значения коэффициентов Пуассона для корректировки ранееустановленных значений.,Блок памяти должен сохранять40 информацию при отключении и повторном включении питания,Теоретические основы работы антоматического компенсатора магнитныхпомех состоят в следующем.Магнитное поле носителя в объеме,занимаемом магнитометром, характеризуется тремя составляющими вектора магнитной индукции, выражения длякоторых приведены в табл.1.. Автоматическая компенсация магнитных помех на каждом отдельном курсе осуществляется путем модулирования и ввода поправки в показания магнитометра в соответствии с выражением для ряда тейлора.Эта поправка вводится через сумматор 13 с помощью схем автоматического формирования поправок 14-21, каждая из которых служит для компенсации одного иэ членов ряда Тейлор дУ дУФункции помехи ЬУ ЬУ, у Ь -д 1 д 1 и др.) ФормирУются на выходе схем 22-29. Схемы автоматического формирования поправок формируют весовые коэффициенты (т.е. коэффициенты Тейлора) А, В и т.д. , с которыми поправки поступают на входы сумматора 13. Численные значения коэффициентов Тейлора, при которых достигается компенсация помех на определенном курсе с выхода реверсивного счетчика 34, поступают на входы блока памяти 30.Если для компенсации на каком-либо курсе достаточно воспроизвести влияние помехи на магнитометр в виде ряда Тейлора, то длякомпенсации помех на произвольном курсе необходимо воспроизвести влияние помех в соответствии с выражением (1) . Это осуществляется с помощью блоков 2-9. Задача настройки компенсатора состоит в том, чтобы определить составляющие З 5 магнитных помех (значения) постоянного намагничения, коэффициенты, характеризукщие индуктивное намагничение и поля вихревых токов и установить значения составляющих с по О мощью исполнительных органов настройки распределительного устройства 8. Составляющие помех связаны с коэффициентами Тейлора, измеренными на различных курсах, .зависимостями табл.2. Измеренные значения коэффициентов Тейлора и соответствующие им значения Х, У и Т поступают из блока памяти 30 на входы блока вычисления коэффициентов 31.Вычисление коэффициентов сводится к операциям составления системы линейных уравнений в соответствии с выражениями табл.2 и решения этой системы относительно составляющих магнитных. помех по методу наименьших квадратов.Для вычисления всех шестнадцати составляющих магнитных помех системы линейных уравнений содержат не более шести неизвестных, что позволяет использовать сравнительно несложные вычислительные устройства.Необходимость избыточной информации и метода наименьших квадратов обусловлена наличием случайнах помех, маскирующих анализируемый процесс.В табл.3 приведены формулы рас-. чета составляющих магнитных помех, полученные путем решения системы уравнений по результатам измерений .коэффициентов Тейлора на четырех магнитных главных курсах.Формулы расчета составляющих магнитных помех Ферромагнитных масс и вихревых токов по результатам измерений коэффициентов ряда Тейлора на главных курсах 8 Т"-ЬьУ ЪдХ+б ьУ +Эд)Р 9 ьхьУ+, о во, ао дояуЭХйсоваЭ рф ъю) , - 1х 4 иаЭ Р 21 вв З о ю ТсОВ 25; 40 штО)7 я э обаоо 5(в".ЙСо 53 16 фух0 Ь )ЯСЖ О 17 ХЕх Д - Ь ) Ясоъ 3 А 9 О - значение коэффициента намагнитном курсе 903 в .магнитное наклонение.формулы 9 и 10 используют в случаевысокого уровня некоррелированныхпомех взамен формул 3, 4 и 8. Вэтом случае составляющую 2. не комРпенсируют. Блок вычисления коэффициентов 31для такого варианта компенсации (по Щ четырем главным курсам) выполняеттолько операции умножения на постоянные коэффициенты и суммирования.Весь процесс настройки компенсатора включает выполнение эволюций крену и тангажу на различных курсахс компенсацией и запоминанием значений коэффициентов Тейлора, модуля вектора Т и его составляющих, а "также вычисление и ввод расчетных значений в распределительное устройство, обеспечивающих компенсацию на произвольном курсе.Предлагаемый автоматический компенсатор магнитных помех обеспечивает повышение точности компенсации магнитных помех как на отдельном курсе, так и при произвольных эволюциях. Это обусловлено тем, что система дифференциальных уравнений, описывающая самонастраивающуюся систему, имеет установившееся решение в виде постоянных коэффициентов (за исключением реакции на случайные помехи) , в то время как известные устройства не обеспечивают компенсации значительной части поме- хи, коррелированно с эволюциями.После надстройки отпадает необходимость выполнять повторные эволюции на каждом курсе, и в то же время сохраняется возможность уточнить компенсацию по мере изменения помех путем повторного включения схем автоматического формирования поправок. Формула изобретения 1. Автоматический компенсатор магнитных помех, содержащий основной и вспомогательные компонентные магнитометры, схемы дифференцирования, распределительное устройство с исполнительными механизмами настройки,устройство ввода поправок, схемы фильтрации сигналов основного и вспомогательных компонентных магнитометров, сумматор, подключенный к выходу основного магнитометра, и схемы автоматического формирования поправок, первые входы которых соединены с выходом сумматора, вторые входы соединены через схемы масштабирования и схемы дифференцирования с выходами схем фильтрации сигналов компонентных магнитометров, а выходы соединены со входами сумматора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности компенсаци помех и сокращения времени измерения, в него введены дополнительные схемы автоматического формиро 5 10 5 20 25 ЗО 35 40 45 вания поправок; схем возведения в квадрат, схемы перемножения, блок памяти и блок вычисления коэффициентов, причем входы схем воЗведения в квадрат и первые входы схем перемножения подключены к выходам схем фильтрации сигналов компонентных магнитометров, вторые входы схем перемножения подключены к выходам схем дифференцирования, подключенным к выходам схем фильтрации сигналов компонентных магнитометров, а выходы схем возведения в квадрат и схем перемножения соединены с вторыми входами дополнительных схем автоматического формирования поправок, входы блока памяти подключены к выходам основного и компонентных магнитометров, а также к выходам схем автоматического формирования поправок, выходы блока памяти подключены ко входам блока вычисления коэффициентов, а выходы блока вычисления коэффициентов соединены с цепями управления исполнительных механизмов настройки распределительного устройства.2. Автоматический компенсатор магнитных помех по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что схема автоматического формирования поправок выполнена в виде последовательно включенных частотно-импульсного модулятора (ЧИМ), широтно-импульсного модулятора (ШИМ ), реверсивного счетчика и преобразователя кода в проводимость (ПКП), причем первый вход схемы формирования поправок ЧИМ соединен с выходом сумматора, управляющий вход ШИМ и аналоговый второй вход схемы автоматического формирования поправок ПКП подключены к выходу фильтра сигнала компонентного магнитометра, выход ПКП соединен со входом сумматора, а выход реверсивного счетчика соединен со входом блока памяти. Источники информации,принятые во внямание при экспертизе 1. Патент США Р 2834939,кл324-43, опублик. 1958. 2. Авторское свидетельство СССР Р 164134, кл. 0 01 Ч 3/00, 1962. 3. Патент США Р 3311821,кл. 324-43, опублик. 1967 (прототип),811179 Составитель В. Майоршиндактор Э.филнлпова Техред Е,Гаврилеюко Корректор Г, Решетник илиал ППП "Патентф, г. ужгород, ул. Проектная, 4 акаэ 501/2вниипи государпо делам113035, Москва Тираж твенного нэобрете Ж, Р 32 . Подписнокомитета СССРий и открытийуыская наб., д. 4/5