ПИРОМЕТРИЧЕСКАЯ ВЕРТИКАЛЬ

Полезная модель относится к устройствам для измерения углового положения летательных аппаратов (ЛА) и может быть использована как устройство ориентации и стабилизации на малогабаритных беспилотных летательных аппаратах (БПЛА).
Известна бесплатформенная система ориентации, вырабатывающая в качестве параметров ориентации углы последовательных поворотов подвижного объекта, известные как углы Крылова. [Гироскопические приборы и системы: Учеб. для вузов по спец. «Гироскопические приборы и устройства» / Д.С.Пельпор, И.А.Михалев, В.А.Бауман и др.; Под ред. Д.С.Пельпора. - 2-е изд.; перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1988. - 424 с: ил.]. Она состоит из трех датчиков угловой скорости, оси чувствительности которых взаимно перпендикулярны и устройства вычисления углов, основными элементами которого являются вычислитель угловых скоростей по углам Крылова, а также интегрирующие и суммирующие устройства.
Недостатком бесплатформенной системы ориентации являются накапливаемые со временем погрешности определения угловой ориентации объекта, обусловленные наличием интегрирующих звеньев в блоке вычисления углов.
Наиболее близким аналогом является пирометрическая вертикаль в составе авиамодельного автопилота Co-Pilot CPD4 [U.S. Patent 6,181,989] производства фирмы FMA Inc (США, Мериленд). Данная вертикаль состоит из четырех пирометрических датчиков, расположенных на печатной плате перпендикулярно друг относительно друга. Принцип измерения углового положения основан на измерении разности инфракрасного теплового излучения поверхности земли и небосвода (космоса). Т.к. земля всегда теплее, есть некий градиент, распределенный вертикально от зенита до надира. Измеряя температуру четырьмя перпендикулярными пирометрами, расположенными вдоль осей симметрии ЛА, можно определять углы крена и тангажа без накопления ошибок.
Недостатком известной пирометрической вертикали является невозможность измерения угла курса, что затрудняет интеграцию устройства в автопилоты ЛА и БПЛА, рассчитанные на работу совместно с бесплатформенными системами ориентации, способными вычислять угол курса.
Технической задачей предлагаемого устройства является расширение возможностей пирометрической вертикали путем добавления возможности вычисления угла курса.
Поставленная техническая задача решена тем, что в пирометрическую вертикаль, содержащую четыре пирометра, размещенных на печатной плате перпендикулярно в одной плоскости, дополнительно введен трехосевой магнитометр, расположенный в одной плоскости с пирометрами так, что ось чувствительности X магнитометра направлена вдоль оси чувствительности одной пары пирометров, ось Y - вдоль оси чувствительности другой пары пирометров, а ось Z - перпендикулярно к X и Y. При этом он непрерывно измеряет проекции магнитного поля Земли на свои оси чувствительности. С использованием данных об углах крена и тангажа, формируемых пирометрической вертикалью, происходит вычисление магнитного курса по полученным проекциям.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 показан внешний вид пирометрической вертикали.
Предлагаемое устройство содержит печатную плату 1, на которой размещены перпендикулярно друг к другу четыре пирометра 2 и трехосевой магнитометр 3. Устройство подключено к внешнему вычислителю 4.
Заявленное устройство работает следующим образом. Выходные напряжения пирометров 2 (фиг.2) поступают на входы 1-4 вычислителя 4, выходные напряжения осей чувствительности магнитометра 3 поступают на входы 5-7 вычислителя 4. Вычисление углов крена и тангажа происходит согласно методике из [U.S. Patent 6,181,989] по показаниям только пирометров.
При ненулевом значении углов крена и тангажа чувствительный элемент магнитометра 3, расположенный вдоль осей симметрии ЛА, находится под некоторыми углами θ и φ к системе координат X', Y', связанной с линией горизонта (фиг.3). Магнитное поле Земли (β) разложено на оси чувствительности магнитометра 3 проекциями X, Y, Z. Для приведения разложений в плоскость горизонта применяются уравнения вращения:
X'=X·cos(ϕ)+Y·sin(θ)·sin(ϕ)-Z·cos(θ)·sin(ϕ)
Y'=Y·cos(θ)+Z·sin(θ)
где θ и φ - соответствуют углам крена и тангажа ЛА соответственно, полученным по показаниям пирометров 2; X, Y, Z - проекции вектора β на оси чувствительности магнитометра 3 соответственно; X', Y' - горизонтальные составляющие вектора β.
Зная X' и Y' можно вычислить угол курса при любых значениях θ и φ:
ψ=arctan(Y'/X')
Таким образом, совокупность признаков предлагаемого устройства, реализация которых может быть выполнена в соответствии фиг.1, позволяет расширить функциональные возможности пирометрической вертикали за счет добавления данных об угле курса в вычисляемых параметрах.