СПОСОБ АВТОНОМНОЙ АЗИМУТАЛЬНОЙ ОРИЕНТАЦИИ ПЛАТФОРМЫ ТРЕХОСНОГО ГИРОСТАБИЛИЗАТОРА ПО ИЗМЕНЯЮЩИМСЯ ТОКАМ КОРРЕКЦИИ
METHOD OF AUTONOMOUS AZIMUTHAL ORIENTATION OF PLATFORM OF THREE-AXIAL GYROSTABILISER BY VARYING POINTS OF CORRECTION

Изобретение относится к области гироскопических систем и может быть использовано для определения азимута, например в навигационных системах различного назначения.
Известен способ автономного азимутального ориентирования платформы трехосного гиростабилизатора (ТГС) с использованием информации о токах коррекции в датчиках моментов гироблоков в режиме точного приведения платформы в горизонт [1, 2].
2
3
k
k
дм
k
Этот способ реализуется при начальной выставке платформы в исходное угловое положение относительно Земли, когда платформа горизонтируется и устанавливается в требуемое положение по азимуту А. Точное приведение платформы в горизонт производится с помощью акселерометров, измеряющих углы ее отклонения (α, α) от горизонта по соответствующим осям подвеса платформы. Сигналы с акселерометров поступают в усилитель системы приведения и далее в датчик моментов, в управляющей обмотке которого создается ток коррекции i, в результате чего по оси прецессии действует момент коррекции М=k·i.
По азимуту платформа приводится с высокой точностью к заданному базовому направлению, связанному с Землей. Приведение платформы в горизонт происходит одновременно с функционированием системы силовой стабилизации, работающей по сигналам углов отклонения β гироскопов гироблоков стабилизации.
В установившемся режиме точного приведения токи коррекции постоянны, а платформа становится неподвижной относительно Земли и вращается вместе с Землей в инерциальном пространстве.
у
Если рассматривать приведение платформы относительно одной из горизонтальных осей подвеса платформы, то прецессия платформы относительно этой оси представляется как движение с угловой скоростью ω под действием моментов по оси прецессии:
<mrow><msub><mi>ω</mi><mi>у</mi></msub><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>М</mi><mi>к</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>М</mi><mi>в</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mi>Н</mi><mo>,</mo><mtext>                                                                              </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
в
у
2
3
где М - возмущающий момент, Н - кинетический момент, а угловая скорость прецессии ω определяется как проекция угловой скорости вращения Земли на входную ось гироскопа, которая при малых углах α, α и β определяется выражением:
<mrow><msub><mi>ω</mi><mi>у</mi></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><msub><mi>ω</mi><mi>г</mi></msub><mo>⋅</mo><mi>sin</mi><mi>А</mi><mo>+</mo><mi>β</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>ω</mi><mi>г</mi></msub><mo>⋅</mo><mi>cos</mi><mi>А</mi><mo>−</mo><msub><mi>α</mi><mn>3</mn></msub><msub><mi>ω</mi><mi>в</mi></msub><mo>,</mo><mtext>                                                     </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
г
в
где ω, ω - горизонтальная и вертикальная составляющие угловой скорости вращения Земли.
Исходя из выражений (1, 2) находится величина тока коррекции в установившемся режиме точного приведения платформы в горизонт:
<mrow><msub><mi>i</mi><mi>k</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Н</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>ω</mi><mi>г</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>К</mi><mrow><mi>д</mi><mi>м</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>sin</mi><mi>А</mi><mo>−</mo><mi>β</mi><mo>⋅</mo><mi>cos</mi><mi>А</mi><mo>+</mo><msub><mi>α</mi><mn>3</mn></msub><mo>⋅</mo><mi>t</mi><mi>g</mi><mi>ϕ</mi><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>ω</mi><mrow><mi>д</mi><mi>р</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>ω</mi><mi>г</mi></msub></mrow></mfrac><mo stretchy="false">)</mo><mo>,</mo><mtext>                                       </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>3</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mi>t</mi><mi>g</mi><mi>ϕ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>ω</mi><mi>в</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>ω</mi><mi>г</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
где φ -широта места установки гиростабилизатора:
,
др
<mrow><msub><mi>ω</mi><mrow><mi>д</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>М</mi><mi>в</mi></msub></mrow><mi>Н</mi></mfrac></mrow>
ω - угловая скорость собственного дрейфа гироскопа:
.
Видно, что обрабатывая информацию о токах коррекции в датчиках моментов гироблоков можно решать задачу автономного азимутального ориентирования платформы трехосного гиростабилизатора без введения дополнительных устройств.
Основными недостатками способа являются:
- использование неподвижного относительно Земли базового азимутального направления, что приводит к невозможности применения в условиях азимутальных перемещений основания;
- необходимость установки платформы в нескольких фиксированных относительно Земли положениях для калибровки точностных параметров, что увеличивает время определения азимута;
- невертикальность выходной оси гироскопа вызывает погрешности определения азимута.
Целью настоящего изобретения является устранение этих недостатков, повышение точности и сокращение времени определения азимута.
Для обеспечения возможности работы измерительной системы на подвижном в азимуте основании, определение азимута платформы осуществляется в режиме точного приведения платформы в горизонт без ее связи с базовым азимутальным направлением, для чего используется инерциальный режим работы гиростабилизатора в азимутальном канале системы силовой стабилизации.
0
Первоначальная установка платформы в горизонте и по азимуту в исходном положении может быть неточной и осуществляется только грубой системой приведения. Так как во многих случаях заранее определяются положения платформы по азимуту, в которых должна производиться точная азимутальная ориентация (например, вблизи меридиана), то перед началом измерений платформа грубо приводится в требуемое положение по азимуту. Азимут А ее начального положения, а также и текущий азимут, определяются путем обработки избыточной информации о значениях токов коррекции в процессе движения платформы относительно Земли.
Непрерывное измерение изменяющихся токов коррекции при различных углах поворота платформы относительно Земли позволяет также одновременно осуществлять калибровку точностных параметров, что сокращает время определения азимута.
Кинематическая развязка платформы от движений основания относительно вертикальной оси устраняет влияние невертикальности выходной оси гироскопа на точность определения азимута.
в
упр
Для повышения точности определения азимута и сокращения времени обработки информации увеличивается угол поворота платформы относительно Земли, для чего в датчик моментов азимутального гироблока вводится заранее рассчитанный управляющий сигнал, задающий необходимую скорость азимутального вращения платформы (ω+ω) относительно Земли.
В этом случае величина тока коррекции будет определяться выражением:
<mrow><mi>i</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>t</mi><mi>k</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Н</mi><msub><mi>ω</mi><mi>г</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>k</mi><mrow><mi>д</mi><mi>м</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mrow><mo>{</mo><mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>А</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>ω</mi><mi>в</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>ω</mi><mrow><mi>у</mi><mi>п</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>ω</mi><mrow><mi>д</mi><mi>р</mi><mi>А</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>⋅</mo><msub><mi>t</mi><mi>k</mi></msub></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>−</mo><mi>β</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>t</mi><mi>k</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>⋅</mo><mi>cos</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>А</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>ω</mi><mi>в</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>ω</mi><mrow><mi>у</mi><mi>п</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>ω</mi><mrow><mi>д</mi><mi>р</mi><mi>А</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>⋅</mo><msub><mi>t</mi><mi>k</mi></msub></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>ω</mi><mrow><mi>д</mi><mi>р</mi></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>ω</mi><mi>г</mi></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>}</mo></mrow><mo>,</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>4</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
дрА
k
0
др
дм
<mrow><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>А</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>ω</mi><mi>в</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>ω</mi><mrow><mi>у</mi><mi>п</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>ω</mi><mrow><mi>д</mi><mi>р</mi><mi>А</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>⋅</mo><msub><mi>t</mi><mi>k</mi></msub></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow>
где ω - скорость дрейфа азимутального канала, t, (k=0, 1, 2,…,N) - моменты времени съема информации о токах коррекции. На основе этих измерений, используя известные методы обработки измерительной информации, можно определить азимут А исходного положения платформы, ее текущий азимут
и точностные параметры ω, k.
Аналогичные соотношения могут быть получены и для второй горизонтальной оси.
Сравнительный анализ существенных признаков существующего способа определения азимута по токам коррекции в режиме точного приведения и предлагаемого способа показывает, что предлагаемый способ азимутальной ориентации отличается тем, что определение азимутального положения платформы осуществляется без связи с заданным базовым направлением, фиксированным на Земле. Перед началом измерений цепь удержания платформы по азимуту отключается, платформа грубо переводится в требуемое азимутальное положение, на датчик моментов азимутального гироблока подается управляющий сигнал для увеличения угловой скорости вращения платформы относительно Земли с целью повышения объема измерительной информации, а азимутальную ориентацию платформы определяют путем обработки информации о токах коррекции в датчиках моментов гироблоков системы точного приведения платформы в горизонт.
Таким образом, предложенный способ имеет новизну. Авторам неизвестна совокупность существенных признаков, применяемых для решения данной технической задачи, что соответствует критерию “изобретательский уровень”.
Литература (источники информации)
1. Хлебников Г.А. Начальная выставка инерциальных навигационных гироскопических систем. М.: ВАД, 1994, с.285-292.
2. Командно-измерительные приборы. Под редакцией Б.И. Назарова. М.: МО СССР, 1987.