БЕСПЛАТФОРМЕННАЯ ИНЕРЦИАЛЬНАЯ ГИРОВЕРТИКАЛЬ

Полезная модель относится к системам ориентации и навигации подвижных объектов различного типа, в частности к бесплатфрменным инерциальным гировертикалям (БИГВ), в которых используется измерительная информация, получаемая с датчиков угловых скоростей и с блока акселерометров. БИГВ предназначены для определения угловой ориентации объекта относительно местной вертикали.
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 бесплатформенная инерциальная курсовертикаль [Пат. №2249791, Российская Федерация, МПК7 G01C 21/16. Бесплатформенная инерциальная курсовертикаль/Д.Р.Березин, А.Т.Кизимов, С.М.Алексеев, А.Н.Лебедев, В.Ф.Фролов; патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро "Луч" - 2003119015/28; заявл. 24.06.2003; опубл. 10.04.2005]. Устройство содержит трехканальный блок датчиков угловых скоростей, трехканальный блок линейных акселерометров, блок интеграторов, формирователь производных от углов ориентации, блок коррекции, блок вычисления наблюдаемой вертикали, блок вычисления погрешностей курсовертикали, фильтр, блок выставки курса.
Недостатком известной бесплатформенной инерциальной курсовертикали является то, что накапливаемые со временем погрешности в определении угловой ориентации объекта, обусловленные погрешностями трехканального блока датчиков угловых скоростей, устраняются за счет канала коррекции, в котором применяется фильтр нижних частот, пропускающий только статические погрешности по углам, вырабатываемым интегратором. При этом медленно меняющиеся составляющие погрешности, обрабатываются с запаздыванием. Это в свою очередь приводит к запаздыванию коррекции угловых скоростей по углам ориентации, которое приводит к появлению погрешности в вычислении углов крена и тангажа. При этом параметры и структура фильтра должны выбираться с учетом динамики полета, характеризующейся задачей выполняемой объектом и его аэродинамическими характеристиками, что связывает параметры устройства с характеристиками конкретного объекта, на котором оно используется. Для высокоманевренных объектов подбор оптимальных параметров фильтра затруднителен, а в ряде случаев не возможен, так как частоты полезного сигнала соизмеримы с сигналами, которые необходимо подавлять.
Технической задачей предлагаемого устройства является расширение области применения бесплатформенной инерциальной гировертикали для высокоманевренных объектов, повышение ее точности и снижение объема вычислений за счет применения структуры, позволяющей подавлять возмущающие ускорения, не искажая полезного сигнала.
Поставленная техническая задача решена тем, что в бесплатформенной инерциальной гировертикали содержащей трехканальный блок датчиков угловых скоростей, трехканальный блок линейных акселерометров, блок вычисления наблюдаемой вертикали, дополнительно введен дискретный фильтр Винера с двумя входами, причем выход трехосного блока датчиков угловых скоростей соединен с первым входом дискретного фильтра Винера, а выход трехканального блока линейных акселерометров соединен со вторым входом дискретного фильтра Винера, при этом выход дискретного фильтра Винера соединен с входом блока вычисления наблюдаемой вертикали.
Бесплатформенная инерциальная гировертикаль содержит трехканальный блок датчиков угловых скоростей, трехканальный блок линейных акселерометров, блок вычисления наблюдаемой вертикали и дискретный фильтр Винера с двумя входами, причем выход трехосного блока датчиков угловых скоростей соединен с первым входом дискретного фильтра Винера, а выход трехканального блока линейных акселерометров соединен со вторым входом дискретного фильтра Винера, при этом выход дискретного фильтра Винера соединен с входом блока вычисления наблюдаемой вертикали.
Полезная модель поясняется рисунком на фиг.1.
Бесплатформенная инерциальная гировертикаль содержит трехканальный блок датчиков угловых скоростей 1, трехканальный блок линейных акселерометров 2, блок вычисления наблюдаемой вертикали 4 и дискретный фильтр Винера с двумя входами 3, причем выход трехосного блока датчиков угловых скоростей 1 соединен с первым входом дискретного фильтра Винера 3, а выход трехканального блока линейных акселерометров 2 соединен со вторым входом дискретного фильтра Винера 3, при этом выход дискретного фильтра Винера 3 соединен с входом блока вычисления наблюдаемой вертикали 4.
Заявленное устройство работает следующим образом.
x
у
z
x
y
z
Трехканальный блок акселерометров вырабатывает наблюдаемые ускорения n, n, n, содержащие как проекции ускорения свободного падения Земли, так и ускорения, обусловленные движением объекта, которые поступают на второй вход дискретного фильтра Винера. Угловые скорости Ω; Ω; Ω, представляющие собой проекции абсолютной угловой скорости движения объекта на оси связанной системы координат, вырабатываемые трехканальным блоком датчиков угловых скоростей, поступают на первый вход дискретного фильтра Винера, где используются в кинематических выражениях, описывающих изменение проекций вектора ускорения свободного падения Земли на оси связанной системы координат.
Дискретный фильтр Винера на основании кинематических выражений выделяет в наблюдаемых ускорениях проекции ускорения свободного падения Земли на оси связанной системы координат, а составляющие, обусловленные ускоренным движением объекта, подавляются.
При этом полезный сигнал обрабатывается без запаздывания, так как кинематические выражения полностью учитывают параметры углового движения объекта. Отсутствие запаздывания, обеспечивает повышение точности предлагаемого устройства, по сравнению с известным.
Выделение полезного сигнала на основании кинематических уравнений не связывает параметры устройства с аэродинамическими характеристиками объекта. Это делает устройство применимым для высокоманевренных объектов.
По оцененным дискретным фильтром Винера проекциям ускорения свободного падения Земли в блоке вычисления наблюдаемого ускорения осуществляется вычисление углов тангажа и крена в соответствии с выражениями:
где θ - угол тангажа, γ - угол крена.
При этом вычислительная нагрузка по сравнению с известным устройством меньше, в связи с тем, при работе предлагаемого устройства, отсутствует необходимость вычисления тригонометрических функций вида cosγ, sinγ, tgθ, cosθ, требующих больших вычислительных процедур.
Таким образом, предлагаемое устройство, реализация которого может быть выполнена в соответствии фиг.1, позволяет расширить функциональные возможности применения бесплатформенной инерциальной гировертикали, для определения углов тангажа и крена, при меньшей вычислительной нагрузке, чем в известном устройстве. При этом предлагаемая бесплатформенная инерциальная гировертикаль обладает большей точностью, по сравнению с известным устройством, в связи с отсутствием запаздывания сигнала на выходе фильтра.