Способ определения азимута
AZIMUTH DETERMINATION METHOD

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при разработке, изготовлении и эксплуатации систем самоориентирующихся гироскопических курсоуказания и курсокреноуказания, предназначенных для систем навигации и топопривязки, наведения и прицеливания подвижных объектов наземной техники.
N
S
Известен способ определения истинного азимута системой самоориентирующейся гироскопической по патенту РФ №2407989, в котором достигается инвариантность значения истинного азимута к изменению широты путем последовательного приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в северном и южном направлениях с фиксацией с курсового датчика угла значений азимута A и A в указанных положениях, после чего определяют значение истинного азимута как
ист
Недостаток способа определения истинного азимута по патенту РФ №2407989 заключается в том, что после первого приведения в северном направлении и ускоренного разворота курсового гироскопа в азимуте на угол π приведение главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана осуществляют в южном направлении, для чего переключают полярность азимутальной косвенной коррекции на противоположную. В результате для реализации способа требуется выработка дополнительного управляющего сигнала и наличие дополнительного коммутирующего устройства. При этом из-за неидеальной работы цепей коррекции (усилителей) может наблюдаться изменение условий прихода главной оси курсового гироскопа к южному направлению, что будет приводить к ошибке определения азимута в южном направлении и, соответственно, к ошибке определения значения А, и, следовательно, к нарушению инвариантности значения истинного азимута к изменению широты.
1
1
2
ист
Известен способ определения азимута курсовым гироскопом с курсовым датчиком угла по патенту РФ №2567406, принятый за прототип, свободный от указанных недостатков, в котором после включения режима гирокомпаса для первоначального приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в северном или южном направлении, приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана и фиксации с курсового датчика угла значения азимута A, выключают режим гирокомпаса, производят ускоренный разворот курсового гироскопа в азимуте на угол π, включают режим гирокомпаса повторно и определяют значение истинного азимута, согласно изобретению, после разворота на угол π режим гирокомпаса включают для приведения курсового гироскопа в плоскость меридиана в направлении первоначального приведения, после этого в течение заданного интервала времени фиксируют значения с курсового датчика угла и значения времени, соответствующие моментам получения значений с курсового датчика угла, по полученным значениям вычисляют скорость приведения курсового гироскопа в плоскость меридиана из положения курсового гироскопа A+π, после этого производят дополнительные развороты с выполнением операций по выключению и включению режима гирокомпаса с вычислением после включения режима гирокомпаса скорости приведения курсового гироскопа в плоскость меридиана, в результате выполнения указанных операций определяют положение А, в котором скорость приведения равна нулю, после этого проводят определение значения А истинного азимута согласно выражению:
1
где A - значение азимута после первого приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана,
2
А - значение курсового угла, при котором скорость приведения в положении, противоположном первому значению азимута, равна нулю.
1
2
S
2
S
2
Недостаток способа по патенту РФ №2567406 заключается в том, что из-за погрешности системы самоориентирующейся гироскопической, зависящей от текущего положения курсового гироскопа относительно корпуса прибора в азимуте, значение азимута А, а также значение курсового угла A в положении, противоположном первому значению азимута, определяются с погрешностями, равными текущей корпусной (или, по другому, румбовой) поправке, определяемой для данного положения курсового гироскопа относительно корпуса прибора в азимуте при предварительной настройке системы самоориентирующейся гироскопической. В результате значение азимута (3) также определяется с погрешностью. Экспериментально установлено, что значение корпусной поправки определения азимута при определении значения курсового угла A в выражении (1) в результате приведения курсового гироскопа в противоположном направлении за счет переключения знака косвенной коррекции на противоположную либо значения курсового угла А в выражении (2), при котором скорость приведения без переключения знака косвенной коррекции в положении, противоположном первому значению азимута, равна нулю, соответствует корпусным поправкам, определяемым при предварительной настройке системы самоориентирующейся гироскопической при штатном приведении в устойчивые положения A или А при соответствующих положениях корпуса системы самоориентирующейся гироскопической в азимуте, но взятых с противоположным знаком.
Изобретение направлено на повышение точности определения истинного азимута системой самоориентирующейся гироскопической путем устранения влияния корпусной погрешности определения азимута системы самоориентирующейся гироскопической на точность определения истинного азимута.
1
2
1
2
ист
1
2
1
2
1
2
1
2
1
1
2
1
2
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения азимута курсовым гироскопом с курсовым датчиком угла, заключающемся в том, что после включения режима гирокомпаса для первоначального приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана, приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана и фиксации с курсового датчика угла значения азимута A, выключают режим гирокомпаса, производят ускоренный разворот курсового гироскопа в азимуте на угол π, после разворота на угол π включают режим гирокомпаса повторно для приведения в плоскость меридиана, после этого определяют значение с курсового датчика угла А в положении, противоположном первому положению курсового гироскопа А, при этом значение А затем используют для определения значения истинного азимута А согласно выражению  при А>А или  при А<А, перед определением значения истинного азимута с использованием процесса приведения курсового гироскопа в плоскость меридиана без переключения знака косвенной коррекции режима гирокомпаса проводят предварительную настройку системы самоориентирующейся гироскопической путем определения значений корпусных (румбовых) поправок в положениях курсового гироскопа, равномерно распределенных в азимуте в диапазоне углов от 0 до 360°, затем вводят в устройство памяти, работающее совместно с системой самоориентирующейся гироскопической, значения корпусных (румбовых) поправок определения азимута, а при определении значения истинного азимута после определения положения А главной оси курсового гироскопа после первоначального приведения в плоскость меридиана и положения A курсового гироскопа, противоположного первому положению курсового гироскопа, определяют значения корпусных (румбовых) поправок в указанных положениях A и А, после чего в значении А, полученном в результате первоначального приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана, учитывают значение корпусной (румбовой) поправки в положении курсового гироскопа A, а в значении А, полученного в положении, противоположном положению А курсового гироскопа после предварительного приведения, учитывают значение корпусной (румбовой) поправки в положении курсового гироскопа А, но взятое с противоположным знаком.
В предлагаемом способе определения азимута повышение точности определения истинного азимута системой самоориентирующейся гироскопической, устранение влияния изменения широты местоположения в процессе эксплуатации системы самоориентирующейся гироскопической на точность определения истинного азимута реализуется следующим образом.
Предварительно проводят настройку системы самоориентирующейся гироскопической в стендовых условиях путем определения значений корпусных (румбовых) поправок в различных положениях курсового гироскопа с использованием штатного процесса приведения в плоскость меридиана без переключения знака косвенной коррекции режима гирокомпаса. Для этого систему само ориентирующуюся гироскопическую устанавливают на поворотном стенде. Корпус системы последовательно ориентируют с помощью поворотного стола стенда в положения, равномерно распределенные в азимуте в диапазоне углов от 0 до 360°. В каждом положении выполняют процесс гирокомпасирования с определением значения азимута. По полученным значениям строят график значений азимута, приведенных к начальному значению, в зависимости от значений азимутальных положений корпуса системы, задаваемых стендом. По полученной зависимости как отклонения от среднего значения азимута, вычисленного по всем приведенным измерениям, получают значения корпусной (румбовой) погрешности в зависимости от значений азимута, измеренных системой. Процесс измерения корпусной (румбовой) погрешности для системы самоориентирующейся гироскопической описан в инструкции по настройке и контролю АЮИЖ.462515.013И1. Система самоориентирующаяся гироскопическая курсокреноуказания, АО «ВНИИ «Сигнал»[1] или в инструкции по настройке и контролю АЮИЖ.462515.017И1 Система самоориентирующаяся гироскопическая курсокреноуказания, АО «ВНИИ «Сигнал»[2]. В дальнейшем для устранения влияния корпусной (румбовой) погрешности полученные значения как поправки вводят в устройство памяти, являющееся частью вычислительного устройства, работающего совместно с системой самоориентирующейся гироскопической, и учитывают указанные поправки в показаниях системы самоориентирующейся гироскопической. Устройством, в котором хранятся и учитываются корпусные (румбовые) поправки системы самоориентирующейся гироскопической может быть вычислитель самой системы, как указано, например, в [2], либо координатор автономной системы гирокурсокреноуказания, как указано, например, в руководстве по эксплуатации АЮИЖ.462414.031РЭ. Автономная система гироскопическая самоориентирующаяся курсокреноуказания, АО «ВНИИ «Сигнал».
1
2
1
2
1
При определении истинного азимута системой самоориентирующейся гироскопической после первого включения режима гирокомпаса, приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в северном (или южном) направлении, фиксации с курсового датчика угла значения азимута A, выключения режима гирокомпаса, последовательного ускоренного разворота курсового гироскопа в азимуте на угол π, повторно включают режим гирокомпаса для приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в противоположном первоначальному приведению направлении или в направлении, в котором осуществлялось первоначальное приведение. При этом с курсового датчика угла фиксируется второе значение азимута А, соответствующее положению приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в противоположном первоначальному приведению направлении или положению, при котором скорость приведения в положении, противоположном первому значению азимута А, равна нулю. Общим для проведенного тем или иным образом измерения является то, что в результате выполнения описанных операций получаемые значения азимута А почти противоположны первому измерению A и равны (или почти равны) друг другу.
После первого включения режима гирокомпаса и приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана из-за действия моментов, в основном от собственного ухода курсового гироскопа относительно горизонтальной оси чувствительности, а также от других вредных моментов, главная ось курсового гироскопа отклоняется от северного направления в зависимости от широты ϕ местоположения измерения на величину ΔА
где ω - значение собственного ухода относительно горизонтальной оси чувствительности и эквивалентного ухода от вредных моментов курсового гироскопа, Ω - угловая скорость вращения Земли.
При положительных значениях ω главная ось курсового гироскопа отклоняется от северного к восточному направлению на угол ΔА, при этом с курсового датчика угла системы самоориентирующейся гироскопической значение азимута фиксируется с погрешностью, а именно:
к1
1
где ΔА - корпусная погрешность в положении А.
2
2
Аналогично, значение курсового угла А после приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в противоположном направлении или значение курсового угла А, при котором скорость приведения в положении, противоположном первому положению курсового гироскопа после первоначального приведения в плоскость меридиана, равна нулю, также фиксируются с ошибкой ΔА, при этом:
2
ист
к2
1
2
A=А+ΔА-π-ΔА, при А>А;
к2
2
где ΔА - корпусная погрешность в положении А.
2
1
2
Изменение знака учета погрешности ΔА в (5) показывает, что при положительных значениях ω в положении А главная ось курсового гироскопа отклоняется от южного направления также к восточному направлению на угол ΔА. В случае первоначального приведения к южному направлению ситуация аналогична, в виду того, что погрешность ΔА связана с корпусом гироскопа. При складывании значений А и А в (2) погрешности в (4) и (5), равные по модулю и противоположные по знаку, исключаются. Таким образом, в заявленном способе происходит автокомпенсация погрешностей, возникающих из-за действия собственного ухода относительно горизонтальной оси чувствительности и эквивалентного ухода от вредных моментов курсового гироскопа, чем устраняется влияние (3) изменения систематической составляющей ухода курсового гироскопа в процессе эксплуатации системы самоориентирующейся гироскопической. При этом путем периодического (связанного с выполнением регламентных работ на объекте) выполнения операций, изложенных в способе, может быть обеспечено сохранение инвариантности значения истинного азимута (2) к изменению широты в процессе эксплуатации системы самоориентирующейся гироскопической.
1
2
1
2
1
2
Дополнительно, в выражениях (2) учитывается угловое расстояние π между А и А. При этом конкретный знак учета π выбирается при сравнении значений А и А исходя из того, что значения А и А всегда противоположны (отличаются на угол, близкий к π) в азимуте и находятся в диапазоне углов от 0 до 2π.
2
2
2
к2
Однако наличие румбовой или корпусной погрешности определения азимута снижает точность определения азимута по выражению (2). Экспериментально установлено, что значение корпусной поправки определения азимута при определении значения курсового угла А в результате приведения курсового гироскопа в противоположном направлении за счет переключения знака косвенной коррекции на противоположную либо значения курсового угла А, при котором скорость приведения без переключения знака косвенной коррекции в положении, противоположном первому значению азимута, равна нулю, соответствует корпусной поправке, определяемой при предварительной настройке системы при штатном приведении в устойчивое положение А при соответствующем положении корпуса системы в азимуте, но взятой с противоположным знаком, что учтено в знаке значения ΔА в выражении (5). В этом случае выражение (2) с учетом (4) и (5) будет иметь вид:
Откуда погрешность определения истинного азимута равна
1
2
к2
к2
к1
к1
1
2
к1
к2
1
к1
2
2
к2
к2
2
При положительных значениях вредных моментов в противоположном А положении А, приводящих к возникновению корпусной или румбовой погрешности, главная ось курсового гироскопа отклоняется к восточному направлению на угол ΔА. Изменение знака учета погрешности ΔА в (5) по отношению к знаку учета погрешности ΔА в (4) показывает, что при первоначальном приведении к направлению меридиана ситуация аналогична, - главная ось курсового гироскопа также отклоняется к восточному направлению, но на другой угол ΔА, в виду того, что корпусная или румбовая погрешность меняет свою величину и связана с корпусом гироскопа. При складывании значений A и А погрешности ΔА, ΔА, противоположные по знаку, но разные по величине, не исключаются, приводя к ошибке в определении азимута (7). Для исключения ошибки определения азимута (7) от корпусной погрешности в предлагаемом способе осуществляется компенсация корпусной или румбовой погрешности соответствующими поправками, с учетом знака их проявления в конкретных положениях курсового гироскопа в зависимости от условий получения значений азимута. При первоначальном приведении в положение А погрешность ΔА имеет знак, полученный при первоначальной настройке системы с определением корпусной погрешности. При повторном приведении при определении положения А в результате изменения знака косвенной коррекции для приведения в противоположном направлении или изменения положения курсового гироскопа на противоположное в азимуте без изменения знака косвенной коррекции с приведением в исходном направлении меняется знак вредных моментов, действующих в положении А, приводящих к погрешности ΔА. В результате погрешность ΔА в положении А, получаемом в результате выполнения действий способа, имеет знак, противоположный значению, полученному при первоначальной настройке системы с определением корпусной погрешности, что учитывается при проведении измерений. Этим достигается повышение точности за счет компенсации влияния корпусной (румбовой) составляющей погрешности определения азимута.
Способ реализуется с использованием системы самоориентирующейся гироскопической, имеющей программно включаемые режимы; гирокомпас, ускоренный разворот курсового гироскопа, хранение направления. При этом реализация способа возможна для уже эксплуатирующихся систем без доработки их аппаратной части, а также с использованием имеющегося в производстве процесса их настройки. Способ промышленно применим, что подтверждается его успешной апробацией на опытных образцах систем самоориентирующихся гироскопических курсокреноуказаний.