Устройство начальной выставки инерциальной навигационной системы

УСТРОЙСТВО НАЧАЛЬНОЙ ВЫСТАВКИ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к области приборостроения и может найти применение для измерения азимута (т.е. определения направления на истинный северный полюс Земли), а также решения задач топогеодезической привязки позиций, ориентирования на местности, ведения целеуказания, решения навигационных задач.
Особенностью устройств начальной выставки является использование инерциальных чувствительных элементов, в частности, гироскопических устройств.
Известно техническое решение Торочков В.Ю. Гиротеодолиты. М., Недра, 1970, с. 33-43, в котором устройство для определения направления на истинный северный полюс Земли содержит наружный корпус, гироблок, подвешенный в виде маятника внутри наружного корпуса с помощью торсионного подвеса и включающий гиромотор с горизонтальной осью вращения и опорный корпус, датчик угла поворота гироблока относительно наружного корпуса, бесконтактное устройство связи и арретирующий механизм.
Недостатком этого решения является невысокое быстродействие.
Задачей настоящего изобретения является увеличение быстродействия.
Технический результат получен за счет того, что в устройство начальной выставки, содержащее наружный корпус, гироблок подвешенный в виде маятника внутри наружного корпуса с помощью торсионного подвеса и включающий гиромотор с горизонтальной осью вращения и опорный корпус, датчик угла поворота гироблока относительно наружного корпуса, первый и второй электронные блоки, бесконтактное устройство связи, арретирующий механизм, введен микромеханический датчик угловой скорости, установленный на опорном корпусе гироблока. Измерительная ось микромеханического датчика угловой скорости расположена вертикально. Торсионный подвес выполнен в виде двух разнесенных между собой торсионов. Кроме того, введен вычислительный блок, первый вход, которого через первый электронный блок подключен в выходу датчика угла поворота гироблока относительно наружного корпуса, второй вход через второй электронный блок и бесконтактное устройство связи подключен к выходу микромеханического датчика угловой скорости, а выход является выходом всего устройства.
20031 Z93Z9
МПК7 GO 1C 23/00
При использовании устройства начальной выставки инерциальной навигационной системы, у которого введен микромеханический датчик угловой скорости, установленный на опорном корпусе гироблока так, что его измерительная ось расположена вертикально, а торсионный подвес выполнен в виде двух разнесенных между собой торсионов, и, кроме того, введен вычислительный блок, первый вход которого через первый электронный блок подключен к выходу датчика угла поворота гироблока относительно наружного корпуса, второй вход через второй электронный блок и бесконтактное устройство связи подключен к выходу микромеханического датчика угловой скорости, а выход является выходом всего устройства, увеличивается быстродействие.
Перечень фигур чертежей:
фиг. 1 - схема устройства начальной выставки инерциальной навигационной системы;
фиг. 2 - схема ориентации координатных осей для определения положения равновесия прецессионных колебаний гироблока.
На фиг. 1 представлена схема начальной выставки инерциальной навигационной системы. На фиг. 2 показана схема ориентации координатных осей для определения положения равновесия прецессионных колебаний гироблока.
Устройство начальной выставки (фиг. 1) содержит наружный корпус 1, внутри которого помещен гироблок 2, подвешенный в виде маятника с помощью торсионного подвеса 3, выполненного в виде двух разнесенных между собой торсионов. Гироблок 2 включает в себя гиромотор с горизонтальной осью вращения и опорный корпус 4. Датчик угла 5 поворота гироблока 2 относительно наружного корпуса 1 содержит подвижный элемент, закрепленный опорном корпусе 4 и неподвижный элемент, закрепленный на наружном корпусе 1. Бесконтактное устройство связи 6 состоит из излучателя, закрепленного на опорном корпусе 4, и приемника, расположенного на корпусе 1. Микромеханический датчик угловой скорости установлен на опорном корпусе 4 так, что его ось чувствительности расположена вертикально. Вычислительный блок 9 имеет первый и второй входы и один выход. Выход датчика угла 5 через первый электронный блок 7 подключен к первому входу вычислительного блока 9. Выход микромеханического датчика угловой скорости через бесконтактное устройство 6 связи и второй электронный блок 8 подключен ко второму входу вычислительного блока 9. Выход вычислительного блока 9 является выходом всего устройства.
Предложенное устройство работает следующим образом. При включении питания гиромотор, расположенный внутри гироблока 2, придет во вращение. Возникает кинетический момент Н. Вектор кинетического момента Н будет совпадать с осью вращения гиромотора. Взаимодействие вектора кинетического момента Н с вектором горизонтальной составляющей угловой скорости суточного вращения Земли образует гироскопический момент, заставляющий, вектор Н прецессировать в направлении географического меридиана. Прецессионное движение носит гармонический характер и может быть охарактеризовано следующими зависимостями:
а  ат sin( + у/) + а,,;
2лIH
т - -  2п ;(1)
уР-е-&3-со5 р(Д + 1)
д  с
Н -Q.J -cosq
где а - угол поворота гироблока 2 относительно корпуса 1;
ат, й)п, у/, и а,, - амплитуда, собственная частота, начальная фаза и положение равновесия прецессионных колебаний;
Тп - период прецессионных колебаний;
Н - кинетический момент;
Р  t - удельный маятниковый момент гироблока;
Д - коэффициент;
с - удельный упругий момент торсионного подвеса;
QJ - угловая скорость суточного вращения Земли;
(р - широта места.
В положении равновесия вектор кинетического момента Н располагается между базовым направлением Ох0 и полуденной линией Охк (фиг. 2). При этом
гироскопический момент уравновешивается упругим моментом, создаваемым торсионным подвесом 3. Уравнение равновесия примет вид:
где А - азимут, т.е. угол между базовым направлением Ох0 и полуденной линией Охк. Из соотношения (2) можно определить азимут А базового направления корпуса 1:
sin А  аР(Д + cos A).(3)
Важнейшей технической характеристикой устройства начальной выставки инерциальной навигационной системы является быстродействие, т.е. время, необходимое для определения азимута. Быстродействие устройства зависит от величины периода прецессионных колебаний Тп.
Существенного повышения быстродействия устройства начальной выставки можно добиться за счет увеличения коэффициента Д, зависящего от величины упругости с торсионного подвеса 3 и гироскопического момента Я  О,3  cos p. При
с Н-Ј13 -cosy влияние коэффициента Д на период Тп может быть значительным. В
предлагаемом устройстве увеличение коэффициента Д осуществляется за счет особой конструкции торсионного подвеса, состоящего из двух параллельных растяжек, разнесенных между собой на определенную величину. При таком решении удается достичь значения  при сохранении высокой стабильности положения равновесия крутильных колебаний гироблока 2, т.е. стабильности базового направления корпуса 1. Пример. При Р  I/ Н  30 с,  и ...99, величина Тп 60...19 с.
Алгоритм начальной выставки (3) предполагает определение положения равновесия а,, прецессионных колебаний гироблока 2. Гармонические прецессионные колебания гироблока 2 можно представить в виде следующих зависимостей:
a-a,,  amsin(u)nt + i//); а
а„, cos(o)nt + ч/).(4) После преобразования из выражения (4) можно виде: получить алгоритм вычисления ар в