Гирокомпас

ГИРОКОМПАС
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 гирокомпасов является использование двухстепенных гироскопов.
Известно техническое решение Назаров Б.И. и др. Командно-измерительные приборы. М., МО СССР, 1987, с. 536, в котором гирокомпас содержит корпус, датчик угловой скорости, закрепленный на корпусе, вычислительное устройство, вход которого подключен к выходу датчика угловой скорости, и индикаторный прибор, вход которого подключен к выходу вычислительного устройства.
Недостатком этого решения является невысокая точность устройства. Любой реальный датчик угловой скорости обладает собственной скоростью дрейфа, которая приводит к погрешности определения азимута. Известно, что величина скорости дрейфа может быть измерена заранее (откалибрована) по результатам испытаний датчика угловой скорости и затем использована с целью компенсации вносимой погрешности определения азимута. Однако, для этого необходима высокая стабильность скорости дрейфа от запуска к запуску. В сушествуюших датчиках угловых скоростей указанная нестабильность достигает величины 0,1 угл.сек/сек и более, что приводит к неприемлемо большой погрешности определения азимута.
Известно техническое решение Redkin S.P. ANALYTICAL GYROCOMPASSING BY ANGULAR RATE SENSOR BASED ON DYNAMICALLY TUNED GYRO. I SAINT PETERSBURG INTERNATIONAL CONFERENSE ON GYROSCOPIC TECHNOLOGY, 1994, p. 98-109, в котором гирокомпас, содержаший корпус, платформу, установленную в подшипниках корпуса, двухкомпонентный датчик угловой скорости, жестко закрепленный на платформе, датчик угла и приводной двигатель, размешенные на оси подвеса платформы, вычислительное устройство, первый и второй входы которого подключены к первому и второму выходам двухкомпонентного датчика угловой скорости, соответственно, а третий вход подключен в выходу датчика угла, и индикаторный прибор, вход которого подключен к выходу вычислительного устройства.
МПКОО1С 19/38
Погрешность определения азимута при использовании подобного устройства зависит уже от нестабильности собственной скорости дрейфа датчика угловой скорости в одном и том же запуске, которая, как правило, на один - два порядка меньше соответствуюшей нестабильности от запуска к запуску. В результате погрешность определения азимута значительно уменьшается.
Недостатком этого решения является сложность процедуры вычисления азимута, а так же большие габариты и масса устройства.
Задачей настоящего изобретения является упрощение процедуры определения азимута, а так же уменьшение габаритов и массы устройства.
Технический результат получен за счет того, что в гирокомпас, содержащий корпус, платформу, установленную в подшипниках корпуса, первый и второй датчики угловой скорости, закрепленные на платформе, датчик угла и приводной двигатель, размещенные на оси подвеса платформы, и индикаторный прибор, введены последовательно соединенные блок разности и вычислительный блок, первый и второй входы блока разности подключены к выходам первого и второго датчика угловой скорости, соответственно, а выход вычислительного блока подключен к первому входу индикаторного прибора. Второй вход индикаторного прибора может бьггь подключен к выходу датчика угла. Первый и второй датчики угловой скорости могут быть выполнены в виде микромеханических гироскопов.
При исполнении гирокомпаса, у которого введены последовательно соединенные блок разности и вычислительный блок, а датчики угловой скорости выполнены в виде микромеханических гироскопов, упрощается процедура определения азимута, а также уменьшаются габариты и масса устройства.
Перечень фигур чертежей:
фиг. 1 - функциональная схема гирокомпаса;
фиг. 2 - ориентация координатных осей датчиков угловых скоростей;
фиг. 3 - вид сигналов с выхода датчиков угловых скоростей.
Па фиг. 1 представлена функциональная схема гирокомпаса. На фиг. 2 показана ориентация координатных осей датчиков угловых скоростей, платформы и корпуса гирокомпаса. На фиг. 3 представлен вид сигналов с выхода первого и второго датчика угловых скоростей.
Гирокомпас (фиг.1) содержит корпус 1. В подшипниках корпуса 1 установлена платформа 2, на которой размещены первый 3 и второй 4 датчики угловой скорости, оси чувствительности которых OZ/ и ОХ, (фиг. 2) взаимно перпендикулярны и
расположены в плоскости платформы 2. На оси подвеса платформы 2 размещены приводной двигатель 5 и датчик угла 6. Блок разности 7 имеет первый и второй входы. Первый вход блока разности 7 подключен к выходу первого датчика угловой скорости 3. Второй вход блока разности 7 подключен к выходу второго датчика угловой скорости 4. Выход блока разности 7 через вычислительный блок 8 подключен к первому входу индикаторного прибора 9. Второй вход индикаторного прибора 9 подключен к выходу датчика угла 6.
Предложенное устройство работает следующим образом. При включении питания платформа 2 вращается равномерно с углрвой скоростью со с помощью двигателя 5 (фиг. 1). Корпус 1 гирокомпаса располагается неподвижно относительно поверхности Земли. Платформа 2 в полярных щиротах располагается таким образом, чтобы вектор угловой скорости Земли П и линия Восток - Запад располагались в плоскости платформы 2 (фиг. 2). В средних и экваториальных широтах платформа 2 может располагаться горизонтально. Оси ОХ и (9Z, связаны с корпусом 1. Оси  и OZf, связаны с платформой 2. Оси OZ/ и ОХ, являются осями чувствительности
первого 3 и второго 4 датчика угловой скорости, соответственно.
Выходные сигналы с первого 3 и второго 4 датчика угловой скорости будут изменяться по следующим законам:
f/,   cos(t//+ cat); U  sm( + 6jf),
где f/, и f/, - выходные сигналы с первого 3 и второго 4 датчика угловой скорости;
k И k-,- масщтабные коэффипиенты первого и второго датчика угловой скорости, соответственно;
Q.J - угловая скорость суточного вращения Земли;
cot - угол поворота платформы 2 относительно корпуса 1; (// - азимут корпуса 1 устройства.
Сигнал fyi с выхода первого датчика угловой скорости поступает на первый вход блока разности 7. Па второй вход блока разности 7 поступает сигнал (7, с выхода второго датчика угловой скорости.
(1)
Сигнал с выхода блока разности 7 за один оборот платформы 2 два раза принимает значение, равное нулю (фиг. 3). Первое нулевое значение соответствует соотношению:
t + u)t  35°.(2)
Второе нулевое значение соответствует соотношению:
1// + й}(  315°.(3)
Зависимости (2) и (3) позволяют определить азимут  в момент выполнения соотношения:
и,-и,0.(4)
При выполнении условия (4) вычислительный блок 8 вьщает команду, поступаюш;ую на первый вход индикаторного прибора 9, на снятие отсчета азимута. Кроме этого вычислительный блок учитывает температурную и временную нестабильность первого 3 и второго 4 датчика угловой скорости, а также неравенство их масштабных коэффициентов. Для определения истинного азимута корпуса 1 устройства необходимо в этот же момент учесть угол cat поворота платформы 2 относительно корпуса 1. Сигнал, пропорциональный этому углу, поступает с выхода датчика угла 6 на второй вход индикаторного прибора 9. За один поворот платформы 2 производится два замера угла . При N оборотах получается 2N замеров.
Азимут определяется средним значением величины  (ее математическим ожиданием).
Таким образом, может быть осуществлено измерение азимута.
Заявленный гирокомпас позволяет упростить процедуру вычисления азимута и улучшить массогабаритные характеристики устройства.