Способ измерения магнитного курса судна в высоких широтах и устройство для его реализации
METHOD FOR MEASURING SHIP MAGNETIC COURSE IN HIGH LATITUDES AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано в высокоширотных магнитных компасах, оборудованных устройствами дистанционной передачи информации о курсе.
p
Известны дистанционные магнитные компасы, содержащие корпус, заполненный демпфирующей жидкостью, картушку с магнитным чувствительным элементом (далее - МЧЭ), установленную на опоре, индукционный преобразователь, размещенный в магнитном поле МЧЭ, девиационный прибор, содержащий компенсатор полукруговой девиации компаса, и электромеханическую дистанционную передачу, например, магнитные компасы "Сектор" ["Магнитные компасы", В.П. Кожухов, В.В. Воронов, В.В. Григорьев // М.: Транспорт, 1981, стр. 173-180] и КМ145-С ["Современные судовые магнитные компасы" Л.А. Кардашинский-Брауде // С-Пб.:, Изд. ГНЦ РФ ЦНИИ "Электроприбор", 1999, стр. 60-62]. К недостаткам способа измерения магнитного курса, реализуемого в этих компасах относится значительная систематическая погрешность δ их показаний на качке при работе в высоких широтах, вызванная действием в плоскости диска картушки с МЧЭ проекции вертикальной составляющей земного магнетизма, выражаемой формулой ["Магнитно-компасное дело" Н.Ю. Рыбалтовский // Государственное издательство водного транспорта, Л., 1954, стр. 441]:
где h - высота картушки компаса над осью качаний судна;
- длина маятника с периодом колебания, соответствующим периоду колебаний судна;
i - угол поперечного крена судна;
θ - магнитное наклонение (угол между вертикальной и горизонтальной составляющей вектора магнитного поля Земли);
k - магнитный курс судна.
За прототип устройства, описанного в изобретении, принят компас КМ145-С.
p
p
Решаемая техническая проблема - разработка способа компенсации систематической погрешности δ компаса на качке (далее - погрешности δ), вызванной действием в плоскости диска картушки с МЧЭ проекции вертикальной составляющей земного магнетизма и совершенствование конструкции магнитного компаса (далее - компаса).
Технический результат - уменьшение погрешности магнитного компаса на качке, в том числе в высоких широтах.
p.
p
p.
p
Реализация предлагаемого способа и устройства достигается путем дополнительной установки на котелок магнитного компаса, закрепленного в кардановом подвесе, датчика угловой скорости (далее - ДУС) с вертикальной осью чувствительности, что способствует выработке мгновенных значений магнитного курса путем интегрирования сигнала ДУС, свободного от погрешности δ, а затем и сигнала погрешности δ компаса на качке. Указанный сигнал погрешности δ определяется как разница мгновенных значений магнитного курса, полученных от датчика магнитного курса компаса, и выработанных путем преобразований мгновенных значений результатов измерений ДУС. Для достижения технического результата полученное значение погрешности δ вычитается из результатов измерений датчика магнитного курса магнитного компаса (далее - ДМК) и передается на выносной индикатор.
На фиг. 1 показана блок - схема выработки измерительных сигналов и их обработки в вычислительном устройстве, работающем на основе предлагаемого способа.
Предлагаемый способ заключается в следующем:
м
p
p
1. Выработка с помощью ДМК сигнала о мгновенных значениях курса в горизонтной системе координат, состоящего из магнитного курса К, угла рыскания γ, и погрешности δ.
ДУС
2. Выработка с помощью ДУС с вертикальной осью чувствительности, установленного в горизонтной системе координат на котелке компаса, сигнала угловой скорости изменения курса, состоящего из угловых скоростей изменения курса  и рыскания , а также погрешности  ДУС, характеризуемой его дрейфом. Указанное мгновенное значение сигнала угловой скорости вырабатывается с коэффициентом передачи К.
1
м
p
ДУС.
1
3. Интегрирование сигнала ДУС с постоянной времени Т и формирование на выходе интегратора сигнала, состоящего из магнитного курса К, угла рыскания γ, и постоянного значения погрешности Δ. При выполнении вычислений значение Т выбирается исходя из задачи исключения погрешности от скорости дрейфа .
p
ДУС
4. Вычисление разности между выходными сигналами ДМК и интегратора с целью формирования сигнала, состоящего из погрешности δ и погрешности Δ.
ДУС
2
5. Фильтрация значения погрешности Δ с помощью фильтра высоких частот производится с постоянной времени T, величина которой принимается больше периода качки.
1
2
Коэффициенты K и K выбираются исходя из масштабных коэффициентов ДМК и ДУС, p - оператор дифференцирования.
1 - интегратор, 2 - фильтр высоких частот
p
p
6. Исключение из измеряемых мгновенных значений магнитного курса погрешности δ производится путем вычисления разности между выходным сигналом ДМК и сигналом с выхода фильтра высоких частот, пропорциональным погрешности δ. Передача откорректированного значения магнитного курса выполняется на выносной индикатор.
Предлагаемое для реализации способа устройство содержит: датчик магнитного курса, установленный в котелке магнитного компаса, закрепленном к нактоузу с помощью двухстепенного карданного подвеса, и выносной индикатор с вычислительным устройством. При этом ДМК включает картушку с МЧЭ и преобразователь курсовой для выработки электрического сигнала о курсе. На котелке компаса установлен ДУС с вертикальной осью чувствительности.
Устройство работает следующим образом:
м
p
p.
ДУС
M
p
ДУС
p
ДУС
p
p
ДМК вырабатывает сигнал мгновенного значения магнитного курса, состоящий из магнитного курса К, угла рыскания γ и погрешности от проекции вертикальной составляющей земного магнетизма δ, который подается на вход вычислительного устройства. ДУС с вертикальной осью чувствительности, установленный на котелке компаса, вырабатывает сигнал, пропорциональный угловой скорости изменения курса  и рыскания  с погрешностью  и коэффициентом передачи К, который также подается на вход вычислительного устройства. В вычислительном устройстве сигнал ДУС интегрируется и формируется сигнал, пропорциональный сумме значений K+γ+Δ, который вычитается из сигнала ДМК. Оставшееся значение δ+Δ подается на вход фильтра высоких частот, с выхода которого формируется сигнал, пропорциональный погрешности δ. Полученный сигнал погрешности δ вычитается из сигнала ДМК и подается на выносной индикатор.
Полученные на основе компьютерного моделирования результаты подтверждают возможность корректировки результатов измерений мгновенного значения магнитного курса за счет компенсации в нем погрешности от вертикальной составляющей земного магнетизма, возникающей на качке, не менее чем в десять раз, что позволяет использовать магнитный компас при плавании судов до 84° северной широты. Таким образом, заявленный технический результат достигнут. В настоящее время изготавливается опытный образец компаса.