close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

способ определения инструментальных погрешностей измерителей инерциальной навигационной системы на этапе начальной выставки

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
RU
(19)
(11)
2 300 081
(13)
C1
(51) МПК
G01C 25/00
(2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
На основании пункта 3 статьи 13 Патентного закона Российской Федерации от 23 сент бр 1992 г. № 3517-I
патентообладатель об зуетс передать исключительное право на изобретение (уступить патент) на услови х, соответствующих
установившейс практике, лицу, первому изъ вившему такое желание и уведомившему об этом патентообладател и
федеральный орган исполнительной власти по интеллектуальной собственности, - гражданину РФ или российскому
юридическому лицу.
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
07.11.2005
Адрес дл переписки:
355021, г.Ставрополь, ул. Ленина, 320, СВВАИУ
(ВИ), НИО, А.В. Захарину
(73) Патентообладатель(и):
Захарин Александр Викторович (RU),
Шепеть Игорь Петрович (RU),
Хабаров Алексей Николаевич (RU),
Демчук Анжела Анатольевна (RU),
Онуфриенко Валерий Васильевич (RU),
Напольский Виктор Петрович (RU),
Кучевский Семен Викторович (RU)
C 1
C 1
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: RU 2156959 C1, 27.09.2000. Авиационные
приборы и навигационные системы. / Под ред.
Бабича О.А. - М.: ВВИА им. Н.Е.Жуковского,
1981, с.525-529. RU 2115128 C1, 10.07.1998.
RU 2184937 C1, 19.12.2000. Гироскопические
системы / Под ред. Д.С.Пельпора. - М.: Высша школа, 1986, с.64-65.
ИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ НА ЭТАПЕ НАЧАЛЬНОЙ ВЫСТАВКИ
акселерометрами
принудительно
вращают
относительно трех осей без использовани гироскопической стабилизации. Затем определ ют
значени идеальных
выходных
сигналов
гироскопов и акселерометров и сравнивают с
выходными
сигналами
гироскопов
и
акселерометров, сн тыми с измерителей в
процессе начальной подготовки инерциальной
навигационной системы.
R U
2 3 0 0 0 8 1
(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ
(57) Реферат:
Изобретение относитс к измерительной
технике и может быть использовано в процессе
поверки бортовых навигационных систем.
Технический результат - повышение точности
начальной выставки инерциальной навигационной
системы. Дл достижени данного результата
инерциальную
курсовертикаль
с
жестко
размещенными
на
ней
гироскопическими
измерител ми
угловой
скорости
и
Страница: 1
RU
2 3 0 0 0 8 1
(45) Опубликовано: 27.05.2007 Бюл. № 15
(72) Автор(ы):
Захарин Александр Викторович (RU),
Шепеть Игорь Петрович (RU),
Хабаров Алексей Николаевич (RU),
Демчук Анжела Анатольевна (RU),
Онуфриенко Валерий Васильевич (RU),
Напольский Виктор Петрович (RU),
Кучевский Семён Викторович (RU)
R U
(21), (22) За вка: 2005134305/28, 07.11.2005
RUSSIAN FEDERATION
RU
(19)
(11)
2 300 081
(13)
C1
(51) Int. Cl.
G01C 25/00
(2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
Based on Article 13, par. 3 of the Patent law of the Russian Federation of September 23, 1992, #3517-I the patent owner
undertakes to transfer the exclusive right to the invention (assign the patent), on generally practiced conditions, to the
first person - citizen of the Russian Federation or a Russian legal person who expresses such a wish and conveys it to the
patent owner and the Federal executive body for Intellectual Property.
(21), (22) Application: 2005134305/28, 07.11.2005
(24) Effective date for property rights: 07.11.2005
(45) Date of publication: 27.05.2007 Bull. 15
(54) METHOD OF DETERMINATION OF INSTRUMENT ERROR OF INERTIAL NAVIGATION SYSTEM
(57) Abstract:
FIELD: measurement technology; check of
onboard navigation systems.
SUBSTANCE: proposed method consists in forced
rotation of the attitude-and-heading reference
system with angular velocity gyroscopic meters
and accelerometers rigidly secured on it relative
to three axes without gyroscopic stabilization.
Then, magnitudes of ideal output signals of
gyroscopes and accelerometers are determined and
are compared with output signals of gyroscopes
and accelerometers read off meters in the course
of initial preparation of inertial navigation system.
EFFECT: enhanced accuracy of initial alignment
of inertial navigation system.
R U
2 3 0 0 0 8 1
METERS AT INITIAL ALIGNMENT STAGE
Страница: 2
EN
C 1
C 1
(73) Proprietor(s):
Zakharin Aleksandr Viktorovich (RU),
Shepet' Igor' Petrovich (RU),
Khabarov Aleksej Nikolaevich (RU),
Demchuk Anzhela Anatol'evna (RU),
Onufrienko Valerij Vasil'evich (RU),
Napol'skij Viktor Petrovich (RU),
Kuchevskij Semen Viktorovich (RU)
2 3 0 0 0 8 1
Mail address:
355021, g.Stavropol', ul. Lenina, 320, SVVAIU
(VI), NIO, A.V. Zakharinu
R U
(72) Inventor(s):
Zakharin Aleksandr Viktorovich (RU),
Shepet' Igor' Petrovich (RU),
Khabarov Aleksej Nikolaevich (RU),
Demchuk Anzhela Anatol'evna (RU),
Onufrienko Valerij Vasil'evich (RU),
Napol'skij Viktor Petrovich (RU),
Kuchevskij Semen Viktorovich (RU)
RU 2 300 081 C1
5
10
15
20
25
30
Изобретение относитс к навигации и предназначено, в частности, дл определени погрешностей гироскопов и акселерометров инерциальных навигационных систем на этапе
начальной подготовки.
Наиболее близким к за вл емому способу по технической сущности и достигаемому
эффекту вл етс способ калибровки инструментальных погрешностей гироскопических
измерителей угловой скорости инерциальной навигационной системы, в котором из
выходных сигналов гироскопов, датчиков акселерометров и углов формируют сигналы,
пропорциональные позиционной и интегральной составл ющей горизонтальных компонент
кажущегос ускорени и гироскопического курса дл построени контура калибровки [1].
Недостатком данного способа вл етс невозможность определени мультипликативных составл ющих погрешностей гироскопов и акселерометров, что
снижает точность определени погрешностей начальной выставки инерциальной
навигационной системы.
Технической задачей изобретени вл етс повышение точности определени погрешностей гироскопов и акселерометров за счет применени расширенной модели
погрешностей гироскопов и принудительного вращени курсовертикали относительно трех
осей.
Решение технической задачи или сущность изобретени заключаетс в том, что в
способе определени инструментальных погрешностей инерциальной навигационной
системы на этапе начальной выставки производ т принудительное вращение
инерциальной курсовертикали с жестко закрепленными на ней гироскопическими
измерител ми угловой скорости и акселерометрами относительно трех строительных осей
объекта без использовани гироскопической стабилизации, затем рассчитывают значени идеальных выходных сигналов гироскопов и акселерометров и сравнивают с выходными
сигналами гироскопов и акселерометров, сн тыми с измерителей в процессе начальной
подготовки инерциальной навигационной системы, и определ ют дл гироскопов: дрейф
гироскопов, ошибки масштабных коэффициентов, ошибки асимметрии масштабных
коэффициентов и перекосы осей чувствительности гироскопов; дл акселерометров:
погрешности акселерометров, ошибки масштабных коэффициентов, ошибки асимметрии
масштабных коэффициентов, ошибки отклонени центра масс акселерометров от начала
координат, св занной с блоком чувствительных элементов системы координат, перекосы
осей чувствительности акселерометров, использу следующую математическую модель
калибровки:
35
40
45
50
где ?=[?1?2?3] T - ошибки вычислени углов ориентации;
Страница: 3
DE
RU 2 300 081 C1
- кососимметрическа матрица, составленна из проекций
5
угловой скорости вращени Земли на оси нормальной земной системы координат;
-
10
15
матрица направл ющих косинусов пересчета из нормальной земной системы координат в
систему координат, св занную с ос ми чувствительности гироскопов;
- вектор погрешностей гироскопов;
20
- вектор дрейфов гироскопов;
- вектор погрешностей акселерометров;
?1, ?2, ?3, ?4, ?5, ?6 - перекосы осей чувствительности акселерометров;
- вектор отклонени центра масс акселерометров от начала системы
25
30
координат, св занной с БЧЭ;
?1, ?2, ?3, ?4, ?5, ?6 - перекосы осей чувствительности гироскопов;
k?x1, k?y1, k?z1 - ошибки масштабных коэффициентов гироскопов;
k?x1, k?y1, k?z1 - ошибки масштабных коэффициентов акселерометров;
- ошибки асимметрии масштабных коэффициентов гироскопов;
- ошибки асимметрии масштабных коэффициентов акселерометров;
- вектор абсолютной угловой скорости вращени курсовертикали;
35
- векторы ошибок корректирующих сигналов,
- коэффициенты обратной св зи;
- вектор ошибок вычислени ускорени в нормальной земной
40
системе координат;
- вектор ускорений в нормальной земной системе координат;
- вектор погрешностей акселерометров;
45
??Г - ошибка вычислени гироскопического курса;
- углы курса, тангажа и крена;
µ2, µ3 - погрешности датчиков углов.
Сравнивают
50
Наличие новых действий в способе определени инструментальных погрешностей
измерителей инерциальной навигационной системы позвол ет повысить точность
Страница: 4
RU 2 300 081 C1
5
10
15
20
25
начальной выставки с сохранением полной автономности указанного процесса за счет
совокупности существенных отличительных признаков:
1) использовани принудительного вращени инерциальной курсовертикали
относительно трех строительных осей без использовани гироскопической стабилизации;
2) использовани математических моделей погрешностей гироскопов и акселерометров,
учитывающих ошибки масштабных коэффициентов, ошибки асимметрии масштабных
коэффициентов, перекосы осей чувствительности, отклонение центра масс
акселерометров от начала системы координат, св занной с БЧЭ, при объединении их в
блок;
3) использование сравнени сн тых с измерителей значений абсолютного ускорени и
угловой скорости с рассчитанными (идеальными) значени ми дл использовани определ емых погрешностей инерциальной навигационной системы в качестве входной
информации дл алгоритмов оценивани .
Сравнение предложенного технического решени с его прототипом позволило
установить соответствие его критерию "новизна". При изучении других технических
решений в данной области техники признаки, отличающие за вл емое изобретение от
прототипа, не были вы влены и поэтому они обеспечивают за вленному техническому
решению соответствие критерию "изобретательский уровень".
Предложенное техническое решение может быть использовано в науке и технике, что
обеспечивает соответствие его критерию "промышленна применимость".
Способ реализуетс следующим образом.
Известно [2], что дл вычислени параметров ориентации курсовертикали относительно
нормальной земной системы координат используетс обобщенное уравнение Пуассона:
где Ас - матрица направл ющих косинусов перехода из св занной с БЧЭ системы
координат (MX2Y2Z2) в стартовую систему координат (MXcYcZc);
- кососимметрическа матрица, составленна из проекций
30
абсолютной угловой скорости системы координат MX2Y2Z2, св занной с БЧЭ, на
собственные оси (показани гироскопов);
- кососимметрическа матрица, составленна из проекций
35
40
абсолютной угловой скорости стартового трехгранника MXcYcZc, на собственные оси.
Элементы кососимметрической матрицы [? с] вычисл ютс по информации о широте ?с
места старта ЛА на основании соотношений
Так как ЛА на этапе начальной выставки неподвижен относительно Земли, т.е. VcX, VcY,
VcZ равны нулю, то
45
50
Действительно, если матрица направл ющих косинусов АC, вычисленна на основании
соотношени (1), отличаетс от истинной АСИ, то проекции ускорени на оси стартовой
системы координат, вычисленные на основании соотношени не будут совпадать с действительными значени ми, представленными в (3). Разность
вычисленных и действительных значений ускорений вл етс входной дл алгоритмов
Калмановской фильтрации. На основании данной информации вычисл ютс параметры,
характеризующие ориентацию БЧЭ по вертикали, а также погрешности чувствительных
элементов управл емой ИНС.
Страница: 5
RU 2 300 081 C1
Проекции угловой скорости вращени Земли на оси стартовой системы координат
определ ютс на основании соотношений (2). Проекции показаний гироскопов на оси
стартовой системы координат, вычисленные на основании соотношени 5
10
вл ютс дополнительной информацией дл определени курса БЧЭ.
Дл получени математической модели ошибок ИНС на этапе начальной выставки
проварьируем выражени (1):
Преобразуем данное соотношение на основании пон ти аналитической платформы. На
этапе начальной выставки под аналитической платформой понимаетс система координат,
отклоненна от стартовой системы координат на малые углы Эйлера-Крылова ?C1, ?C2, ?C2.
Несовпадение стартовой системы координат и системы координат аналитической
платформы обуславливает матрицу ошибок
15
20
где АП - матрица направл ющих косинусов перехода из св занной с БЧЭ системы
координат в стартовую систему координат.
Если система координат аналитической платформы отклонена от навигационной
системы координат на углы ?C1, ?C2, ?C2, тогда матрица направл ющих косинусов перехода
от стартовой системы координат к системе координат аналитической платформы имеет
вид
25
30
При малых значени х ошибок ориентации ?C1, ?C2, ?C2 можно прин ть
sin ?ci=1; cos ?ci=0, где i=0...1. Если учесть только величины первого пор дка малости,
получим
35
40
где I - единична матрица;
[?c] - кососимметрическа матрица ошибок ориентации, соответствующа векторууглу ?с=[?C1, ?С2, ?С2] T.
Представим вход щую в уравнение (7) матрицу АП в виде
45
Подставл выражени (9), (10) в уравнени (7), получим
Подставив данное выражение в уравнение (6), после преобразований получим
50
где ??2 - вектор погрешностей гироскопов;
?? c - ошибки в вычислении абсолютной угловой скорости стартовой системы координат.
Значение ??c получаетс путем варьировани уравнений (2). Ошибки в вычислении
абсолютной угловой скорости навигационной системы координат на основании данных
Страница: 6
RU 2 300 081 C1
соотношений имеют вид
5
где ??C - ошибка определени широты стартовой системы координат.
Как было отмечено ранее, в качестве наблюдений на этапе начальной выставки
используютс показани акселерометров и гироскопов. Составим математическую модель
наблюдений с учетом погрешностей чувствительных элементов.
Значени проекций ускорени ЛА по ос м чувствительности акселерометров
определ ютс следующим соотношением:
10
15
где gсх, qcy, gcz - составл ющие проекций силы т жести на оси стартовой системы
координат.
Таким образом, по показани м акселерометров можно определить проекции ускорени на оси стартовой системы координат. Однако показани акселерометров, установленных
по ос м св занной с БЧЭ системы координат, отличаютс от величин (14) из-за ошибок
акселерометров:
Кроме того, при реальных расчетах вместо матрицы направл ющих косинусов Ас
используетс матрица Ап:
20
С учетом (7) данное соотношение примет вид
25
30
Разность истинных значений проекций ускорени на оси стартовой системы координат и
рассчитанных на основании соотношени (16) вл етс наблюдением при начальной
выставке управл емой ИНС по вертикали.
Значени проекций абсолютной угловой скорости по ос м чувствительности гироскопов
определ етс следующим соотношением:
35
Однако показани гироскопов, установленных по ос м св занной с БЧЭ системы
координат, отличаетс от величин (18) из-за ошибок:
40
Кроме того, при реальных расчетах значение матрицы направл ющих косинусов Ас
неизвестно и вместо нее используетс матрица Ап:
С учетом (7) данное соотношение примет вид
45
50
Разность истинных значений проекций угловой скорости на оси стартовой системы
координат и рассчитанных на основании соотношени (19) вл етс наблюдением при
начальной выставке управл емой ИНС по курсу.
С помощью математической модели калибровки, описываемой выражени ми (11), (12),
(13), (16) и (17), можно построить оптимальный фильтр Калмана, который будет
оценивать составл ющие погрешностей гироскопов и акселерометров
Страница: 7
RU 2 300 081 C1
?1, ?2, ?3, ?4, ?5, ?6, k?x1, k?y1, k?z1,
5
10
15
20
25
30
Дл обеспечени наблюдаемости всех составл ющих погрешностей гироскопических
измерителей угловой скорости оптимальным фильтром в качестве наблюдений необходимо
выбрать ошибки корректирующих сигналов ?z1, ?z2, ?z3.
Источники информации
1. За вка РФ на изобретение №99111602 от 10.06.99 г., кл. G01С 21/00 (прототип).
2. Бромберг П.В. Теори инерциальных систем навигации. - М.: Наука, 1979. - 296 с.
3. Иванов М.Н., Лебеденко О.С., Сельвесюк Н.И., Шепеть И.П. Математическа модель
возмущений инерциальной навигационной системы с автокомпенсацией погрешностей. М.:
ЦВНИИ МО РФ, 1997. - Деп. В ЦСИФ МО РФ. Сер. Б. Вып.№40, инв. В3307. - 11 с.
Формула изобретени Способ определени инструментальных погрешностей измерителей инерциальной
навигационной системы на этапе начальной выставки, включающий измерение выходных
сигналов гироскопов, акселерометров и датчиков углов пространственного положени курсовертикали относительно объекта, формирование сигналов, пропорциональных
позиционной и интегральной составл ющим горизонтальных компонент кажущегос ускорени и гироскопического курса дл построени контура калибровки, отличающийс тем, что инерциальную курсовертикаль с жестко закрепленными на ней гироскопическими
измерител ми угловой скорости и акселерометрами принудительно вращают относительно
трех строительных осей объекта без использовани гироскопической стабилизации, затем
рассчитывают значени идеальных выходных сигналов гироскопов и акселерометров и
сравнивают с выходными сигналами гироскопов и акселерометров, сн тыми с измерителей
в процессе начальной подготовки инерциальной навигационной системы, и определ ют
дл гироскопов: дрейф гироскопов, ошибки масштабных коэффициентов, ошибки
асимметрии масштабных коэффициентов и перекосы осей чувствительности гироскопов;
дл акселерометров: погрешности акселерометров, ошибки масштабных коэффициентов,
ошибки асимметрии масштабных коэффициентов, ошибки отклонени центра масс
акселерометров от начала координат св занной с блоком чувствительных элементов
системы координат, перекосы осей чувствительности акселерометров, использу следующую математическую модель калибровки:
35
40
45
50
где ?=[?1?2?3] T - ошибки вычислени углов ориентации;
Страница: 8
CL
RU 2 300 081 C1
- кососимметрическа матрица, составленна из проекций
5
угловой скорости вращени Земли на оси нормальной земной системы координат;
10
матрица направл ющих косинусов пересчета из нормальной земной системы координат
в систему координат, св занную с ос ми чувствительности гироскопов;
- вектор погрешностей гироскопов;
- вектор дрейфов гироскопов;
15
- вектор погрешностей акселерометров;
?1, ?2, ?3, ?4, ?5, ?6 - перекосы осей чувствительности акселерометров;
- вектор отклонени центра масс акселерометров от начала системы
20
25
координат, св занной с БЧЭ;
?1, ?2, ?3, ?4, ?5, ?6 - перекосы осей чувствительности гироскопов;
k?x1, k?y1, k?z1 - ошибки масштабных коэффициентов гироскопов;
k?x1, k?y1, k?z1 - ошибки масштабных коэффициентов акселерометров;
- ошибки асимметрии масштабных коэффициентов гироскопов;
- ошибки асимметрии масштабных коэффициентов акселерометров;
- вектор абсолютной угловой скорости вращени курсовертикали;
- векторы ошибок корректирующих сигналов,
30
- коэффициенты обратной св зи;
- вектор ошибок вычислени ускорени в нормальной земной
35
системе координат;
- вектор ускорений в нормальной земной системе координат;
- вектор погрешностей акселерометров;
40
??Г - ошибка вычислени гироскопического курса;
- углы курса, тангажа и крена;
µ2, µ3 - погрешности датчиков углов,
сравнивают
45
50
Страница: 9
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
293 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа