RU2145058C1 - Gyroscope navigation system - Google Patents

Abstract

FIELD: navigation of moving objects. SUBSTANCE: gyroplatform carries two-degree-of-freedom gyro with transmitters of angle and moment, first and second accelerometers. Axis of kinematic moment of gyro is perpendicular to plane of gyroplatform. Axes of sensitivity of accelerometers are perpendicular one another and are parallel to plane of gyroplatform. The latter is coupled to object by means of two-axis gimbal suspension which is fitted with servo motors arranged by axes. Single-axis gyrostabilizer is also mounted on gyroplatform. Inputs of transmitters of moment of gyro are coupled to first and second outputs of control unit and unit generating output parameters. Outputs of accelerometers are connected to first and second inputs of control unit. Output of single-axis gyrostabilizer is connected to third input of control unit. EFFECT: improved tactical and technical characteristics of navigation system. 2 dwg

Description

Translated fromRussian

Изобретение относится к гироскопическому приборостроению и может быть использовано для обеспечения навигации движущихся объектов. The invention relates to gyroscopic instrumentation and can be used to provide navigation for moving objects.

Известна [1] гироскопическая навигационная система, содержащая блок управления и выработки выходных параметров, гироплатформу, на которой установлены трехстепенной гироскоп с датчиками момента и датчиками угла, ось кинетического момента гироскопа перпендикулярна плоскости гироплатформы, входы датчиков момента гироскопа связаны с первым и вторым выходами блока управления и выработки выходных параметров, первый и второй акселерометры, оси чувствительности которых ортогональны между собой и параллельны плоскости гироплатформы, выходы которых соединены с первым и вторым входами блока управления и выработки выходных параметров, при этом гироплатформа связана с объектом карданным подвесом, который снабжен по осям подвеса следящими двигателями. Known [1] is a gyroscopic navigation system containing a control unit and generating output parameters, a gyro platform on which a three-stage gyroscope with moment sensors and angle sensors is mounted, the axis of the gyroscopic moment of the gyroscope is perpendicular to the gyro platform plane, the inputs of the gyroscope moment sensors are connected to the first and second outputs of the control unit and generating output parameters, the first and second accelerometers, the sensitivity axes of which are orthogonal to each other and parallel to the plane of the gyro platform, outputs which are connected to the first and second inputs of the control unit and generate output parameters, while the gyro platform is connected to the object by a gimbal suspension, which is equipped with tracking motors along the axes of the suspension.

Недостатком этой системы являются массогабаритные, точностные и стоимостные характеристики. The disadvantage of this system is the weight, accuracy and cost characteristics.

Целью изобретения является улучшение тактико-технических характеристик гироскопической навигационной системы. The aim of the invention is to improve the performance characteristics of a gyroscopic navigation system.

Технический эффект достигается тем, что карданный подвес выполнен двухосным, а на гироплатформе установлен одноосный гиростабилизатор, выход которого соединен с третьим входом блока управления и выработки выходных параметров. The technical effect is achieved by the fact that the gimbal is biaxial, and a uniaxial gyrostabilizer is installed on the gyro platform, the output of which is connected to the third input of the control unit and generate output parameters.

На фиг. 1 представлена функциональная схема гироскопической навигацинной системы, где приняты следующие обозначения:
1 - блок управления и выработки выходных параметров;
2 - гироплатформа;
3 - трехстепенной гироскоп;
4, 5 - датчики момента гироскопа;
6, 7 - датчики угла гироскопа;
8 - одноосный гиростабилизатор;
9, 10 - акселерометры;
11, 12 - датчики углов качек;
13, 14 - следящие двигатели.In FIG. 1 shows a functional diagram of a gyroscopic navigation system, where the following notation:
1 - control unit and generating output parameters;
2 - gyro platform;
3 - three-stage gyroscope;
4, 5 - moment sensors of the gyroscope;
6, 7 - gyro angle sensors;
8 - uniaxial gyrostabilizer;
9, 10 - accelerometers;
11, 12 - quality angle sensors;
13, 14 - tracking engines.

Гироскопическая навигационная система содержит блок управления и выработки выходных параметров 1, гироплатформу 2. На гироплатформе расположены трехстепенной гироскоп 3 с датчиками момента 4, 5 и датчиками угла 6, 7, одноосный гиростабилизатор 8, ось стабилизации которого перпендикулярна плоскости гироплатформы, акселерометры 9, 10. По осям карданного подвеса установлены датчики углов качек 11, 12 и следящие двигатели 13, 14. The gyroscopic navigation system contains a control unit and generate output parameters 1,gyro platform 2. On the gyro platform there are three-stage gyroscope 3 with torque sensors 4, 5 and angle sensors 6, 7, a uniaxial gyro stabilizer 8, the stabilization axis of which is perpendicular to the plane of the gyro platform, accelerometers 9, 10. Along the axes of the gimbal suspension, angle sensors of quality 11, 12 and servo motors 13, 14 are installed.

Гироскопическая навигационная система функционирует следующим образом. Gyroscopic navigation system operates as follows.

Гироплатформа 2 с помощью следящих двигателей 13, 14 по сигналам рассогласования датчиков угла 6, 7 гироскопа 3 все время удерживается в одной плоскости с кожухом гироскопа 3. По сигналам акселерометров 9, 10 и одноосного гиростабилизатора 8 гироплатформу с помощью датчиков момента гироскопа 3 удерживают в плоскости горизонта. По сигналам управления гироскопа 3 и одноосного гиростабилизатора 8 определяют в блоке управления и выработки выходных параметров 1 навигационные параметры: широту и долготу места и курс объекта. Thegyro platform 2 using tracking engines 13, 14 according to the signals of the mismatch of the angle sensors 6, 7 of the gyroscope 3 is always kept in the same plane with the casing of the gyroscope 3. According to the signals of the accelerometers 9, 10 and the uniaxial gyro stabilizer 8, the gyro platform using the sensors of the gyroscope 3 is held in the plane the horizon. Using the control signals of the gyroscope 3 and the uniaxial gyrostabilizer 8, navigation parameters are determined in the control unit and generate output parameters 1: the latitude and longitude of the place and the course of the object.

На фиг. 2 представлена функциональная схема одноосного гиростабилизатора, где 15 - трехстепенной гироскоп; 16, 17 - датчики угла гироскопа; 18, 19 - датчики момента гироскопа; 20 - рама гиростабилизатора; 21 - ось стабилизации; 22 - датчик угла гиростабилизатора; 23 - датчик момента гиростабилизатора. In FIG. 2 is a functional diagram of a uniaxial gyrostabilizer, where 15 is a three-stage gyroscope; 16, 17 - angle sensors of the gyroscope; 18, 19 - moment sensors of the gyroscope; 20 - frame gyrostabilizer; 21 - axis of stabilization; 22 - angle sensor gyrostabilization; 23 - gyro stabilizer torque sensor.

Одноосный гиростабилизатор 8 содержит трехстепенной гироскоп 15 с датчиками угла 16, 17 и датчиками момента 18, 19, раму стабилизатора 20 с осью стабилизации 21, датчик угла 22 и датчик момента 23. The uniaxial gyrostabilizer 8 contains a three-stage gyroscope 15 withangle sensors 16, 17 andmoment sensors 18, 19, astabilizer frame 20 with astabilization axis 21, anangle sensor 22 and atorque sensor 23.

Одноосный гиростабилизатор функционирует следующим образом: вредные моменты гироскопа 15 и вращение основания будут стремиться увести кожух гироскопа из плоскости рамы гиростабилизатора. С помощью датчика угла гироскопа 16 и датчика момента 18, датчика угла гироскопа 17 и датчика момента гиростабилизатора 23 кожух гироскопа все время будет удерживаться в плоскости рамы 20. Ось кинетического момента гироскопа будет сохранять неподвижное в инерциальном пространстве положение вокруг оси стабилизации 21. Датчик угла стабилизатора 22 будет передавать положение оси кинетического момента гироскопа относительно гироплатформы в блок управления и выработки выходных параметров 1. The uniaxial gyrostabilizer operates as follows: the harmful moments of thegyroscope 15 and the rotation of the base will tend to remove the gyroscope casing from the plane of the gyrostabilizer frame. Using the angle sensor of thegyroscope 16 and themoment sensor 18, the angle sensor of thegyroscope 17 and the moment sensor of thegyrostabilizer 23, the gyroscope casing will always be held in the plane of theframe 20. The axis of the kinetic moment of the gyroscope will remain stationary in the inertial space around the axis ofstabilization 21. Thestabilizer angle sensor 22 will transmit the position of the axis of the kinetic moment of the gyroscope relative to the gyro platform to the control unit and generate output parameters 1.

С одноосным гиростабилизатором 8 свяжем правую систему координат X₁Y₁Z₁, которая в этом случае будет являться приборной системой координат. Ось OY₁ направим по оси кинетического момента, ось OZ₁ - вверх по оси стабилизации. С гироплатформой свяжем систему координат XYZ. Ось OY находится в диаметральной плоскости объекта. Ось OZ перпендикулярна гироплатформе и направлена вверх. Система координат X₁Y₁Z₁ образуется из системы XYZ поворотом на угол C вокруг оси OZ.With uniaxial gyrostabilizer 8 we associate the right coordinate system X₁ Y₁ Z₁ , which in this case will be the instrument coordinate system. The axis OY_{1 is} directed along the axis of the kinetic moment, the axis OZ₁ is directed upward along the axis of stabilization. With the gyro platform we associate the XYZ coordinate system. The OY axis is in the diametrical plane of the object. The OZ axis is perpendicular to the gyro platform and is directed upwards. The coordinate system X₁ Y₁ Z_{1 is} formed from the XYZ system by turning through an angle C around the axis OZ.

Направляющие косинусы между системами координат XYZ и X₁Y₁Z₁:

= cosC,

= sinC,

= -sinC,

= cosC,

= 0,
C - угол между осями OY и OY₁.Guide cosines between the coordinate systems XYZ and X₁ Y₁ Z₁ :

= cosC,

= sinC,

= -sinC,

= cosC,

= 0,
C is the angle between the axes OY and OY₁ .

Для выработки навигационных параметров и вертикали места измеряют составляющие кажущегося ускорения при помощи акселерометров, формируют сигналы управления гироплатформой, отрабатывают сформированные сигналы при помощи гироскопа. При этом сигналы акселерометров перепроектируют на горизонтальные оси трехгранника, связанного с одноосным гиростабилизатором, интегрируют значения перепроектированных сигналов акселерометров, вырабатывают сигналы горизонтальных составляющих абсолютной угловой скорости трехгранника, связанного с одноосным гиростабилизатором, которые проектируют на горизонтальные оси, связанные с гироплатформой для выработки сигналов управления гироплатформой. To develop navigation parameters and vertical places, the components of the apparent acceleration are measured using accelerometers, the gyro platform control signals are generated, the generated signals are processed using a gyroscope. In this case, the signals of the accelerometers are redesigned on the horizontal axis of the trihedron associated with the uniaxial gyrostabilizer, the values of the redesigned signals of the accelerometers are integrated, the signals of the horizontal components of the absolute angular velocity of the trihedron associated with the uniaxial gyro stabilizer are developed, which are projected onto the horizontal axes associated with the gyro platform.

Алгоритмически это выглядит следующим образом:

где a_x,a_y - проекции ускорения вершины трехгранника XYZ на осях OX и OY;

- проекции ускорения вершины трехгранника X₁Y₁Z₁ на его осях OX₁ и OY₁;
Ω_x,ω_y - сигналы управления гироплатформой.Algorithmically, it looks like this:

where a_x , a_y are the projections of the acceleration of the vertex of the trihedron XYZ on the axes OX and OY;

- projection of the acceleration of the vertex of the trihedron X₁ Y₁ Z₁ on its axes OX₁ and OY₁ ;
Ω_x , ω_y - gyro platform control signals.

Широта места - φ , долгота места - λ , путевая скорость объекта - V и курс объекта K могут врабатываться, как обычно, по кинематическим уравнениям, используя, например, значения составляющих абсолютной угловой скорости приборного трехгранника. The latitude of the place is φ, the longitude of the place is λ, the path speed of the object is V and the course of the object K can be worked out, as usual, according to kinematic equations, using, for example, the values of the components of the absolute angular velocity of the instrument trihedron.

Источники информации
Кошляков В. Н. Задачи динамики твердого тела и прикладной теории гироскопов. - М.: Наука, 1985 г., с 236-248.Sources of information
Koshlyakov V. N. Problems of the dynamics of a rigid body and the applied theory of gyroscopes. - M .: Nauka, 1985, from 236-248.

Claims (1)

Translated fromRussian

Гироскопическая навигационная система, содержащая блок управления и выработки выходных параметров, гироплатформу, на которой установлены трехстепенной гироскоп с датчиками момента и датчиками угла, ось кинетического момента гироскопа перпендикулярна плоскости гироплатформы, входы датчиков момента гироскопа связаны с первым и вторым выходами блока управления и выработки выходных параметров, первый и второй акселерометры, оси чувствительности которых ортогональны между собой и параллельны плоскости гироплатформы, выходы которых соединены с первым и вторым входами блока управления и выработки выходных параметров, при этом гироплатформа связана с объектом карданным подвесом, который снабжен по осям подвеса следящими двигателями, отличающаяся тем, что карданный подвес выполнен двухосным, а на гироплатформе установлен одноосный гиростабилизатор, выход которого соединен с третьим входом блока управления и выработки выходных параметров. A gyroscopic navigation system containing a control unit and generating output parameters, a gyro platform on which there is a three-stage gyroscope with moment sensors and angle sensors, the axis of the kinetic moment of the gyroscope is perpendicular to the gyro platform plane, the inputs of the gyroscope moment sensors are connected to the first and second outputs of the control unit and generating output parameters , the first and second accelerometers, the sensitivity axes of which are orthogonal to each other and parallel to the plane of the gyro platform, the outputs of which are are dined with the first and second inputs of the control unit and generate output parameters, while the gyro platform is connected to the object by a gimbal suspension, which is equipped with tracking motors along the axes of the suspension, characterized in that the gimbal is biaxial, and a uniaxial gyro stabilizer is installed on the gyro platform, the output of which is connected to the third input of the control unit and generate output parameters.

Images