×
29.05.2018
218.016.5790

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ШУМОВОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ В ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ДАТЧИКАХ

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002654941
Дата охранного документа
23.05.2018
Аннотация: Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при построении одноосных и трехосных измерителей угловых скоростей и линейных ускорений с цифровым выходом информации. Задачей изобретения является возможность обеспечения заданного уровня цифровой фильтрации шумовой составляющей в выходном сигнале датчика при минимальном фазовом запаздывании, что является в ряде случаев решающим аргументом для возможности использования датчиков в комплексных системах управления летательными аппаратами. Поставленная задача решается предложенным способом цифровой фильтрации шумовой составляющей выходного сигнала в инерциальных датчиках, в котором цифровая фильтрация шумовой составляющей выходного сигнала инерциального датчика осуществляется путем выделения из выходного сигнала датчика на заданном интервале времени его среднего значения, определения на последующем участке времени знака шумовой составляющей относительно среднего значения выходного сигнала, определенного на предыдущем интервале времени, и вычитания из выходного сигнала шумовой составляющей заданной величины с учетом ее знака. 3 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при построении одноосных и трехосных измерителей угловых скоростей и линейных ускорений с цифровым выходом информации [1-3].

Одним из основных требований, предъявляемым к гироскопическим датчикам - гироскопам и акселерометрам, при их использовании в пилотажных системах управления летательными аппаратами, является обеспечение минимального уровня шумовой составляющей в их выходных сигналах.

Известными и широко распространенными способами подавления шумовой составляющей в выходных сигналах гироскопических датчиков с цифровым выходом информации является использование разнообразных цифровых фильтров, в которых подавление шумовой составляющей осуществляется путем установления в фильтре временной задержки [4, 5, 6],

Основным недостатком таких фильтров является возникновение большого фазового запаздывания выходного сигнала датчика, вызванное временной задержкой, что делает в ряде случаев невозможным использование датчиков в системах управления летательными аппаратами.

Прототипом предлагаемого изобретения является полурекурсивный цифровой фильтр [7], описываемый следующим уравнением:

где ωj - постоянные во времени весовые коэффициенты полурекурсивного фильтра (j=0, 1,…, N); М - параметр, указывающий на то, как далеко вперед предусматривается входной процесс; у(nТ) - выходной сигнал в n-й момент времени, х(nТ) - входной сигнал в n-й момент времени.

Для двухзвенного цифрового фильтра, реализуемого в датчиках угловых скоростей, уравнение (1) записывается в виде:

где k1=β/(β+1); k2=1/(β+1); β=Т/Т0; Т - постоянная фильтра; T0=1/; - частота выдачи информации; n - тактовая частота выдачи информации; ωвых(n) - выходной сигнал об угловой скорости на текущем такте выдачи информации; ωвых(n-1) - выходной сигнал об угловой скорости на предыдущем такте выдачи информации; ωвх(n) - входной сигнал об угловой скорости на текущем такте выдачи информации.

При использовании такого фильтра степень фильтрации сигнала ограничивается допустимым фазовым запаздыванием на рабочей частоте измеряемой угловой скорости. Например, для систем управления гражданскими самолетами фазовое запаздывание не должно превышать 18°.

Задачей изобретения является возможность обеспечения заданного уровня цифровой фильтрации шумовой составляющей в выходном сигнале датчика при минимальном фазовом запаздывании, что является в ряде случаев решающим аргументом для возможности использования датчиков в комплексных системах управления летательными аппаратами.

Поставленная задача решается предложенным способом цифровой фильтрации шумовой составляющей выходного сигнала в инерциальных датчиках, в котором цифровая фильтрация шумовой составляющей выходного сигнала инерциального датчика осуществляется путем выделения из выходного сигнала датчика на заданном интервале времени его среднего значения, определения на последующем участке времени знака шумовой составляющей относительно среднего значения выходного сигнала, определенного на предыдущем интервале времени, и вычитания из выходного сигнала шумовой составляющей заданной величины с учетом ее знака.

Сущность изобретения поясняется следующими иллюстрациями:

Фиг. 1 - структурно-функциональная схема алгоритма цифровой фильтрации согласно предложенному способу фильтрации;

Фиг. 2 - фазовые характеристики двухзвенного фильтра и фильтра согласно предложенному способу фильтрации;

Фиг. 3 - нефильтрованный и отфильтрованный шумовой сигнал согласно предложенному способу фильтрации.

Реализуется изобретение следующим образом. В блоке 1 (Фиг. 1) осуществляется прием измеряемого сигнала и расчет его скользящего среднего значения на интервале ΔT по N тактам. В блоке 2 принимается значение входного сигнала на такте (N+1), из него вычитается среднее значение входного сигнала, определенного на ΔT интервале, и определяется знак полученной разности. В блоке 3 осуществляется вычитание заданного уровня помехи Δσ из входного сигнала, измеренного на (N+1) такте. Полученный результат идет на выход алгоритма. Далее на последующих тактах измерений процедура, изложенная выше, повторяется.

На Фиг. 2 приведены для сравнения результаты моделирования фильтрации, произведенные по прототипу - двухзвенному цифровому фильтру, и по предложенному способу цифровой фильтрации. Моделирование производилось для одинакового массива данных угловой скорости, экспериментально снятой с микромеханического гироскопа китайской фирмы МТ Microsystems MSG1100D-300, и принимался одинаковый уровень снижения шумовой составляющей - σф/σ=0,52 (Фиг. 3).

Как видно из приведенных графиков (Фиг. 2), использование предложенного метода цифровой фильтрации позволяет многократно уменьшить фазовое запаздывание по сравнению с прототипом. Это чрезвычайно важно для повышения качества регулирования при использовании инерциальных датчиков первичной информации в комплексных системах управления летательных аппаратов.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Кузнецов А.Г., Абутидзе З.С., Портнов Б.И., Галкин В.И., Калик А.А. Микромеханические датчики для пилотажных систем управления // Гироскопия и навигация. 2010, №2(69). С. 50-56.

2. ST Microelectronics (США), каталог микромеханических приборов, www.st.com.

3. Sensonor A.S. (Норвегия), гироскоп STIM-210, www.sensonor.com.

4. МТ Microsestems (Китай), каталог микромеханических приборов, www.cetcmems.com.

5. Г. Лэм Аналоговые и цифровые фильтры. Перевод с английского, М.: «Мир», 1982, 592 с.

6. Введение в цифровую фильтрацию. Под редакцией Р. Богнера и А. Константинидиса. Перевод с английского, М.: «Мир», 1975, 216 с.

7. И.А. Мизин, А.А. Матвеев Цифровые фильтры (анализ, синтез, реализация с использованием ЭВМ). - М.: Связь, 1979. - 240 с., ил.

Способ цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках, отличающийся тем, что цифровая фильтрация шумовой составляющей выходного сигнала инерциального датчика осуществляется путем выделения из выходного сигнала датчика на заданном интервале времени его среднего значения, определения на последующем участке времени знака шумовой составляющей относительно среднего значения выходного сигнала, определенного на предыдущем интервале времени, и вычитания из выходного сигнала шумовой составляющей заданной величины с учетом ее знака.
СПОСОБ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ШУМОВОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ В ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ДАТЧИКАХ
СПОСОБ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ШУМОВОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ В ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ДАТЧИКАХ
СПОСОБ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ШУМОВОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ В ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ДАТЧИКАХ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 26 items.
13.01.2017
№217.015.7272

Способ формирования выходной информации в блоке гироскопов и трехосный блок демпфирующих гироскопов

Изобретение относится к области приборостроения. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют измерение номинальных угловых скоростей по каждой измерительной оси посредством датчиков угловых скоростей и выдачу полученных параметров в виде аналоговых сигналов, при этом измерение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002598145
Дата охранного документа: 20.09.2016
13.01.2017
№217.015.7282

Способ компенсации систематических составляющих дрейфа гироскопических датчиков

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при построении одноосных и трехосных измерителей параметров движения - угловых скоростей и линейных ускорений для инерциальных навигационных систем и пилотажных систем управления подвижных объектов. Заявлен способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002598155
Дата охранного документа: 20.09.2016
26.08.2017
№217.015.e5be

Способ сборки кольцевого резонатора лазерного гироскопа (варианты)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к системам навигации. Предложенные способы сборки кольцевого резонатора включают в себя установку зеркал, сварку электродов, электровакуумную обработку и герметизацию. Перед установкой зеркал определяют рассеивающие свойства, по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626725
Дата охранного документа: 31.07.2017
29.12.2017
№217.015.f777

Трехосный микромеханический блок чувствительных элементов

Трехосный микромеханический блок чувствительных элементов содержит корпус в виде шестигранного куба с базовыми поверхностями на боковых гранях, электронные субблоки в виде печатных плат с крышками. Печатные платы выполнены в виде восьмиугольников и имеют симметрично расположенные выступающие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639285
Дата охранного документа: 20.12.2017
29.12.2017
№217.015.f9ab

Система астроинерциальной навигации

Изобретение относится к области астроинерциальных навигационных систем, в которых основная навигационная информация корректируется по сигналам, поступающим с телеблока. Технический результат - повышение точности и помехозащищенности. Для этого поставленная задача решается посредством системы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639583
Дата охранного документа: 21.12.2017
20.01.2018
№218.016.11bc

Навигационно-пилотажный комплекс

Изобретение относится к навигационно-пилотажным комплексам, объединяющим несколько инерциальных навигационных систем (ИНС) для формирования обобщенной выходной информации о местонахождении объекта, его ориентации в пространстве и его скоростях, а также использующих внешнюю информацию для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002634083
Дата охранного документа: 23.10.2017
20.01.2018
№218.016.11ca

Способ комплексирования бесплатформенных инерциальных навигационных систем

Изобретение относится к навигационно-пилотажным комплексам, объединяющим несколько инерциальных навигационных систем для формирования обобщенной выходной информации о местонахождении объекта, его ориентации в пространстве и его скоростях, а также использующим внешнюю информацию для коррекции...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002634082
Дата охранного документа: 23.10.2017
20.01.2018
№218.016.1795

Способ компенсации дрейфа нулевых сигналов гироскопических датчиков

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано в одноосных и трехосных измерителях угловых скоростей и линейных ускорений, используемых в инерциальных навигационных системах и в пилотажных системах управления подвижными объектами в качестве датчиков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002635846
Дата охранного документа: 16.11.2017
13.02.2018
№218.016.20d0

Способ построения астроинерциальной навигационной системы

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к высокоточным комплексным навигационным системам с использованием астроизмерений, и может найти применение в составе бортового оборудования авиационно-космических объектов. Технический результат - повышение точности астровизирования....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641515
Дата охранного документа: 17.01.2018
13.02.2018
№218.016.20db

Способ астрокоррекции

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к способам определения ошибок инерциальных навигационных систем, в которых основная навигационная информация (счисляемые координаты и курс) корректируется по сигналам, поступающим с астровизирующего устройства (телеблока), и применяемых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641619
Дата охранного документа: 18.01.2018
Showing 1-10 of 16 items.
27.01.2014
№216.012.9ca9

Способ определения прочностных характеристик и величины зерна в металлических материалах и сплавах

Изобретение относится к области моделирования технологических процессов, в частности к моделированию методами конечно-элементного (МКЭ) анализа горячего пластического деформирования металлических материалов и сплавов в процессах обработки металлов давлением (ОМД). Сущность: изготавливают не...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505811
Дата охранного документа: 27.01.2014
20.04.2015
№216.013.41cd

Способ получения супермногослойных разнородных материалов с наноразмерной структурой слоев

Изобретение может быть использовано для изготовления супермногослойных листовых полуфабрикатов на основе разнородных материалов. В качестве исходных заготовок используют листы из сплавов разнородных металлов, взаимно растворимых друг в друге в интервале температуры нагрева при горячей обработке...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548343
Дата охранного документа: 20.04.2015
20.01.2016
№216.013.a161

Способ получения микроструктурных многослойных композиционных материалов из разнородных металлов или сплавов

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для получения многослойного композиционного материала с микроразмерной структурой слоев. Способ включает мерную резку исходных листовых заготовок из разнородных металлических материалов, обработку их...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572955
Дата охранного документа: 20.01.2016
10.02.2016
№216.014.c21a

Способ управления бесплатформенной гировертикалью и устройство для его реализации

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано в бесплатформенных инерциальных системах, в частности в гировертикалях, курсовертикалях и навигационных системах при измерении углов крена и тангажа подвижного объекта. Технический результат - повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574379
Дата охранного документа: 10.02.2016
13.01.2017
№217.015.7272

Способ формирования выходной информации в блоке гироскопов и трехосный блок демпфирующих гироскопов

Изобретение относится к области приборостроения. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют измерение номинальных угловых скоростей по каждой измерительной оси посредством датчиков угловых скоростей и выдачу полученных параметров в виде аналоговых сигналов, при этом измерение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002598145
Дата охранного документа: 20.09.2016
13.01.2017
№217.015.7282

Способ компенсации систематических составляющих дрейфа гироскопических датчиков

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при построении одноосных и трехосных измерителей параметров движения - угловых скоростей и линейных ускорений для инерциальных навигационных систем и пилотажных систем управления подвижных объектов. Заявлен способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002598155
Дата охранного документа: 20.09.2016
29.12.2017
№217.015.f777

Трехосный микромеханический блок чувствительных элементов

Трехосный микромеханический блок чувствительных элементов содержит корпус в виде шестигранного куба с базовыми поверхностями на боковых гранях, электронные субблоки в виде печатных плат с крышками. Печатные платы выполнены в виде восьмиугольников и имеют симметрично расположенные выступающие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639285
Дата охранного документа: 20.12.2017
19.01.2018
№218.016.0b68

Способ получения листовых композиционных материалов с дисперсно-армированными частицами

Изобретение может быть использовано для изготовления листовых композиционных материалов с дисперсно-армированными частицами. Собирают пакет из слоев в нечетном количестве с размещением между слоями из менее тугоплавкого металла слоя из более тугоплавкого металла. Осуществляют многоцикловую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002632345
Дата охранного документа: 04.10.2017
20.01.2018
№218.016.1795

Способ компенсации дрейфа нулевых сигналов гироскопических датчиков

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано в одноосных и трехосных измерителях угловых скоростей и линейных ускорений, используемых в инерциальных навигационных системах и в пилотажных системах управления подвижными объектами в качестве датчиков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002635846
Дата охранного документа: 16.11.2017
05.07.2018
№218.016.6ad4

Способ управления бесплатформенной гировертикалью с радиальной коррекцией и бесплатформенная гировертикаль для его реализации

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано в бесплатформенных инерциальных системах, в частности в гировертикалях, курсовертикалях и навигационных системах, при измерении углов крена и тангажа подвижного объекта. Способ управления бесплатформенной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659970
Дата охранного документа: 04.07.2018
+ добавить свой РИД