ИНЕРЦИАЛЬНАЯ СИСТЕМА

Изобретение относится к приборостроению, а именно к инерциальным системам навигации с гиростабилизированной платформой.

Известна инерциальная система [1], содержащая гироплатформу с акселерометром и гироскопом в каждом из двух горизонтальных каналов и гироскопом в азимутальном канале, две идентичные цепи соответственно в первом и втором горизонтальных каналов, каждая из которых выполнена в виде последовательно соединенных интегратора, соединенного своим входом с акселерометром соответствующего канала, первого масштабирующего блока, первого сумматора и усилителя, выход которого соединен с входом гироскопа соответствующего канала, блок определения координат и скоростей, первый и второй входы которого соединены с выходами интеграторов первого и второго каналов.

Наиболее близкой по технической сущности является инерциальная система [2], содержащая гироплатформу с платформой, расположенной на раме курса, которая помещена в кардановый подвес с рамами крена и тангажа, установленные на платформе первый акселерометр с направлением измерительной оси по оси крена, второй акселерометр с направлением измерительной оси по оси тангажа, третий акселерометр с направлением измерительной оси по вертикальной оси инерциальной системы, первый и второй трехстепенные гироскопы, в совокупности у которых первая измерительная ось направлена по оси тангажа, вторая измерительная ось по оси курса, третья измерительная ось по оси крена, устройства преобразования аналоговых сигналов акселерометров с подключенным к выходу акселерометра преобразователем «напряжение-частота» (ПНЧ), к выходу которого подключен реверсивный счетчик, синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) по каждой из осей крена, тангажа и курса, устройство обработки цифровых сигналов, преобразователь координат, следящую систему в составе датчика угла гироскопа, усилителя переменного тока, демодулятора, усилителя постоянного тока и двигателя привода по каждой из осей крена, тангажа и курса, устройства обработки аналоговых сигналов СКВТ в составе усилителя переменного тока, демодулятора, усилителя постоянного тока и ПНЧ, устройство выработки сигналов стабилизации и интегральной коррекции платформы по оси тангажа в составе первого модуля коррекции, первого преобразователя «код-частота» (ПКЧ), первого сумматора, первого усилителя датчика момента и датчика момента одного из гироскопов по оси тангажа, устройство выработки сигналов стабилизации и интегральной коррекции платформы по оси крена в составе второго модуля коррекции, второго ПКЧ, второго сумматора, второго усилителя датчика момента и датчика момента одного из гироскопов по оси крена, устройство выработки сигналов стабилизации платформы по оси курса в составе третьего ПКЧ, третьего усилителя датчика момента и датчика момента одного из гироскопов по оси курса, коммутаторы, вычислительное устройство с процессором, устройство управления.

Недостатками такой инерциальной системы являются повышенное время готовности и статическая ошибка, возникающие вследствие уменьшения коэффициентов передачи цепей горизонтирования в режиме гирокомпасирования.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерительной системы и уменьшение времени готовности.

Данный технический результат достигается в инерциальной системе, содержащей гироплатформу с платформой, расположенной на раме курса, которая помещена в кардановый подвес с рамами крена и тангажа, установленные на платформе первый акселерометр с направлением измерительной оси по оси крена, второй акселерометр с направлением измерительной оси по оси тангажу, третий акселерометр с направлением измерительной оси по тангажа, третий акселерометр с направлением измерительной оси по вертикальной оси инерциальной системы, первый и второй трехстепенные гироскопы, в совокупности у которых первая измерительная ось направлена по оси тангажа, вторая измерительная ось - по оси курса, третья измерительная ось - по оси крена, устройства преобразования аналоговых сигналов акселерометров с подключенным к выходу акселерометра преобразователем «напряжение-частота» (ПНЧ), к выходу которого подключен реверсивный счетчик, синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВ Т) по каждой из осей крена, тангажа и курса, устройство обработки цифровых сигналов, преобразователь координат, следящую систему в составе датчика угла гироскопа, усилителя переменного тока, демодулятора, усилителя постоянного тока и двигателя привода по каждой из осей крена, тангажа и курса, устройства обработки аналоговых сигналов СКВТ в составе усилителя переменного тока, демодулятора, усилителя постоянного тока и ПНЧ, устройство выработки сигналов стабилизации и интегральной коррекции платформы по оси тангажа в составе первого модуля коррекции, первого преобразователя «код-частота» (ПКЧ), первого сумматора, первого усилителя датчика момента и датчика момента одного из гироскопов по оси тангажа, устройство выработки сигналов стабилизации и интегральной коррекции платформы по оси крена в составе второго модуля коррекции, второго ПКЧ, второго сумматора, второго усилителя датчика момента и датчика момента одного из гироскопов по оси крена, устройство выработки сигналов стабилизации платформы по оси курса в составе третьего ПКЧ, третьего усилителя датчика момента и датчика момента одного из гироскопов по оси курса, коммутаторы, вычислительное устройство с процессором, устройство управления, отличающееся тем, что в устройстве обработки цифровых сигналов в режиме гирокомпасирования выполнены каналы обработки сигналов первого и второго акселерометров и СКВТ, расположенного по оси курса, в канале обработки сигнала первого акселерометра выполнены шесть регистров хранения (с первого по шестой), первое, второе и третье логические устройства НЕ, первое устройство умножения, десять сумматоров (с третьего по двенадцатый), первый, второй, третий и четвертый суммирующие счетчики, выход первого логического устройства НЕ подключен к первому входу третьего сумматора, к выходу которого подсоединены первые входы четвертого, пятого, шестого и седьмого сумматоров, выход первого регистра хранения с прошитым в нем кодом коэффициента передачи K₁' подсоединен к второму входу четвертого сумматора, к выходу которого подключен первый вход восьмого сумматора, к выходу восьмого сумматора подключен вход первого суммирующего счетчика, к выходу которого подключены вход первого логического устройства НЕ и первый вход девятого сумматора, к второму входу которого подключен выход второго регистра хранения с прошитым в нем кодом значения приборного радиуса Земли, выход девятого сумматора соединен с первым входом десятого сумматора, к выходу которого подключен вход второго суммирующего счетчика, выход второго суммирующего счетчика подключен к первому входу одиннадцатого сумматора, к выходу третьего регистра хранения с прошитым кодом значения ускорения свободного падения подсоединен второй вход одиннадцатого сумматора, к выходу которого подключен вход второго логического устройства НЕ, выход второго логического устройства НЕ подсоединен к второму входу восьмого сумматора, выход четвертого регистра хранения с прошитым в нем кодом коэффициента передачи К₂' соединен с вторым входом пятого сумматора, выход которого подключен к второму входу десятого сумматора, выход пятого регистра хранения с прошитым в нем кодом коэффициента передачи К₃' подключен к второму входу седьмого сумматора, выход шестого регистра хранения с прошитым в нем кодом коэффициента передачи К₄' соединен с вторым входом шестого сумматора, выход которого соединен с входом третьего суммирующего счетчика, выход третьего суммирующего счетчика соединен с первым входом двенадцатого сумматора, выход седьмого сумматора соединен с входом четвертого суммирующего счетчика, выход которого подключен к первому входу первого устройства умножения, к выходу первого устройства умножения подсоединен вход третьего логического устройства НЕ, выход которого соединен с вторым входом двенадцатого сумматора, выход двенадцатого сумматора соединен с третьим входом десятого сумматора, в канале обработки сигналов второго акселерометра выполнены седьмой и восьмой регистры хранения, четвертое и пятое логические устройства НЕ, второе устройство умножения, восемь сумматоров (с тринадцатого по двадцатый), пятый и шестой суммирующие счетчики, выход четвертого логического устройства НЕ подключен к первому входу тринадцатого сумматора, выход которого соединен с первыми входами четырнадцатого и пятнадцатого сумматоров, выход седьмого регистра хранения с прошивкой кода коэффициента передачи К₁" соединен с вторым входом четырнадцатого сумматора, выход которого подключен к первому входу шестнадцатого сумматора, к выходу шестнадцатого сумматора подсоединен вход пятого суммирующего счетчика, к выходу которого подключены первый вход семнадцатого сумматора и вход четвертого логического устройства НЕ, к второму входу семнадцатого сумматора подключен выход второго регистра хранения, выход семнадцатого сумматора подключен к входу пятого логического устройства НЕ, выход которого соединен с первым входом восемнадцатого сумматора, выход восемнадцатого сумматора соединен с входом шестого суммирующего счетчика, к выходу которого подключен первый вход девятнадцатого сумматора, к второму входу которого подключен выход третьего регистра хранения, выход девятнадцатого сумматора соединен с вторым входом шестнадцатого сумматора, к выходу восьмого регистра хранения с прошивкой кода коэффициента передачи К₂'' подключен второй вход пятнадцатого сумматора, выход которого соединен с вторым входом восемнадцатого сумматора, к первому входу второго устройства умножения подсоединен выход третьего суммирующего счетчика, выход второго устройства умножения подключен к первому входу двадцатого сумматора, второй вход которого соединен с выходом четвертого суммирующего счетчика, выход двадцатого сумматора соединен с третьим входом восемнадцатого сумматора; в канале обработки сигнала СКВТ выполнены седьмой и восьмой суммирующие счетчики, девятый и десятый регистры хранения, третье и четвертое устройства умножения, шестое и седьмое логические устройства НЕ, шесть сумматоров (с двадцать первого по двадцать шестой), выход шестого логического устройства НЕ соединен с первым входом двадцать первого сумматора, к выходу которого подключены первые входы двадцать второго и двадцать третьего сумматоров, выход девятого регистра хранения с прошивкой кода коэффициента передачи К₁''' подключен к второму входу двадцать второго сумматора, к выходу которого подсоединен первый вход двадцать четвертого сумматора, выход третьего устройства умножения подсоединен к второму входу двадцать четвертого сумматора, выход которого соединен с первым входом двадцать пятого сумматора, к выходу четвертого устройства умножения подключен вход седьмого логического устройства НЕ, выход которого соединен с вторым входом двадцать пятого сумматора, выход двадцать пятого сумматора соединен с первым входом двадцать шестого сумматора, выход которого подключен к входу седьмого суммирующего счетчика, к выходу седьмого суммирующего счетчика подсоединен вход шестого логического устройства НЕ, выход десятого регистра хранения с прошивкой кода коэффициента передачи К₂''' подсоединен к второму входу двадцать третьего сумматора, выход которого соединен с входом восьмого суммирующего счетчика, к выходу восьмого суммирующего счетчика подсоединен второй вход двадцать шестого сумматора, выход четвертого суммирующего счетчика подключен к первому входу третьего устройства умножения, к второму входу которого подсоединен выход второго суммирующего счетчика, выход третьего суммирующего счетчика подсоединен к первому входу четвертого устройства умножения, к второму входу которого подключен выход шестого суммирующего счетчика, к выходу седьмого суммирующего счетчика подключены вторые входы первого и второго устройств умножения; второй вход третьего сумматора предназначен для подключения посредством первого коммутатора к выходу реверсивного счетчика в цепи преобразования аналогового сигнала первого акселерометра, выход первого суммирующего счетчика предназначен для подключения посредством второго коммутатора к входу первого ПКЧ; второй вход тринадцатого сумматора предназначен для подключения посредством первого коммутатора к выходу реверсивного счетчика в цепи преобразования аналогового сигнала второго акселерометра, выход пятого суммирующего счетчика предназначен для подключения посредством второго коммутатора к входу второго ПКЧ; второй вход двадцать первого сумматора предназначен для подключения посредством первого коммутатора к выходу ПНЧ в цепи обработки аналогового сигнала СКВТ по оси курса, выход седьмого суммирующего счетчика предназначен для подключения посредством второго коммутатора к входу третьего ПКЧ.

Посредством выполнения в устройстве обработки цифровых сигналов канала обработки сигналов первого акселерометра с десятью сумматорами, шестью регистрами хранения, тремя логическими устройствами НЕ, четырьмя суммирующими счетчиками, устройством умножения, канала обработки сигналов второго акселерометра в составе восьми сумматоров, двух регистров хранения, двух логических устройств НЕ, двух суммирующих счетчиков, устройства умножения, канала обработки сигналов СКВТ по оси курса на шести сумматорах, двух регистрах хранения, двух суммирующих счетчиках, двух логических устройствах НЕ, двух устройствах умножения обеспечивается выполнение режима гирокомпасирования без уменьшения коэффициента передачи акселерометров, так как вышеуказанные устройства не изменяют коэффициента передачи цепей горизонтирования в режиме гирокомпасирования.

В результате снижается время переходных процессов и уменьшается время готовности инерциальной системы. Уменьшается статическая ошибка, что приводит к повышению точности инерциальной системы. При обработке цифровых сигналов повышается помехоустойчивость инерциальной системы, что повышает ее точность.

На фиг.1 представлена кинематическая схема гироплатформы, на фиг.2 - структурная схема инерциальной системы, на фиг.3 - принципиальная схема канала обработки сигналов первого акселерометра, на фиг.4 - принципиальная схема канала обработки сигналов второго акселерометра, на фиг.5 - принципиальная схема канала обработки сигналов СКВТ по оси курса.

Платформа 1 (фиг.1) на раме курса 2 установлена в кардановый подвес, содержащий раму крена 3 и раму тангажа 4. Платформа 1 имеет степени свободы относительно оси крена X, оси тангажа Y и оси курса Z. На платформе 1 установлены первый акселерометр 5^I с направлением измерительной оси по оси X, второй акселерометр 5^II с направлением измерительной оси по оси Y, третий акселерометр 5^III с направлением измерительной оси по оси Z, первый трехстепенный гироскоп 6^I с направлением вектора кинетического момента по оси X, первой измерительной оси по оси Y, второй измерительной оси по оси Z, второй трехстепенный гироскоп 6^II с направлением третьей измерительной оси по оси X. Первый гироскоп 6^I имеет первый датчик момента 7^I, второй датчик момента 7^II, первый датчик угла 8^I и второй датчик угла 8^II. Второй гироскоп 6^II имеет третий датчик момента 7^III и третий датчик угла 8^III. По оси Z установлен двигатель привода 9^I, по оси Y - двигатель привода 9^II, по оси Х - двигатель привода 9^III. Каждый из двигателей привода 9^I, 9^II, 9^III может быть выполнен как моментный двигатель постоянного тока, ротор которого имеет обмотку, а статор выполнен в виде магнитной системы с постоянными магнитами. По оси Z установлен синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) 10^I, по оси Y - СКВТ 10^II, по оси Х - СКВТ - 10^III.

По оси Z установлен преобразователь координат 11, который также может быть выполнен в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора.

Выход первого акселерометра 5^I (фиг.2) подключен к входу первого ПНЧ 12^I, выход которого соединен с входом первого реверсивого счетчика 13^I и первого модуля коррекции 14^I. Выход первого реверсивного счетчика 13^I подсоединен к входу «а» первого коммутатора 15. К выходу второго акселерометра 5^II подключен вход второго ПНЧ 12^II, к выходу которого подсоединены входы второго реверсивного счетчика 13^II и второго модуля коррекции 14^II. Выход второго реверсивного счетчика 13^II подключен к входу «б» первого коммутатора 15, выход «в» которого соединен с первым входом второго коммутатора 16. Выход «г» первого коммутатора 15 соединен с первым входом устройства обработки цифровых сигналов (УОЦС) 17, выход «д» которого подключен к второму входу второго коммутатора 16. К выходу «е» первого коммутатора 15 подключен второй вход УОЦС 17, к выходу «ж» которого подсоединен третий вход второго коммутатора 16. Выход «з» второго коммутатора 16 соединен с входом первого ПКЧ 18^I, выход которого подключен к первому входу первого сумматора 19^I. Выход «к» второго коммутатора 16 подключен к второму входу первого сумматора 19^I, к выходу которого подключен вход первого усилителя датчика момента 20^I. К выходу первого усилителя датчика момента 20^I подключен первый датчик момента 7^II первого гироскопа 6^I. Выход первого модуля коррекции 14^I соединен с четвертым и пятым входами второго коммутатора 16. Каждый из модулей коррекции 14^I, 14^II представляет собой умножитель частоты, построенный, например, на двоичных усилителях частоты с коэффициентом преобразования 2ⁿ, где n=2, 3... К выходу «л» первого коммутатора 15 подключен шестой вход второго коммутатора 16. Выходы «м», «н» первого коммутатора 15 соединены соответственно с третьим и четвертым входами УОЦС 17 выходы «п», «р» которого подключены к седьмому и восьмому входам второго коммутатора 16.

К выходу «с» второго коммутатора 16 подсоединен вход второго ПНЧ 18^II, выход которого подключен к первому входу второго сумматора 19^II. Выход второго сумматора 19^II подсоединен к входу второго усилителя датчика момента 20^II, к выходу которого подключен датчик момента 7^III второго гироскопа 6^II. К выходу второго модуля коррекции 14^II подключены девятый и десятый входы второго коммутатора 16, к выходу «т» которого подсоединен второй вход второго сумматора 19^II.

Обмотка 21 ротора СКВТ 10^I подсоединена к входу усилителя переменного тока 22^I, к входу которого подключен демодулятор 23^I. К выходу демодулятора 23^I подключен вход усилителя постоянного тока 24^I, выход которого соединен с входом третьего ПНЧ 12^III, выход третьего ПНЧ 12^III подключен к входу «ф» первого коммутатора 15, к выходу «ц» которого подсоединен пятый вход УОЦС 17. К выходу «ч» первого коммутатора 15 подключен шестой вход УОЦС 17, к выходам «ш», «щ» которого подключены одиннадцатый и двенадцатый входы второго коммутатора 16. Выход «э» второго коммутатора 16 подключен к входу третьего ПКЧ 18^III, к выходу которого подсоединен вход третьего усилителя датчика момента 20^III. К выходу третьего усилителя датчика момента 20^III подключен второй датчик момента 7^II первого гироскопа 6^I.

Выход третьего акселерометра 5^III подключен к входу четвертого ПНЧ 12^IV выход которого соединен с входом третьего реверсивного счетчика 13^III. К выходу третьего реверсивного счетчика 13^III подсоединен седьмой вход УОЦС 17.

Выход первого датчика угла 8^I первого гироскопа 6^I подключен к входу усилителя переменного тока 22^II, к выходу которого подключена синусная обмотка ротора преобразователя координат 11. К выходу третьего датчика угла 8^III второго гироскопа 6^II подсоединен вход усилителя переменного тока 22^III, к выходу которого подсоединена косинусная обмотка ротора преобразователя координат 11.

Синусная обмотка статора преобразователя координат 11 соединена с входом демодулятора 23^II, выход которого подключен к входу усилителя постоянного тока 24^II. К выходу усилителя постоянного тока 24^II подсоединен двигатель привода 9^II. К косинусной обмотке статора преобразователя координат 11 подключен вход демодулятора 23^III, к выходу которого подсоединен вход усилителя постоянного тока 24^III. На выходе усилителя постоянного тока 24^III подключен двигатель привода 9^III.

Выход второго датчика угла 8^II первого гироскопа 6^I подключен к входу усилителя переменного тока 22^IV, выход которого соединен с входом демодулятора 23^IV. К выходу демодулятора 23^IV подсоединен вход усилителя постоянного тока 24^IV, к выходу которого подключен двигатель привода 9^I.

Обмотки роторов СКВТ 10^II, 10^III через усилители переменного тока, демодуляторы, усилители постоянного тока и ПНЧ подключены к входам УОЦС 17.

Вычислительное устройство 25 с процессором соединено шинами с УОЦС 17 и устройством управления 26, которое соединено линиями связи с первым коммутатором 15, вторым коммутатором 16 и УОЦС 17.

В УОЦС 17 в режиме гирокомпасирования выполнены каналы обработки сигналов первого 5^I и второго 5^II акселерометров и СКВТ 10^I.

В канале обработка сигнала первого акселерометра 5^I (фиг.3) выход первого логического устройства НЕ 27^I подключен к первому входу третьего сумматора 19^III, к выходу которого подсоединены первые входы четвертого 19^IV, пятого 19^V, шестого 19^VI и седьмого 19^VII сумматоров. Выход первого регистра хранения 28^I с прошитым в нем кодом коэффициента передачи К^I ₁ подсоединен к второму входу четвертого сумматора 19^IV, к выходу которого подключен первый вход восьмого сумматора 19^VIII. К выходу восьмого сумматора 19^VIII подключен вход первого суммирующего счетчика 29^I, к выходу которого подключены вход первого логического устройства НЕ 27^I и первый вход девятого сумматора 19^IX, к второму входу которого подключен выход второго регистра хранения 28^II с прошитым в нем кодом значения приборного радиуса Земли. Выход девятого сумматора 19^IX соединен с первым входом десятого сумматора 19^X, к выходу которого подключен вход второго суммирующего счетчика 29^II. Выход второго суммирующего счетчика 29^II подключен к первому входу одиннадцатого сумматора 19^XI. К выходу третьего регистра хранения 28^III с прошитым кодом значения ускорения свободного падения подсоединен второй вход одиннадцатого сумматора 19^XI, к выходу которого подключен вход второго логического устройства НЕ 27^II. Выход второго логического устройства НЕ 27^II подсоединен к второму входу восьмого сумматора 19^VIII. Выход четвертого регистра хранения 28^IV с прошитым в нем кодом коэффициента передачи К'₂ соединен с вторым входом пятого сумматора 19^V, выход которого подключен к второму входу десятого сумматора 19^X. Выход пятого регистра хранения 28^V с прошитым в нем кодом коэффициента передачи К'₃ подключен к второму входу седьмого сумматора 19^VII. Выход шестого регистра хранения 28^VI с прошитым в нем кодом коэффициента передачи К'₄ соединен с вторым входом шестого сумматора 19^VI, выход которого соединен с входом третьего суммирующего счетчика 29^III. Выход третьего суммирующего счетчика 29^III соединен с первым входом двенадцатого сумматора 19^XII. Выход седьмого сумматора 19^VII соединен с входом четвертого суммирующего счетчика 29^IV выход которого подключен к первому входу первого устройства умножения 30^I. К выходу первого устройства умножения 30^I подсоединения вход третьего логического устройства НЕ 27^III, выход которого соединен с вторым входом двенадцатого сумматора 19^XII. Выход двенадцатого сумматора 19^XII соединен с третьим входом десятого сумматора 19^X.

В канале обработки сигналов второго акселерометра 5^II (фиг.4) выход четвертого логического устройства НЕ 27^IV подключен к первому входу тринадцатого сумматора 19^XIII, выход которого соединен с первыми входами четырнадцатого 19^XIV и пятнадцатого 19^XV сумматоров.

Выход седьмого регистра хранения 28^VII с прошивкой кода коэффициента передачи K''₁ соединен со вторым входом четырнадцатого сумматора 19^XIV, выход которого подключен к первому входу шестнадцатого сумматора 19^XVI. К выходу шестнадцатого сумматора 19^XVI подсоединен вход пятого суммирующего счетчика 29^V, к выходу которого подключены первый вход семнадцатого счетчика 19^XVII и вход четвертого логического устройства НЕ 27^IV. К второму входу семнадцатого сумматора 19^XVII подключен выход «я» второго регистра хранения 28^II. Выход семнадцатого сумматора 19^XVII подключен к входу пятого логического устройства НЕ 27^V, выход которого соединен с первым входом восемнадцатого сумматора l9^XVIII. Выход восемнадцатого сумматора 19^XVIII соединен с входом шестого суммирующего счетчика 29^VI, к входу которого подключен первый вход девятнадцатого сумматора 19^XIX, к второму входу которого подключен выход «ю» третьего регистра хранения 28^III. Выход девятнадцатого сумматора 19^XIX соединен с вторым входом шестнадцатого сумматора 19^XVI. К выходу восьмого регистра хранения 28^VIII с прошивкой кода коэффициента передачи К₂'' подключен второй вход пятнадцатого сумматора 19^XV, выход которого соединен с вторым входом восемнадцатого сумматора 19^XVIII. К первому входу второго устройства умножения 30^II подсоединен выход «аа» третьего суммирующего счетчика 29^III, выход второго устройства умножения 30^II подключен к первому входу двадцатого сумматора 19^XX, второй вход которого соединен с выходом «аб» четвертого суммирующего счетчика 29^IV. Выход двадцатого сумматора 19^XX соединен с третьим входом восемнадцатого сумматора 19^XVIII.

В канале обработки сигнала СКВТ10^I (фиг.5) выход шестого логического устройства НЕ 27^VI соединен с первым входом двадцать первого сумматора 19^XXI, к выходу которого подключены первые входы двадцать второго 19^XXII и двадцать третьего 19^XXIII сумматоров. Выход девятого регистра хранения 28^IX с прошивкой кода коэффициента передачи К₁''' подключен к второму входу двадцать второго сумматора 19^XXII, выходу которого подсоединен первый вход двадцать четвертого сумматора 19^XXIV. Выход третьего устройства умножения 30^III подсоединен к второму входу двадцать четвертого сумматора 19^XX1V, выход которого соединен с первым входом двадцать пятого сумматора 19^XXV. К выходу четвертого устройства умножения 30^IV подключен вход седьмого устройства НЕ 27^VII, выход которого соединен с вторым входом двадцать пятого сумматора 19^XXV. Выход двадцать пятого сумматора 19^XXV соединен с первым входом двадцать шестого сумматора 19^XXVI, выход которого подключен к входу седьмого суммирующего счетчика 29^VII. К выходу седьмого суммирующего счетчика 29^VII подсоединен вход шестого логического устройства НЕ 27^VI. Выход десятого регистра хранения 28^X с прошивкой кода коэффициента передачи К₂''' подсоединен к второму входу двадцать третьего сумматора 19^XXIII, выход которого соединен с входом восьмого суммирующего счетчика 29^VIII. К выходу восьмого суммирующего счетчика 29^VIII подсоединен второй вход двадцать шестого сумматора 19^XXVI. Выход «аб» четвертого суммирующего счетчика 29^IV подключен к первому входу третьего устройства умножения 30^III, к второму входу которого подсоединен выход «ав» второго суммирующего счетчика 29^II. Выход «аа», третьего суммирующего счетчика 29^III подсоединен к первому входу четвертого устройства умножения 30^IV, к второму входу которого подключен выход «аг» шестого суммирующего счетчика 29^VI. К выходу «ш» седьмого суммирующего счетчика 29^VII подключены вторые входы первого 30^I и второго 30^II устройств умножения.

Второй вход третьего сумматора 19^III подключен к выходу «г» первого коммутатора 15^I, выход первого суммирующего счетчика 29^I является выходом «д» УОЦС 17. Второй вход тринадцатого сумматора 19^XIII подключен к выходу «м» первого коммутатора 15, а выход пятого суммирующего счетчика 29^V является выходом «п» УОЦС 17. Второй вход двадцать первого сумматора 19^XXI подсоединен к выходу «ц» первого коммутатора 15. Выход седьмого суммирующего счетчика 29^VII является выходом «ш» УОЦС 17.

Инерциальная система работает следующим образом (фиг.1). Аналоговый выход сигнала, например, первого акселерометра 5^I преобразуется в ПНЧ 12^I в частотный сигнал, который в реверсивном счетчике 13^I преобразуется в код скорости по оси X. Подобным же образом в код скорости по оси Y и оси Z преобразуются выходные сигналы второго 5^II и третьего 5^III акселерометров.

В режиме горизонтирования выход реверсивного счетчика 13^I через вход «а» первого коммутатора 15, его выход «в», первый вход второго коммутатора 16 и его выход «з» подсоединяется к входу первого ПКЧ 18^I.

Выход первого модуля коррекции 14^I через четвертый вход второго коммутатора 16 и его выход «к» подсоединяется к второму входу первого сумматора 19^I. После преобразования в первом ПКЧ 18^I кода с выхода первого реверсивного счетчика 13^I в частотный сигнал, суммирования частотных сигналов в первом сумматоре 19^I с выходов первого ПКЧ 18^I и первого модуля коррекции 14^I с выхода первого сумматора 19^I на вход импульсного усилителя датчика момента 20^I поступает частотный сигнал, пропорциональный ускорению, измеренному первым акселерометром 5^I. Поступающий в первый датчик момента 7^I первого гироскопа 6^I сигнал вызывает прецессию первого гироскопа 6^I относительно оси Y. При этом с выхода датчика угла 8^I первого гироскопа 6^I поступает сигнал на вход усилителя переменного тока 22^I, выхода которого переменное напряжение подается на синусную обмотку ротора преобразователя координат 11. Таким же образом преобразованный сигнал второго акселерометра 5^II через вход «б» первого коммутатора 15 и выход «с» второго коммутатора 16 подается в третий датчик момента 7^III второго гироскопа 6^II, вызывая прецессию второго гироскопа относительно оси X.

После усиления переменное напряжение датчика угла 8^III с выхода усилителя переменного тока 22^III поступает на косинусную обмотку ротора преобразователя координат 11.

С выхода синусной обмотки статора преобразователя координат 11 после преобразования в постоянное напряжение в демодуляторе 23^II и усиления в усилителе постоянного тока 24^II напряжение постоянного тока подается в двигатель привода 9^II. Двигатель привода 9^II приводит раму тангажа 4 в положение, при котором выходное напряжение первого акселерометра 5^I становится минимальным. С косинусной обмотки статора преобразователя координат 11 преобразованный сигнал подается на двигатель привода 9^III, который отрабатывает подаваемый на него сигнал, приводя раму крена 3 в положение, при котором выходное напряжение второго акселерометра 5^II минимально. Таким образом, платформа 1 устанавливается в плоскости горизонта.

В режиме гирокомпасирования переменное напряжение с ротора СКВТ 10^I усиливается в усилителе переменного тока 22^I, преобразуется в напряжение постоянного тока в демодуляторе 23^I, усиливается в усилителе постоянного тока 24^I, преобразуется в частотный сигнал в третьем ПНЧ 12^III и подается на вход «ф» первого коммутатора 15. С выхода «ц» первого коммутатора 15 сигнал подается на третий вход УОЦС 17, преобразованный в УОЦС 17 в соответствии с нижеприведенным алгоритмом с выхода «ш» УОЦС 17 сигнал подается на одиннадцатый вход второго коммутатора 16, с выхода «э» которого поступает на вход третьего ПНЧ 18^III, где преобразуется в частотный сигнал. С выхода третьего ПНЧ 18^III частотный сигнал подается на вход импульсного усилителя датчика момента 20^III и далее в датчик момента 7^II первого гироскопа 6^I.

Первый гироскоп 6^I прецессирует относительно оси Z, на выходе его второго датчика угла 8^II образуется сигнал рассогласования, который усиливается усилителем переменного тока 22^IV, преобразуется в напряжение постоянного тока в демодуляторе 23^IV, усиливается в усилителе постоянного тока 24^IV и подается на двигатель привода 9^I. Двигатель привода 9^I разворачивает раму курса 2, устанавливая первый гироскоп 6^I в такое положение, при котором его вектор кинетического момента направлен по меридиану месторасположения объекта.

Одновременно сигнал с первого реверсивного счетчика 13^I через вход «а» первого коммутатора 15 и его выход «г» поступает на первый вход УОЦС 17, с выхода «д» которого через второй вход второго коммутатора 16 и его выход «з» подается в первый ПКЧ 18^I. Далее преобразование сигнала вплоть до работы двигателя привода 9^II осуществляется аналогично режиму горизонтирования по оси тангажа. Также сигнал от второго реверсивного счетчика 13^II через вход «б», выход «м» первого коммутатора 15, выход «п» УОЦС 17, выход «с» второго коммутатора 16 поступает на вход второго ПКЧ 18^II. Затем преобразование сигнала аналогично его преобразованию в режиме горизонтирования по оси крена.

В УОЦС 17 выполняются алгоритмы обработки сигналов первого реверсивного счетчика 13^I, второго реверсивного счетчика 13^II и третьего ПНЧ 12^III в соответствии с моделями ошибок инерциальной системы для канала первого акселерометра 5^I, второго акселерометра 5^II и СКВТ 10^I.

Модель ошибок инерциальной системы в канале обработки сигналов первого акселерометра 5^I описывается следующей системой уравнений:

где ΔV_x - выходной сигнал первого реверсивного счетчика 13^I;

g - ускорение свободного падения;

α_y - сигнал рассогласования между плоскостью горизонта и платформой 1 по оси тангажа γ;

U_x - проекция северной составляющей угловой скорости Земли на ось X;

R - приборный радиус Земли;

U_у - проекция северной составляющей угловой скорости Земли на ось Y;

α_z - сигнал азимутального рассогласования;

ε_z - угловая скорость не скомпенсированного ухода инерциальной системы в азимуте.

Входящие в систему уравнений (1) параметры состояния вектора имеют вид:

Матрица измерения H₁:

Матрица оптимальных коэффициентов К':

Вектор соотношения описывается следующим векторным дифференциальным уравнением:

где F₁ - матрица состояния канала инерциальной системы по оси X;

z - входной параметр.

На основании (1), (2), (3), (4), (5) дифференциальные уравнения оценок параметров инерциальной системы примут вид:

Алгоритм выполнения соотношений (6) реализуется в УОЦС 17 в канале обработки сигналов первого акселерометра 5^I (фиг.3). В результате преобразования сигнала ΔV_x на входе «г» третьего сумматора 19^III на выходе «д» первого суммирующего счетчика 29^I образуется оценка При прохождении сигнала с выхода первого суммирующего счетчика 29^I через первое логическое устройство НЕ 27^I и поступлении с его выхода на первый вход третьего сумматора 19^III на выходе третьего сумматора 19^III образуется сигнал От поступающих на первый вход девятого сумматора 19^IX сигналов с выхода первого суммирующего счетчика 29^I и на второй вход с выхода второго регистра хранения 28^II на выходе девятого сумматора 19^IX образуется сигнал На выходе пятого сумматора 19^V образуется сигнал , на выходе шестого сумматора 19^VI -

С выхода третьего суммирующего счетчика 29^III идет сигнал U_y. На выходе седьмого сумматора 19^VII образуется сигнал а на выходе четвертого суммирующего счетчика 29^IV - После первого устройства умножения 30^I сигнал преобразуется в который на выходе третьего логического устройства НЕ 27^III имеет преображенный вид В результате на выходе двенадцатого сумматора 19^XII получается сигнал а на выходе десятого сумматора 19^х - сигнал

На выходе второго суммирующего счетчика 29^II образуется сигнал а на выходе одиннадцатого сумматора 19^XI сигнал α_yg. После прохождения сигнала с выхода одиннадцатого сумматора 19^XI через второе логическое устройство НЕ 27^II на втором входе восьмого сумматора 29^III существует сигнал В результате восьмой сумматор 19^VIII выдает сигнал который после прохождения через первый суммирующий счетчик 29^I принимает вид ΔV_x. Таким образом входной сигнал ΔV_x на входе «г» УОЦС 17 на его выходе «д» преобразуется в оптимальную оценку

Модель ошибок инерциальной системы в канале обработки сигналов второго акселерометра 5^II имеет вид:

где ΔV_y - выходной сигнал второго реверсивного счетчика 13^II;

α_x - сигнал рассогласования между плоскостью горизонта и платформой 1 по оси крена X.

Параметры состояния вектора :

Матрица оптимальных коэффициентов К":

При этом K''₃=K'₃ и K''₄=K'_3.

Вектор соотношения :

где F₂ - матрица состояния канала инерциальной системы по оси Y.

Тогда дифференциальные уравнения оценок параметров инерциальной системы имеют вид:

Алгоритм выполнения соотношений (11) реализуется в УОЦС 17 в канале обработки сигналов второго акселерометра 5^II (фиг.4).

После преобразования сигнала ΔV_y на входе «м» тринадцатого сумматора 19^XIII на выходе «п» пятого суммирующего счетчика 29^V образуется оценка

При поступлении сигнала с выхода четвертого логического устройства НЕ 27^IV на первый вход тринадцатого сумматора 19^XIII на его выходе образуется сигнал который преобразуется на выходе четырнадцатого сумматора 19^XIV в сигнал и на выходе пятнадцатого сумматора 19^V в сигнал Сигнал с выхода пятого суммирующего счетчика 29^V после прохождения через семнадцатый сумматор 19^XVII и пятое логическое устройство НЕ 27^V на выходе пятого логического устройства 27^V имеет вид: С выхода второго устройства умножения 30^II на вход двадцатого сумматора 19^XX поступает сигнал который преобразуется в сигнал на выходе двадцатого сумматора 19^XX. В результате на выходе восемнадцатого сумматора 19^XVIII образуется сигнал

На выходе шестого суммирующего счетчика 29^VI образуется сигнал который преобразуется на выходе девятнадцатого сумматора 19^XIX в сигнал Тогда на вход пятого суммирующего счетчика 29^V с выхода шестнадцатого сумматора 19^XVI приходит сигнал который преобразуется в пятом суммирующем счетчике 29^V в сигнал Таким образом входной сигнал ΔV_y на входе «м» УОЦС 17 преобразуется в его оценку на выходе «п» УОЦС 17.

Исходная модель ошибок азимутального канала инерциальной системы с СКВТ 10'.

Вектор соотношения:

где F₃ - матрица состояния по оси курса.

Параметр состояния:

Матрица измерения Н₃:

Матрица оптимальных коэффициентов

Дифференциальные уравнения оценок параметров:

Алгоритмы выполнения соотношений (17) осуществляется в УОЦС 17 в канале обработки сигналов СКВТ 10' (фиг.5).

В результате преобразования сигнала α_z на входе «ц» двадцать первого сумматора 19^XXI на выходе «ш» седьмого суммирующего счетчика 29^VII образуется оценка После прохождения сигнала с выхода седьмого суммирующего счетчика 29^VII через шестое логическое устройство НЕ 27^VI на выходе двадцать первого сумматора 19^XXI образуется сигнал который преобразуется на выходе двадцать второго сумматора 19^XXII в сигнал а на выходе двадцать третьего сумматора 19^XXIII - в сигнал На выходе третьего устройства умножения 30''' образуется сигнал а на выходе четвертого устройства умножения 30^IV - сигнал На выходе двадцать четвертого сумматора 19^XXIV получается сигнал а на выходе двадцать пятого сумматора 19^XXV - сигнал

Сигнал с выхода двадцать третьего сумматора 19^XXIII преобразуется в сигнал на выходе восьмого суммирующего счетчика 29^VIII. В результате на выходе двадцать шестого сумматора 19^XXVI образуется сигнал

который преобразуется в сигнал на выходе седьмого суммирующего счетчика 29^VII.

Входные сигналы УЦОС 17 ΔV_x, ΔV_y, α_z используются для идентификации оценок ошибок инерциальной системы. Выходные сигналы УЦОС 17 используются для управления гироплатформой.

Выходные сигналы УЦОС 17 используются для горизонтирования и азимутального согласования гироплатформы.

В результате преобразования в УЦОС 17 входных сигналов ΔV_x, ΔV_y, α_z в используемых для управления гироплатформой оценок ошибок инерциальной системы устраняются собственные дрейфы гироплатформы. Поэтому повышается точность выставки гироплатформы в режиме гирокомпасирования, что повышает точность инерциальной системы. Обработка цифровых сигналов в УОЦС 17 повышает помехоустойчивость инерциальной системы.

Регистры хранения 28^I, 28^II...28^X с записанными в них кодами констант совместно с подсоединенными к ним сумматорами осуществляют преобразование поступающего на вход сумматора кода в код, пропорциональный константе.

В рабочем режиме выходы первого 14^I и второго 14^II модулей коррекции отключаются от входа сумматоров 19^I и 19^II, выход первого реверсивного счетчика 13^I через вход «а» первого коммутатора 15, его выход «е», выход «ж» УОЦС 17, выход «з» второго коммутатора 16 подключается к входу первого ПКЧ 18^I. По описанному выше процессу дальнейшего прохождения сигнала в первый датчик момента 7^I первого гироскопа 6^I и работы следящей системы в канале тангажа осуществляется стабилизация и интегральная коррекция платформы 1 по оси тангажа. Аналогичным образом осуществляется стабилизация и интегральная коррекция платформы 1 по оси крена.

Выход третьего ПНЧ 12^III через вход «ф» первого коммутатора 15, его выход «ч», выход «щ» УОЦС 17 и выход «э» второго коммутатора 16 подключается к входу третьего ПКЧ 18^III. По поступающему во второй датчик момента 7^II первого гироскопа 6^I напряжению производится отработка следящей системы по оси курса, осуществляя стабилизацию платформы 1 в азимуте.

Вычислительное устройство 25 производит вычисление параметров инерциальной системы по полученной из УОЦС 17 информации, образует сигналы управления. Устройство управления 26 производит дешифрацию поступающих из вычислительного устройства 25 адресов и команд и выдает сигналы управления в первый 15 и второй 16 коммутаторы, УОЦС 17. УОЦС 17 в рабочем режиме выдает сигналы скорости V_x, V_y, V_z по сигналам первого 5^I, второго 5^II и третьего 5^III акселерометров, а также сигналы курса ψ, тангажа ν и крена γ по сигналам первого 10^I, второго 10^II и третьего 10^III СКВТ.

Источники информации

1. Патент РФ №2020417, кл. G01C 21/00. Инерциальная навигационная система, 1991 г.

2. Акиндеев Ю.А., Воробьев В.Г. и др. Аппаратура измерения курса и вертикали на воздушных судах гражданской авиации. М.: Машиностроение, 1989 г., с.304-329.