×
13.01.2017
217.015.8a02

УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРИЕНТАЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано на борту летательного аппарата, а также при моделировании динамики и управлении полетами летательных аппаратов. Технический результат - увеличение точности определения углов пространственной ориентации летательных аппаратов. Устройство определения углов пространственной ориентации летательного аппарата, содержащее блок датчиков угловых скоростей и блок интегрирования матрицы направляющих косинусов, дополнительно включает в себя шесть блоков возведения в квадрат, два умножителя, пять сумматоров, четыре делителя, три устройства извлечения квадратного корня, три инвертора и три блока определения арккосинуса, соединенных между собой таким образом, чтобы по сигналам с блока интегрирования матрицы направляющих косинусов обеспечить определение углов крена, тангажа и рыскания. Для определения углов пространственной ориентации предлагаемое устройство реализует использование максимально возможного числа элементов матрицы направляющих косинусов, в результате чего, выполняя прямые многократные измерения с учетом случайных погрешностей, применяя усреднение полученных значений по N измерениям, уменьшает дисперсию оценки сигнала в N раз. 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано на борту летательного аппарата, а также при моделировании динамики и управления полетами летательных аппаратов.

Определение углов пространственной ориентации летательного аппарата (ЛА) относительно земной нормальной системы координат является важной задачей как в процессе выполнения полета, так и при математическом и полунатурном моделировании движения ЛА. Углы ориентации могут быть определены с использованием уравнений Эйлера, Пуассона и при помощи кватернионов. Наиболее простыми являются уравнения Эйлера, однако при углах тангажа, близких по модулю к 90°, они имеют точку особенности, что приводит к утрате работоспособности. Поэтому на практике для определения углов пространственной ориентации ЛА используют кватернионы или уравнения Пуассона. В последнем случае выполняется численное интегрирование дифференциальных уравнений для элементов матрицы направляющих косинусов, не имеющих особенных точек. При этом возникает задача определения углов пространственной ориентации, то есть углов тангажа υ, крена γ и рыскания ψ по вычисленным, с учетом угловых скоростей, элементам матрицы направляющих косинусов.

Существуют системы определения углов пространственной ориентации, использующие бесплатформенные инерциальные навигационные системы (БИНС), в которых реализуются матрицы направляющих косинусов с минимально возможным числом элементов (В.В. Матвеев, В.Я. Распопов. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем, СПб, ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2009, стр. 129).

Недостатком этих систем является то, что для определения трех углов пространственной ориентации ЛА используются только три элемента матрицы, то есть минимально возможное число элементов, что приводит к снижению точности системы.

Известна бесплатформенная инерциальная навигационная система, описанная в патенте US 5422817 от 1995 г., МПК G01C 25/00, содержащая акселерометры, гироскопы и вычислитель, позволяющая определить углы пространственной ориентации ЛА путем использования матрицы направляющих косинусов между связанной и земной системой координат.

Недостаток известной системы заключается в том, что с течением времени в ней происходит интегрирование шумов и ошибок датчиков, что, в свою очередь, приводит к возрастанию ошибки определения углов пространственной ориентации из-за выхода аргументов обратных тригонометрических функций из их области определений и нарушения ортонормированности матрицы направляющих косинусов.

Целью изобретения является повышение точности определения углов крена, курса и тангажа.

Поставленная цель достигается за счет того, что в устройство определения углов пространственной ориентации, содержащее блок датчиков угловых скоростей, блок интегрирования матрицы направляющих косинусов, дополнительно введены последовательно соединенные первый блок возведения в квадрат, первый и второй сумматоры, первый делитель, первое устройство извлечения квадратного корня и первый блок определения арккосинуса аргумента, два умножителя, последовательно соединенные третий сумматор, второй делитель и второй блок определения арккосинуса аргумента, последовательно соединенные второй блок возведения в квадрат, с выходом которого соединен второй вход первого сумматора, четвертый сумматор, второе устройство извлечения квадратного корня, третий делитель и третий блок определения арккосинуса аргумента, третий блок возведения в квадрат, выход которого подключен ко вторым входам второго и четвертого сумматоров, последовательно соединенные пятый сумматор, к первому, второму и третьему входам которого подключены выходы четвертого пятого и шестого блоков возведения в квадрат соответственно, четвертый делитель и третье устройство извлечения квадратного корня, выход которого подключен ко второму входу второго делителя, при этом ко вторым входам первого и четвертого делителей подключен выход четвертого сумматора, первый выход блока интегрирования матрицы направляющих косинусов подключен к четвертому входу данного блока, к входу первого блока возведения в квадрат и через первый инвертор ко второму входу первого блока определения арккосинуса аргумента, второй выход блока интегрирования матрицы направляющих косинусов подключен к пятому входу данного блока, к первому входу первого умножителя и к входу второго блока возведения в квадрат, третий выход блока интегрирования матрицы направляющих косинусов подключен к шестому входу данного блока, ко второму входу первого умножителя и к входу шестого блока возведения в квадрат, четвертый выход блока интегрирования матрицы направляющих косинусов подключен к седьмому входу данного блока, к первым входам второго умножителя и третьего блока возведения в квадрат и через второй инвертор ко второму входу третьего блока определения арккосинуса аргумента, пятый выход блока интегрирования матрицы направляющих косинусов подключен к восьмому входу данного блока, ко второму входу второго умножителя и к входу четвертого блока возведения в квадрат, шестой выход блока интегрирования матрицы направляющих косинусов подключен к девятому входу данного блока, к входу пятого блока возведения в квадрат и через третий инвертор ко второму входу второго блока определения арккосинуса аргумента, десятый, одиннадцатый и двенадцатый входы блока интегрирования матрицы направляющих косинусов являются входами устройства по сигналам, соответствующим начальным значениям углов крена, тангажа и рыскания, а выходы блоков определения арккосинусов аргумента являются выходами устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема заявляемого устройства.

Устройство определения углов пространственной ориентации летательного аппарата содержит блок 1 датчиков угловых скоростей, блок 2 интегрирования матрицы направляющих косинусов, шесть блоков 3-8 возведения в квадрат, два умножителя 9 и 10, пять сумматоров 11-15, первый и четвертый делители 16 и 17, три устройства 18-20 извлечения квадратного корня, второй и третий делители 21 и 22, три инвертора 23-25 и три блока 26-28 определения арккосинуса.

Устройство определения углов пространственной ориентации летательного аппарата работает следующим образом: по сигналам из блока 1 датчиков угловых скоростей, с учетом начальных значений углов тангажа ϑ0, крена γ0 и курса ψ0, в блоке 2 интегрирования матрицы направляющих косинусов обновляются элементы данной матрицы, которые являются выходными сигналами блока 2 интегрирования матрицы направляющих косинусов. Подключенные к выходу блока 2 интегрирования матрицы направляющих косинусов последовательно соединенные первый блок 3 возведения в квадрат, первый 11 и второй 14 сумматоры, первый делитель 16, первое устройство 18 извлечения квадратного корня и первый блок 26 определения арккосинуса аргумента, а также первый логический инвертор 23, с учетом выходных сигналов второго 4 и третьего 5 блоков возведения в квадрат и четвертого сумматора 15, реализуют выражение, определяющее угол тангажа: ,

Чтобы получать значения угла тангажа в диапазоне [-90°, 90°] требуется дополнительно ввести условие:

если (U12<0), то .

Подключенные к выходам блока 2 интегрирования матрицы направляющих косинусов первый 9 и второй 10 умножители, последовательно соединенные третий сумматор 12, второй делитель 21 и второй блок 27 определения арккосинуса аргумента, с учетом выходных сигналов третьего устройства 20 извлечения квадратного корня и третьего логического инвертора 25, а также подключенные к выходам блока 2 интегрирования матрицы направляющих косинусов четвертый 6, пятый 7 и шестой 8 блоки возведения в квадрат, последовательно соединенные пятый сумматор 13, четвертый делитель 17 и третье устройство 20 извлечения квадратного корня, выход которого подключен ко второму входу второго делителя 21, реализуют выражение для определения угла крена:

.

Чтобы угол крена принимал значения в диапазоне [-180°, 180°] требуется дополнительно ввести следующее условие:

если (U32≥0), то .

Подключенные к выходам блока 2 интегрирования матрицы направляющих косинусов второй 4 и третий 5 блоки возведения в квадрат, последовательно соединенные четвертый сумматор 15, второе устройство 19 извлечения квадратного корня, третий делитель 22 и третий блок 28 определения арккосинуса аргумента, а также второй логический инвертор 24 реализуют выражение определяющее значение угла рыскания ψ:

.

Чтобы угол рыскания принимал значения в диапазоне [-180°, 180°], требуется дополнительно ввести условие:

если (U13≥0)), то .

Таким образом, предлагаемое устройство для определения углов пространственной ориентации летательного аппарата реализует использование максимально возможного количества элементов матрицы направляющих косинусов. В результате учитываются случайные погрешности и шумы путем усреднения полученных значений по N измерениям, что приводит к уменьшению дисперсии оценки сигнала в N раз.

Техническим результатом является повышение точности определения углов крена, тангажа и рыскания.

Заявляемое устройство может быть реализовано на стандартных элементах вычислительной техники и может использоваться на всех типах летательных аппаратов.

Устройство определения углов пространственной ориентации летательного аппарата, содержащее блок датчиков угловых скоростей, блок интегрирования матрицы направляющих косинусов, отличающееся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные первый блок возведения в квадрат, первый и второй сумматоры, первый делитель, первое устройство извлечения квадратного корня и первый блок определения арккосинуса аргумента, два умножителя, последовательно соединенные третий сумматор, второй делитель и второй блок определения арккосинуса аргумента, последовательно соединенные второй блок возведения в квадрат, с выходом которого соединен второй вход первого сумматора, четвертый сумматор, второе устройство извлечения квадратного корня, третий делитель и третий блок определения арккосинуса аргумента, третий блок возведения в квадрат, выход которого подключен ко вторым входам второго и четвертого сумматоров, последовательно соединенные пятый сумматор, к первому, второму и третьему входам которого подключены выходы четвертого пятого и шестого блоков возведения в квадрат соответственно, четвертый делитель и третье устройство извлечения квадратного корня, выход которого подключен ко второму входу второго делителя, при этом ко вторым входам первого и четвертого делителей подключен выход четвертого сумматора, первый выход блока интегрирования матрицы направляющих косинусов подключен к четвертому входу данного блока, к входу первого блока возведения в квадрат и через первый инвертор ко второму входу первого блока определения арккосинуса аргумента, второй выход блока интегрирования матрицы направляющих косинусов подключен к пятому входу данного блока, к первому входу первого умножителя и к входу второго блока возведения в квадрат, третий выход блока интегрирования матрицы направляющих косинусов подключен к шестому входу данного блока, ко второму входу первого умножителя и к входу шестого блока возведения в квадрат, четвертый выход блока интегрирования матрицы направляющих косинусов подключен к седьмому входу данного блока, к первым входам второго умножителя и третьего блока возведения в квадрат и через второй инвертор ко второму входу третьего блока определения арккосинуса аргумента, пятый выход блока интегрирования матрицы направляющих косинусов подключен к восьмому входу данного блока, ко второму входу второго умножителя и к входу четвертого блока возведения в квадрат, шестой выход блока интегрирования матрицы направляющих косинусов подключен к девятому входу данного блока, к входу пятого блока возведения в квадрат и через третий инвертор ко второму входу второго блока определения арккосинуса аргумента, десятый, одиннадцатый и двенадцатый входы блока интегрирования матрицы направляющих косинусов являются входами устройства по сигналам, соответствующим начальным значениям углов крена, тангажа и рыскания, а выходы блоков определения арккосинусов аргумента являются выходами устройства.
УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРИЕНТАЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРИЕНТАЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 34.
10.05.2015
№216.013.4b43

Способ определения и компенсации девиации магнитометрических датчиков и устройство для его осуществления

Изобретение относится к магнитному курсоуказанию и навигации и может быть использовано на летательных аппаратах для определения коэффициентов девиации, описывающих изменения напряженности магнитного поля земли (МПЗ), вносимые летательным аппаратом (ЛА) непосредственно в полете, и компенсации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550774
Дата охранного документа: 10.05.2015
20.06.2015
№216.013.56e6

Способ определения углового положения управляемого аппарата, подвешенного к самолету-носителю

Заявляемое изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при выставке бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС) управляемого аппарата (УА). Способ включает в себя предварительную обработку сигналов, соответствующих угловым скоростям, измеренным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553776
Дата охранного документа: 20.06.2015
10.07.2015
№216.013.5d93

Устройство для определения углов пространственной ориентации подвижного объекта

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в магнитной навигации, в частности, для определения углов пространственной ориентации летательных аппаратов (ЛА). Устройство для определения углового положения подвижного объекта содержит два трехкомпонентных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555496
Дата охранного документа: 10.07.2015
27.09.2015
№216.013.800a

Способ определения центра масс летательного аппарата и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может найти применение для определения центра масс летательного аппарата (ЛА) в полете. Технический результат - повышение точности. Для этого осуществляют измерение текущих углов тангажа, кажущегося линейного ускорения, угловой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564375
Дата охранного документа: 27.09.2015
27.09.2015
№216.013.800e

Бесплатформенная инерциальная курсовертикаль

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в навигационных системах морских, воздушных и наземных объектов. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого устройство содержит трехкомпонентный блок датчиков угловых скоростей,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564379
Дата охранного документа: 27.09.2015
27.09.2015
№216.013.800f

Способ коррекции бесплатформенной инерциальной навигационной системы

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для непрерывной коррекции углов крена и тангажа подвижных объектов, в частности беспилотных летательных аппаратов. Изобретение предусматривает использование сигналов, соответствующих угловой скорости объекта, и сигнала,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564380
Дата охранного документа: 27.09.2015
10.12.2015
№216.013.973f

Способ определения координат центра масс самолета в полете и устройство для его осуществления

Заявляемое изобретение относится к авиационной технике, а именно к способам и устройствам определения центра масс летательного аппарата (ЛА) в полете. Способ основан на измерении параметров полета летательного аппарата. Сущность способа определения координат центра масс самолета состоит в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002570339
Дата охранного документа: 10.12.2015
10.04.2016
№216.015.2b7b

Способ определения тяги двигателей самолета

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения эффективной тяги двигателей самолета. Способ основан на измерении скоростного напора воздушного потока, включает в себя измерение угла атаки самолета и перегрузку вдоль продольной оси самолета. На основании...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579796
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.04.2016
№216.015.2e0f

Устройство определения погрешностей измерения углов атаки и скольжения

Изобретение относится к технике определения параметров движения и к области оценки и компенсации погрешностей измерения углового положения летательного аппарата (ЛА). Устройство определения погрешностей измерения угла атаки и угла скольжения содержит блок измерения угла скольжения, блок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579551
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.04.2016
№216.015.2e48

Способ определения погрешности измерения воздушной скорости и устройство для его осуществления

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерениям воздушной скорости, и может быть использовано для определения и компенсации погрешности измерения воздушной скорости и определения скорости ветра на высоте полета летательного аппарата. Сущность изобретения по определению и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579550
Дата охранного документа: 10.04.2016
Показаны записи 1-10 из 52.
10.05.2015
№216.013.4b43

Способ определения и компенсации девиации магнитометрических датчиков и устройство для его осуществления

Изобретение относится к магнитному курсоуказанию и навигации и может быть использовано на летательных аппаратах для определения коэффициентов девиации, описывающих изменения напряженности магнитного поля земли (МПЗ), вносимые летательным аппаратом (ЛА) непосредственно в полете, и компенсации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550774
Дата охранного документа: 10.05.2015
20.06.2015
№216.013.56e6

Способ определения углового положения управляемого аппарата, подвешенного к самолету-носителю

Заявляемое изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при выставке бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС) управляемого аппарата (УА). Способ включает в себя предварительную обработку сигналов, соответствующих угловым скоростям, измеренным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553776
Дата охранного документа: 20.06.2015
10.07.2015
№216.013.5d93

Устройство для определения углов пространственной ориентации подвижного объекта

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в магнитной навигации, в частности, для определения углов пространственной ориентации летательных аппаратов (ЛА). Устройство для определения углового положения подвижного объекта содержит два трехкомпонентных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555496
Дата охранного документа: 10.07.2015
27.09.2015
№216.013.800a

Способ определения центра масс летательного аппарата и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может найти применение для определения центра масс летательного аппарата (ЛА) в полете. Технический результат - повышение точности. Для этого осуществляют измерение текущих углов тангажа, кажущегося линейного ускорения, угловой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564375
Дата охранного документа: 27.09.2015
27.09.2015
№216.013.800e

Бесплатформенная инерциальная курсовертикаль

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в навигационных системах морских, воздушных и наземных объектов. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого устройство содержит трехкомпонентный блок датчиков угловых скоростей,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564379
Дата охранного документа: 27.09.2015
27.09.2015
№216.013.800f

Способ коррекции бесплатформенной инерциальной навигационной системы

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для непрерывной коррекции углов крена и тангажа подвижных объектов, в частности беспилотных летательных аппаратов. Изобретение предусматривает использование сигналов, соответствующих угловой скорости объекта, и сигнала,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564380
Дата охранного документа: 27.09.2015
10.12.2015
№216.013.973f

Способ определения координат центра масс самолета в полете и устройство для его осуществления

Заявляемое изобретение относится к авиационной технике, а именно к способам и устройствам определения центра масс летательного аппарата (ЛА) в полете. Способ основан на измерении параметров полета летательного аппарата. Сущность способа определения координат центра масс самолета состоит в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002570339
Дата охранного документа: 10.12.2015
10.04.2016
№216.015.2b7b

Способ определения тяги двигателей самолета

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения эффективной тяги двигателей самолета. Способ основан на измерении скоростного напора воздушного потока, включает в себя измерение угла атаки самолета и перегрузку вдоль продольной оси самолета. На основании...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579796
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.04.2016
№216.015.2e0f

Устройство определения погрешностей измерения углов атаки и скольжения

Изобретение относится к технике определения параметров движения и к области оценки и компенсации погрешностей измерения углового положения летательного аппарата (ЛА). Устройство определения погрешностей измерения угла атаки и угла скольжения содержит блок измерения угла скольжения, блок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579551
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.04.2016
№216.015.2e48

Способ определения погрешности измерения воздушной скорости и устройство для его осуществления

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерениям воздушной скорости, и может быть использовано для определения и компенсации погрешности измерения воздушной скорости и определения скорости ветра на высоте полета летательного аппарата. Сущность изобретения по определению и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579550
Дата охранного документа: 10.04.2016
+ добавить свой РИД