G01C21 / 16 - prin însumarea vitezei sau accelerației
Proprietarii brevetului RU 2564379:
Open Joint Stock Company Moscova Complex de cercetare și producție Avionika numit după OV Uspensky (OJSC MNPK "Avionika") (RU)
Invenția se referă la un echipament de măsurare și pot fi utilizate în sistemele de navigație maritime, aeriene și ținte terestre. Rezultatul tehnic este extinderea funcționalității. În acest scop, dispozitivul cuprinde un senzor de trei unități de viteză unghiulară, cele trei bloc senzori de accelerație liniară, egalizor rată, o unitate de calculator, o formațiune matrice direcție cosinus, unitatea de integrare, un filtru Kalman și un funcțiile de măsurare unitare generatoare interconectate în mod corespunzător. Dispozitiv de conducere oferă adaptive BUNCARE corecție (pendul) realizat prin intermediul unui filtru Kalman, în care câștigul variază în funcție de valorile curente ale modulului de suprasarcină și măsurătorile vitezei unghiulare în funcțiile de formă bloc. În acest caz senzorii SIR și DLU pot fi utilizate precizie medie și joasă, inclusiv un tip micromecanice. 3 bolnavi.
Invenția se referă la tehnologia de măsurare și poate fi utilizată pentru obiecte marine, aerian și sol. Scopul invenției este de a îmbunătăți acuratețea sistemului de navigație inerțial inerțial (BINS) prin crearea unui dispozitiv pentru corecția continuă a cursorului inerțial.
Această bandă titlu inerțial referire la corectarea conturului cuprinde o unitate de trei canale de senzorii de viteză unghiulară (SIR), o unitate de senzori cu trei canale de accelerații liniare (DLU), derivații integratorii bloc formatorului de unghiuri de orientare, blocul de corecție, calcularea blocului vertical filtrului de calcul eroare AHRS observat, bloc al expoziției de curs.
Vitezele angulare măsurate prin blocul tri-canal al sistemului pe două nivele și transformate în derivate ale unghiurilor de orientare conțin erori datorate erorilor sistematice și aleatorii de măsurare. Se presupune că atunci când se integrează vitezele unghiulare, eroarea nu se acumulează datorită scăderii constantelor erorii. Rola și pasul sunt corectate de unitatea de corecție folosind semnalele DLU. Cursul este corectat de blocul de corecție folosind blocul expoziției de curs. Erori ale cursoarelor sunt compensate în blocul de corecție, trecând prin filtrul de trecere înaltă.
Dezavantajul acestui dispozitiv este că atunci când manevrarea avionului în momentele când ruliu și tangaj estimările furnizează o precizie suficientă, poate fi inacceptabil rare din cauza prezenței în semnalele accelerometrele de lent în schimbare și schimbarea accelerații de liniare și rotative rapid. Acest lucru poate duce la erori semnificative în indicațiile de rulou și pas.
Scopul invenției este de a asigura corecția continuă a BINS la unghiurile de rotire și înclinare cu precizia necesară, inclusiv în moduri de zbor dinamice.
Scopul este atins datorită faptului că, în sistemul gimballess poziție de referință inerțial, care cuprinde trei unitate senzor de viteză unghiulară, trei senzori unitate liniar egalizatorul ratei de accelerație și unitatea de integrare, ieșirile cărora sunt conectate, respectiv, la primul, al doilea, intrări treia și a patra unitate de calcul este introdus suplimentar bloc care formează o matrice de cosinusurilor direcție, filtrul și unitatea generatoare de funcții de măsurare Kalman, în care primele intrări ale formațiunii bloc cu scopul x cosinus filtru Kalman și bloca formarea funcțiilor de măsurare conectate la ieșirea celor trei bloc senzori de viteză unghiulară, a doua intrări de filtru Kalman și blochează formarea funcțiilor de măsurare conectate la ieșirea trei senzori de ieșire accelerație unitate liniară de formare a unei matrice de cosinusurilor direcție este conectat la unitatea de integrare a blocului, ieșirea filtrului Kalman conectat la a doua intrare a matricei formațiunii cosinusurilor direcție și la a treia unitate de intrare pentru generarea funcțiilor de măsurare, pentru a produce orogo conectat la a treia intrare a filtrului Kalman.
Esența invenției este explicată prin desenele care arată:
în Fig. 1 este o diagramă bloc a dispozitivului revendicat;
în Fig. 2, 3 prezintă în mod grafic rezultatele procesării datelor de zbor cu elicopterul cu cursul solicitat (estimarea pasului - fig.2 și estimarea rolei - fig.3).
Bandă de sistem la poziția de referință inerțial (fig. 1) cuprinde trei unități 1 al senzorului de viteză unghiulară, trei bloc senzor 2 unitate de calcul accelerație liniară corectorului 3 rate 4, unitatea 5 care formează matricea cosinusurilor direcție unitate 6, care integrează filtrul 7 Kalman și blocul 8 funcții de deformare măsurători, interconectate în consecință.
Schema bloc propusă a dispozitivului asigură adaptiv (pendul) corecție AHRS BUNCARE, vândute de filtru Kalman 7, în care câștigul variază în funcție de valorile curente ale modulului de suprasarcină, și viteza unghiulară în blocul 8.
Modificări în smoală și rola ecuațiile Poisson sunt descrise în unitatea de integrare 6. Orientarea unghiurilor Clarificarea apare în blocul 5. direcție cosinusului ale unității 8 este convertit semnale accelerometre unitate DLU 2, în funcție de parametrii de zbor curent, care sunt utilizate pentru estimarea adaptivă a vectorului de stare cu ajutorul unui filtru 7 Kalman. Datorită această dependență de precizia de corecție a mișcării de tip pendul LA atenuat la un nivel care să permită utilizarea de senzori și de precizie medie și mică TLS DLU, inclusiv un tip micromecanice. Desigur BINS este corectată prin senzori de semnale magnetometrice 3.
Esența dispozitivului este descrisă mai jos.
Conform măsurătorilor blocurilor de senzori TLS 1 și DLU 2, unghiurile curente ale rolei γ, îndoiala θ și înclinarea ψ din ecuațiile Poisson
unde matricea direcției cosinus A, care specifică tranziția de la sistemul de coordonate de navigație (NC) PNUE la SC OXYZ cuplată, și matricea oblică-simetrică Ω au următoarea formă:
Ecuația Matrix Poisson (1) pot fi rezolvate într-o formă discretă, ținând cont de condițiile inițiale ale cosinusului direcție matricea A, adică valoarea inițială a ruliu și tangaj γ, θ și ψ unghiul de girație,
Calcularea rolului și a pasului de către matricea de rotație se face în blocul de calcul 4 prin intermediul relațiilor:
Vectorul de stare al filtrului adaptiv Kalman 7 este prezentat mai jos:
unde θ este pitch, γ este rolă, V este magnitudinea vectorului vitezei pământului la momentul i,
i este numărul momentelor discrete de timp ale măsurătorilor senzorului. Pentru i = 0, x 0 ∈ N
Vectorul de observare, denumit mai jos Z, conține măsurătorile accelerometrului de la unitatea senzor de accelerație liniară 2 și parametrii de zbor ai avionului
Aici vi este vectorul de eroare de măsurare cu o matrice constantă de covarianță R dată. Funcțiile fx. fy. fz determină relația dintre măsurătorile supraîncărcării și parametrii de zbor. Relațiile exacte pentru aceste funcții au forma:
Aici Vx. Vy. Vz sunt proiecțiile vectorului de viteză al pământului pe axele asociate ale aeronavei.
Relații un cont complet (7) prin limitarea compoziției senzorilor numai DLU și TLS nu este posibil, prin urmare, a adoptat simplificarea ipoteza de unghiuri mici de atac și de alunecare precum și presupunerea constan modulului pe intervalul de eșantionare de viteză la sol At.
Au următoarele relații: Vx = V, V ˙ = V y = V z = 0 și ecuațiile (7) sunt simplificate
Având în vedere (7), matricea Jacobi a vectorului de observare (8) are forma
Relațiile (8) sunt aproximative. Gradul de aproximare depinde de devierea modulului de suprasarcină de la unitate. Cu cât mai mult modul de suprasarcină diferă de unitate, cu atât sunt mai puțin exacte aceste ecuații și cu atât este mai mare varianța σ nxi 2. σ nyi 2. σ nzi 2. Aceste variante sunt date de o funcție liniară a formei
unde n * = | n x i 2 + n y i 2 + n z i 2 - 1 |.
Aici k0, k1 sunt coeficienții.
Vectorul de stare actuală (5) se calculează din ecuația Poisson (1) cu o cotă pentru (2), (3). În acest caz, ecuațiile obiectului sunt luate sub forma:
Aici, xiq este vectorul în care componentele de rolă și pitch sunt calculate de la (3) și se presupune că componenta de viteză este egală cu valoarea sa a priori la momentul măsurătorilor curente; wi este vectorul de perturbare cu matricea de covarianță Qi:
Procese aleatoare w θ i. w γ i sunt luate în considerare de varianțele σ θ 2. σ γ 2 și sunt determinate ținând cont de precizia giroscoapelor. Procesul aleatoriu w V i este luat în considerare prin variația σ v.
Filtrul Kalman este construit pentru estimarea vectorului de stare (5) cu modelul discret al obiectului (3) și modelul discreționar de observație (9) cu alocația pentru (10).
Pentru a porni algoritmul de filtrare, folosim statisticile x0. P ¯ 0 din distribuția inițială a priori a vectorului de stare.
La următoarea măsurare i-a măsurării, filtrul Kalman 7 determină statisticile x ^ i. Pi a distribuției normale a posteriori N
Calculul statisticilor de distribuție a posteriori N
Aici Ki este câștigul de matrice al filtrului; Z ¯ i - estimarea vectorului de observare.
Lucrarea dispozitivului revendicat a fost testată pe un elicopter Robinson și evaluată prin prelucrarea datelor de zbor cu elicopterul, pentru care:
1. Orientarea aeronavei a fost determinată de algoritmul de complexare a măsurătorilor receptorului SNA cu senzorii sistemului de două niveluri și DLR pe un interval de observație alunecător.
2. Am determinat rola și pitch în conformitate cu algoritmul cu ajutorul unui cursor inerțial gratuit, cu o corecție a pendulului.
Sarcinile procesării zborului datelor elicopter (. Figurile 2 și 3) a fost necesară respectarea numărului de vecinătate ruliu și tangaj estimărilor derivate în orice alt mod - și anume cu orientarea algoritmului de informații complexe din CRS-ul și DLU cu măsurarea vitezei Pământului de proiecții care vin de la receptor SNA. De asemenea, verifică faptul că rezultă instrumentele de monitorizare estimări.
Pentru cazurile în care poziția aeronavei este aproape de starea de echilibru deține caz ideal pendul de corecție adaptivă. În această rola de evaluare și smoală, determinată de filtrul Kalman, sunt înlocuite cu estimări calculate direct din indicațiile DLU în calculator.
Astfel, cu ajutorul dispozitivului propus rezolvă problema estimării unui vector (5) x i T = [θ γ V] Observații (9), cu orientarea algoritmului într-o etapă (3). S-a obținut în această estimare vector (5) la fiecare etapă din matricea tradusă direcția cosinus (3).
Calculele arată că dispozitivul funcționează atunci când unghiurile de pitch și roll variază în valori absolute la 70-80 de grade.
Rezultatul tehnic al invenției folosind este de a îmbunătăți acuratețea și pentru a asigura continuitatea pasului și unghiul nominal de corecție în ceea ce privește manevrarea zborului. Invenția permite utilizarea senzorilor și TLS DLU precizie medie și joasă, inclusiv un tip micromecanice.
Dispozitivul conform invenției este pus în aplicare și poate fi utilizat pentru toate tipurile de aeronave. Ca senzori de viteză unghiulară micromecanice se pot folosi senzori giroscopice, în care blocul care formează matricea cosinusurilor direcție, filtru și unitatea de generare Kalman funcțiilor de măsurare pot fi implementate pe elementele de calcul standard.
Bandă sistem titlu de referință inerțial, care cuprinde trei unitate senzor de viteză unghiulară, trei senzori unitate liniar egalizatorul ratei de accelerație și unitatea de integrare, ieșirile cărora sunt conectate, respectiv, la primul, al doilea, intrări treia și a patra unitate de calcul, caracterizată prin aceea că ea a introdus suplimentar matrice unitate generatoare cosinusului direcție, filtrul și unitatea generatoare de funcții de măsurare Kalman, în care primele intrări ale blocului care formează o matrice de cosinusurilor direcție, f Filtrarea Kalman și formarea funcțiilor de măsurare unitate conectată la ieșirea de trei bloc senzori de viteză unghiulară, a doua intrări de filtru Kalman și blochează formarea funcțiilor de măsurare conectate la ieșirea trei senzori de ieșire accelerație unitate liniară de formare a unei matrice de cosinusurilor direcție este conectat la unitatea de integrare a blocului, ieșirea filtrului Kalman este conectat o a doua unitate de intrare pentru generarea matricea cosinusurilor direcție și o unitate de intrare a treia pentru generarea funcțiilor de măsurare, a cărui ieșire este conectată la a treia intrare a filtrului Kalman.
Trimiteți-le prietenilor: