RU2253091C2 - Correction mode of analytical gyro verticals of truncated composition - Google Patents

Correction mode of analytical gyro verticals of truncated composition Download PDF

Info

Publication number
RU2253091C2
RU2253091C2 RU2002135944/28A RU2002135944A RU2253091C2 RU 2253091 C2 RU2253091 C2 RU 2253091C2 RU 2002135944/28 A RU2002135944/28 A RU 2002135944/28A RU 2002135944 A RU2002135944 A RU 2002135944A RU 2253091 C2 RU2253091 C2 RU 2253091C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
acceleration
angles
value
dated
Prior art date
Application number
RU2002135944/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002135944A (en
Inventor
А.М. Боронахин (RU)
А.М. Боронахин
В.И. Гупалов (RU)
В.И. Гупалов
А.В. Мочалов (RU)
А.В. Мочалов
Original Assignee
Боронахин Александр Михайлович
Гупалов Валерий Иванович
Мочалов Андрей Владимирович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Боронахин Александр Михайлович, Гупалов Валерий Иванович, Мочалов Андрей Владимирович filed Critical Боронахин Александр Михайлович
Priority to RU2002135944/28A priority Critical patent/RU2253091C2/en
Publication of RU2002135944A publication Critical patent/RU2002135944A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2253091C2 publication Critical patent/RU2253091C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

FIELD: the invention may be used for correction of analytical gyro verticals of trancated composition on laser and fiber-optic gyroscopes.
SUBSTANCE: the mode is in that current corrections of associating of the channels of processing signals of optical gyroscopes are made in undisturbed moving of an object. For that from current estimations of mathematical expectations of angles receiving from gyroscopes' channels they subtract current estimations of mathematical expectations of angles received at processing information from accelerometers and longitudinal acceleration of an object worked out according to dated information of an odometer. At that in disturbed mode of moving of an object on the basis of a priori and excessive information about the character of moving of an object they receive estimations of current centripetal acceleration receiving quasi undisturbed working mode.
EFFECT: possibility of correction of channels of optical gyroscopes according to the channels of accelerometers independently from moving modes of an object.
4 dwg

Description

Изобретение может быть использовано для коррекции аналитических гировертикалей усеченного состава на лазерных или волоконнооптических гироскопах, например на двух гироскопах и трех акселерометрах, одном гироскопе и трех акселерометрах, одном гироскопе и двух акселерометрах. При этом для коррекции используется априорная и избыточная информация о характере движения объекта, имеющаяся на борту.The invention can be used to correct analytical truncated analytical verticals using laser or fiber-optic gyroscopes, for example, two gyroscopes and three accelerometers, one gyroscope and three accelerometers, one gyroscope and two accelerometers. In this case, a priori and redundant information on the nature of the object’s movement, available on board, is used for correction.

Известен способ коррекции аналитических гировертикалей усеченного состава [1] (Гупалов В.И., Мочалов А.В., Боронахин А.М. Аналитические гировертикали усеченного состава//Гироскопия и навигация. - 2001. - №2 (33). - C.25-36), заключающийся в том, что в невозмущенном режиме движения объекта вырабатывают текущие поправки привязки к горизонту каналов гироскопов, для чего из текущих оценок математических ожиданий обработки информации, поступающей с гироскопов, вычитают текущие оценки математических ожиданий, полученных при обработке информации, поступающей с акселерометров, и продольного ускорения, вырабатываемого по информации одометра (датчика пути), а в возмущенном режиме сохраняют ранее выработанные поправки привязки к горизонту и корректируют перекрестные связи по априорной и избыточной информации о характере движения объекта.A known method for the correction of analytical gyro-verticals of truncated composition [1] (Gupalov V.I., Mochalov A.V., Boronakhin A.M. Analytical gyro-verticals of truncated composition // Gyroscopy and navigation. - 2001. - No. 2 (33). - C .25-36), which consists in the fact that in the unperturbed mode of movement of the object, current corrections of the gyro channels channel horizon are generated, for which the current estimates of mathematical expectations obtained by processing the information are subtracted from the current estimates of the mathematical expectation of the processing of information from the gyroscopes, I act from accelerometers, and longitudinal acceleration generated according to the odometer (track sensor) information, and in the disturbed mode, the previously developed corrections to the horizon are saved and cross-corrections are corrected for a priori and excess information about the nature of the object’s movement.

Недостатком этого способа является сравнительно низкая точность, обусловленная недокомпенсацией перекрестных связей, и уход истинной поправки привязки к горизонту от запомненной за время работы в возмущенном режиме (дрейф гироскопов и вращение Земли).The disadvantage of this method is the relatively low accuracy due to the undercompensation of cross-connections, and the departure of the true correction of the reference to the horizon from the one memorized during operation in the disturbed mode (drift of gyroscopes and rotation of the Earth).

Задачей изобретения является создание универсального способа коррекции аналитических гировертикалей усеченного состава (АГВУС).The objective of the invention is to provide a universal method for the correction of analytical gyrovertical truncated composition (AGVUS).

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем. Введем систему координат Oxyz, связанную с объектом, где ось Оу направлена по продольной оси, Oz - перпендикулярна полу (палубе) объекта и направлена вверх, a Ox - образует правую систему координат. Для объекта, движущегося по поверхности Земли со скоростью менее 300 км/ч, измеряемые акселерометрами проекции ускорения могут быть представлены в видеThe essence of the claimed invention is as follows. We introduce the Oxyz coordinate system associated with the object, where the Oy axis is directed along the longitudinal axis, Oz is perpendicular to the floor (deck) of the object and directed upward, and Ox - forms the right coordinate system. For an object moving on the Earth’s surface at a speed of less than 300 km / h, the acceleration projection measured by the accelerometers can be represented as

Figure 00000002
Figure 00000002

где θ , ψ , К - углы крена, тангажа и курса объекта;

Figure 00000003
,
Figure 00000004
- квазигармонические ускорения по осям Ох и Оz, обусловленные качкой и вибрацией объекта, математические ожидания которых можно считать равными нулю (
Figure 00000005
);
Figure 00000006
- продольное ускорение объекта; b - центростремительное ускорение. Составляющая а вертикального ускорения, возникающая при движении объекта в гору или под уклон, вычисляется как
Figure 00000007
.where θ, ψ, K - roll angles, pitch and course of the object;
Figure 00000003
,
Figure 00000004
- quasi-harmonic accelerations along the axes Ox and Oz, due to the rolling and vibration of the object, the mathematical expectations of which can be considered equal to zero (
Figure 00000005
);
Figure 00000006
- longitudinal acceleration of the object; b - centripetal acceleration. The component of vertical acceleration arising when an object moves uphill or downhill is calculated as
Figure 00000007
.

В частности, если объект является путеизмерительным вагоном, то соотношение проекций составляющих ускорений на плоскость поперечного сечения кузова вагона иллюстрируется фиг.1. Учитывая, что в выражении (1) для Wz справедливо условие bsinθ <<gcosθ cosψ , можно говорить о возможности определения угла продольного уклона (ψ ак), угла поперечного наклона (θ ак) кузова вагона по показаниям акселерометров из следующих соотношений:In particular, if the object is a track measuring car, then the ratio of the projections of the component accelerations onto the plane of the cross section of the car body is illustrated in FIG. Considering that the condition bsinθ << gcosθ cosψ is valid in expression (1) for W z , we can talk about the possibility of determining the longitudinal slope angle (ψ ak ), the transverse tilt angle (θ ak ) of the car body from the readings of accelerometers from the following relations:

Figure 00000008
Figure 00000008

где

Figure 00000009
- показание продольного акселерометра Wy, скорректированное на величину ускорения вагона
Figure 00000010
, полученного по датированным отсчетам одометра; i - номер измерения с момента начала работы АГВУС; θ i-1 - угол поперечного уклона на предыдущем такте.Where
Figure 00000009
- reading of the longitudinal accelerometer W y , adjusted by the value of the acceleration of the car
Figure 00000010
obtained from dated odometer readings; i is the measurement number from the moment the AGVUS began to work; θ i-1 is the angle of the transverse slope at the previous measure.

По информации, поступающей из каналов оптических гироскопов (ОГ), могут быть получены математические ожидания углов продольного уклона (ψ ог) и поперечного наклона (θ ог) объектаAccording to the information received from the channels of optical gyroscopes (OG), the mathematical expectations of the angles of the longitudinal slope (ψ og ) and the transverse tilt (θ og ) of the object can be obtained

Figure 00000011
Figure 00000011

где N - величина выборки, на которой производится оценка математических ожиданий углов.where N is the sample size on which the mathematical expectations of the angles are estimated.

Аналогично (3), используя выражение (2), вырабатываются оценки математических ожиданий углов по показаниям акселерометра

Figure 00000012
Информация о величине рассогласований оценок математических ожиданий углов, полученные по показаниям ОГ и акселерометровSimilarly to (3), using expression (2), estimates of the mathematical expectations of the angles from the readings of the accelerometer are developed
Figure 00000012
Information on the magnitude of the mismatch in the estimates of the mathematical expectations of the angles obtained from the readings of the exhaust gas and accelerometers

Figure 00000013
Figure 00000013

используются в дальнейшем для коррекции текущих показаний ОГ.are used in the future to correct current exhaust gas readings.

Величина центростремительного ускорения (фиг.1) может быть определена следующими способами:The value of centripetal acceleration (figure 1) can be determined in the following ways:

1. Как разность текущего поперечного ускорения, измеренного поперечным акселерометром, и вычисленного поперечного ускорения с учетом углов, выработанных на предыдущем такте1. As the difference between the current lateral acceleration measured by the transverse accelerometer and the calculated lateral acceleration taking into account the angles worked out at the previous step

Figure 00000014
Figure 00000014

2. Оценка модуля bi может быть определена как корень квадратный из суммы квадратов измеренных текущих ускорений, лежащих в поперечной плоскости, минус квадрат ускорения свободного падения (фиг.1)2. The estimate of the module b i can be defined as the square root of the sum of the squares of the measured current accelerations lying in the transverse plane, minus the square of the acceleration of gravity (figure 1)

Figure 00000015
Figure 00000015

3. Как отношение квадрата скорости движения объекта по датированным отсчетам одометра (Vyi), деленный на текущий радиус циркуляции (ri)3. As the ratio of the square of the speed of the object according to the dated odometer readings (V yi ) divided by the current circulation radius (r i )

Figure 00000016
Figure 00000016

При этом ri (фиг.2) может быть определен из следующего выражения:While r i (figure 2) can be determined from the following expression:

Figure 00000017
Figure 00000017

где d - база между центрами ходовых тележек; α i - угол между продольной осью кузова путеизмерительного вагона и продольной осью тележки.where d is the base between the centers of the undercarriage; α i - the angle between the longitudinal axis of the body of the measuring car and the longitudinal axis of the trolley.

4. Аналогично п.3, но радиус циркуляции вычисляется по информации канала измерения рихтовки (профиля пути в плане) путеизмерительного вагона (схематическое изображение хордового метода, используемого при измерении рихтовки приведено на фиг.3)4. Similar to item 3, but the radius of circulation is calculated according to the information of the straightening measurement channel (track profile in plan) of the measuring car (a schematic representation of the chord method used in measuring the straightening is shown in Fig. 3)

Figure 00000018
Figure 00000018

где hi - величина текущего измерения рихтовки;

Figure 00000019
- длина стороны АС треугольника АВС (фиг.3);
Figure 00000020
- длина стороны ВС треугольника АВС (фиг.3); L, L1 - измерительные базы канала рихтовки.where h i - the value of the current dimension of straightening;
Figure 00000019
- the length of the side of the speaker triangle ABC (figure 3);
Figure 00000020
- the length of the side of the BC triangle ABC (figure 3); L, L 1 - measuring base channel straightening.

5. Аналогично п.3 для вычисления центростремительного ускорения может использоваться проектное (паспортное) значение радиуса циркуляции.5. Similarly to clause 3, the design (passport) value of the circulation radius can be used to calculate the centripetal acceleration.

6. Как произведение текущей продольной скорости объекта, получаемой по датированным отсчетам одометра Vyi, на приращение курсового угла, получаемое при обработке информации спутниковой навигационной системы (Δ Ki) и датчиков относительных перемещений кузова путеизмерительного вагона6. As a product of the current longitudinal velocity of the object, obtained from the dated samples of the odometer V yi , by the increment of the heading angle obtained by processing the information of the satellite navigation system (Δ K i ) and the sensors of the relative displacements of the body of the track measuring car

Figure 00000021
Figure 00000021

Величина Δ Ki может быть определена из следующего выражения:The value of Δ K i can be determined from the following expression:

Figure 00000022
Figure 00000022

где Δ ξ , Δ η - приращения географических координат объекта; γ i - угол рысканья кузова вагона относительно рельсового пути.where Δ ξ, Δ η - increment of the geographical coordinates of the object; γ i - the yaw angle of the car body relative to the rail track.

Для определения γ i задействуется система датчиков перемещения (ДП) кузова вагона относительно рельсового пути (фиг.4)To determine γ i , a system of displacement sensors (DP) of the car body relative to the rail track is used (Fig. 4)

Figure 00000023
Figure 00000023

где

Figure 00000024
- линейное перемещение кузова вагона относительно тележки, измеряемое датчиком положения (j=1-4); В12 - расстояние между точками крепления к тележке ДП1 и ДП2; B34 - расстояние между точками крепления к тележке ДП3 и ДП4.Where
Figure 00000024
- linear movement of the car body relative to the trolley, measured by a position sensor (j = 1-4); In 12 - the distance between the attachment points to the truck DP 1 and DP 2 ; B 34 - the distance between the points of attachment to the carriage DP 3 and DP 4 .

7. Среднее значение центростремительного ускорения

Figure 00000025
может быть определено как разность текущих оценок математических ожиданий расчетных и измеренных поперечных ускорений (см. п.1)7. The average value of centripetal acceleration
Figure 00000025
can be defined as the difference between the current estimates of the mathematical expectations of the calculated and measured lateral accelerations (see paragraph 1)

Figure 00000026
Figure 00000026

Так как оценки центростремительного ускорения получаются по информации различных каналов, то их погрешности будут иметь различные спектральные плотности. Поэтому целесообразно применить комплексирование (интегрирование) приведенных алгоритмов. Скомплексированные оценки могут находится как среднее арифметическое, среднее геометрическое, полученные из исходных оценок, или при использовании оптимальной фильтрации.Since the centripetal acceleration estimates are obtained from the information of various channels, their errors will have different spectral densities. Therefore, it is advisable to apply the integration (integration) of the above algorithms. Complex estimates can be found as arithmetic mean, geometric mean, obtained from the initial estimates, or when using optimal filtering.

Таким образом, предложенный способ позволяет корректировать каналы оптических гироскопов по каналам акселерометров с привлечением дополнительных источников информации в независимости от режимов движения объекта.Thus, the proposed method allows you to adjust the channels of optical gyroscopes on the channels of the accelerometers with the involvement of additional sources of information regardless of the modes of movement of the object.

Claims (1)

Способ коррекции аналитических гировертикалей усеченного состава, заключающийся в том, что в невозмущенном режиме движения объекта вырабатывают текущие поправки привязки к горизонту каналов обработки сигналов оптических гироскопов, для чего из текущих оценок математических ожиданий углов, поступающих с каналов гироскопов, вычитают текущие оценки математических ожиданий углов, полученных при обработке информации, поступающей с акселерометров, и продольного ускорения объекта, вырабатываемого по датированной информации одометра, отличающийся тем, что при возмущенном режиме движения объекта корректируют текущие показания акселерометров на величину уточненной текущей оценки центростремительного ускорения, затем скомпенсированные текущие значения ускорений используют для выработки текущих оценок математических ожиданий углов отклонения от плоскости горизонта, полученные по скорректированным показаниям акселерометров, и вычисления текущих поправок привязки к горизонту текущих углов, выработанных в каналах оптических гироскопов, причем уточненное текущее значение центростремительного ускорения получают интегрированием (комплексированием) нескольких текущих оценок центростремительного ускорения из ниже перечисленных:A method for correcting truncated analytical gyro verticals, which consists in the fact that in the undisturbed mode of the object’s movement, current corrections of the alignment of the optical signal processing channels to the horizon of the optical gyroscopes are generated, for which the current estimates of the mathematical expectations of the angles are subtracted from the current estimates of the mathematical expectations of the angles, obtained by processing information from accelerometers and longitudinal acceleration of an object generated from dated odometer information which means that in a disturbed mode of motion of the object, the current readings of the accelerometers are corrected by the value of the updated current estimate of the centripetal acceleration, then the compensated current values of the accelerations are used to generate current estimates of the mathematical expectations of the angles of deviation from the horizon, obtained from the corrected readings of the accelerometers, and to calculate the current reference corrections to the horizon of the current angles developed in the channels of optical gyroscopes, and the updated current value Centripetal acceleration is obtained by integrating (integrating) several current estimates of centripetal acceleration from the following: - как разность текущего поперечного ускорения, измеренного поперечным акселерометром, и вычисленного поперечного ускорения с учетом углов отклонения от плоскости горизонта, выработанных на предыдущем такте;- as the difference between the current transverse acceleration measured by the transverse accelerometer and the calculated transverse acceleration taking into account the deviation angles from the horizon plane worked out at the previous step; - как корень квадратный из суммы квадратов измеренных текущих ускорений, лежащих в поперечной плоскости объекта, минус квадрат ускорения свободного падения;- as the square root of the sum of the squares of the measured current accelerations lying in the transverse plane of the object, minus the square of the acceleration of gravity; - как квадрат текущего значения продольной скорости объекта, получаемой по датированным отсчетам одометра, деленный на текущий радиус циркуляции, получаемый как отношение базы между центрами ходовых тележек путеизмерительного вагона к двойному значению синуса угла между продольной осью кузова и продольной осью ходовой тележки;- as the square of the current value of the longitudinal speed of the object, obtained from dated odometer readings, divided by the current radius of circulation, obtained as the ratio of the base between the centers of the running trolleys of the measuring car to the double value of the sine of the angle between the longitudinal axis of the body and the longitudinal axis of the running trolley; - как квадрат текущего значения продольной скорости объекта, получаемой по датированным отсчетам одометра, деленный на текущий радиус циркуляции, получаемый как отношение произведения боковых сторон треугольника, образующихся при прохождении кривой в канале рихтовки путеизмерительного вагона, к удвоенному значению величины рихтовки;- as the square of the current value of the longitudinal velocity of the object, obtained from dated odometer readings, divided by the current radius of circulation, obtained as the ratio of the product of the sides of the triangle formed by passing the curve in the straightening channel of the measuring car to the doubled value of the straightening; - как квадрат текущего значения продольной скорости объекта, получаемой по датированным отсчетам одометра, деленный на проектное (паспортное) значение радиуса циркуляции;- as the square of the current value of the longitudinal velocity of the object, obtained from dated odometer readings, divided by the design (passport) value of the circulation radius; - как произведение текущей продольной скорости объекта, получаемой по датированным отсчетам одометра, на приращение курсового угла, получаемое при обработке информации спутниковой навигационной системы и датчиков относительных перемещений тележек относительно кузова путеизмерительного вагона;- as the product of the current longitudinal velocity of the object, obtained from dated odometer readings, by the increment of the heading angle obtained by processing the information of the satellite navigation system and the sensors of the relative movements of the bogies relative to the body of the measuring car; - как разность текущих оценок математических ожиданий расчетных поперечных ускорений и измеренных поперечных ускорений.- as the difference between the current estimates of the mathematical expectations of the calculated transverse accelerations and the measured transverse accelerations.
RU2002135944/28A 2002-12-30 2002-12-30 Correction mode of analytical gyro verticals of truncated composition RU2253091C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002135944/28A RU2253091C2 (en) 2002-12-30 2002-12-30 Correction mode of analytical gyro verticals of truncated composition

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002135944/28A RU2253091C2 (en) 2002-12-30 2002-12-30 Correction mode of analytical gyro verticals of truncated composition

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002135944A RU2002135944A (en) 2004-06-27
RU2253091C2 true RU2253091C2 (en) 2005-05-27

Family

ID=35824823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002135944/28A RU2253091C2 (en) 2002-12-30 2002-12-30 Correction mode of analytical gyro verticals of truncated composition

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2253091C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГУПАЛОВ В.И. и др. Аналитические гировертикали усеченного состава. Гироскопия и навигация. №2 (33). 2001, с.25-36. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1722239B1 (en) Apparatus and method for measuring speed of a moving object
JP4781300B2 (en) Position detection apparatus and position detection method
JP7073052B2 (en) Systems and methods for measuring the angular position of a vehicle
CN103270543B (en) Driving assist device
US20030216865A1 (en) Inertial navigation system for mobile objects with constraints
CN109870173A (en) A kind of track correct method of the submarine pipeline inertial navigation system based on checkpoint
AU2024201356A1 (en) Track geometry measurement system with inertial measurement
CN107063305B (en) Method for correcting downhill suspended rear wheel odometer error by using inertial navigation and pressure sensors
Boronakhin et al. MEMS-based inertial system for railway track diagnostics
JPH10168810A (en) Road vertically sectional profile measuring device
KR100525517B1 (en) Car navigation system and control method thereof
CN110657788B (en) Dynamic detection method for smoothness of crane track
CN108195374A (en) For the integrated navigation system of track automatic measurement vehicle and integrated navigation calculation method
JP5752633B2 (en) Speed detection device, travel position calculation device, and speed calculation method
KR101226767B1 (en) System and Method for localizationing of Autonomous Vehicle
KR101240578B1 (en) Method and device of measuring the angle of inclination of a plan where a vehicle travels
RU2253091C2 (en) Correction mode of analytical gyro verticals of truncated composition
JP4386985B2 (en) In-vehicle measuring device for road surface extension
CN114162170B (en) Track measurement system and measurement method
EP1206683B1 (en) Integrated inertial/vms navigation system
CN113048987A (en) Vehicle navigation system positioning method
RU2002135944A (en) METHOD FOR CORRECTION OF ANALYTICAL GYROVERTICALS OF TRAINED COMPOSITION
CN112987063B (en) Railway track measuring method
JPH06207830A (en) Apparatus and method for measuring shape of roadway
Ojeda et al. FLEXnav: a fuzzy logic expert dead-reckoning system for the Segway RMP

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20061231