RU2671937C1 - Moving object true course determining method - Google Patents
Moving object true course determining method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2671937C1 RU2671937C1 RU2017136344A RU2017136344A RU2671937C1 RU 2671937 C1 RU2671937 C1 RU 2671937C1 RU 2017136344 A RU2017136344 A RU 2017136344A RU 2017136344 A RU2017136344 A RU 2017136344A RU 2671937 C1 RU2671937 C1 RU 2671937C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- angular velocity
- uniform
- pitch
- course
- mode
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 13
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 10
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 244000309464 bull Species 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/04—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by terrestrial means
- G01C21/06—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by terrestrial means involving measuring of drift angle; involving correction for drift
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Navigation (AREA)
Abstract
Description
Способ определения истинного курса подвижного объекта относится к способам автономной навигации объектов с использованием нескольких датчиков без применения внешних источников информации, в частности глобальных навигационных спутниковых систем, а также без использования магнитного поля Земли (МПЗ) с соответствующими датчиками.The method for determining the true course of a moving object relates to methods for autonomous navigation of objects using several sensors without the use of external sources of information, in particular global navigation satellite systems, as well as without using the Earth's magnetic field (MPZ) with corresponding sensors.
Известен способ определения истинного курса с помощью двухканального гироскопического датчика угловой скорости [1], заключающийся в предварительном согласовании измерительных осей датчика со связанными осями объекта, определении его углов тангажа, крена и широты местоположения и компенсации на их основе влияния проекций на измерительные оси вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли. Способ применим в условиях неподвижного наклонного объекта.A known method of determining the true course using a two-channel gyroscopic angular velocity sensor [1], which consists in preliminary coordination of the measuring axes of the sensor with the associated axes of the object, determining its pitch, roll and latitude, and compensating for their influence of projections on the measuring axes of the vertical component of the angular Earth rotation speed. The method is applicable in a fixed oblique object.
Недостатком способа [1] является низкая точность применительно к подвижному объекту, поскольку в нем не предусмотрен учет параметров линейного и углового движения последнего. К низкой точности также приводит исключение (компенсация) влияния вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли, рассматриваемой как мешающий фактор. При ненулевых углах тангажа и крена проекции этой составляющей при надлежащем использовании могут являться дополнительной к горизонтальной составляющей измерительной информацией. Кроме того, не определена процедура получения углов тангажа, крена и широты объекта. На практике при использовании только двухканального гироскопического датчика получение указанных углов невозможно.The disadvantage of this method [1] is the low accuracy with respect to a moving object, since it does not provide for the consideration of the parameters of the linear and angular motion of the latter. The exclusion (compensation) of the influence of the vertical component of the angular velocity of the Earth’s rotation, considered as an interfering factor, also leads to low accuracy. For non-zero pitch and roll angles, the projection of this component, when used properly, can be additional to the horizontal component of the measurement information. In addition, the procedure for obtaining pitch, roll and latitude of the object is not defined. In practice, when using only a two-channel gyro sensor, obtaining the indicated angles is impossible.
Известны способы определения курса методом гирокомпасирования с применением гироскопического датчика угловой скорости для подвижного объекта [2, 3]. По своей сути эти способы являются распространением способа [1] на подвижный объект путем внесения в определяемый истинный курс соответствующих поправок на линейное [2] и угловое и линейное [3] движение объекта. При этом сохраняются недостатки способа [1], связанные с неучетом проекций вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли и неопределенностью процедуры получения углов тангажа, крена и широты объекта. Кроме того, в способах [2,3] дополнительно использованы значения путевой скорости, высоты, скоростей изменения углов рысканья, тангажа, крена, широты и долготы объекта, процедуры получения которых также не определены.Known methods for determining the course by gyrocompassing using a gyroscopic angular velocity sensor for a moving object [2, 3]. In essence, these methods are the extension of the method [1] to a moving object by making appropriate corrections to the linear [2] and angular and linear [3] movement of the object in the determined true course. At the same time, the disadvantages of the method [1], associated with the neglect of projections of the vertical component of the angular velocity of rotation of the Earth and the uncertainty of the procedure for obtaining the pitch, roll and latitude of the object. In addition, the methods [2,3] additionally used the values of ground speed, altitude, rate of change of yaw angles, pitch, roll, latitude and longitude of the object, the procedures for which are also not defined.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ определения курса подвижного объекта [4], заключающийся в том, что на объекте устанавливают три акселерометра и трех датчика угловой скорости, так чтобы их оси и связанные оси объекта, определяющие углы его курса, тангажа и крена в выбранной системе координат, были параллельны, измеряют указанными акселерометрами и датчиками угловой скорости проекции векторов ускорения и угловой скорости объекта на соответствующие оси, по проекциям вектора ускорения, считая известным ускорение силы тяжести, определяют режим движения объекта по скорости: равномерный или ускоренный, при этом в равномерном режиме по данным акселерометров определяют углы тангажа и крена объекта, в ускоренном режиме по данным датчиков угловой скорости выбирают интервалы, в течение которых проекции вектора угловой скорости объекта могут считаться постоянными, на каждом интервале корректируют значения направляющих косинусов связанных осей объекта относительно осей выбранной системы координат.Closest to the claimed method is a method for determining the course of a moving object [4], which consists in the fact that three accelerometers and three angular velocity sensors are installed on the object, so that their axes and the associated axis of the object, determining the angles of its course, pitch and roll in the selected the coordinate system, were parallel, measured by the indicated accelerometers and sensors of the angular velocity of the projection of the acceleration vectors and the angular velocity of the object on the corresponding axis, along the projections of the acceleration vector, considering the acceleration of force to be known gravity, determine the mode of movement of the object in speed: uniform or accelerated, while in the uniform mode according to the accelerometers the angles of the pitch and roll of the object are determined, in the accelerated mode, according to the data of the angular velocity sensors, select the intervals during which the projections of the angular velocity vector of the object can be considered constant , at each interval, the values of the guiding cosines of the associated axes of the object are adjusted relative to the axes of the selected coordinate system.
Способ предполагает определение магнитного курса подвижного объекта, для чего проводятся измерения тремя магнитометрами проекций горизонтальной и вертикальной составляющих МПЗ с последующим вычислением по ним и углам тангажа и крена объекта, определяемым по показаниям акселерометров (при равномерном движении объекта) или датчиков угловой скорости (при ускоренном движении), магнитного курса подвижного объекта.The method involves determining the magnetic course of a moving object, for which measurements are made with three magnetometers of the projections of the horizontal and vertical components of the MPZ, followed by calculation of them and the pitch and roll angles of the object, determined by the readings of accelerometers (with uniform motion of the object) or angular velocity sensors (with accelerated motion ), the magnetic course of the moving object.
Недостатком способа [4] является его низкая точность. Это обусловлено следующими причинами.The disadvantage of this method [4] is its low accuracy. This is due to the following reasons.
Большинство задач высокоточной топогеодезической привязки, прецизионной навигации и наведения требует перехода от магнитного курса объекта к его истинному курсу (азимуту). Переход осуществляется введением в магнитный курс поправки на величину магнитного склонения. В ряде случаев (например, при задании дирекционных направлений в районе развертывания артиллерийских позиций) далее переходят к дирекционному углу. Делается это учетом сближения меридианов, величина которого стабильна и известна с высокой точностью.Most tasks of high-precision geodetic reference, precision navigation and guidance require a transition from the magnetic course of the object to its true course (azimuth). The transition is carried out by introducing a correction to the magnetic declination into the magnetic course. In a number of cases (for example, when assigning directional directions in the area of deployment of artillery positions), they then move on to the directional corner. This is done taking into account the convergence of the meridians, the value of which is stable and known with high accuracy.
Фактором, определяющим итоговую точность измерения углов (истинного курса, дирекционного), выступает точность знания магнитного склонения. Однако практически для всех указанных задач эта точность недостаточна для реализации требований, предъявляемых к их решениям. Главными причинами этого являются, во-первых, изменения во времени (вековые, годовые, суточные) и зависимость магнитного склонения от координат объекта, затрудняющие его высокоточный предварительный расчет, и, во-вторых, (что более существенно) искажения и возмущения (аномалии) МПЗ различного происхождения, исключающие возможность учета магнитного склонения без предварительной калибровки в условиях локального аномального поля. Последнее для оперативных задач привязки, навигации и наведения в реальном (близком к реальному) масштабе времени невозможно.The factor determining the final accuracy of measuring angles (true course, directional) is the accuracy of knowledge of magnetic declination. However, for almost all of these tasks, this accuracy is insufficient to implement the requirements for their solutions. The main reasons for this are, firstly, changes in time (secular, annual, daily) and the dependence of magnetic declination on the coordinates of the object, which complicates its high-precision preliminary calculation, and secondly (and more significantly) distortions and disturbances (anomalies) MPZ of various origin, excluding the possibility of taking into account magnetic declination without preliminary calibration in the conditions of a local anomalous field. The latter is impossible for operational tasks of anchoring, navigation, and guidance in the real (close to real) time scale.
Техническим результатом использования заявляемого способа является повышение точности измерения истинного курса подвижного объекта.The technical result of using the proposed method is to increase the accuracy of measuring the true course of a moving object.
Для получения указанного технического результата в способе определения курса подвижного объекта, заключающемся в том, что на объекте устанавливают три акселерометра и трех датчика угловой скорости, так чтобы их оси и связанные оси объекта, определяющие углы его курса, тангажа и крена в выбранной системе координат, были параллельны, измеряют указанными акселерометрами и датчиками угловой скорости проекции векторов ускорения и угловой скорости объекта на соответствующие оси, по проекциям вектора ускорения, считая известным ускорение силы тяжести, определяют режим движения объекта по скорости: равномерный или ускоренный, при этом в равномерном режиме по данным акселерометров определяют углы тангажа и крена объекта, в ускоренном режиме по данным датчиков угловой скорости выбирают интервалы, в течение которых проекции вектора угловой скорости объекта могут считаться постоянными, на каждом интервале корректируют значения направляющих косинусов связанных осей объекта относительно осей выбранной системы координат, по текущим значениям истинного курса объекта определяют его режим движения по курсу: прямолинейный или непрямолинейный, при прямолинейном равномерном движении истинный курс определяют по значениям углов тангажа и крена и данным датчиков угловой скорости о проекциях вектора угловой скорости вращения Земли, при непрямолинейном равномерном или ускоренном движении истинный курс определяют по корректируемым значениям направляющих косинусов продольной связанной оси объекта относительно направлений на географические север и восток и местной вертикали, при переходе объекта в режим непрямолинейного равномерного или ускоренного движения в качестве начального условия коррекции указанных направляющих косинусов используют их значения, вычисленные по углам истинного курса и тангажа на момент начала движения неподвижного объекта или окончания его равномерного прямолинейного движения.To obtain the specified technical result in the method for determining the course of a moving object, which consists in the fact that three accelerometers and three angular velocity sensors are installed on the object, so that their axes and associated axis of the object, determining the angles of its course, pitch and roll in the selected coordinate system, were parallel, measured by the indicated accelerometers and angular velocity sensors, the projections of the acceleration vectors and the angular velocity of the object on the corresponding axes, along the projections of the acceleration vector, considering the acceleration s s of gravity, determine the object’s motion mode according to speed: uniform or accelerated, while in the uniform mode, according to the accelerometers, the pitch and roll angles of the object are determined, in accelerated mode, according to the data of the angular velocity sensors, select the intervals during which the projections of the angular velocity vector of the object can be considered constant, at each interval, the values of the guiding cosines of the connected axes of the object are adjusted relative to the axes of the selected coordinate system, I determine the current values of the true course of the object its heading mode: straight or non-linear, in straight, uniform motion, the true heading is determined by the values of the pitch and roll angles and the data of the angular velocity sensors on the projections of the angular velocity vector of the Earth, in the case of a straightforward uniform or accelerated motion, the true heading is determined by the corrected values of the guiding cosines the longitudinal connected axis of the object relative to the directions to the geographical north and east and the local vertical, when the object switches to indirect mode A distinct uniform or accelerated motion as the initial condition for the correction of the indicated cosines is used using their values calculated from the angles of the true course and pitch at the moment the motion of the stationary object begins or the end of its uniform rectilinear motion.
Принципиальным отличием заявляемого способа от прототипа является отказ от магнитометрического способа определения курса подвижного объекта за счет использования иного, более точного метода - метода бесплатформенной инерциальной навигации. Этот метод, в отличие от прототипа, позволяет определить истинный курс подвижного объекта с использованием трех акселерометров и трех датчиков угловой скорости, исключив три магнитометра.The fundamental difference between the proposed method and the prototype is the rejection of the magnetometric method for determining the course of a moving object through the use of another, more accurate method - the method of strapdown inertial navigation. This method, unlike the prototype, allows you to determine the true course of a moving object using three accelerometers and three angular velocity sensors, excluding three magnetometers.
Заявляемый способ иллюстрируют следующие графические материалы.The inventive method is illustrated by the following graphic materials.
Фиг. 1 - Алгоритм работы заявляемого способа, где в операторах алгоритма в круглых скобках указаны номера формул, приведенных ниже.FIG. 1 - The algorithm of the proposed method, where the operators of the algorithm in parentheses indicate the numbers of the formulas below.
Существенными отличиями заявляемого способа по сравнению с прототипом являются.Significant differences of the proposed method compared with the prototype are.
1. По текущим значениям истинного курса объекта определяют режим движения по курсу: прямолинейный или непрямолинейный. Совместно с данными акселерометров, фиксирующих режим движения по скорости: равномерный или ускоренный, это позволяет определять прямолинейный равномерный режим движения объекта (частным случаем режима является неподвижный объект). В этом режиме по углам тангажа и крена, рассчитываемым непосредственно по данным акселерометров, и измеряемым ДУС проекциям угловой скорости вращения Земли аналитически вычисляется истинный курс объекта. Этим обеспечивается высокая точность определения курса, поскольку угловая скорость вращения Земли является прецизионной фундаментальной константой, не подверженной никаким значимым искажениям и возмущениям.1. Based on the current values of the true course of the object, the mode of movement according to the course is determined: straightforward or non-linear. Together with the data of accelerometers that record the motion mode in speed: uniform or accelerated, this allows you to determine the rectilinear uniform mode of movement of the object (a special case of the mode is a stationary object). In this mode, from the pitch and roll angles calculated directly from the accelerometers and measured by the TLS projections of the angular velocity of the Earth's rotation, the true course of the object is analytically calculated. This ensures high accuracy in determining the course, since the angular velocity of the Earth's rotation is a precision fundamental constant, not subject to any significant distortions and disturbances.
В прототипе режимы движения объекта по курсу не рассматриваются, а в режиме равномерного движения курс вычисляется по проекциям МПЗ, зависимого от времени и координат объекта и, что более существенно, от искажений и возмущений различного происхождения. Это приводит к низкой точности определения курса. Кроме того, углы тангажа и крена вычисляются не непосредственно по данным акселерометров, а более сложно через предварительно рассчитываемые направляющие косинусы связанных осей объекта относительно местной вертикали.In the prototype, the modes of the object’s movement along the course are not considered, and in the mode of uniform movement, the course is calculated according to the projections of the MPZ, which depends on the time and coordinates of the object and, more significantly, on distortions and disturbances of various origins. This leads to low accuracy in determining the course. In addition, pitch and roll angles are not calculated directly from the accelerometers, but more difficult through the precalculated guide cosines of the connected axes of the object relative to the local vertical.
2. При непрямолинейном и(или) ускоренном движении истинный курс определяют по корректируемым данными ДУС значениям трех направляющих косинусов продольной связанной оси объекта относительно направлений на географические север и восток и местной вертикали без привлечения углов тангажа и крена. При использовании прецизионных ДУС этим обеспечивается высокая точность определения текущего истинного курса подвижного объекта.2. In case of non-linear and (or) accelerated movement, the true course is determined by the values of the three directing cosines of the longitudinal connected axis of the object relative to the directions to the geographical north and east and the local vertical without correcting pitch and roll angles, corrected by the TLS data. When using precision TLS, this ensures high accuracy in determining the current true course of a moving object.
В прототипе при ускоренном движении курс, как и прежде, вычисляется с использованием проекций МПЗ со всеми его недостатками, а для расчета необходимых углов тангажа и крена требуется сложная вычислительная процедура пошаговой коррекции всех девяти элементов матрицы направляющих косинусов связанных осей объекта относительно осей магнитной географической системы координат.In the prototype, with accelerated movement, the course, as before, is calculated using the MPZ projections with all its shortcomings, and the calculation of the required pitch and roll angles requires a complex computational procedure for the step-by-step correction of all nine elements of the matrix of guiding cosines of the associated axes of the object relative to the axes of the magnetic geographical coordinate system .
3. При переходе объекта в режим непрямолинейного и(или) ускоренного движения в качестве начального условия коррекции трех указанных направляющих косинусов используют их значения, вычисленные по углам истинного курса и тангажа на момент начала движения неподвижного объекта или окончания его прямолинейного равномерного движения. Высокая точность исходного (начального) истинного курса, полученного на основе проекций угловой скорости вращения Земли (см. п. 1), гарантирует высокую точность последующего курсового определения по данным ДУС, рассмотренного в п. 2.3. When the object enters the mode of non-linear and (or) accelerated motion, the values calculated based on the angles of the true course and pitch at the moment the motion of the stationary object or the end of its rectilinear uniform motion are used as the initial condition for the correction of the three specified cosines. The high accuracy of the initial (initial) true heading obtained on the basis of the projections of the angular velocity of the Earth's rotation (see paragraph 1) ensures high accuracy of the subsequent course determination according to the TLS considered in paragraph 2.
В прототипе в качестве начального условия коррекции используют значения полной матрицы направляющих косинусов, вычисленное по углам магнитного курса, тангажа и крена на момент окончания равномерного движения объекта. Такая вычислительная процедура является более трудоемкой, и, главное, как и в предыдущих случаях наследует все недостатки используемого МПЗ.In the prototype, as the initial correction condition, the values of the full matrix of guide cosines calculated from the angles of the magnetic course, pitch and roll at the time of the end of the uniform movement of the object are used. Such a computational procedure is more time-consuming, and, most importantly, as in previous cases, inherits all the shortcomings of the used MPZ.
Заявляемый способ можно пояснить следующим образом, см. Фиг. 1.The inventive method can be explained as follows, see FIG. one.
Используются две системы координат.Two coordinate systems are used.
а) Географическая система координат (СК) ON, ОЕ, Oh с началом в центре масс подвижного объекта. Оси ON, ОЕ лежат в плоскости местного горизонта, ось ON направлена на географический север (полюс), ось ОЕ - на географический восток. Ось Oh совпадает с местной вертикалью и направлена вверх.a) Geographic coordinate system (SK) ON, ОЕ, Oh with the origin at the center of mass of the moving object. The ON, OE axes lie in the plane of the local horizon, the ON axis is directed to the geographic north (pole), and the OE axis to the geographic east. Axis Oh coincides with the local vertical and is directed up.
Данная система координат непосредственно связана с векторами угловой скорости вращения Земли Ω и ускорения силы тяжести g. А именно, северная ось ON совпадает по направлению с горизонтальной составляющей Ωг=Ωcosϕ угловой скорости Ω (здесь ϕ - широта места объекта), ось Oh - с ее вертикальной составляющей Ωв=Ωsinϕ. Проекция угловой скорости Ω на восточную ось ОЕ равна нулю. Аналогично, вертикальная проекция вектора ускорения g равна его модулю g, две горизонтальные проекции равны нулю.This coordinate system is directly related to the vectors of the angular velocity of rotation of the Earth Ω and the acceleration of gravity g. Namely, North axis ON coincides with the direction of the horizontal component Ω g = Ωcosφ angular velocity Ω (here φ - latitude object space), Oh axis - with its vertical component in Ω = Ωsinφ. The projection of the angular velocity Ω onto the eastern axis OE is zero. Similarly, the vertical projection of the acceleration vector g is equal to its modulus g, two horizontal projections are equal to zero.
б) Связанная СК OXYZ с тем же началом. Оси OX, OY совпадают с продольной и поперечной строительными осями объекта. Ось OZ перпендикулярна этим осям (вертикальная ось). При нулевых углах тангажа ν и крена γ объекта оси OX, OY лежат в плоскости местного горизонта, ось OZ перпендикулярна этой плоскости и направлена вверх. Ось ОХ совпадает с направлением движения объекта. Ориентация оси ОХ относительно оси ON определяет истинный курс подвижного объекта ΨИ.b) Associated SC OXYZ with the same beginning. The axes OX, OY coincide with the longitudinal and transverse structural axes of the object. The OZ axis is perpendicular to these axes (vertical axis). At zero pitch angles ν and roll γ of the object, the OX, OY axes lie in the plane of the local horizon, the OZ axis is perpendicular to this plane and is directed upwards. The axis OX coincides with the direction of movement of the object. The orientation of the OX axis relative to the ON axis determines the true course of the moving object Ψ AND .
Оси чувствительности соосных акселерометров и датчиков угловой скорости совпадают с осями СК OXYZ.The sensitivity axes of the coaxial accelerometers and angular velocity sensors coincide with the axes of the SK OXYZ.
При произвольных углах ΨИ, ν, γ взаимная ориентация систем координат определяется матрицей направляющих косинусов вида:For arbitrary angles Ψ And , ν, γ, the mutual orientation of the coordinate systems is determined by the matrix of guide cosines of the form:
Из (1) видно, что составляющие угловой скорости вращения Земли Ωг, Ωв связаны с измерениями их проекций ωхз, ωуз, ωzз на оси чувствительности ДУС соотношениями:From (1) it is seen that the components of the angular velocity of the Earth’s rotation Ω g , Ω in are related to measurements of their projections ω xs , ω knots , ω zz on the sensitivity axis of the TLS by the relations:
Если курс объекта неизменен (объект неподвижен или движется прямолинейно), а углы тангажа ν и крена γ известны и постоянны, то, разрешая систему уравнений (2) относительно неизвестного истинного курса ΨИ, приходим к выражению:If the object’s course is unchanged (the object is stationary or moves rectilinearly), and the pitch angles ν and roll γ are known and constant, then, solving the system of equations (2) with respect to the unknown true course Ψ AND , we arrive at the expression:
В частном случае при ν = γ = 0 справедливо известное равенство [5]:In the particular case of ν = γ = 0, the well-known equality [5] is valid:
При равномерном прямолинейном движении объекта (заметим, что неподвижный объект есть частный случай равномерного движения с нулевой линейной скоростью) углы ν, γ определяются без предварительного расчета направляющих косинусов с13, с23, c33, как это делается в прототипе, а непосредственно по показаниям акселерометров а х, а у, а z:With a uniform rectilinear motion of the object (note that a stationary object is a special case of uniform motion with zero linear velocity), the angles ν, γ are determined without preliminary calculation of the direction cosines from 13 , 23 , c 33 , as is done in the prototype, but directly according to the readings accelerometers and x and y and z:
где ускорение силы тяжести g считается известным и направлено вертикально вниз, т.е. со знаком "минус".where the acceleration of gravity g is considered known and directed vertically downward, i.e. with a minus sign.
Определение режима движения объекта (равномерный или ускоренный) проводится, как и в прототипе, проверкой выполнения равенства:The definition of the mode of movement of the object (uniform or accelerated) is carried out, as in the prototype, by checking the equality:
с допуском Δg, зависящим от точности используемых акселерометров.with a tolerance Δ g, dependent on the precision of the accelerometer.
Правилом определения прямолинейного (непрямолинейного) движения служит проверка выполнения равенства:The rule for determining rectilinear (non-rectilinear) motion is to verify the equality:
с допуском ΔΨ, зависящим от точности используемых ДУС. Здесь ΨИ(k), ΨИ(k-1) - текущие значения истинного курса объекта в соседние моменты времени tk, tk-1.with a tolerance Δ Ψ , depending on the accuracy of the used TLS. Here Ψ AND (k), Ψ AND (k-1) are the current values of the true course of the object at neighboring times t k , t k-1 .
Таким образом, в режиме прямолинейного равномерного движения объекта (Выбор алгоритма по «И», Фиг. 1) измерение истинного курса ΨИ проводится по данным ДУС ωхз, ωуз, ωzз и акселерометров а х, а у, a z в соответствии с соотношениями (3), (4). По сути, данный режим является режимом начальной выставки бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС), а измеренный курс ΨИ есть не что иное, как гирокомпасный азимут.Thus, in the mode of rectilinear uniform motion of the object (Algorithm Selection of "I", Fig. 1) measuring the true heading Ψ and wires according to the TLS ω xs, ω bonds, ω zz and accelerometers and x, a y, a z, in accordance with relations (3), (4). In fact, this mode is a mode of initial alignment strapdown inertial navigation system (SINS) and the measured rate Ψ And there is not nothing but a gyrocompass bearing.
Реализация данного режима требует определенного времени (длительности участка равномерного прямолинейного движения объекта). Применение современных высокочувствительных ДУС (гироскопов) обеспечивает достаточно малое время выставки. Так, при использовании миниатюрных волновых твердотельных гироскопов с самокалибровкой [5] приемлемая точность достигается за 8-60 с, что вполне допустимо для задач топогеодезии, навигации и наведения.The implementation of this mode requires a certain time (the duration of the plot of uniform rectilinear movement of the object). The use of modern highly sensitive DUS (gyroscopes) provides a fairly short exhibition time. So, when using miniature wave solid-state gyroscopes with self-calibration [5], acceptable accuracy is achieved in 8-60 s, which is quite acceptable for tasks of topographic geodesy, navigation and guidance.
Рассмотрим непрямолинейный и(или) ускоренный режимы (Выбор алгоритма по «ИЛИ», Фиг. 1)Consider the non-linear and (or) accelerated modes (Selection of the algorithm according to "OR", Fig. 1)
При непрямолинейном движении объекта, когда равенство (6) нарушается, соотношение (3) становится несправедливым. Это обусловлено тем, что при непрямолинейном движении в измеряемых ДУС величинах ωх, ωу, ωz, помимо проекций ωxз, ωуз, ωzз, присутствуют (складываются) проекции ωx0, ωу0, ωz0 угловой скорости собственного вращения объекта.In the case of an indirect motion of an object, when equality (6) is violated, relation (3) becomes unfair. This is due to the fact that, in the case of indirect motion in the measured TLS values ω x , ω y , ω z , in addition to the projections ω xз , ω bonds , ω zz , there are (added) projections ω x0 , ω у0 , ω z0 of the angular velocity of the object’s own rotation .
Для реальных подвижных объектов обычно их значения значительно превышают значения ωхз, ωуз, ωzз, что позволяет в этом случае при вычислениях считать ωх=ωх0, ωу=ωу0, ωz=ωz0.For real moving objects, usually their values significantly exceed the values of ω xs , ω knots , ω zz , which allows in this case to calculate ω x = ω x0 , ω y = ω y0 , ω z = ω z0 in calculations.
При ускоренном движении равенство (5) нарушается присутствием в показаниях акселерометров а х, а у, a z дополнительных составляющих, вызванных собственным неизвестным линейным ускорением объекта. Как следствие, становятся несправедливыми соотношения (4).When accelerated motion (5) is disturbed by the presence in the readings of the accelerometers and x, a y, a z additional components, caused by linear acceleration own unknown object. As a result, relations (4) become unfair.
В результате при непрямолинейном и(или) ускоренном движении объекта переходят к процедуре пошаговой коррекции направляющих косинусов.As a result, in the case of an indirect and (or) accelerated motion of the object, they proceed to the procedure of stepwise correction of the guiding cosines.
Для этого, используя данные о возможной динамике объекта и(или) данные ДУС, выбирают интервал Т, в течение которого угловая скорость объекта может считаться постоянной.To do this, using data on the possible dynamics of the object and (or) the TLS data, select the interval T, during which the angular velocity of the object can be considered constant.
Процедура пошаговой коррекции направляющих косинусов состоит в вычислении элементов матрицы (1):The procedure for step-by-step correction of guide cosines consists in calculating the elements of the matrix (1):
определяющих пространственное положение продольной связанной оси объекта ОХ относительно направлений на географические север и восток и местной вертикали. Процедура проводится по рекуррентному алгоритму: 
Здесь δx=ωхТ, δу=ωуТ, δz=ωzT - парциальные (пошаговые) приращения углов, Т=tk - tk-1 - интервалы времени (шаги), в течение которых проекции ωх, ωу, ωz могут считаться постоянными, k - номер очередного интервала (шага).Here δ x = ω x T, δ y = ω y T, δ z = ω z T are the partial (incremental) increments of the angles, T = t k - t k-1 are time intervals (steps) during which the projections ω x , ω y , ω z can be considered constant, k is the number of the next interval (step).
Последовательно выполняя алгоритм (8), получают пошаговые значения направляющих косинусов с11(k), C12(k), по которым вычисляют текущее (пошаговое) значение истинного курса подвижного объекта:Successively executing algorithm (8), we obtain step-by-step values of the direction cosines with 11 (k), C 12 (k), which calculate the current (step-by-step) value of the true course of a moving object:
При этом начальные значения косинусов с11(0), c12(0), с13(0) соотношений (7) вычисляют по углам истинного курса ΨИ(0) и тангажа ν(0) на момент начала движения неподвижного объекта или окончания его прямолинейного равномерного движения. При возвращении к режиму прямолинейного равномерного движения (равенства (5), (6) восстанавливаются) также возвращается прежний порядок вычислений по формулам (3), (4) и так далее.In this case, the initial values of the cosines with 11 (0), c 12 (0), and 13 (0) of relations (7) are calculated from the angles of the true course Ψ И (0) and pitch ν (0) at the moment the motion of the stationary object starts or ends its rectilinear uniform motion. When returning to the mode of rectilinear uniform motion (equalities (5), (6) are restored), the previous order of calculations by formulas (3), (4) and so on is also returned.
Отметим, что реализация соотношений (8), (9) по своей сущности является вариантом использования ДУС в гироазимутальном режиме (режиме гироскопа направления) работы БИНС.Note that the implementation of relations (8), (9) in essence is a variant of using the TLS in the gyro-azimuthal mode (direction gyroscope mode) of the SINS operation.
Важно подчеркнуть, что в отличие от прототипа, где приходится корректировать все девять элементов матрицы направляющих косинусов (соотношения (8) описания прототипа), в заявляемом способе достаточно коррекции трех направляющих косинусов (соотношения (8) данного описания).It is important to emphasize that, in contrast to the prototype, where it is necessary to adjust all nine elements of the matrix of guide cosines (relation (8) of the description of the prototype), in the claimed method, the correction of three guide cosines (relation (8) of this description) is sufficient.
Рассмотрим возможность технической реализации заявляемого способа определения истинного курса подвижного объекта.Consider the possibility of technical implementation of the proposed method for determining the true course of a moving object.
Для мобильного исполнения БИНС трехосевые акселерометры и датчики угловой скорости, соответствующие заявляемому способу, могут быть реализованы в виде малогабаритных микроэлектромеханических систем, содержащихся, например, в большинстве обычных смартфонов. В качестве более современной и точной технологии изготовления может быть использован миниатюрный волновой твердотельный гироскоп [5]. Среди множества вариантов исполнения акселерометров и ДУС следует выбирать образцы, удовлетворяющие по точности измерений.For mobile performance SINS, three-axis accelerometers and angular velocity sensors corresponding to the claimed method can be implemented in the form of small microelectromechanical systems contained, for example, in most conventional smartphones. As a more modern and accurate manufacturing technology, a miniature wave solid-state gyroscope can be used [5]. Among the many options for the implementation of accelerometers and TLS, you should choose samples that satisfy the accuracy of the measurements.
Современные навигационные системы реализуются по единой схеме: совокупность измерителей - трехосных акселерометров и датчиков угловой скорости - через соответствующие преобразователи и интерфейсы подключается к компьютеру, который обычно (из-за необходимости вычисления прямых и обратных тригонометрических функций) реализуется в виде цифрового процессора обработки сигналов. Результаты обработки входной информации - тангаж ν, крен γ и истинный курс ΨИ - поступают потребителю. Естественно, что все такие системы работают в дискретном времени, что согласуется с пошаговым способом коррекции направляющих косинусов продольной связанной оси объекта относительно направлений на географические север и восток и местной вертикали в режимах непрямолинейного равномерного или ускоренного движения объекта.Modern navigation systems are implemented according to a single scheme: a set of meters - triaxial accelerometers and angular velocity sensors - is connected to a computer through appropriate converters and interfaces, which is usually (due to the need to calculate direct and inverse trigonometric functions) implemented as a digital signal processing processor. The results of processing the input information — pitch ν, roll γ and true rate Ψ I — are delivered to the consumer. Naturally, all such systems work in discrete time, which is consistent with the step-by-step method of correcting the direction cosines of the longitudinal connected axis of the object relative to the directions to the geographical north and east and the local vertical in the modes of non-linear uniform or accelerated movement of the object.
Таким образом, заявляемый способ определения истинного курса подвижного объекта может быть реализован и обеспечивает повышение его точности.Thus, the claimed method for determining the true course of a moving object can be implemented and provides an increase in its accuracy.
Источники информацииInformation sources
1. Патент RU 2176780. «Способ определения истинного курса с помощью двухканального гироскопического датчика угловой скорости». - Опубликовано: 10.12.2001. Бюл. №34.1. Patent RU 2176780. "A method for determining the true course using a two-channel gyroscopic angular velocity sensor." - Published: December 10, 2001. Bull. Number 34.
2. Патент RU 2210741. «Способ гирокомпасирования с применением гироскопического датчика угловой скорости при линейном движении объекта». - Опубликовано: 20.08.2003. Бюл. №23.2. Patent RU 2210741. "The method of gyrocompassing using a gyroscopic sensor of angular velocity with linear motion of the object." - Posted: 08/20/2003. Bull. Number 23.
3. Патент RU 2210742. «Способ гирокомпасирования с применением гироскопического датчика угловой скорости при угловом и линейном движении объекта». - Опубликовано: 20.08.2003. Бюл. №23.3. Patent RU 2210742. "The method of gyrocompassing using a gyroscopic sensor of angular velocity with angular and linear motion of the object." - Posted: 08/20/2003. Bull. Number 23.
4. Патент RU 2629539. «Способ измерения магнитного курса подвижного объекта». - Опубликовано: 29.08.2017. Бюл. №25.4. Patent RU 2629539. "A method of measuring the magnetic course of a moving object." - Posted: 08/29/2017. Bull. Number 25.
5. Мейер Д., Розелле Д. Инерциальная навигационная система на основе миниатюрного волнового твердотельного гироскопа// Гироскопия и навигация. 2012. №3(78). С. 45-54.5. Meyer D., Roselle D. Inertial navigation system based on a miniature wave solid-state gyroscope // Gyroscopy and navigation. 2012. No3 (78). S. 45-54.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017136344A RU2671937C1 (en) | 2017-10-13 | 2017-10-13 | Moving object true course determining method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017136344A RU2671937C1 (en) | 2017-10-13 | 2017-10-13 | Moving object true course determining method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2671937C1 true RU2671937C1 (en) | 2018-11-07 |
Family
ID=64103209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017136344A RU2671937C1 (en) | 2017-10-13 | 2017-10-13 | Moving object true course determining method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2671937C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2790083C1 (en) * | 2022-01-27 | 2023-02-14 | Акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (АО МНПК "Авионика") | Method for identifying the mismatch angles of the pins of the controlled system and the ins of the carrier aircraft |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008045932A (en) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Pioneer Electronic Corp | Apparatus, method, and program for azimuth correction and computer-readable recording medium |
| RU2397927C1 (en) * | 2009-08-17 | 2010-08-27 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | System for evaluation of accuracy in forecasting of artificial earth satellite (aes) motion parametres |
| KR20110108208A (en) * | 2010-03-26 | 2011-10-05 | 위드로봇 주식회사 | Method for motion mode decision, navigation system using the method, and providing method thereof |
| RU2559820C1 (en) * | 2014-06-30 | 2015-08-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method for navigation of moving objects |
| RU2629539C1 (en) * | 2016-06-28 | 2017-08-29 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Method of measurement of magnetic course of mobile object |
-
2017
- 2017-10-13 RU RU2017136344A patent/RU2671937C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008045932A (en) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Pioneer Electronic Corp | Apparatus, method, and program for azimuth correction and computer-readable recording medium |
| RU2397927C1 (en) * | 2009-08-17 | 2010-08-27 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | System for evaluation of accuracy in forecasting of artificial earth satellite (aes) motion parametres |
| KR20110108208A (en) * | 2010-03-26 | 2011-10-05 | 위드로봇 주식회사 | Method for motion mode decision, navigation system using the method, and providing method thereof |
| RU2559820C1 (en) * | 2014-06-30 | 2015-08-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method for navigation of moving objects |
| RU2629539C1 (en) * | 2016-06-28 | 2017-08-29 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Method of measurement of magnetic course of mobile object |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2790083C1 (en) * | 2022-01-27 | 2023-02-14 | Акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (АО МНПК "Авионика") | Method for identifying the mismatch angles of the pins of the controlled system and the ins of the carrier aircraft |
| RU2798209C1 (en) * | 2022-11-21 | 2023-06-19 | Акционерное общество "Государственное научно-производственное предприятие "Регион" (АО "ГНПП "Регион") | Method for autonomous positioning of free-platform navigation system in the process of controlled object exit from dive after water touchdown |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104344837B (en) | Speed observation-based redundant inertial navigation system accelerometer system level calibration method | |
| Li et al. | An improved optimal method for initial alignment | |
| CN102538821B (en) | Fast and parameter sectional type self-alignment method for strapdown inertial navigation system | |
| US3849636A (en) | Method and apparatus for determining the position of a vehicle | |
| CN105371844A (en) | Initialization method for inertial navigation system based on inertial / celestial navigation interdependence | |
| CN111982106A (en) | Navigation method, navigation device, storage medium and electronic device | |
| Sokolovic et al. | Integration of INS, GPS, magnetometer and barometer for improving accuracy navigation of the vehicle | |
| CN109489661B (en) | Gyro combination constant drift estimation method during initial orbit entering of satellite | |
| JP2019120587A (en) | Positioning system and positioning method | |
| US20140249750A1 (en) | Navigational and location determination system | |
| Avrutov | Autonomous determination of initial latitude with an inertial measuring unit | |
| CN105021193A (en) | Control algorithm for inertial navigation system without gyroscope | |
| RU2654964C1 (en) | Method for determining of adjustment corrections in the strap down inertial navigation system | |
| RU2654965C1 (en) | Integrated strap-down astro-inertial navigation system | |
| CN106643726B (en) | Unified inertial navigation resolving method | |
| US11343642B2 (en) | Method for estimating the harmonization values of a magnetometer installed in a mobile machine, associated device and computer program | |
| CN109725332A (en) | For tracking and determining the method and system of object space | |
| RU2697859C1 (en) | Method for determining location of a ground mobile object | |
| RU2671937C1 (en) | Moving object true course determining method | |
| CN104154914A (en) | Initial attitude measurement method of space stabilization type strapdown inertial navigation system | |
| Zhang et al. | Research on auto compensation technique of strap-down inertial navigation systems | |
| RU2617147C1 (en) | Method for initial orienting gyroscopic navigation system for land mobiles | |
| CN111141285A (en) | Aviation gravity measuring device | |
| RU2502049C1 (en) | Small-size platformless inertial navigation system of medium accuracy, corrected from system of air signals | |
| CN112882118B (en) | Method and system for estimating gravity vector of movable base under earth-fixed coordinate system and storage medium |