[go: up one dir, main page]

RU2723976C1 - Method for determining angular orientation of ground vehicle - Google Patents

Method for determining angular orientation of ground vehicle Download PDF

Info

Publication number
RU2723976C1
RU2723976C1 RU2019126089A RU2019126089A RU2723976C1 RU 2723976 C1 RU2723976 C1 RU 2723976C1 RU 2019126089 A RU2019126089 A RU 2019126089A RU 2019126089 A RU2019126089 A RU 2019126089A RU 2723976 C1 RU2723976 C1 RU 2723976C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
angular
vehicle
coordinate system
errors
orientation
Prior art date
Application number
RU2019126089A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Сергеевич Афонин
Ольга Николаевна Никифорова
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
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 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Priority to RU2019126089A priority Critical patent/RU2723976C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2723976C1 publication Critical patent/RU2723976C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00

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

FIELD: physics; machine building.SUBSTANCE: invention relates to gyroscopic instrument-making and can be used in ground vehicles for continuous determination of angular orientation (heading, roll, pitch) of moving vehicle. Method for determination of angular orientation of vehicle includes initial exhibition of stabilized platform (SP) of triaxial gyrostabilizer in plane of horizon and orientation in countries of light, control of SP signals proportional to angular speed of rotation of Earth and integrated information from accelerometers. During the parking at the initial control section, the system is tuned, during which the error constants of the initial angular display of the instrument coordinate system are determined in the reference coordinate system and angular velocity error. In the process of controlling the SP in each cycle by the digital computer system (DCS), using external information of the current values of the geographical coordinates of the vehicle, calculation of correction values of angular deviations of the instrument coordinate system from the reference coordinate system taking into account instability of errors of all elements of the control circuit in real time. Values of corrections obtained in each DCS cycle of the central coordinates are used to compensate for errors in the inertial navigation system and accurate determination of angular orientation of the vehicle by pitch, yaw and course taking into account information from angle sensors.EFFECT: technical result is reduced error of determination of angular orientation of ground vehicle in process of movement taking into account instability of errors of sensitive elements in real time scale.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к гироскопическому приборостроению и может быть использовано в наземных транспортных средствах (ТС) для непрерывного определения угловой ориентации (курса, крена, тангажа) движущегося ТС.The invention relates to gyroscopic instrumentation and can be used in land vehicles (TS) for the continuous determination of the angular orientation (course, roll, pitch) of a moving vehicle.

Из уровня техники известны следующие способы определения угловой ориентации движущегося транспортного средства.The following methods are known from the prior art for determining the angular orientation of a moving vehicle.

Способ выработки навигационных параметров и вертикали места, заключающийся в формировании сигналов, пропорциональных соответствующим проекциям вектора кажущегося ускорения, измеренных при помощи акселерометров, установленных по каждой оси приборного трехгранника, связанного с гироплатформой, формировании сигналов управления гироплатформой, удерживании гироплатформы в плоскости горизонта и выработке вертикали места и навигационных параметров на основе сигналов управления, пропорциональных соответствующим проекциям вектора угловой скорости приборного трехгранника и с учетом оценки их погрешностей, путем сравнения значений одноименных выходных параметров различных контуров интегрирования кинематических уравнений приборного трехгранника, выработанных на основе сигналов, пропорциональных сумме соответствующих проекций вектора угловой скорости приборного трехгранника и соответствующих дополнительных сигналов, величины и закон изменения которых предварительно задаются или устанавливаются с помощью устройства выработки навигационных параметров, благодаря чему схемными средствами обеспечивается уменьшение влияния погрешностей инерциальной системы на выходные навигационные параметры и вертикаль места. [1]A method for generating navigation parameters and the vertical of a place, which consists in generating signals proportional to the corresponding projections of the apparent acceleration vector measured using accelerometers installed on each axis of the instrument trihedron associated with the gyro platform, generating control signals for the gyro platform, holding the gyro platform in the horizontal plane, and generating a vertical location and navigation parameters based on control signals proportional to the corresponding projections of the angular velocity vector of the instrument trihedron and taking into account the estimation of their errors by comparing the values of the same output parameters of various integration loops of the kinematic equations of the instrument trihedron generated on the basis of signals proportional to the sum of the corresponding projections of the angular velocity vector of the instrument trihedron and the corresponding additional signals, the magnitude and law of change of which are pre-set or set with the power of the device for generating navigation parameters, due to which circuit means provides a reduction in the influence of inertial system errors on the output navigation parameters and the vertical location. [1]

Способ инерциальной навигации, включающий измерение сигналов с акселерометров, формирование отсчетной системы координат, вычисление выходных навигационных параметров системы, отличающийся тем, что вычисляют выходные параметры навигационной системы по эталонной модели, вычисляют соответствующие им входные сигналы с акселерометров для эталонной модели, в которой разворачивают отсчетную систему координат на фиксированные углы относительно отсчетной системы координат навигационной системы, вычисляют сигналы с акселерометров, получаемые путем перепроектирования сигналов с акселерометров навигационной системы на развернутую на те же фиксированные углы систему координат эталонной модели, затем по значениям вычисленных сигналов с акселерометров для эталонной модели и сигналов с акселерометров, полученных путем перепроектирования, определяют угловой дрейф отсчетной системы координат навигационной системы и осуществляют коррекцию углового положения отсчетной системы координат навигационной системы. [2]Inertial navigation method, including measuring signals from accelerometers, generating a reference coordinate system, calculating the output navigation parameters of the system, characterized in that the output parameters of the navigation system are calculated using the reference model, the corresponding input signals from accelerometers are calculated for the reference model in which the reading system is deployed coordinates at fixed angles relative to the reference coordinate system of the navigation system, calculate the signals from the accelerometers obtained by redesigning the signals from the accelerometers of the navigation system to the coordinate system deployed at the same fixed angles, then from the values of the calculated signals from the accelerometers for the reference model and signals from the accelerometers obtained by redesigning, determine the angular drift of the reference coordinate system of the navigation system and carry out the correction of the angular position of the reference coordinate system of the navigation system we. [2]

Эти способы имеют 2 основных недостатка, которые не позволяют обеспечить заданную точность:These methods have 2 main disadvantages that do not allow to provide the specified accuracy:

1. В способах определяется влияние различных погрешностей на ошибки навигационной системы и вводится компенсация, основываясь на их неизменности. Реальная аппаратура имеет нестабильные погрешности и учет их изменения в процессе движения ТС является основной задачей разработчика автономной навигационной системы или систем выработки угловой ориентации ТС.1. In the methods, the effect of various errors on the errors of the navigation system is determined and compensation is introduced based on their immutability. Real equipment has unstable errors and taking into account their changes in the process of vehicle movement is the main task of the developer of an autonomous navigation system or systems for generating angular orientation of the vehicle.

2. Реальная аппаратура формирует выходную информацию с большим уровнем помех из-за наличия вибрации и ударов в процессе движения ТС. Непрерывное выполнение вычислений по предложенным способам в этих условиях - невозможно.2. Real equipment generates output information with a high level of interference due to the presence of vibration and shock during vehicle movement. Continuous execution of calculations by the proposed methods in these conditions is impossible.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ, изложенный в [3]. Суть способа состоит в формировании на основе общих уравнений ошибок, упрощенных моделей, описывающих ошибки инерциальной навигационной системы (ИНС), справедливых для различных условий эксплуатации (движение с небольшими постоянными скоростями υ≤500 км/ч относительно Земли, в течение 1 часа, 2-2,5 часов, а также ускоренного движения объекта). Определении погрешностей навигационных параметров ИНС, на основе использования информации, поступающей от внешних по отношению к ней датчиков, и их оценка волновыми алгоритмами оценивания и алгоритмами предельного перехода, и алгоритмической компенсации данных погрешностей ИНС.Closest to the proposed technical solution is the method described in [3]. The essence of the method is the formation, on the basis of general equations of errors, of simplified models describing the errors of the inertial navigation system (ANN), valid for various operating conditions (movement with small constant speeds υ≤500 km / h relative to the Earth, within 1 hour, 2- 2.5 hours, as well as accelerated movement of the object). Determination of errors in the navigation parameters of the ANN, based on the use of information from sensors external to it, and their assessment by wave estimation algorithms and limit transition algorithms, and algorithmic compensation for these errors of the ANN.

Применение вышеописанных способов позволяет решать, как прямую задачу определения навигационных параметров, так и обратную - определения угловой ориентации транспортного средства, с погрешностями ИНС. Данные способы весьма трудоемки, имеют весомые погрешности, и достоверные значения определяются с большим запаздыванием, что не соответствует современным требованиям к системе определения угловой ориентации ТС, которые предполагают вычисление этих параметров в процессе движения непрерывно и с запаздыванием не более 0,06 сек. Коррекция погрешностей навигационных параметров ИНС, изложенная в [3] проводится не в реальном масштабе времени.The application of the above methods allows us to solve both the direct problem of determining the navigation parameters, and the inverse - determining the angular orientation of the vehicle, with ANN errors. These methods are very time-consuming, have significant errors, and reliable values are determined with a large delay, which does not meet modern requirements for determining the angular orientation of the vehicle, which require the calculation of these parameters in the process of movement continuously and with a delay of no more than 0.06 seconds. The correction of errors in the navigation parameters of the ANN described in [3] is not carried out in real time.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа определения угловой ориентации ТС с меньшими погрешностями в реальном масштабе времени с использованием внешней информации текущих значений географических координат широты и долготы.The objective of the invention is to develop a method for determining the angular orientation of the vehicle with fewer errors in real time using external information of the current values of the geographical coordinates of latitude and longitude.

Поставленная задача решается тем, что предложен способ определения угловой ориентации ТС, включающий начальную выставку стабилизированной платформы (СП) трехосного гиростабилизатора (ТГС) в плоскость горизонта и ориентацию по странам света, управление СП сигналами, пропорциональными угловой скорости вращения Земли и интегрированной информации с акселерометров. Во время стоянки на начальном участке управления СП проводится настройка системы, в ходе которой определяются константы погрешностей начальной угловой выставки приборной системы координат в опорной системе координат и погрешности угловых скоростей. В процессе управления СП в каждом цикле цифровым вычислительным комплексом (ЦВК), с использованием внешней информации текущих значений географических координат транспортного средства, проводится расчет поправочных значений угловых отклонений приборной системы координат от опорной системы координат с учетом нестабильности погрешностей всех элементов схемы управления СП в реальном масштабе времени. Полученные в каждом цикле ЦВК значения поправок используются для компенсации погрешностей инерциальной навигационной системы и точного определения угловой ориентации транспортного средства по тангажу, рысканию и курсу с учетом информации с датчиков углов.The problem is solved by the fact that the proposed method for determining the angular orientation of the vehicle, including the initial exhibition of the stabilized platform (SP) of the triaxial gyrostabilizer (TGS) in the horizontal plane and orientation to the countries of the world, control of the SP signals proportional to the angular velocity of the Earth and integrated information from accelerometers. During parking at the initial control section of the joint venture, the system is tuned, during which the error constants of the initial angular exhibition of the instrument coordinate system in the reference coordinate system and the angular velocity errors are determined. In the process of controlling a joint venture in each cycle by a digital computer complex (CVC), using external information of the current values of the geographical coordinates of the vehicle, the correction values of the angular deviations of the instrument coordinate system from the reference coordinate system are calculated taking into account the instability of the errors of all elements of the joint venture control circuit in real scale time. The correction values obtained in each CVC cycle are used to compensate for errors in the inertial navigation system and to accurately determine the angular orientation of the vehicle by pitch, yaw and heading, taking into account information from angle sensors.

Погрешности ИНС, реализованной приборным трехгранником гироплатформы, ориентированной по странам света и местной вертикали, в условиях стабильности собственных дрейфов гироблоков и использовании внешней информации текущих значений широты и долготы движущегося ТС, компенсируются вырабатываемыми поправками, с учетом нестабильности погрешностей всех элементов схемы управления гироплатформы в реальном масштабе времени, которые в виду особенности управления, в режиме обратной связи по информации сигналов с акселерометров [4], приводятся к погрешностям углов по трем осям, а значит и к изменению величины проекции ускорения силы тяжести(g) на измерительные оси акселерометров.The errors of the ANN, implemented by the instrument trihedral of the gyro platform, oriented to the countries of the world and the local vertical, under the conditions of stability of their own drifts of gyro blocks and using external information of the current values of the latitude and longitude of the moving vehicle, are compensated by the generated corrections, taking into account the instability of the errors of all elements of the gyro platform control scheme in real scale time, which are due to the control features, in the feedback mode according to information from accelerometers [4], they lead to angular errors in three axes, and therefore to a change in the projection of gravity acceleration (g) on the measuring axes of the accelerometers.

На фиг. 1 приведена структурная схема ТГС, для которой применяется предлагаемый способ, где:In FIG. 1 shows the structural diagram of the TGS, for which the proposed method is applied, where:

XПYПZП - приборная система координат (ПСК), связанная с СП;X P Y P Z P - instrument coordinate system (UCS) associated with the joint venture;

XКYКZК - система координат, связанная с корпусом прибора и транспортным средством, ввиду жесткой связи прибора и ТС;X K Y K Z K is the coordinate system associated with the device body and the vehicle, due to the tight connection of the device and the vehicle;

В, Р, Т - оси вращения, рыскания и тангажа, проходящие через рамы карданова подвеса;B, P, T - axis of rotation, yaw and pitch, passing through the frames of the gimbal;

ГБ X, ГБ Y, ГБ Z - двухстепенные поплавковые интегрирующие гироскопы, расположенные по осям ХП, YП и ZП соответственно;GB X, GB Y, GB Z - two-stage float integrating gyroscopes located along the axes X P , Y P and Z P, respectively;

X, Z - акселерометры, расположенные по осям ХП и ZП соответственно;X, Z - accelerometers located along the axes X P and Z P respectively;

ДК В, ДК Р, ДК Т - датчики команд, расположенные по осям В, Р и Т карданова подвеса соответственно;DK V, DK R, DK T - command sensors located along the axes B, P and T of the gimbal, respectively;

ДУ В, ДУ Р, ДУ Т - датчики углов, расположенные по осям В, Р и Т соответственно.DU V, DU R, DU T - angle sensors located along the axes B, P and T, respectively.

ТГС содержит СП, расположенную в трехосном кардановом подвесе, с установленными на каждой из его осей датчиками углов (ДУ) и датчиками команд (ДК). На СП установлены два акселерометра и три двухстепенных поплавковых интегрирующих гироскопа, которые образуют правую прямоугольную систему координат параллельную осям ПСК. Гироскопы на осях прецессии имеют датчики момента (ДМ) и датчики углов прецессии (ДУП), входящие в систему стабилизации ТГС и систему приведения. Формирование сигнала управления СП реализуется ЦВК.TGS contains a joint venture located in a three-axis gimbal, with angle sensors (DU) and command sensors (DK) installed on each of its axes. Two accelerometers and three two-stage float integrating gyroscopes are installed at the joint venture, which form the right rectangular coordinate system parallel to the UCS axes. Gyroscopes on the precession axes have moment sensors (DM) and precession angle sensors (DUP), which are included in the TGS stabilization system and the reduction system. The formation of the control signal SP is implemented by the CVC.

На фиг. 2 показана взаимосвязь ПСК (XПYПZП) и опорной системы координат (ОСК) (XOYOZO) полуаналитической ИНС, где:In FIG. 2 shows the relationship of UCS (X P Y P Z P ) and the reference coordinate system (CSC) (X O Y O Z O ) of a semi-analytical ANN, where:

XO - горизонтальная ось ОСК, направленная на Север;X O - the horizontal axis of the USC, directed to the North;

YO - ось направленная по местной вертикали;Y O - axis directed along the local vertical;

ZO - дополняет систему координат до правой;Z O - complements the coordinate system to the right;

ωX, ωY, ωZ - проекции угловой скорости СП относительно осей ХП, YП, ZП;ω X , ω Y , ω Z - the projection of the angular velocity of the joint venture relative to the axes X P , Y P , Z P ;

αХ, αY, αZ - углы рассогласования ПСК и ОСК по осям X, Y, Z.α X , α Y , α Z - mismatch angles of UCS and USC along the axes X, Y, Z.

На фиг. 3 приведена схема устройства реализации способа определения угловой ориентации наземного транспортного средства, которое включает в себя ТГС (ДУ В, ДУ Р, ДУ Т, ДМ ГБ X, ДМ ГБ Y, ДМ ГБ Z, акселерометры X и Y), внешний навигационный датчик (ГЛОНАСС, GPS и т.п.) и ЦВК. ЦВК содержит блок формирования сигнала управления стабилизированной платформой, блок расчета относительных скоростей транспортного средства, блок расчета констант настройки и поправочных значений угловых отклонений ориентации приборной системы координат от опорной системы координат и блок расчета угловой ориентации транспортного средства. β, Ψ, K - это углы отклонения системы координат связанной с корпусом прибора от ОСК по тангажу, рысканью и курсу соответственно, и идентичны углам отклонения ТС от ОСК, ввиду жесткой связи прибора и ТС.In FIG. 3 is a diagram of a device for implementing a method for determining the angular orientation of a land vehicle, which includes a TGS (DU V, DU R, DU T, DM GB X, DM GB Y, DM GB Z, accelerometers X and Y), an external navigation sensor ( GLONASS, GPS, etc.) and CVC. The CVC comprises a stabilized platform control signal generation unit, a vehicle relative speed calculation unit, a calculation unit for the tuning constants and correction values of the angular deviations of the orientation of the instrument coordinate system from the reference coordinate system, and a vehicle angular orientation calculation unit. β, Ψ, K are the angles of deviation of the coordinate system associated with the device’s body from the OSK in pitch, yaw and heading, respectively, and are identical to the angles of deviation of the vehicle from the OSK, due to the tight connection of the device and the vehicle.

Управление СП, выставленной в плоскость горизонта и ориентированной по странам света, для сохранения положения ПСК в ОСК, осуществляется вырабатываемыми в ЦВК управляющими сигналами, пропорциональными угловой скорости вращения Земли и интегрированной информации с акселерометров X, Z. При этом СП должна разворачиваться относительно инерциальной системы координат (ИСК) с угловыми скоростями:The SP placed in the horizontal plane and oriented to the countries of the world is controlled by the control signals generated by the CVC in the CVC and proportional to the angular velocity of the Earth’s rotation and integrated information from X and Z accelerometers. The SP should be deployed relative to the inertial coordinate system (ISK) with angular velocities:

Figure 00000001
Figure 00000001

, где:

Figure 00000002
,
Figure 00000003
,
Figure 00000004
- угловые скорости вращения СП относительно ИСК;where:
Figure 00000002
,
Figure 00000003
,
Figure 00000004
- angular velocity of rotation of the joint venture relative to the ISK;

Ω - угловая скорость вращения Земли;Ω is the angular velocity of the Earth;

В, L -информация текущих значений географических координат широты и долготы ОСК, поступающая от внешнего навигационного датчика (ГЛОНАСС, GPS и т.п.);B, L -information of the current values of the geographical coordinates of latitude and longitude of the OSK coming from an external navigation sensor (GLONASS, GPS, etc.);

VX, VZ - проекции относительной (путевой) скорости ТС на оси X и Z ОСК, рассчитанные по информации акселерометров X и Z;V X , V Z - projection of the relative (ground) speed of the vehicle on the X and Z axis of the OSK, calculated according to the information of the accelerometers X and Z;

RN и RE - кривизна поверхности в текущей точке на эллипсоиде Красовского в направлениях Север-Юг и Запад-Восток в плоскостях сечений эллипсоида, проходящих через ось YO.R N and R E - surface curvature at the current point on the Krasovsky ellipsoid in the North-South and West-East directions in the planes of the sections of the ellipsoid passing through the Y O axis.

В процессе управления СП, в каждом цикле в ЦВК вычисляются:In the process of managing the joint venture, in each cycle in the CVC are calculated:

1. sin В, cos В - значения функций синуса и косинуса широты;1. sin B, cos B - values of the functions of the sine and cosine of latitude;

2. ΔВ, ΔL - полные приращения географических координат широты и долготы;2. ΔВ, ΔL - full increments of the geographical coordinates of latitude and longitude;

3. VX, VZ - проекции путевой скорости ТС;3. V X , V Z - projection of the ground speed of the vehicle;

4. RN и RE - по информации текущей широты;4. R N and R E - according to information of the current latitude;

5.

Figure 00000005
- ускорение Кориолиса.five.
Figure 00000005
- Coriolis acceleration.

Проекции относительной скорости ТС на оси ХО и ZO (VX, VZ) определяются интегрированием информации с соответствующих акселерометров о кажущемся ускорении с учетом ускорения Кориолиса по оси Z ОСК:The projections of the relative velocity of the vehicle on the X O and Z O axis (V X , V Z ) are determined by integrating information from the corresponding accelerometers about the apparent acceleration taking into account the Coriolis acceleration along the Z axis of the USC:

Figure 00000006
Figure 00000006

Ускорение Кориолиса суммируется с кажущимся ускорением при движении ТС в северном полушарии, так как оно направлено влево от вектора скорости перемещения ТС и практически не влияет на параметры движения, но воспринимается акселерометром, расположенным по оси Z СП.The Coriolis acceleration is combined with the apparent acceleration during the movement of the vehicle in the northern hemisphere, since it is directed to the left of the vehicle velocity vector and practically does not affect the motion parameters, but is perceived by the accelerometer located along the Z axis of the joint venture.

Вычисление погрешностей ИНС происходит с учетом констант ошибок начальной ориентации по углам и угловым скоростям по 3-м осям, определенными на коротком интервале времени во время стоянки ТС, с текущими значениями Vx(z) и ΣVx(z), вычисляемыми по информации с акселерометров, а также внешней информацией текущих значений широты и долготы, в условиях стабильности собственных дрейфов гироблоков.The calculation of ANN errors takes into account the error constants of the initial orientation along the angles and angular velocities along 3 axes, determined over a short time interval during the vehicle’s parking, with the current values Vx (z) and ΣVx (z) calculated from information from accelerometers, as well as external information on the current values of latitude and longitude, in conditions of stability of their own drifts of gyro blocks.

При идеальном управлении, то есть при отсутствии любых погрешностей в аппаратуре, относительная угловая скорость приборной системы координат в опорной системе координат будет равна нулю и будет сохраняться начальное совпадение ПСК и ОСК.With perfect control, that is, in the absence of any errors in the equipment, the relative angular velocity of the instrument coordinate system in the reference coordinate system will be zero and the initial coincidence of the UCS and USC will be preserved.

Начальная выставка обычно имеет погрешности по углам и угловым скоростям. Угловые погрешности вызывают возмущения в системе управления СП в виде проекций ускорения силы тяжести (g) на оси X и Z ПСК и проекций угловой скорости вращения Земли (Ω) на все оси ПСК.The initial exhibition usually has errors in angles and angular velocities. Angular errors cause disturbances in the control system of the joint venture in the form of projections of the acceleration of gravity (g) on the X and Z axes of the UCS and projections of the angular velocity of the Earth's rotation (Ω) on all the axes of the UCS.

Погрешности начальной угловой скорости сохраняются на протяжении всего времени навигации.Errors of the initial angular velocity are maintained throughout the entire navigation time.

Обозначив углы рассогласования ПСК и ОСК как αХ, αZ и αY, соответствующие угловым отклонениям измерительных осей акселерометров X, Z от ОСК и датчику угла оси YП СП, а погрешности угловых скоростей как δωХ, δωY и δωZ, можно записать значения относительных угловых скоростей ωX, ωY и ωZ, соответственно осям СП ХП, YП, ZП, согласно схеме, представленной на фиг. 2:Denoting the mismatch angles of UCS and USC as α X , α Z and α Y , corresponding to the angular deviations of the measuring axes of the X and Z accelerometers from the USC and the Y-axis axis angle sensor П П СП, and the angular velocity errors as δω X , δω Y and δω Z , we can write the values of the relative angular velocities ω X , ω Y and ω Z , respectively, to the axes SP X P , Y P , Z P , according to the diagram shown in FIG. 2:

Figure 00000007
Figure 00000007

Учитывая, что

Figure 00000008
где Тц - время цикла ЦВК,Given that
Figure 00000008
where T c - the time of the CVC cycle,

i - индекс текущего операнда, (i-1) - индекс предыдущего операнда, и приведя к виду удобному для интегрирования на ЦВК, получим математическую модель погрешностей, определяющих положение ПСК относительно ОСК в условиях стоянки:i is the index of the current operand, (i-1) is the index of the previous operand, and bringing it to a form convenient for integration on the CVC, we obtain a mathematical model of errors that determine the position of the UCS relative to the USC during parking:

Figure 00000009
Figure 00000009

, где: Vx(z) - проекции относительной скорости ТС на оси X и Z ОСК, рассчитанные по информации с акселерометров X и Z в процессе управления СП на стоянке, в каждом цикле ЦВК;where: Vx (z) are the projections of the relative velocity of the vehicle on the X and Z axis of the OSK, calculated according to information from the accelerometers X and Z during the control of the joint venture in the parking lot, in each CVC cycle;

Figure 00000010
- константы погрешностей начальной угловой выставки ПСК в ОСК.
Figure 00000010
- error constants of the initial PSK corner exhibition in USC.

Имея

Figure 00000011
, можно записать в виде:Having
Figure 00000011
, can be written as:

Figure 00000012
Figure 00000012

Проинтегрировав (4), подставив в правую часть (5) и, учтя изменение широты и долготы в условиях движения, получим поправочные значения угловых отклонений ориентации ПСК от ОСК

Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000015
Integrating (4), substituting into the right-hand side of (5) and, taking into account the change in latitude and longitude under traffic conditions, we obtain the correction values of the angular deviations of the orientation of the UCS from the USC
Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000015

Figure 00000016
Figure 00000016

, где: индекс П - поправочное значение угловых отклонений ПСК от ОСК;where: index P - correction value of the angular deviations of the UCS from the OSK;

ΔLi, ΔBi - текущие (полные) изменения географических координат широты и долготы движущегося ТС.ΔL i , ΔB i - current (complete) changes in the geographical coordinates of the latitude and longitude of a moving vehicle.

Формулы (6) позволяют вычислять поправочные значения угловых отклонений ориентации ПСК от ОСК в процессе движения ТС, используя константы

Figure 00000017
Figure 00000018
Figure 00000019
δωZ, δωХ и δωY, измеряемые при настройке, во время управления СП сигналами, пропорциональными угловой скорости вращения Земли и интегрированной информации с акселерометров X, Z в первые несколько секунд работы, используя текущие значения широты и долготы, поступающие от внешнего навигационного датчика, а также текущие значения
Figure 00000020
VX(Z)i, вычисляемые в каждом цикле ЦВК во время управления СП, с учетом нестабильности погрешностей всех элементов схемы управления СП в реальном масштабе времени.Formulas (6) allow us to calculate the correction values of the angular deviations of the orientation of the UCS from the OSK in the process of moving the vehicle using the constants
Figure 00000017
Figure 00000018
Figure 00000019
δω Z , δω X and δω Y , measured during tuning, while controlling SP signals proportional to the angular velocity of the Earth’s rotation and integrated information from X, Z accelerometers in the first few seconds of operation, using the current latitude and longitude values received from an external navigation sensor as well as current values
Figure 00000020
V X (Z) i , calculated in each cycle of the CVC during the control of the joint venture, taking into account the instability of the errors of all elements of the control circuit of the joint venture in real time.

Нестабильность погрешностей чувствительных элементов и тракта управления гироплатформой, входящих в систему, вызывают, как правило, изменение значений VXi и VZi, которые вычисляются с помощью ЦВК и учитываются в формулах поправок (6) в реальном масштабе времени.The instability of the errors of the sensitive elements and the gyro platform control path included in the system, as a rule, is caused by a change in the values of V Xi and V Zi , which are calculated using the CVC and taken into account in the correction formulas (6) in real time.

Полученные в каждом цикле ЦВК значения поправок, используются для компенсации погрешностей ИНС.The correction values obtained in each CVC cycle are used to compensate for ANN errors.

Углы β, Ψ, K рассчитываются с учетом информации датчиков углов, расположенных по осям В, Р и Т карданова подвеса прибора.The angles β, Ψ, K are calculated taking into account the information of the angle sensors located on the axes B, P and T of the cardan suspension of the device.

В процессе движения ТС, значения проекций относительных скоростей (Vx, Vz) и их интегралов являются отфильтрованными параметрами, вычисляемыми непрерывно и позволяющими также непрерывно определять поправки угловых отклонений приборного трехгранника ПСК от опорного трехгранника ОСК.During the movement of the vehicle, the values of the projections of the relative velocities (Vx, Vz) and their integrals are filtered parameters that are calculated continuously and also allow you to continuously determine the corrections of the angular deviations of the instrumental UCS trihedron from the reference OSK trihedron.

Предлагаемый способ предусматривает следующие операции:The proposed method provides for the following operations:

1. Начальную выставку СП в плоскость горизонта и ориентацию по странам света;1. The initial exhibition of the joint venture in the plane of the horizon and orientation to the countries of the world;

2. Управление СП сигналами, пропорциональными угловой скорости вращения Земли и интегрированной информации с акселерометров X, Z, с использованием внешней информации текущих значений географических координат широты ТС;2. Management of SP signals proportional to the angular velocity of the Earth’s rotation and integrated information from X, Z accelerometers using external information of the current values of the geographical coordinates of the latitude of the TS;

3. Настройка системы на начальном кратковременном участке управления СП во время стоянки, в ходе которой определяются константы погрешностей начальной угловой выставки ПСК в ОСК

Figure 00000017
Figure 00000019
Figure 00000021
и погрешностей угловых скоростей δωY, δωZ, δωХ;3. System configuration at the initial short-term joint venture control section during parking, during which the error constants of the initial corner exhibition of the CPM in the USC are determined
Figure 00000017
Figure 00000019
Figure 00000021
and angular velocity errors δω Y , δω Z , δω X ;

4. Выработка поправочных значений угловых отклонений, определяющих положение ПСК относительно ОСК, с учетом нестабильности погрешностей всех элементов схемы управления гироплатформы в реальном масштабе времени;4. The development of correction values of angular deviations that determine the position of the UCS relative to the OSK, taking into account the instability of the errors of all elements of the gyro platform control circuit in real time;

5. Компенсация погрешностей ИНС;5. Compensation of ANN errors;

6. Определение угловой ориентации ТС, с учетом информации с датчиков углов карданова подвеса прибора.6. Determination of the angular orientation of the vehicle, taking into account information from the angle sensors of the cardan suspension of the device.

Таким образом, предложен способ, применяемый для определения угловой ориентации (курса, крена, тангажа) наземного транспортного средства, включающий начальную выставку СП ТГС в плоскость горизонта и ориентацию по странам света, управление СП сигналами, пропорциональными угловой скорости вращения Земли и интегрированной информации с акселерометров. Во время стоянки на начальном участке управления СП проводится настройка системы, в ходе которой определяются константы погрешностей начальной угловой выставки приборной системы координат в опорной системе координат и погрешности угловых скоростей. В процессе управления СП в каждом цикле ЦВК, с использованием внешней информации текущих значений географических координат транспортного средства, проводится расчет поправочных значений угловых отклонений приборной системы координат от опорной системы координат с учетом нестабильности погрешностей всех элементов схемы управления СП в реальном масштабе времени. Полученные в каждом цикле ЦВК значения поправок используются для компенсации погрешностей инерциальной навигационной системы и точного определения угловой ориентации транспортного средства по тангажу, рысканию и курсу с учетом информации с датчиков углов.Thus, a method is proposed that is used to determine the angular orientation (heading, roll, pitch) of a land vehicle, including the initial exhibition of SP TGS in the horizontal plane and orientation to the countries of the world, control of SP signals proportional to the angular velocity of the Earth’s rotation and integrated information from accelerometers . During parking at the initial control section of the joint venture, the system is tuned, during which the error constants of the initial angular exhibition of the instrument coordinate system in the reference coordinate system and the angular velocity errors are determined. In the process of controlling a joint venture in each CVC cycle, using the external information of the current values of the geographical coordinates of the vehicle, the correction values of the angular deviations of the instrument coordinate system from the reference coordinate system are calculated taking into account the instability of errors of all elements of the joint venture control circuit in real time. The correction values obtained in each CVC cycle are used to compensate for errors in the inertial navigation system and to accurately determine the angular orientation of the vehicle by pitch, yaw and heading, taking into account information from angle sensors.

Техническим результатом применения предлагаемого способа является уменьшение погрешности определения угловой ориентации (курса, крена, тангажа) наземного ТС в процессе движения, в виду учета нестабильности погрешностей чувствительных элементов и тракта управления гироплатформой в реальном масштабе времени, которые согласно особенности управления в режиме обратной связи по информации сигналов с акселерометров, приводятся к погрешностям углов по трем осям, а значит и к изменению величины проекции ускорения силы тяжести на измерительные оси акселерометров.The technical result of the application of the proposed method is to reduce the error in determining the angular orientation (heading, roll, pitch) of a ground vehicle during movement, taking into account the instability of errors in the sensitive elements and the gyro platform control path in real time, which, according to the control features in the information feedback mode signals from accelerometers are reduced to angular errors along three axes, and therefore to a change in the magnitude of the projection of the acceleration of gravity on the measuring axes of the accelerometers.

Список литературы:List of references:

1. Патент RU №2098765 «Способ выработки навигационных параметров и вертикали места» (30.09.1994);1. Patent RU No. 2098765 "Method for the development of navigation parameters and vertical location" (09/30/1994);

2. Патент RU №2107897 «Способ инерциальной навигации» (10.04.1995);2. Patent RU No. 2107897 "Method of inertial navigation" (04/10/1995);

3. О.С. Салычев, Волновое описание возмущений в задачах оценки ошибок инерциальных систем навигации, - Москва. Машиностроение, - 1992, - стр. 128-141;3. O.S. Salychev, Wave description of perturbations in problems of estimating errors of inertial navigation systems, - Moscow. Engineering, - 1992, - p. 128-141;

4. Инерциальные навигационные системы морских объектов, Д.П. Лукьянов, А.В. Мочалов, А.А. Одинцов, И.Б. Вайсгант, - Ленинград. Судостроение, - 1989, 184 с.4. Inertial navigation systems of marine objects, D.P. Lukyanov, A.V. Mochalov, A.A. Odintsov, I.B. Weissgant, - Leningrad. Shipbuilding, - 1989, 184 p.

Claims (1)

Способ определения угловой ориентации наземного транспортного средства, включающий начальную выставку стабилизированной платформы (СП) трехосного гиростабилизатора в плоскость горизонта и ориентацию по странам света, управление СП сигналами, пропорциональными угловой скорости вращения Земли и интегрированной информации с акселерометров, компенсацию погрешностей инерциальной навигационной системы, отличающийся тем, что во время стоянки на начальном участке управления СП проводится настройка системы, в ходе которой определяются константы погрешностей начальной угловой выставки приборной системы координат в опорной системе координат и погрешности угловых скоростей, в процессе управления СП в каждом цикле цифровым вычислительным комплексом (ЦВК), с использованием внешней информации текущих значений географических координат транспортного средства, проводится расчет поправочных значений угловых отклонений приборной системы координат от опорной системы координат с учетом нестабильности погрешностей всех элементов схемы управления СП в реальном масштабе времени, полученные в каждом цикле ЦВК значения поправок используются для компенсации погрешностей инерциальной навигационной системы и точного определения угловой ориентации транспортного средства по тангажу, рысканию и курсу с учетом информации с датчиков углов.A method for determining the angular orientation of a land vehicle, including the initial exhibition of a stabilized platform (SP) of a triaxial gyrostabilizer in the horizontal plane and orientation to the countries of the world, control of SP signals proportional to the angular velocity of rotation of the Earth and integrated information from accelerometers, error compensation of an inertial navigation system, characterized in that during parking at the initial control section of the joint venture, the system is set up, during which the error constants of the initial angular exhibition of the instrument coordinate system in the reference coordinate system and the angular velocity error are determined, in the control process of the joint venture in each cycle by a digital computer complex (CVC), with using external information of the current values of the vehicle’s geographical coordinates, the correction values of the angular deviations of the instrument coordinate system from the reference coordinate system are calculated taking into account the instability of the errors values of all elements of the SP control circuit in real time, the correction values obtained in each cycle of the CVC are used to compensate for errors in the inertial navigation system and accurately determine the angular orientation of the vehicle by pitch, yaw and heading, taking into account information from angle sensors.
RU2019126089A 2019-08-16 2019-08-16 Method for determining angular orientation of ground vehicle RU2723976C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019126089A RU2723976C1 (en) 2019-08-16 2019-08-16 Method for determining angular orientation of ground vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019126089A RU2723976C1 (en) 2019-08-16 2019-08-16 Method for determining angular orientation of ground vehicle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2723976C1 true RU2723976C1 (en) 2020-06-18

Family

ID=71096043

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019126089A RU2723976C1 (en) 2019-08-16 2019-08-16 Method for determining angular orientation of ground vehicle

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2723976C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112509375A (en) * 2020-10-20 2021-03-16 东风汽车集团有限公司 Parking dynamic display method and system
CN116009557A (en) * 2023-01-18 2023-04-25 深圳市正浩创新科技股份有限公司 Azimuth calculation method, azimuth calculation device, azimuth calculation equipment and storage medium

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2115094C1 (en) * 1994-01-26 1998-07-10 Производственное объединение "Корпус" Method checking drift of gyroscopic device
RU2505785C1 (en) * 2012-06-28 2014-01-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") Method for determining parameters of model of measurement errors of accelerometers of driven inertial navigation system as per measurements of reference inertial navigation system
US9002565B2 (en) * 2003-03-20 2015-04-07 Agjunction Llc GNSS and optical guidance and machine control
RU2550298C1 (en) * 2013-12-20 2015-05-10 Игорь Петрович Шепеть Compensation for errors of inertial measuring elements and device to this end

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2115094C1 (en) * 1994-01-26 1998-07-10 Производственное объединение "Корпус" Method checking drift of gyroscopic device
US9002565B2 (en) * 2003-03-20 2015-04-07 Agjunction Llc GNSS and optical guidance and machine control
RU2505785C1 (en) * 2012-06-28 2014-01-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") Method for determining parameters of model of measurement errors of accelerometers of driven inertial navigation system as per measurements of reference inertial navigation system
RU2550298C1 (en) * 2013-12-20 2015-05-10 Игорь Петрович Шепеть Compensation for errors of inertial measuring elements and device to this end

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112509375A (en) * 2020-10-20 2021-03-16 东风汽车集团有限公司 Parking dynamic display method and system
CN112509375B (en) * 2020-10-20 2022-03-08 东风汽车集团有限公司 Parking dynamic display method and system
CN116009557A (en) * 2023-01-18 2023-04-25 深圳市正浩创新科技股份有限公司 Azimuth calculation method, azimuth calculation device, azimuth calculation equipment and storage medium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6014103A (en) Passive navigation system
JP5068531B2 (en) Method and system for improving the accuracy of inertial navigation measurements using measured and stored gravity gradients
CN109000642A (en) A kind of improved strong tracking volume Kalman filtering Combinated navigation method
Rafatnia et al. In-move aligned SINS/GNSS system using recurrent wavelet neural network (RWNN)-based integration scheme
CN110221328A (en) A kind of Combinated navigation method and device
CN107677292B (en) Compensation Method for Perpendicular Deviation Based on Gravity Field Model
Li et al. System reset of transversal strapdown INS for ship in polar region
RU2277696C2 (en) Integrated satellite inertial-navigational system
RU2723976C1 (en) Method for determining angular orientation of ground vehicle
US7933717B2 (en) Method for elaborating navigation parameters and vertical of a place
Maklouf et al. Performance evaluation of GPS\INS main integration approach
Cui et al. A novel co-calibration method for a dual heterogeneous redundant marine ins
CN119803456A (en) Underwater integrated navigation method for multi-navigation unmanned system
Gao et al. Gyroscope drift estimation in tightly-coupled INS/GPS navigation system
RU2523670C1 (en) Integrated inertial-satellite system of orientation and navigation for marine facilities
Emel’yantsev et al. Vertical deflection determination in high latitudes using precision IMU and two-antenna GNSS system
Rios et al. Low cost solid state GPS/INS package
CN106323226B (en) A method of it measuring inertial navigation system using the Big Dipper and angle is installed with tachymeter
Binder Construction of a geographically oriented horizon trihedron in gyroscopic orientation systems intended to aid navigation dead reckoning part 1. Gyroscopic orientation with a correctable pendulum. Implementation in a free gyroscope
Hemmati et al. Processing algorithm for a strapdown gyrocompass
RU2313067C2 (en) Method of determination of flying vehicle navigational parameters and device for realization of this method
Emel’yantsev et al. Improving information autonomy of marine SINS
RU2671291C1 (en) Method of determining the angles of orientation of an aircraft on vertical trajectories of flight
Gade Introduction to Inertial Navigation
Schwarz Accuracy of vertical deflection determination by present-day inertial instrumentation