[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2215994C1 - Method of initial alignment of inertial navigational system - Google Patents

Method of initial alignment of inertial navigational system Download PDF

Info

Publication number
RU2215994C1
RU2215994C1 RU2002113869A RU2002113869A RU2215994C1 RU 2215994 C1 RU2215994 C1 RU 2215994C1 RU 2002113869 A RU2002113869 A RU 2002113869A RU 2002113869 A RU2002113869 A RU 2002113869A RU 2215994 C1 RU2215994 C1 RU 2215994C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inertial
coordinate system
matrix
initial
stabilized
Prior art date
Application number
RU2002113869A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002113869A (en
Inventor
А.Г. Андреев
В.С. Ермаков
Л.А. Северов
А.Г. Максимов
С.М. Якушин
Original Assignee
Открытое акционерное общество Пермская научно-производственная приборостроительная компания
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 Открытое акционерное общество Пермская научно-производственная приборостроительная компания filed Critical Открытое акционерное общество Пермская научно-производственная приборостроительная компания
Priority to RU2002113869A priority Critical patent/RU2215994C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2215994C1 publication Critical patent/RU2215994C1/en
Publication of RU2002113869A publication Critical patent/RU2002113869A/en

Links

Landscapes

  • Navigation (AREA)

Abstract

FIELD: initial alignment of inertial navigational systems. SUBSTANCE: gyro- stabilized platform of inertial navigational system is immovably stabilized relative to inertial coordinate system. Signal from accelerometers are measured at initial period of time and measurement is repeated after small interval. Elements of matrix of direction cosines are calculated between inertial and normal coordinate systems. On base of elements of matrix of direction cosines thus calculated orientation of inertial coordinate system connected with gyrostabilized platform is determined relative to normal coordinate system. EFFECT: enhanced accuracy; reduced duration of alignment procedure.

Description

Изобретение относится к области инерциальных навигационных систем (ИНС) и может быть использовано для реализации режима их начальной выставки. The invention relates to the field of inertial navigation systems (ANN) and can be used to implement the mode of their initial exhibition.

Известен способ начальной выставки платформенных ИНС (например, полуаналитической ИНС), заключающийся в физическом приведении гиростабилизированной платформы (ГСП) в плоскость горизонта (горизонтировании) и последующем гирокомпасировании на основе измеряемых сигналов с акселерометров и управления ГСП посредством датчиков моментов гироскопов [1, с. 354-371]. There is a method of the initial exhibition of platform ANNs (for example, a semi-analytical ANN), which consists in physically bringing the gyrostabilized platform (GSP) into the horizon plane (leveling) and subsequent gyrocompassing based on the measured signals from accelerometers and GSP control by means of gyroscope moment sensors [1, p. 354-371].

От точности начальной выставки зависит, как известно, и точность вычисления выходных параметров ИНС. При этом очевидно, что применение датчиков моментов гироскопов является неизбежным источником погрешностей начальной выставки. Причина этого заключается в неидеальности электромеханических характеристик датчиков момента. Кроме того, процедура физического горизонтирования ГСП увеличивает время начальной выставки, а погрешность "аналитического" гирокомпасирования, основанного на вычислении азимутального угла, определяется многими факторами, зависящими от погрешностей горизонтирования ГСП [1, с. 371, последний абзац]. As is known, the accuracy of calculating the output parameters of the ANN depends on the accuracy of the initial exhibition. It is obvious that the use of moment sensors of gyroscopes is an inevitable source of errors in the initial exhibition. The reason for this is the non-ideal electromechanical characteristics of the torque sensors. In addition, the procedure of physical leveling of the GSP increases the time of the initial exhibition, and the error of the “analytical” gyrocompassing, based on the calculation of the azimuthal angle, is determined by many factors that depend on the errors of horizontalization of the GSP [1, p. 371, last paragraph].

Для повышения точности начальной выставки платформенной ИНС и сокращения ее продолжительности предлагается использование платформенной ИНС в неуправляемом режиме работы гироскопов, при котором ГСП стабилизируется неподвижно в инерциальном пространстве, а процедура физического горизонтирования ГСП отсутствует. В этом случае реализуется режим работы ИНС аналитического типа [2, с. 142, 2 абзац сверху; с. 178]. To increase the accuracy of the initial exhibition of the platform ANN and reduce its duration, it is proposed to use the platform ANN in an uncontrolled mode of operation of gyroscopes, in which the GPS is stabilized motionless in inertial space, and there is no procedure for the physical leveling of the GPS. In this case, the ANS operating mode of the analytical type is implemented [2, p. 142, 2 paragraph above; from. 178].

Данный технический результат достигается тем, что ГСП инерциальной навигационной системы стабилизируется неподвижно относительно инерциальной системы координат, затем измеряют сигналы с акселерометров в начальный момент времени t0, затем в моменты времени t=t0+δt, где δt- малый фиксированный интервал времени, и определяют ориентацию инерциальной системы координат, связанной с гиростабилизированной платформой, относительно нормальной системы координат с помощью матричного соотношения

Figure 00000001

где М - матрица направляющих косинусов между нормальной XgУgZg и инерциальной XiYiZi системами координат; ось Yg направлена на север, ось Xg - на восток, ось Zg - по местной вертикали вверх.This technical result is achieved by the fact that the GPS of the inertial navigation system is stabilized motionless relative to the inertial coordinate system, then the signals from the accelerometers are measured at the initial time t 0 , then at the times t = t 0 + δt, where δt is a small fixed time interval, and determine the orientation of the inertial coordinate system associated with the gyrostabilized platform relative to the normal coordinate system using the matrix relation
Figure 00000001

where M is the matrix of guide cosines between normal X g Y g Z g and inertial X i Y i Z i coordinate systems; the y g axis is directed north, the x g axis is east, the z g axis is upward in the local vertical.

Рассмотрим стандартные системы координат: нормальную XgYgZg, две ортогональные оси которой связаны с плоскостью горизонта и ориентированы на север Yg и восток Xg, а третья направлена по местной вертикали вверх Zg, и инерциальную систему координат XiYiZi, связанную с осями ГСП [3, с. 38]. Зададим матрицу направляющих косинусов между этими двумя системами координат

Figure 00000002

Для решения задачи начальной выставки ИНС необходимо определить матрицу М в виде ее элементов mij (i, j=1, 2, 3) с тем, чтобы в дальнейшем эту информацию можно было использовать в рабочем режиме ИНС. Это можно сделать на основе измерений сигналов с акселерометров в два фиксированных момента времени по следующим формулам:
Figure 00000003

Figure 00000004

m21 = m32m13-m12m33;
m22 = m11m33-m31m13; (1)
m23 = m31m12-m11m32,
где A01, A02, A03 - сигналы, измеренные с акселерометров, расположенных на ГСП соответственно по осям Хi, Yi, Zi, в начальный момент времени t0,
g - ускорение свободного падения (g=const для заданного местоположения системы),
Figure 00000005
малый фиксированный интервал времени, Ω- угловая скорость вращения Земли, φ- широта местоположения навигационной системы;
Figure 00000006

Figure 00000007

Figure 00000008

A11, A12, A13 - сигналы, измеренные с акселерометров в момент времени t= t0+δt;
a = Ω2cosφsinφ; b = Ω2cos2φ.
Таким образом, связь между нормальной системой координат и инерциальной будет иметь вид:
Figure 00000009

Соотношение (2) полностью решает задачу начальной выставки инерциальной навигационной системы, поскольку однозначно определяет взаимную ориентацию инерциальной системы координат, физически реализуемой с помощью ГСП, и нормальной системы координат с направлениями осей на север, восток и по местной вертикали вверх.Consider the standard coordinate systems: the normal X g Y g Z g , the two orthogonal axes of which are connected to the horizon plane and are oriented to the north Y g and east X g , and the third is directed upward along the local vertical Z g , and the inertial coordinate system X i Y i Z i associated with the axes of the SHG [3, p. 38]. Define a matrix of guide cosines between these two coordinate systems
Figure 00000002

To solve the problem of the initial ANN exhibition, it is necessary to determine the matrix M in the form of its elements m ij (i, j = 1, 2, 3) so that in the future this information can be used in the ANN operating mode. This can be done based on measurements of signals from accelerometers at two fixed points in time according to the following formulas:
Figure 00000003

Figure 00000004

m 21 = m 32 m 13 -m 12 m 33 ;
m 22 = m 11 m 33 -m 31 m 13 ; (1)
m 23 = m 31 m 12 -m 11 m 32 ,
where A 01 , A 02 , A 03 - signals measured from accelerometers located on the SHG along the axes X i , Y i , Z i , at the initial time t 0 ,
g is the acceleration of gravity (g = const for a given location of the system),
Figure 00000005
small fixed time interval, Ω is the angular velocity of the Earth's rotation, φ is the latitude of the location of the navigation system;
Figure 00000006

Figure 00000007

Figure 00000008

A 11 , A 12 , A 13 - signals measured from accelerometers at time t = t 0 + δt;
a = Ω 2 cosφsinφ; b = Ω 2 cos 2 φ.
Thus, the relationship between the normal coordinate system and the inertial will look like:
Figure 00000009

Relation (2) completely solves the problem of the initial exhibition of an inertial navigation system, since it uniquely determines the mutual orientation of the inertial coordinate system physically realized using GPS, and the normal coordinate system with the directions of the axes to the north, east, and local vertical up.

Способ начальной выставки инерциальной навигационной системы реализуется следующим образом: ГСП инерциальной навигационной системы (например, в четырехосном кардановом подвесе) стабилизируют неподвижно в инерциальном пространстве, измеряют сигналы с акселерометров в начальный момент времени t0, затем измерения повторяют для момента времени t=t0+δt c малым фиксированным интервалом времени δt (например, 5 с), вычисляют по формулам (1) элементы матрицы направляющих косинусов М и определяют ориентацию инерциальной системы координат относительно нормальной системы координат с помощью матричного соотношения (2).The method of the initial exhibition of an inertial navigation system is implemented as follows: the GPS of an inertial navigation system (for example, in a four-axis gimbal) is stabilized motionless in an inertial space, signals from accelerometers are measured at the initial time t 0 , then the measurements are repeated for time t = t 0 + δt with a small fixed time interval δt (for example, 5 s), calculate by the formulas (1) the elements of the matrix of guide cosines M and determine the orientation of the inertial coordinate system flax normal coordinate system by means of the matrix equation (2).

Источники информации
1. Гироскопические системы. Гироскопические приборы и системы: Учеб. для вузов по спец. "Гироскоп, приборы и устройства" / Д.С.Пельпор, И.А.Михалев, В.А.Бауман и др.; под ред. Д.С.Пельпора. - М.: Высш. шк., 1988. - 424 с.
Sources of information
1. Gyroscopic systems. Gyroscopic devices and systems: Textbook. for universities for special. "Gyroscope, instruments and devices" / D.S. Pelpor, I.A. Mikhalev, V.A. Bauman and others; under the editorship of D.S. Pelpora. - M .: Higher. Shk., 1988 .-- 424 p.

2. Бромберг П.В. Теория инерциальных навигационных систем. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979. - 296 с. 2. Bromberg P.V. Theory of inertial navigation systems. - M .: Science. The main edition of the physical and mathematical literature, 1979. - 296 p.

3. Микеладзе В.Г., Титов В.М. Основные геометрические и аэродинамические характеристики самолетов и ракет: Справочник. - М.: Машиностроение, 1990. - 144 с. 3. Mikeladze V. G., Titov V. M. The basic geometric and aerodynamic characteristics of aircraft and missiles: a Handbook. - M.: Mechanical Engineering, 1990. - 144 p.

Claims (1)

Способ начальной выставки инерциальной навигационной системы, включающий измерения с акселерометров, установленных на гиростабилизированной платформе, отличающийся тем, что гиростабилизированную платформу инерциальной навигационной системы стабилизируют неподвижно относительно инерциальной системы координат, измеряют сигналы с акселерометров в начальный момент времени t0, а затем в момент времени t= t0+δt, где δt - малый фиксированный интервал времени, и определяют ориентацию инерциальной системы координат, связанной с гиростабилизированной платформой, относительно нормальной системы координат с помощью матричного соотношения
Figure 00000010

где М - матрица направляющих косинусов между нормальной XgYgZg и инерциальной XiYiZi системами координат; ось Yg направлена на север, ось Xg - на восток, ось Zg - по местной вертикали вверх.
A method for the initial exhibition of an inertial navigation system, including measurements from accelerometers mounted on a gyro-stabilized platform, characterized in that the gyro-stabilized platform of the inertial navigation system is stabilized motionless relative to the inertial coordinate system, signals from accelerometers are measured at the initial time t 0 , and then at time t = t 0 + δt, where δt is a small fixed time interval, and the orientation of the inertial coordinate system associated with gyrostabilization is determined platform with respect to the normal coordinate system using the matrix relation
Figure 00000010

where M is the matrix of guide cosines between the normal X g Y g Z g and inertial X i Y i Z i coordinate systems; the y g axis is directed north, the x g axis is east, the z g axis is upward in the local vertical.
RU2002113869A 2002-05-27 2002-05-27 Method of initial alignment of inertial navigational system RU2215994C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002113869A RU2215994C1 (en) 2002-05-27 2002-05-27 Method of initial alignment of inertial navigational system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002113869A RU2215994C1 (en) 2002-05-27 2002-05-27 Method of initial alignment of inertial navigational system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2215994C1 true RU2215994C1 (en) 2003-11-10
RU2002113869A RU2002113869A (en) 2004-03-20

Family

ID=32027916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002113869A RU2215994C1 (en) 2002-05-27 2002-05-27 Method of initial alignment of inertial navigational system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2215994C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005103599A1 (en) * 2004-04-19 2005-11-03 Honeywell International Inc. Alignment of a flicht vehicle based on recursive matrix inversion

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Бромберг П.В. Теория инерциальных навигационных систем. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979, с.296. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005103599A1 (en) * 2004-04-19 2005-11-03 Honeywell International Inc. Alignment of a flicht vehicle based on recursive matrix inversion
US7120522B2 (en) 2004-04-19 2006-10-10 Honeywell International Inc. Alignment of a flight vehicle based on recursive matrix inversion

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002113869A (en) 2004-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Curey et al. Proposed IEEE inertial systems terminology standard and other inertial sensor standards
US8005635B2 (en) Self-calibrated azimuth and attitude accuracy enhancing method and system (SAAAEMS)
US8311757B2 (en) Miniaturized smart self-calibration electronic pointing method and system
EP2583059B1 (en) Improved north finder
CN106767787A (en) A kind of close coupling GNSS/INS combined navigation devices
US2968957A (en) Centripetal acceleration compensation computer for stable platform
CN113720330B (en) Sub-arc-second-level high-precision attitude determination design and implementation method for remote sensing satellite
RU2324897C1 (en) Azimuthal orientation of free gyro platform by precession angle of gyro unit
CN109489661B (en) Gyro combination constant drift estimation method during initial orbit entering of satellite
Avrutov Autonomous determination of initial latitude with an inertial measuring unit
RU2541710C1 (en) Method of independent azimuthal orientation of platform of three-axis gyrostabiliser on movable base
US8725415B2 (en) Method and device for long-duration navigation
RU2215994C1 (en) Method of initial alignment of inertial navigational system
JACKSON Continuous calibration and alignment techniques for an all-attitude inertial platform
RU2624617C1 (en) Method for autonomous azimuthal orienting three-axis gyrostabilizer platform by changing visibile drifts
US5042156A (en) Method and apparatus for reducing measurement errors in a navigation triad
RU130390U1 (en) GYROCOMPAS LASER
RU2509979C1 (en) Method of autonomous azimuthal orientation of platform of three-axial gyrostabiliser by varying points of correction
RU2649063C1 (en) Method for determination of the azimuth of the platform of the triaxial gyrostabilizer by the deviation of the angle of rotation of a gyroscope from the calculated value
RU2131113C1 (en) Process of gyrocompassing of three-axes gyrostabilizer
RU2313067C2 (en) Method of determination of flying vehicle navigational parameters and device for realization of this method
Sotak Testing the coarse alignment algorithm using rotation platform
RU2107897C1 (en) Method of inertia navigation
RU2513631C1 (en) Method to determine azimuth of platform of triaxial gyrostabiliser by angle of rotation of gyroblock body
RU2800846C1 (en) Method of autonomous inertial orientation of moving objects