Метод статического анализа ошибок для инерциального северного искателя

January 10, 2025

Автор

21221

В стремлении к максимальному расслаблению, наши диваны разработаны с учетом вашего благополучия. Каждая линия и подушка спроектированы таким образом, чтобы поддерживать и повторять контуры вашего тела, создавая ощущение комфорта, словно он создан специально для вас. Мы глубоко изучаем науку о сиденьях, чтобы гарантировать, что с каждой минутой, проведенной на наших диванах, вы почувствуете, как мир исчезает. Вы можете собрать диван сразу или добавлять новые элементы постепенно. Если вы измените свое пространство, вы всегда сможете изменить форму.

Мари Р. Уинтерс

Основные положения

Продукт: Инерциальный северный искатель

Основные характеристики:

Компоненты: Использует MEMS-гироскоп для измерения угловой скорости и расчета азимутального направления, с компенсацией ошибки ориентации.
Функция: Обеспечивает измерение азимута в реальном времени с использованием данных о вращении Земли, с коррекцией ошибок тангажа и крена.
Области применения: Идеально подходит для навигации в самолетах, дронах и транспортных средствах, особенно в районах с ненадежным покрытием GNSS.
Компенсация ошибок: для повышения точности компенсируются ошибки ориентации (тангажа и крена) и ошибки установки гироскопа.
Вывод: устройство наведения на север обеспечивает точные измерения азимута с минимальной погрешностью, что делает его пригодным для навигации и определения направления в различных областях применения.

1. Принцип работы инерциального северного искателя

Принцип работы инерциального датчика направления на север заключается в измерении угловой скорости вращения Земли с помощью гироскопа и последующем вычислении угла между направлением на север и измеренным направлением. Предположим, что широта S в точке нахождения несущего объекта в северном полушарии равна φ, а вектор угловой скорости Ω вращения Земли в этой точке имеет горизонтальную составляющую Ωx0, направленную на север, и вертикальную составляющую Ωz0, направленную вверх. Тогда выполняется следующее соотношение:

Предполагая, что несущая находится в полностью горизонтальном положении, а угол между ней и истинным севером равен H, составляющая на чувствительной оси гироскопа северного наведения, то есть значение измерения гироскопа, равна:

Поскольку и известны, азимутальный угол можно рассчитать таким образом, то есть выходное значение северного искателя в идеальных условиях абсолютной горизонтальности несущей и отсутствия погрешностей установки. На практике погрешность угла ориентации несущей и погрешность установки гирофотоснимка влияют на значение измерения гирофотоснимка и приводят к снижению точности измерения северного искателя.

2. Анализ ошибки угла ориентации носителя

Определим геопространственную систему координат O-XYZ: центр масс несущей находится в точке O, ось X направлена на север вдоль местного меридиана, ось Y — на запад вдоль местной широты, а ось Z перпендикулярна местной горизонтальной плоскости, направленной вверх; плоскости XOY, YOZ и XOZ перпендикулярны друг другу. , разделив пространство на восемь гексаграмм.

Для удобства анализа предполагается, что центр гироскопа северного искателя совпадает с центром масс авианосца. Если не учитывать погрешность установки, измерительная ось гироскопа северного искателя совпадает с головной и хвостовой осями авианосца. Единичный вектор ОМ расположен на чувствительной оси гироскопа, которая направлена вперед вдоль головной и хвостовой осей авианосца, а другой единичный вектор ОМ перпендикулярен ОМ слева. Угол ошибки ориентации авианосца определяется следующим образом: угол ошибки тангажа — это угол между ОМ и OXb (проекция ОМ на горизонтальную плоскость), при котором передняя часть авианосца поднимается положительно; угол ошибки крена — это угол между ОМ и ОЙb (линия пересечения профиля авианосца с горизонтальной плоскостью над ОМ), при котором левая сторона авианосца поднимается положительно. Угол между OX и OXb — это азимутальный угол H. Легко получить следующее вертикальное соотношение: OYb⊥OXb ⊥OZ, OYb⊥OZ, OXb⊥ oz, то есть плоскости XbOYb, XbOZ и YbOZ перпендикулярны друг другу. Эти три плоскости могут образовывать несущую пространственную систему координат O-XbYbZ, как показано на рисунке 1, которую можно понимать как систему географических пространственных координат O-XYZ, сформированную поворотом азимутального угла H по часовой стрелке.

Горизонтальная и вертикальная компоненты угловой скорости вращения Земли в точке расположения несущей представляют собой векторы OA и OB соответственно, тогда координаты точек A и B находятся в системе координат O-XbYbZ. Координаты M и N получены с помощью пространственной аналитической геометрии. Поскольку все три точки M, O и N находятся в плоскости несущей, уравнение плоскости MON можно получить согласно точечному методу выражения плоскости:

Измеренное значение гиросигнала северного искателя представляет собой сумму проекционных значений OA и OB на чувствительную ось OM, как показано в формуле:

Эта формула преобразуется в идеальное выражение измеренного значения при θ = 0°. Погрешность измерения гироскопа:

Видно, что погрешность измерения гироскопа в данный момент связана с углом тангажа, углом азимута H и широтой, а угол крена возникает из-за вращения несущей плоскости вокруг носовой и хвостовой осей, то есть чувствительной оси OM, поэтому угол погрешности не влияет на измеренное значение MOM на OM.

3. Резюме

В процессе работы северного искателя возникает множество источников ошибок, и в плане компенсации этих ошибок компания Micro-Magic Inc. стремится к созданию более совершенных и экономичных инерциальных устройств. В новом MEMS-сегментном северном искателе для горнодобывающей промышленности NF1000 добавлена функция компенсации ориентации, а также в экономичном северном искателе NF2000 и самом маленьком в мире трехосевом MEMS-сегментном северном искателе NF3000 — ждем вашего внимания.