Предлагаются алгоритмы вычислений параметров ориентации – углов Эйлера – Крылова – в системе аналитического гирокомпасирования, содержащей гироскопический датчик угловой скорости, установленный на одноосной вращающейся платформе, два акселерометра и вычислитель. По оси вращения платформы установлен точный преобразователь угла в цифровой код (энкодер). Платформа приводится во вращение с помощью привода, обеспечивающего постоянную, строго заданную угловую скорость. Прибор может быть наклонён по отношению к вертикали места в любом направлении на угол до 15–20 градусов. Основное внимание уделено поиску приёмов и алгоритмов вычисления азимутального угла, которые позволили бы исключить или уменьшить влияние погрешностей датчика угловой скорости на точность определения этого угла. К таким погрешностям относятся: смещение нуля, изменение крутизны характеристики (масштаба, чувствительности), динамические погрешности (амплитудные и фазовые) при условии их постоянства в пуске, а также шум в выходном сигнале датчика угловой скорости. Предлагается сначала вычислять угол, характеризующий ориентацию проекции вектора угловой скорости вращения Земли на экваториальную плоскость прибора, а затем вычислять азимутальный угол на основе информации об указанном угле, а также углах, характеризующих ориентацию прибора по отношению к вертикали места (плоскости горизонта). Угол, характеризующий ориентацию проекции вектора угловой скорости вращения Земли на экваториальную плоскость прибора, определяется по результатам отсчётов углов с энкодера с учётом знака производной в те моменты времени, когда сигнал с датчика угловой скорости при вращении платформы становится равным нулю.
The paper develops computational algorithms for the attitude parameter of the Euler-Krylov angles in the analytic gyrocompassing system comprising the angular rate sensor mounted to the uniaxial rotating platform, two accelerometers, and computer. The encoder is placed along the platform axis. The platform rotation at a constant speed is actuated by the integrating drive. This device can be tilted at an angle of 15–20 degrees in any direction relative to the horizontal plane. The main objective of this work is a search for techniques and algorithms for computing the azimuthal angle, which allow us to eliminate or reduce errors of the angular rate sensor. These errors include zero bias, scale factor of the output characteristic, dynamic (amplitude and phase) errors subject to their consistency at start, and the sensor output noise. In this paper, we offer first to compute the orientation angle of the vector projection of the Earth’s rotation on the equatorial plane. The next step is the definition of the azimuthal angle based on data obtained, and sensor orientation angles relative to the horizontal plane. The orientation angle of the vector projection of the Earth’s rotation on the equatorial plane is obtained using the angle-encoder counter with regard to the derivative sign at times when the sensor output signal is equal to zero during the platform rotation.
1. Опыт создания гироскопического инклинометра / Л.Н. Белянин, А.Н. Голиков, В.М. Мартемьянов, С.Н. Самойлов // Автоматизация и информационное обеспечение технологических процессов в нефтяной промышленности, том 2: Сб. трудов ОАО НПФ «Геофит» ВНК. – Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. – С. 34–49.
2. Попов Г.В. Быстрое определение азимута // Авиакосмическое приборостроение. – 2014. – № 1. – С. 3–9.
3. Редькин С.П. Азимутальное ориентирование с помощью датчиков угловой скорости // Авиакосмическое приборостроение. – 2014. – № 4. – С. 10–22.
4. Биндер Я.И. Аналитическое компасирование в инклинометрии скважин малого диаметра // Гироскопия и навигация. – 2003. – № 2. – С. 38–46.
5. Patent US 8099876B1, МПК G01C 19/38. Azimuth determination system and method therefor / Angelo Truncale, Robert J. Atmur, Joseph E. Justin, Brian Barsamian; assignee The boeing company, Chicago, IL, US. – Appl. No. 12/276,056; filled Nov. 21, 2008; pub. date Jan. 24, 2012.
6. Цыбряева И.В., Гуськов А.А., Кривошеев С.В., Стрелков А.Ю. Методы повышения точности инклинометрии скважин гироскопическим инклинометром ИГН73-100/80 // Научно-технический вестник «Каротажник». – 2013. – № 4. – С. 81–89.
7. Patent US20100088063 A1, МПК G06F 15/00, G01B 1/00. Method and apparatus for precision azimuth measurement / Darren R. Laughlin; assignee A-tech corporation, Albuquerque, NM, US. – Appl. No. 12/572,181; filled Oct. 1, 2009; pub. date Apr. 08, 2010.
8. Patent US7412775 B1, МПК G01C 19/38, G01C 19/02. Gyroscope north seeker system and method / Drew A. Karnick, Timothy J. Hanson; assignee Honeywell International Inc., Morristown, NJ, US. Appl. No. 11/833,398; filled Aug. 3, 2007; pub. date Aug. 19, 2008.
9. Ву Д.К. Алгоритмы вычисления параметров в системе ориентации и навигации горнопроходческого комбайна. НАУКА. ТЕХНОЛОГИИ. ИННОВАЦИИ // Сборник научных трудов в 10 ч. / под ред. д.т.н. Гуськова А.В. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2017. – Часть 10. – С. 102–106.
10. Белянин Л.Н. Калибровка модуля акселерометров в условиях неопределенности направления их осей чувствительности / Л.Н. Белянин, Е.В. Якимова // Контроль. Диагностика. – 2011. – Специальный выпуск. – С. 64–70.
11. Лазарева Т.Я. Основы теории автоматического управления: Учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. / Т.Я. Лазарева, Ю.Ф. Мартемьянов. – Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2004. – 352 с.
12. Лукьянов Д.П. Прикладная теория гироскопов / Д.П. Лукьянов, В.Я. Распопов, Ю.В. Филатов. – СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2015. – 316 с.
13. Подчезерцев В.П. Компоненты модели погрешностей динамически настраиваемого гироскопа / В.П. Подчезерцев, Тан Синюань, Цинь Цзыхао // Авиакосмическое приборостроение. – 2015. – № 1. – С. 8–18.
14. Белянин Л.Н. Алгоритмы вычислений в непрерывном гироскопическом инклинометре. Автоматизация и информационное обеспечение технологических процессов в нефтяной промышленности: Сб. статей / Под ред. А.К. Хорькова. – Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. – Т. 2. – С. 50–63.