Инерциальные навигационные системы

Общие сведения. Инерциальные навигационные системы (ИНС) являются одним из основных элементов комплексных навигационных систем и служат для определения географических или условных координат положения ЛА на земной поверхности, составляющих путевой скорости в выбранной системе координат, курса ЛА, углов крена, тангажа и вертикального ускорения.

Определение координат ЛА с помощью ИНС производится двукратным интегрированием ускорений по осям выбранной системы координат.

Рис. 1 Кинематическая схема гироста-билизированной платформы инерциальной системы:
1 - платформа; 2, 11, 14 - гироскопы; 3, 12 - коррекционные двигатели; 4, 5 - акселерометры; 6 - внутренняя рама карданова подвеса; 7, 18 - вторые интеграторы; 8, 16 - первые интеграторы; 9, 13, 20 - датчики сигналов системы разгрузки; 10 - внешняя рама карданова подвеса; 15, 17, 19 - двигатели разгрузки

Чувствительными элементами ИНС (рис. 1) являются акселерометры и гироскопы. Акселерометры и гироскопы располагаются на общем основании, образуя гиростабилизированную платформу, которая помещается в систему подвеса, обеспечивающую независимость гироплатформы от эволюции ЛА. На гироплатформе может быть расположено два или три акселерометра и два трехстепенных или три двухстепенных гироскопа. К гироскопам гироплатформы прикладываются корректирующие моменты, пропорциональные интегралам от ускорений, благодаря чему размещенные на ней акселераторы постоянно занимают горизонтальное положение.

Рис. 2 Графики изменения ускорения, скорости и пройденного пути

Интегрирование ускорения, измеряемого акселерометрами для определения скорости и пройденного пути, показано на примере движения объекта на плоскости (рис. 2 и 3).

Рис. 3 Платформа с акселерометром

Начальная выставка ИНС. Во время работы инерциальной системы платформа с расположенными на ней акселерометрами и гироскопами должна быть не только горизонтальной, но и занимать в азимуте вполне определенное положение. В то же время перед включением системы под ток гироплатформа может находиться в произвольном положении как в азимуте, так и в горизонте. С целью приведения гироплатформы в горизонтальное положение и в определенное положение в азимуте в ИНС предусмотрен режим начальной выставки или настройки.

Инерциальные навигационные системы типа МИС. Вычисление координат в системах типа МИС (рис. 4) производится в ортодромической системе координат. Система обеспечивает определение составляющих пройденного пути и путевой скорости по осям ортодромической системы координат, вертикального ускорения, углов курса, крена и тангажа ЛА.

Рис. 4. Блок-схема инерциальной системы типа МИС:
ПГ-1В - платформа гироскопическая; ВУБ-2В - вычислительно-усилительный блок; ПВ-2 - пульт включения; БКС-1В - блок коррекции и связи; ББ-3В - блок балансировки; ПУ-З0В - пульт управления; БП - блок питания; d₀, d- ортодромические начальная и текущая широты; m₀, m- ортодромические начальная и текущая долготы; а_x, а_y и а_z - ускорения по осям; V_x, V_y - путевые скорости по осям

Ускорения, измеренные акселерометрами, расположенными на гироплатформе, поступают в вычислительно-усилительный блок типа ВУБ, где производятся все необходимые математические операции. Полученные значения координат регистрируются на счетчике пульта ПВ или указателе УТК. Управление МИС производится с пульта управления. Ввод начальных данных в систему осуществляется с помощью пульта ПВ. Для компенсации систематической составляющей собственного дрейфа гироскопов служит блок балансировки ББ.

Подготовка к работе. Для подготовки МИС к режиму "Работа" в системе осуществляется режим "Выставка", во время которого осуществляются следующие основные операции: приведение осей чувствительности акселерометров к осям координат в горизонте и азимуте, обнуление первых интеграторов, выставка вторых интеграторов в соответствии с начальными значениями координат.

Варианты выставки МИС. В системе МИС предусмотрены три варианта выставки, отличающиеся между собой способом азимутальной выставки гироскопов:

1. Выставка по задатчику курса пульта включения ПВ. Для выставки в данном режиме необходимо предварительно определить стояночный курс ЛА (см. раздел курсовые системы типа КС).
2. Выставка методом одинарного гирокомпасирования. Выставка данным методом является автономной, так как не требует предварительного определения курса ЛА (курс ЛА определяется в процессе выставки по сигналам акселерометров вследствие наклона гироплатформы с акселерометрами при вращении Земли). При этом методе собственный дрейф гироплатформы (по всем трем осям) не определяется. Для работы используются значения дрейфов, определенные ранее при выставке методом двойного гирокомпасирования.
   
3. Выставка методом двойного гирокомпасирования является основным методом выставки МИС. Обеспечивает автономное определение курса (истинного) ЛА и дрейфа гироплатформы по всем трем измерительным осям. После выставки одна из осей гироплатформы с соответствующим акселерометром и трехстепенным гироскопом будет направлена на север, а вторая — на восток.
   

Инерциальные курсовертикали типа ИКВ. Системы обеспечивают определение составляющих путевой скорости, абсолютного вертикального ускорения, углов курса (гирополукомпасного, истинного, приведенного) крена и тангажа ЛА. В отличие от системы МИС система ИКВ не определяет составляющих пройденного пути (второе интегрирование ускорений в ИКВ не производится).

Режимы работы. Системы типа ИКВ могут работать в одном из трех режимов: гирополукомпаса, магнитной коррекции и коррекции.

Управление ИКВ осуществляется с пульта управления. В пульте также формируется сигнал широтной коррекции.

Обеспечение невыбиваемости осуществляется путем помещения гиростабилизированной платформы в дополнительную раму крена.

Начальная выставка (настройка) происходит в два этапа:

• ускоренного выхода гироплатформы в горизонт и азимут;
  
• точного выхода гироплатформы в горизонт и азимут с одновременным запоминанием дрейфа гироплатформы по всем трем осям координат.
  

Этап ускоренного выхода предусматривает выставку гироплатформы в плоскость, параллельную плоскости основания курсовертикали, а в азимуте по одному из выбранных направлений: по магнитному меридиану, географическому меридиану или по заданному направлению от коррекционного механизма.

Этап точной выставки (ТВ) предусматривает точное совмещение гироплатформы с акселерометрами и гироскопами с плоскостью истинного горизонта по сигналам акселерометров. При этом одновременно происходит запоминание дрейфов гироплатформы по крену и тангажу.

При выставке ИКВ в сокращенном режиме, настройки этапы ускоренного и точного выхода аналогичны, отличие заключается лишь в том, что дрейфы гироплатформы по крену и тангажу не запоминаются (при работе используются значения дрейфов, определенные ранее).
Системы ИКВ имеют магнитный корректор, состоящий из индукционного датчика и коррекционного механизма.

В полете инерциальная система выдает на указатели и потребители курс, крен, тангаж, сигнал вертикального ускорения, географические (при работе совместно с ЦВМ) и ортодромические координаты ЛА.

Контроль технического состояния комплексных навигационных систем, работающих обычно совместно с бортовой вычислительной машиной, осуществляется на борту ЛА с помощью встроенной в комплекс бортовой системы автоматического контроля.

Реклама: