RU2578049C1 - Method of determining direction of geographic north using molecular-electronic angular speed sensor and inclination angle sensor - Google Patents
Method of determining direction of geographic north using molecular-electronic angular speed sensor and inclination angle sensor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2578049C1 RU2578049C1 RU2014148638/28A RU2014148638A RU2578049C1 RU 2578049 C1 RU2578049 C1 RU 2578049C1 RU 2014148638/28 A RU2014148638/28 A RU 2014148638/28A RU 2014148638 A RU2014148638 A RU 2014148638A RU 2578049 C1 RU2578049 C1 RU 2578049C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor
- platform
- angular velocity
- rotation
- angular
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к навигационным устройствам, в частности может быть использовано устройствами для определения направления на географический север.The invention relates to navigation devices, in particular, can be used by devices to determine the direction to the geographical north.
Достаточно актуальной задачей современного этапа развития техники является проблема точной привязки различных измерительных и навигационных систем к истинному направлению на географический север. Актуальность задачи высокоточного определения истинного азимута подчеркивается целым рядом практических применений в ориентировании, навигации, решении задач целеуказания и определения направления на объект, высокоточной ориентации систем связи, геодезии и др.A rather urgent task of the current stage of technological development is the problem of accurately linking various measuring and navigation systems to the true direction to the geographical north. The relevance of the problem of high-precision determination of true azimuth is emphasized by a number of practical applications in orienting, navigating, solving problems of target designation and determining the direction to an object, high-precision orientation of communication systems, geodesy, etc.
Традиционным способом определения азимута является измерение направления с помощью магнитного компаса, с учетом (или без) магнитного склонения местности. Несмотря на то, что указанный метод известен давно, несоответствие магнитного и географического полюсов, наличие магнитных аномалий или намагниченных объектов вблизи, делает применение компаса для определения направления на географический север недостаточно точным, для решения обозначенных задач.The traditional way to determine the azimuth is to measure the direction using a magnetic compass, taking into account (or without) the magnetic declination of the terrain. Despite the fact that this method has been known for a long time, the mismatch of the magnetic and geographical poles, the presence of magnetic anomalies or magnetized objects nearby, makes the use of a compass to determine the direction to the geographical north not accurate enough to solve the indicated problems.
Решение задачи позиционирования и определения направления движения в ряде случаев может быть достигнуто с помощью современных спутниковых систем, таких как GPS/ГЛОНАС. Однако, данные методы, основанные на внешних сигналах, по определению не являются автономными, что может иметь решающее значение для некоторых областей применения, например для решении навигационных задач подводных аппаратов или позиционировании в закрытых или подземных объектах, кроме того, для достижения высокой точности определения направлений необходима проведение измерений в нескольких удаленных друг от друга точках, а также применение высокоточных приемников сигнала, обеспечивающих малую погрешность в определении координат каждой точки.The solution of the problem of positioning and determining the direction of movement in some cases can be achieved using modern satellite systems, such as GPS / GLONAS. However, these methods based on external signals, by definition, are not autonomous, which may be crucial for some applications, for example, for solving navigation problems of underwater vehicles or positioning in closed or underground objects, in addition, to achieve high accuracy in determining directions it is necessary to carry out measurements at several points remote from each other, as well as the use of high-precision signal receivers that provide a small error in determining the coordinates of waiting point.
Современные методы высокоточного определения ориентации включают широкое применение различных гирокомпасных устройств [1]. Тем не менее, использование высокоточных гирокомпасов с точностью определения азимутального направления лучше, чем 0,5°, существенно ограничено их стоимостью, потребляющими и массогабаритными параметрами.Modern methods of high-precision orientation determination include the widespread use of various gyrocompass devices [1]. However, the use of high-precision gyrocompasses with an accuracy of determining the azimuthal direction is better than 0.5 °, is significantly limited by their cost, consumption and weight and size parameters.
Альтернативным сложившемуся тренду на развитие различных гироскопических систем для решения задачи определения направления может служить автономный метод поиска азимута объекта, основанный на нахождении вектора угловой скорости вращения Земли посредством измерения сил Кориолиса с помощью линейного акселерометра, вращающегося вокруг некоторой оси, параллельной оси чувствительности этого акселерометра [2]. Вместе с тем, точность данного метода невелика в силу малости сил Кориолиса по сравнению с типичным внешним шумовым вибрационным фоном.An alternative to the established trend for the development of various gyroscopic systems for solving the problem of determining the direction can be an autonomous method of finding the azimuth of an object, based on finding the vector of the angular velocity of rotation of the Earth by measuring the Coriolis forces using a linear accelerometer rotating around a certain axis parallel to the sensitivity axis of this accelerometer [2 ]. At the same time, the accuracy of this method is small due to the small Coriolis forces in comparison with a typical external noise vibration background.
Другим, более привлекательным вариантом с точки зрения технической реализации и достижимости высокой точности определения направления географического севера, может служить известный метод, основанный на непосредственном определении вектора угловой скорости вращения Земли
Метод компенсации ошибок, обусловленных наклоном оси вращения платформы, приведенный в заявке [13], является прототипом предлагаемого технического решения. В этом методе, дополнительно к датчику угловых движений на вращающуюся платформу устанавливают датчик, чувствительный к наклонам, показания которого учитываются при обработке выходных сигналов датчика угловой скорости. Однако, при этом не учитываются ошибки, связанные с нестабильностью во времени чувствительности датчиков угловых движений к действию линейных ускорений, в частности ускорения свободного падения. Кроме того, реализация данного метода осуществляется без учета времени установления стабилизации электродных токов в канале датчика угловых движений, сокращение которого является важным с точки зрения большинства практических приложений способа определения направления на географический север.The method of compensating for errors caused by the inclination of the axis of rotation of the platform, described in the application [13], is a prototype of the proposed technical solution. In this method, in addition to the angular motion sensor, an inclination sensor is installed on the rotating platform, the readings of which are taken into account when processing the output signals of the angular velocity sensor. However, this does not take into account errors associated with the instability in time of the sensitivity of angular motion sensors to linear accelerations, in particular, gravitational accelerations. In addition, the implementation of this method is carried out without taking into account the time it takes to stabilize the electrode currents in the channel of the angular motion sensor, the reduction of which is important from the point of view of most practical applications of determining the direction to the geographic north.
Задачей изобретения является создание способа определения направления на географический север, направленного на устранение упомянутых недостатков.The objective of the invention is to provide a method for determining the direction of the geographical north, aimed at eliminating the aforementioned disadvantages.
Изобретение позволяет определять направление на географический север с высокой точностью сопоставимой с точностью современных прецизионных гирокомпасов без специального высокоточного горизонтирования. Изобретение позволяет создавать устройства с малыми габаритами, малым энергопотреблением и малой массой изделия, и позволяет проводить измерения в сложных условиях, когда нет возможности использовать другие средства навигации. Применение предлагаемого метода позволяет компенсировать возмущение выходного сигнала устройства, вызванное изменением выходного сигнала датчика при изменении его ориентации по отношению к силе тяжести, что позволяет определять ориентацию на географический север без специальных условий горизонтирования с точностью, соответствующей современным гирокомпасам и гироскопическим устройствам и уменьшает время выполнения измерений. Заявляемое техническое решение позволяет сократить время определения направления на географический север при реализации способа в соответствии с изобретением за счет уменьшения интервала времени, необходимого для установления стабилизации электродных токов в канале датчика угловых скоростей.The invention allows to determine the direction to the geographical north with high accuracy comparable to the accuracy of modern precision gyrocompasses without special high-precision leveling. The invention allows to create devices with small dimensions, low power consumption and low weight of the product, and allows measurements in difficult conditions when it is not possible to use other means of navigation. The application of the proposed method allows you to compensate for the perturbation of the output signal of the device caused by a change in the output signal of the sensor when its orientation changes with respect to gravity, which allows you to determine the orientation to geographic north without special leveling conditions with an accuracy corresponding to modern gyrocompasses and gyroscopic devices and reduces the measurement time . The claimed technical solution allows to reduce the time to determine the direction to the geographic north when implementing the method in accordance with the invention by reducing the time interval required to establish stabilization of electrode currents in the channel of the angular velocity sensor.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения направления на географический север, заключающемся в совместной обработке выходных сигналов молекулярно-электронного датчика угловой скорости и датчика наклона, установленных на единой платформе, способной вращаться с угловой скоростью, изменяющейся по знаку и абсолютной величине, при котором осуществляют вращение платформы последовательно против и по часовой стрелке с одинаковой по абсолютной величине угловой скоростью, а направление на географический север определяют из следующего уравнения:The specified technical result is achieved by the fact that in the method of determining the direction to the geographical north, which consists in the joint processing of the output signals of the molecular electronic angular velocity sensor and the inclination sensor installed on a single platform capable of rotating with an angular speed that varies in sign and absolute value, with which rotate the platform sequentially counterclockwise and clockwise with the same absolute value of the angular velocity, and the direction of geographical sowing p determined from the following equation:
(1+R2)sin(ϕ0-β0)-2Rsin(ε-ϕ0-β0)=0,(1 + R 2 ) sin (ϕ 0 -β 0 ) -2Rsin (ε-ϕ 0 -β 0 ) = 0,
где R и ε - отношение амплитуд сигналов и разность фаз сигналов датчика угловых скоростей на частоте вращения при вращении против и по часовой стрелке,where R and ε are the ratio of the amplitudes of the signals and the phase difference of the signals of the angular velocity sensor at a frequency of rotation when rotating counterclockwise and clockwise,
φ0 - искомый угол, определяющий направление на географический север, относительно начального положения платформы,φ 0 - the desired angle that determines the direction to the geographical north, relative to the initial position of the platform,
β0 - угол, определяемый по показаниям датчика наклона согласно выражению:β 0 - the angle determined by the readings of the tilt sensor according to the expression:
β0=δ/2±π/2,β 0 = δ / 2 ± π / 2,
где δ - разность фаз сигналов датчика наклона при вращениях против и по часовой стрелке,where δ is the phase difference of the signals of the tilt sensor during counterclockwise and clockwise rotation,
вращение платформы осуществляют с момента наступления стабилизации электродных токов неподвижного молекулярно-электронного датчика угловых скоростей, а для уменьшения времени стабилизации электродных токов предварительно механически перемешивают жидкость в канале датчика угловой скорости путем вибраций платформы или помещают в жидкости вне области расположения преобразующего элемента датчика угловой скорости дополнительные электроды, находящиеся при одинаковом электрическом потенциале. В качестве датчика наклона используют акселерометр или наклономер или датчик линейной скорости.rotation of the platform is carried out from the moment of stabilization of the electrode currents of the stationary molecular electronic angular velocity sensor, and to reduce the stabilization time of the electrode currents, the fluid is mechanically pre-mixed in the channel of the angular velocity sensor by vibration of the platform or additional electrodes are placed in the liquid outside the transducer element of the angular velocity sensor located at the same electric potential. As an inclination sensor, an accelerometer or an inclinometer or a linear speed sensor are used.
Коррекцию ошибок, связанных с чувствительностью датчика угловых движений к наклонам оси вращения, производят путем исключения сигналов, вызванных указанными наклонами с использованием двух серий экспериментов, состоящих из последовательного вращения платформы против и по часовой стрелке.Correction of errors related to the sensitivity of the sensor of angular movements to the inclination of the axis of rotation is performed by eliminating the signals caused by the indicated inclination using two series of experiments consisting of sequential rotation of the platform counterclockwise and clockwise.
Сущность заявляемого способа определения направления на географический север поясняется графическими материалами.The essence of the proposed method for determining the direction to the geographical north is illustrated by graphic materials.
На фиг. 1 показан пример экспериментальной установки для определения направления на географический север на основе молекулярно-электронных измерителей углового ускорения и установленного на ту же платформу датчика, чувствительного к изменениям угла наклона.In FIG. Figure 1 shows an example of an experimental setup for determining the direction to the geographic north based on molecular-electronic angular acceleration meters and a sensor that is sensitive to changes in the angle of inclination mounted on the same platform.
На фиг. 2 показан датчик угловых скоростей, закрепленный на подвижной платформе в соответствии, аналогично решению аналога [11] и введена система координат, ось Ζ которой направлена вдоль оси вращения платформы, ось X - перпендикулярно плоскости тороида, т.е. вдоль оси чувствительности датчика угловых движений. Ось Y дополняет систему координат до правой тройки, α - угол наклона оси вращения относительно вертикали, β - угол между плоскостью ΟΧΖ и плоскостью, содержащей ось Ζ и вектор g силы тяжести, γ - угол между OZ и направлением местного меридиана, φ - отсчитываемый против часовой стрелки угол между плоскостями ΟΧΖ и плоскостью (φ0 - соответствующий угол в начальный момент времени), содержащей вектор угловой скорости вращения Земли и ось ΟΖ, Ω - вектор скорости вращения Земли.In FIG. Figure 2 shows an angular velocity sensor mounted on a moving platform in accordance with the analogue solution [11] and introduced a coordinate system whose axis Ζ is directed along the axis of rotation of the platform, the X axis is perpendicular to the plane of the toroid, i.e. along the sensitivity axis of the angular motion sensor. The Y axis complements the coordinate system to the right triple, α is the angle of inclination of the axis of rotation relative to the vertical, β is the angle between the plane ΟΧΖ and the plane containing the axis Ζ and the gravity vector g, γ is the angle between OZ and the direction of the local meridian, φ is counted against clockwise, the angle between the planes ΟΧΖ and the plane (φ 0 is the corresponding angle at the initial moment of time) containing the vector of the angular velocity of rotation of the Earth and the axis ΟΖ, Ω is the vector of the speed of rotation of the Earth.
На фиг. 3 показаны примеры кривых установления межэлектродного тока в молекулярно-электронном датчике угловых скоростей после подачи потенциала на электроды. Синяя - кривая - неподвижная платформа, красная - вибрирующая с малой амплитудой платформа.In FIG. Figure 3 shows examples of the curves for establishing the interelectrode current in a molecular electronic angular velocity sensor after applying a potential to the electrodes. Blue - a curve - a motionless platform, red - a platform vibrating with small amplitude.
Способ может быть реализован на основе устройства для определения направления на географический север, которое содержит помимо датчика угловой скорости, установленного и приводимого в движение в соответствии с решением аналога [11], также датчик, чувствительный к изменению угла наклона, при помощи которого выполняется коррекция ошибок, связанных с чувствительностью датчика угловых движений к наклонам оси вращения. В свою очередь учет ошибок производится путем исключения сигналов, вызванных указанными наклонами с использованием показаний установленного на ту же платформу датчика, чувствительного к изменениям угла наклона из сигнала датчика угловых движений.The method can be implemented on the basis of a device for determining the direction to geographic north, which contains, in addition to the angular velocity sensor installed and set in motion in accordance with the solution of the analogue [11], also a sensor sensitive to a change in the angle of inclination, by which error correction related to the sensitivity of the sensor of angular movements to the inclination of the axis of rotation. In turn, errors are recorded by eliminating signals caused by the indicated inclinations using the readings of a sensor installed on the same platform that is sensitive to changes in the angle of inclination from the signal of the angular motion sensor.
Определение направления на географический север с высокой точностью сопоставимой с точностью современных прецизионных гирокомпасов без специального высокоточного горизонтирования обеспечивается путем компенсации возмущения выходного сигнала устройства, вызванного изменением выходного сигнала датчика при изменении его ориентации по отношению к силе тяжести.The determination of the direction to the geographical north with high accuracy comparable with the accuracy of modern precision gyrocompasses without special high-precision leveling is provided by compensating for the disturbance of the output signal of the device caused by a change in the output signal of the sensor when its orientation changes with respect to gravity.
Одна из проблем, которая должна быть решена для эффективного использования молекулярно-электронных датчиков угловых движений для определения направления на географический север состоит в компенсации возмущений выходного сигнала, вызванных изменением выходного сигнала датчика при изменении его ориентации по отношению к силе тяжести. В описании к патенту [11] предлагается решение, связанное с точным выставлением оси вращения платформы по направлению местной вертикали. Действительно, в этом случае, вращение не приводит к изменению ориентации датчика по отношению к силе тяжести. Тем не менее, указанное решение не всегда может быть реализовано технически с необходимой точностью. Более того, в предлагаемом в патенте [11] устройстве не предусматривается каких-то приспособлений для контроля вертикальности оси вращения платформы и, при необходимости, коррекции ее положения. Определим, каким образом могут быть скорректированы ошибки, связанные с изменением его положения относительно силы тяжести, если ось вращения платформы не является вертикальной. Для этого рассмотрим Фиг. 2 датчик, вращающийся относительно одной из осей, расположенных в плоскости тороидального канала его корпуса. Введем систему координат, ось Z которой направим вдоль оси вращения платформы, ось X ориентируем перпендикулярно плоскости тороида, т.е. вдоль оси чувствительности датчика угловых движений. Ось Y дополняет систему координат до правой тройки. Введем следующие обозначения: α - угол наклона оси вращения относительно вертикали, β - угол между плоскостью OXZ и плоскостью, содержащей ось Z и вектор g силы тяжести. Тогда проекции вектора силы тяжести на оси выбранной системы координат составят:One of the problems that must be solved for the effective use of molecular-electronic angular motion sensors to determine the direction to the geographic north is to compensate for disturbances in the output signal caused by a change in the output signal of the sensor when its orientation changes with respect to gravity. In the description of the patent [11], a solution is proposed related to the exact exposure of the axis of rotation of the platform in the direction of the local vertical. Indeed, in this case, rotation does not change the orientation of the sensor with respect to gravity. However, this solution cannot always be implemented technically with the necessary accuracy. Moreover, the device proposed in the patent [11] does not provide any devices for controlling the verticality of the axis of rotation of the platform and, if necessary, correcting its position. Let us determine how errors related to a change in its position with respect to gravity can be corrected if the axis of rotation of the platform is not vertical. For this, consider FIG. 2 sensor rotating relative to one of the axes located in the plane of the toroidal channel of its housing. We introduce a coordinate system whose Z axis is directed along the axis of rotation of the platform, the X axis is oriented perpendicular to the plane of the toroid, i.e. along the sensitivity axis of the angular motion sensor. The Y axis complements the coordinate system to the right triple. We introduce the following notation: α is the angle of inclination of the axis of rotation relative to the vertical, β is the angle between the OXZ plane and the plane containing the Z axis and the gravity vector g. Then the projection of the gravity vector on the axis of the selected coordinate system will be:
Пусть, кроме того, γ - угол между OZ и направлением местного меридиана, φ - отсчитываемый против часовой стрелки угол между плоскостями OXZ и плоскостью, содержащей вектор угловой скорости вращения Земли и ось OZ. Тогда проекция угловой скорости вращения Земли Ω на ось чувствительности датчика составит:Suppose, in addition, that γ is the angle between OZ and the direction of the local meridian, φ is the counterclockwise angle between the OXZ planes and the plane containing the angular velocity vector of the Earth's rotation and the OZ axis. Then the projection of the angular velocity of the Earth’s rotation Ω on the sensitivity axis of the sensor will be:
Если бы жидкость в тороидальном канале датчика угловых движений была строго однородна, то момент сил инерции, создающих циркуляцию жидкости в канале, составил бы
Коэффициенты Az, Ay учитывают неоднородность распределения плотности жидкости в канале тороида и вызванную этой неоднородностью чувствительность датчика к линейным ускорениям. В данном расчете указанные коэффициенты следует рассматривать как априорно неизвестные и подлежащие определению на основе экспериментальных данных.The coefficients A z , A y take into account the heterogeneity of the distribution of fluid density in the channel of the toroid and the sensitivity of the sensor to linear accelerations caused by this heterogeneity. In this calculation, these coefficients should be considered as a priori unknown and subject to determination on the basis of experimental data.
Предположим, что платформа приходит во вращение против часовой стрелки с угловой скоростью ω. Тогда:Suppose that the platform rotates counterclockwise with an angular velocity ω. Then:
Здесь β0, ϕ0 - значения соответствующих углов в начальный момент времени t=0. Подставляем (1), (2), (4) в (3) и, сохраняя только слагаемые, зависящие от времени, получим:Here β 0 , ϕ 0 are the values of the corresponding angles at the initial time t = 0. We substitute (1), (2), (4) in (3) and, preserving only the time-dependent terms, we obtain:
Обозначим через W(ω) комплексный коэффициент преобразования момента сил М в выходной сигнал датчика. Используя (5), находим для выходного сигнала при вращении против часовой стрелки:Let W (ω) denote the complex coefficient of transformation of the moment of forces M into the output signal of the sensor. Using (5), we find for the output signal when rotating counterclockwise:
Здесь fE=mR2Ωωsinγ; fG=Aygsinα.Here f E = mR 2 Ωωsinγ; f G = A y gsinα.
Аналогично, для вращения в противоположную сторону:Similarly, to rotate in the opposite direction:
Вычисляя отношение (6) к (7), находим:Calculating the ratio of (6) to (7), we find:
Здесь
Учитываем, что G является действительной величиной, и получаем:We take into account that G is a real value, and we get:
Таким образом, если бы было известно направление наклона оси вращения (угол β0 в нашем описании), то ошибку, связанную с отклонением оси вращения платформы от вертикали, можно было бы исключить и определить направление угловой скорости вращения Земли относительно начального положения платформы путем определения ϕ0 из уравнения (10).Thus, if the direction of inclination of the axis of rotation (angle β 0 in our description) were known, then the error associated with the deviation of the axis of rotation of the platform from the vertical could be eliminated and the direction of the angular velocity of the Earth's rotation relative to the initial position of the platform could be determined by determining ϕ 0 from equation (10).
В свою очередь, для определения угла β0 можно предложить следующий метод:In turn, to determine the angle β 0 , the following method can be proposed:
Одновременно с датчиком угловых скоростей на платформу помещается датчик, чувствительный к гравитации (углу наклона), например, акселерометр.Simultaneously with the angular velocity sensor, a sensor sensitive to gravity (inclination angle), for example, an accelerometer, is placed on the platform.
Пусть, для простоты, ось чувствительности указанного акселерометра направлена по оси OY, т.е. лежит в плоскости тороида. Тогда, измеряемые в эксперименте выходные сигналы акселерометра, при вращении против или по часовой стрелки, задаются следующими выражениями:Let, for simplicity, the sensitivity axis of the indicated accelerometer be directed along the OY axis, i.e. lies in the plane of the toroid. Then, the accelerometer output signals measured in the experiment, when rotating counterclockwise or clockwise, are given by the following expressions:
Для отношения выходных сигналов:For the ratio of output signals:
Отсюда:From here:
что позволяет определить неизвестный угол β0, на основании экспериментально определенной величины δ. Совместное решений (10) и (14) позволяют найти, в частности ϕ0, т.е. направление на географический север, исключив ошибки, связанные с влиянием поля тяжести на выходной сигнал датчика угловых скоростей. Отметим, что выбор между знаками «+» и «-» в выражении (18) не влияет на результат.which allows us to determine the unknown angle β 0 , based on the experimentally determined value δ. The combined solutions of (10) and (14) allow us to find, in particular, ϕ 0 , i.e. direction to the geographical north, eliminating errors associated with the influence of the gravity field on the output signal of the angular velocity sensor. Note that the choice between the signs “+” and “-” in expression (18) does not affect the result.
Из приведенного анализа видно, что описанные методы и полученные математические выражения применимы только при условии, что коэффициенты fE, fG не изменяются в ходе измерений. При этом, коэффициент fG определяется характером распределением плотности жидкости в тороидальном канале преобразователя. В свою очередь, плотность жидкости зависит от распределения температуры и концентрации в рабочем канале. Как температура, так и концентрация зависят от времени, прошедшего после подачи напряжения между электродами преобразующего элемента.From the above analysis it is seen that the described methods and the obtained mathematical expressions are applicable only under the condition that the coefficients f E , f G do not change during measurements. Moreover, the coefficient f G is determined by the nature of the distribution of fluid density in the toroidal channel of the transducer. In turn, the density of the liquid depends on the distribution of temperature and concentration in the working channel. Both temperature and concentration depend on the time elapsed after applying voltage between the electrodes of the converting element.
С другой стороны, установление распределения плотности жидкости сопровождается изменением межэлектродного тока в преобразующем элементе. Типичную зависимость межэлектродного тока от времени иллюстрируют кривые, показанные на фиг. 3. Синяя кривая на фигуре 3 представляет установление межэлектродного тока в состоянии покоя, а для красной кривой платформа не вращается, однако вибрирует с небольшой амплитудой. Видно, что вибрации приводят к более быстрому установлению межэлектродного тока. В данном примере время стабилизации уменьшилось с 60000 сек до 30000 сек, т.е. в два раза. Стабилизация межэлектродного тока, измеренного в покое свидетельствует о завершении установления распределения концентрации и температуры в рабочем канале, а, следовательно, плотности рабочей жидкости. В свою очередь, это означает стабильность fE и fG и возможность использования представленного выше способа обработки данных.On the other hand, the establishment of the distribution of the density of the liquid is accompanied by a change in the interelectrode current in the converting element. A typical time-dependent interelectrode current is illustrated by the curves shown in FIG. 3. The blue curve in figure 3 represents the establishment of the interelectrode current at rest, and for the red curve, the platform does not rotate, but vibrates with a small amplitude. It can be seen that the vibrations lead to a more rapid establishment of the interelectrode current. In this example, the stabilization time decreased from 60,000 seconds to 30,000 seconds, i.e. twice. The stabilization of the interelectrode current measured at rest indicates the completion of the establishment of the distribution of concentration and temperature in the working channel, and, consequently, the density of the working fluid. In turn, this means the stability of f E and f G and the possibility of using the above data processing method.
Как видно из представленных кривых, время установления может оказаться весьма значительным. С точки зрения большинства практических приложений, это время должно быть существенно уменьшено. Возможными способами его уменьшения может быть перемешивание жидкости в канале преобразователя путем приложения вибраций к платформе, которое осуществляют в течение 5-60 минут, как это иллюстрирует фиг. 3. При этом, путем регулирования амплитуды вибраций, интенсивность перемешивания можно сделать значительно большей, а значит - существенно уменьшить время стабилизации.As can be seen from the presented curves, the settling time can be very significant. From the point of view of most practical applications, this time should be significantly reduced. Possible ways to reduce it may be mixing the liquid in the channel of the transducer by applying vibrations to the platform, which is carried out for 5-60 minutes, as illustrated in FIG. 3. At the same time, by regulating the amplitude of the vibrations, the intensity of mixing can be made much larger, which means significantly reducing the stabilization time.
Другой способ выравнивания концентрации рабочей жидкости состоит в размещения дополнительных электродов, находящихся при одинаковом потенциале, в рабочем канале преобразователя. Механизм выравнивания концентрации состоит в том, что на электродах происходит обратимая электрохимическая реакцияAnother way to equalize the concentration of the working fluid is to place additional electrodes at the same potential in the working channel of the converter. The concentration equalization mechanism consists in the fact that a reversible electrochemical reaction occurs on the electrodes
Преимущественное направление реакции зависит, при фиксированном потенциале электрода от концентрации участвующих в реакции компонентов. В тех областях жидкости, примыкающих к электродам, где концентрация активного компонента
Источники информации.Information sources.
1. Ю.А. Лукомский, В.Г. Пешехонов, Д.А. Скороходов, Навигация и управление движением судов. СПб.: "Элмор", 2002. 360 с.1. Yu.A. Lukomsky, V.G. Peshekhonov, D.A. Skorokhodov, Navigation and traffic management. St. Petersburg: "Elmore", 2002.360 s.
2. J. Reiner, M. Naroditsky, Patent No US 6502055 B1, G06F 15/00.2. J. Reiner, M. Naroditsky, Patent No. US 6502055 B1, G06F 15/00.
3. D.H. Titterton, J.L. Weston, "Strapdown inertial navigation technology", ISBN 0863412602, IEE Publishing, England.3. D.H. Titterton, J.L. Weston, "Strapdown inertial navigation technology", ISBN 0863412602, IEE Publishing, England.
4. Б. Блажнов, Л. Нестерюк, В. Пешехонов, Л. Старосельцев, ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, технология, Бизнес, 5/2001, С. 56-59.4. B. Blazhnov, L. Nesteryuk, V. Peshekhonov, L. Staroseltsev, ELECTRONICS: Science, Technology, Business, 5/2001, P. 56-59.
5. В.А. Козлов, Успехи современной радиоэлектроники, №5-6, 2004, С. 138-144.5. V.A. Kozlov, Advances in Modern Radio Electronics, No. 5-6, 2004, S. 138-144.
6. Сафонов М.В., Агафонов В.М., Козлов В.А. Перспективы применения молекулярно-электронных сенсоров вращательного движения в различных научно-технических областях // Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий / Материалы X Международной конференции и Российской научной школы. Часть 1. - М.: Радио и связь, 2005, С. 108.6. Safonov M.V., Agafonov V.M., Kozlov V.A. Prospects for the use of molecular-electronic sensors of rotational motion in various scientific and technical fields // System Problems of Reliability, Quality, Information and Electronic Technologies / Materials of the X International Conference and the Russian Scientific School.
7. Козлов В.А., Сафонов М.В. и др. "Молекулярно-электронное устройство для измерения угловых движений", патент РФ на изобретение №2324946, заявка №2005130308/28(033961), 2005.7. Kozlov V.A., Safonov M.V. and others. "Molecular electronic device for measuring angular movements", patent of the Russian Federation for the invention No. 2323946, application No. 2005130308/28 (033961), 2005.
8. Зайцев Д.Л., Козлов В.А., Сафонов М.В. и др. "Способ изготовления электродного узла молекулярно-электронного измерителя линейных и угловых движений с низким уровнем собственных шумов", Заявка на патент №2006131449/280(034193), 2006.8. Zaitsev D.L., Kozlov V.A., Safonov M.V. and others. "A method of manufacturing an electrode assembly of a molecular-electronic meter of linear and angular movements with a low level of intrinsic noise", Patent Application No. 2006131449/280 (034193), 2006.
9. Бугаев А.С., Сафонов М.В. "Молекулярно-электронное устройство для измерения механических движений", патент РФ на полезную модель №82 862 U1, заявка №2008144490/22, 2008.9. Bugaev A.S., Safonov M.V. "Molecular-electronic device for measuring mechanical movements", RF patent for utility model No. 82 862 U1, application No. 2008144490/22, 2008.
10. Зайцев Д.Л., Егоров Е.В., Егоров И.В. "Создание новой элементной базы для инерциальной навигации на основе молекулярно-электронной технологии" // Материалы Всероссийской конференции аспирантов и студентов "Индустрия наносистем и материалы", г. Зеленоград, 2006 г. С. 105-109.10. Zaitsev D.L., Egorov E.V., Egorov I.V. “Creation of a new element base for inertial navigation based on molecular-electronic technology” // Materials of the All-Russian Conference of Graduate Students and Students “Industry of Nanosystems and Materials”, Zelenograd, 2006. P. 105-109.
11. Патент РФ на полезную модель №89895 «Устройство для определения направления на географический север», авторы: Агафонов В.М., Бугаев А.С., Зайцев Д.Л., Сафонов М.В., заявка №2009130794, опубл. 20.12.2009.11. RF patent for utility model No. 89895 "Device for determining directions to the geographic north", authors: Agafonov V. M., Bugaev A. S., Zaitsev D. L., Safonov M. V., application No. 2009130794, publ. . 12/20/2009.
12. Патент US 2007095124.12. Patent US 2007095124.
13. Заявка №2012112374 от 02.04.2012 Способ определения направления на географический север с использованием сигнала молекулярно-электронного датчика угловых движений и компенсацией ошибок, связанных с влиянием линейных ускорений, авторы Агафонов В.М., Антонов А.Н., Зайцев Д.Л.13. Application No. 20112112374 dated 02.04.2012 A method for determining the direction to the geographic north using the signal of a molecular-electronic sensor of angular movements and compensation for errors associated with the influence of linear accelerations, authors Agafonov VM, Antonov AN, Zaitsev D. L.
Claims (4)
(1+R2)sin(ϕ0-β0)-2Rsin(ε-ϕ0-β0)=0,
где R и ε - отношение амплитуд сигналов и разность фаз сигналов датчика угловых скоростей на частоте вращения при вращении против и по часовой стрелке,
φ0 - искомый угол, определяющий направление на географический север, относительно начального положения платформы,
β0 - угол, определяемый по показаниям датчика наклона согласно выражению:
β0=δ/2±π/2,
где δ - разность фаз сигналов датчика наклона при вращениях против и по часовой стрелке,
отличающийся тем, что вращение платформы осуществляют с момента наступления стабилизации электродных токов неподвижного молекулярно-электронного датчика угловых скоростей, причем предварительно механически перемешивают жидкость в канале датчика угловой скорости путем вибраций платформы или помещают в жидкости вне области расположения преобразующего элемента датчика угловой скорости дополнительные электроды, находящиеся при одинаковом электрическом потенциале.1. The method of determining the direction to the geographic north, which consists in the joint processing of the output signals of the molecular-electronic sensor of angular velocity and inclination sensor installed on a single platform that can rotate with an angular speed that changes in sign and absolute value, at which the platform is rotated sequentially against and clockwise with the same absolute value of the angular velocity, and the direction to the geographic north is determined from the following equation:
(1 + R 2 ) sin (ϕ 0 -β 0 ) -2Rsin (ε-ϕ 0 -β 0 ) = 0,
where R and ε are the ratio of the amplitudes of the signals and the phase difference of the signals of the angular velocity sensor at a frequency of rotation when rotating counterclockwise and clockwise,
φ 0 - the desired angle that determines the direction to the geographical north, relative to the initial position of the platform,
β 0 - the angle determined by the readings of the tilt sensor according to the expression:
β 0 = δ / 2 ± π / 2,
where δ is the phase difference of the signals of the tilt sensor during counterclockwise and clockwise rotation,
characterized in that the rotation of the platform is carried out from the moment of stabilization of the electrode currents of the stationary molecular electronic angular velocity sensor, moreover, the liquid is mechanically pre-mixed in the channel of the angular velocity sensor by vibration of the platform or additional electrodes located in the liquid outside the transducer element of the angular velocity sensor are located with the same electric potential.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014148638/28A RU2578049C1 (en) | 2014-12-03 | 2014-12-03 | Method of determining direction of geographic north using molecular-electronic angular speed sensor and inclination angle sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014148638/28A RU2578049C1 (en) | 2014-12-03 | 2014-12-03 | Method of determining direction of geographic north using molecular-electronic angular speed sensor and inclination angle sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2578049C1 true RU2578049C1 (en) | 2016-03-20 |
Family
ID=55648144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014148638/28A RU2578049C1 (en) | 2014-12-03 | 2014-12-03 | Method of determining direction of geographic north using molecular-electronic angular speed sensor and inclination angle sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2578049C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2775858C2 (en) * | 2020-12-02 | 2022-07-11 | Владимир Алексеевич Шульгин | Method for navigating the coriolis force vector of the earth and a device for its implementation |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6502055B1 (en) * | 1999-04-28 | 2002-12-31 | Rafael-Armament Development Authority Ltd. | Method and apparatus for determining the geographic heading of a body |
| RU2340875C1 (en) * | 2007-06-13 | 2008-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение автоматики им. академика Н.А. Семихатова" | Azimuth determination method using angular velocity sensor |
| RU89895U1 (en) * | 2009-08-13 | 2009-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Р-сенсорс" | DEVICE FOR DETERMINING THE DIRECTION TO THE GEOGRAPHIC NORTH |
| RU2463558C1 (en) * | 2008-12-22 | 2012-10-10 | Сажем Дефанс Секюрите | Method of determining heading towards geographical north using current coordinate inertial counter |
-
2014
- 2014-12-03 RU RU2014148638/28A patent/RU2578049C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6502055B1 (en) * | 1999-04-28 | 2002-12-31 | Rafael-Armament Development Authority Ltd. | Method and apparatus for determining the geographic heading of a body |
| RU2340875C1 (en) * | 2007-06-13 | 2008-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение автоматики им. академика Н.А. Семихатова" | Azimuth determination method using angular velocity sensor |
| RU2463558C1 (en) * | 2008-12-22 | 2012-10-10 | Сажем Дефанс Секюрите | Method of determining heading towards geographical north using current coordinate inertial counter |
| RU89895U1 (en) * | 2009-08-13 | 2009-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Р-сенсорс" | DEVICE FOR DETERMINING THE DIRECTION TO THE GEOGRAPHIC NORTH |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2775858C2 (en) * | 2020-12-02 | 2022-07-11 | Владимир Алексеевич Шульгин | Method for navigating the coriolis force vector of the earth and a device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11220899B2 (en) | Gyro measurement while drilling system and method therefor | |
| Curey et al. | Proposed IEEE inertial systems terminology standard and other inertial sensor standards | |
| RU2395061C1 (en) | Method to determine position of movable objects and integrated navigation system to this end | |
| US2914763A (en) | Doppler-inertial navigation data system | |
| US4800501A (en) | Vehicle land navigating device | |
| CN111102993A (en) | A method for initial alignment of the shaking base of a rotational modulation type SINS system | |
| Zaitsev et al. | Precession Azimuth Sensing with Low‐Noise Molecular Electronics Angular Sensors | |
| CN109029500A (en) | A kind of dual-axis rotation modulating system population parameter self-calibrating method | |
| US10514261B2 (en) | Gyromagnetic geopositioning system | |
| CN108195400A (en) | The moving alignment method of strapdown micro electro mechanical inertia navigation system | |
| Cho et al. | A calibration technique for a two‐axis magnetic compass in telematics devices | |
| CN103743413A (en) | Installation error online estimation and north-seeking error compensation method for modulating north seeker under inclined state | |
| Song et al. | A rapid and high-precision initial alignment scheme for dual-axis rotational inertial navigation system | |
| Tian et al. | A cosine-fitting self-alignment method of MEMS-based inertial navigation system consisting of a skew FOG | |
| Zaitsev et al. | Study of Systems Error Compensation Methods Based on Molecular‐Electronic Transducers of Motion Parameters | |
| Zaitsev et al. | Angular MET sensor for precise azimuth determination | |
| RU2578049C1 (en) | Method of determining direction of geographic north using molecular-electronic angular speed sensor and inclination angle sensor | |
| CN104655123A (en) | Method for determining rotational angular velocity of earth by utilizing fiber-optic gyroscope | |
| RU89895U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING THE DIRECTION TO THE GEOGRAPHIC NORTH | |
| Dorobantu et al. | Investigation of a navigation grade RLG SIMU type INAV-RQH | |
| JACKSON | Continuous calibration and alignment techniques for an all-attitude inertial platform | |
| Lathrop et al. | Magnetic sensor compensation utilizing factor graph estimation | |
| RU2250993C1 (en) | Method for determining azimuth and zenith angle of well | |
| RU2507392C1 (en) | Method for zenith angle and drift direction determination and gyroscopic inclinometer | |
| RU2509979C1 (en) | Method of autonomous azimuthal orientation of platform of three-axial gyrostabiliser by varying points of correction |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190523 Effective date: 20190523 |
|
| TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: CORRECTION TO CHAPTER -QB4A- IN JOURNAL 15-2019 |