RU2839565C1

RU2839565C1 - Способ компенсации погрешности разориентации осей чувствительности акселерометров блока инерциальных преобразователей

Info

Publication number: RU2839565C1
Application number: RU2024133375A
Authority: RU
Inventors: Василий Николаевич Перебатов; Кирилл Александрович Гордейчук
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Filing date: 2024-11-07
Publication date: 2025-05-06

Abstract

Изобретение относится к области измерительной техники, предназначенной для измерения линейных ускорений, и может быть использовано при изготовлении блоков инерциальных преобразователей. Способ компенсации погрешности разориентации осей чувствительности акселерометров блока инерциальных преобразователей (БИП) заключается в последовательной его установке в требуемые фиксированные положения, регистрации показаний акселерометров и вычислении калибровочных коэффициентов. Установку БИП осуществляют в три этапа, каждый из которых основан на расположении блока инерциальных преобразователей так, чтобы одна из его осей OX, OY, OZ была в горизонтальной плоскости. Последовательно поворачивая БИП вокруг горизонтальной оси, его устанавливают так, чтобы одна из двух других осей была направлена вертикально вверх или вниз, при этом другая ось должна быть расположена в горизонтальной плоскости, проводят регистрацию показаний акселерометров БИП, затем его разворачивают вокруг оси, которая расположена вертикально, а также регистрируют показания акселерометров БИП. Технический результат заключается в повышении точности блока инерциальных преобразователей.

Description

Изобретение относится к области измерительной техники, предназначенной для измерения линейных ускорений, а именно калибровки смещений нуля и разориентации осей чувствительности акселерометров в составе блока инерциальных преобразователей, и может быть использовано при изготовлении, а также при применении блоков инерциальных преобразователей.

В настоящее время существует необходимость повышения точности измерения линейного ускорения, что достигается путем увеличения точности определения коэффициентов преобразования, смещений нуля и разориентации осей чувствительности акселерометров в составе блока инерциальных преобразователей при его калибровке.

Известен способ определения ошибок ориентации измерительных осей лазерных гироскопов и маятниковых акселерометров в бесплатформенной инерциальной навигационной системе [патент РФ на изобретение №2683144, МПК G01C 25/00, приоритет 17.05.2018, опубл. 26.03.2019], который основан на проведении измерений параметров маятниковых акселерометров и лазерных гироскопов и обработке результатов измерений, при котором устанавливают на установочной платформе испытательного стенда бесплатформенную инерциальную навигационную систему (БИНС) с тремя лазерными гироскопами и тремя маятниковыми акселерометрами, с одновременным формированием эталонной ортогональной системы координат XYZ, определяют матрицы ориентации осей х, у, z в эталонной ортогональной системе координат XYZ отдельно по показаниям с гироскопов (Cq) и акселерометров (Са), после чего определяют углы неортогональности разноименных осей по каждой из матриц ориентации осей х, у, z с помощью скалярного произведения, а также углы между одноименными осями.

Недостатком изобретения является отсутствие учета погрешности позиционирования испытательного стенда. Следствием является возникновение случайных погрешностей при позиционировании БИНС в каждом положении, устанавливаемом с использованием испытательного стенда, влияющих на точность определения ориентации осей акселерометров и гироскопов БИНС.

Известен способ калибровки бесплатформенных инерциальных навигационных систем [патент РФ на изобретение №2406973, МПК G01C 25/00, приоритет 05.02.2009, опубл. 20.12.2010], осуществляющийся определением калибровочных коэффициентов инерциальных измерителей с использованием модели ошибок бесплатформенной инерциальной навигационной системы. На первом этапе определяют входные сигналы модели ошибок навигационной системы и вектор ошибок системы. Входные сигналы модели ошибок системы являются функциями калибровочных коэффициентов инерциальных измерителей. На втором этапе по входным сигналам определяют калибровочные коэффициенты.

Недостатком известного изобретения является возникновение случайных погрешностей при позиционировании БИНС в каждом положении, устанавливаемом с использованием наклонно-поворотного стола, влияющих на точность калибровки как углов между осями, так и на точность определения коэффициентов преобразования, а также смещений нулей акселерометров.

Данный способ принимается за прототип как наиболее близкий по технической сущности к заявляемому изобретению.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении точности блока инерциальных преобразователей.

Указанный технический результат достигается тем, что способ компенсации погрешности разориентации осей чувствительности акселерометров блока инерциальных преобразователей заключается в последовательной установке блока инерциальных преобразователей в требуемые фиксированные положения, регистрации показаний акселерометров и вычислении калибровочных коэффициентов блока инерциальных преобразователей, согласно изобретению блок инерциальных преобразователей последовательно устанавливают в требуемые фиксированные положения на неподвижной платформе, причем установку блока инерциальных преобразователей осуществляют в три этапа, каждый из которых основан на расположении блока инерциальных преобразователей так, чтобы одна из его осей OX, OY, OZ была в горизонтальной плоскости, при этом, последовательно поворачивая блок инерциальных преобразователей вокруг горизонтальной оси, его устанавливают так, чтобы одна из двух других осей была направлена вертикально вверх или вниз, при этом другая ось должна быть расположена в горизонтальной плоскости, проводят регистрацию показаний акселерометров блока инерциальных преобразователей, затем его разворачивают вокруг оси, которая расположена вертикально, и повторно регистрируют показания акселерометров блока инерциальных преобразователей.

Таким образом, установка блока инерциальных преобразователей последовательно в требуемые фиксированные положения на неподвижной платформе, осуществляемая в три этапа, каждый из которых основан на расположении блока инерциальных преобразователей так, чтобы одна из его осей OX, OY, OZ была в горизонтальной плоскости, последовательно поворачивая блок инерциальных преобразователей вокруг горизонтальной оси, его устанавливают так, чтобы одна из двух других осей была направлена вертикально вверх или вниз, при этом другая ось должна быть расположена в горизонтальной плоскости, проводят регистрацию показаний акселерометров блока инерциальных преобразователей, затем его разворачивают вокруг оси, которая расположена вертикально, и повторно регистрируют показания акселерометров блока инерциальных преобразователей, позволяет повысить точность блока инерциальных преобразователей.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».

Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения, на этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

Способ компенсации погрешности разориентации осей чувствительности акселерометров блока инерциальных преобразователей основан на проведении измерений выходных сигналов акселерометров и обработке результатов измерений блока инерциальных преобразователей с тремя акселерометрами, оси чувствительности которых ориентированы по осям X, Y, Z блока инерциальных преобразователей, на неподвижной установочной платформе, применении методики компенсации наклона неподвижной установочной платформы.

Блок инерциальных преобразователей последовательно устанавливают и регистрируют показания акселерометров на неподвижной установочной платформе:

1) ось X блока инерциальных преобразователей направлена горизонтально, а ось Y вертикально вверх. Регистрируют показания акселерометров блока инерциальных преобразователей Блок инерциальных преобразователей поворачивают вокруг оси Y на 180°. Регистрируют показания акселерометров блока инерциальных преобразователей

2) ось X блока инерциальных преобразователей направлена горизонтально, а ось Z вертикально вверх. Регистрируют показания акселерометров блока инерциальных преобразователей

Блок инерциальных преобразователей поворачивают вокруг оси Z на 180°. Регистрируют показания акселерометров блока инерциальных преобразователей

3) ось X блока инерциальных преобразователей направлена горизонтально, а ось Y вертикально вниз. Регистрируют показания акселерометров блока инерциальных преобразователей

Блок инерциальных преобразователей поворачивают вокруг оси Y на 180°. Регистрируют показания акселерометров блока инерциальных преобразователей

4) ось X блока инерциальных преобразователей направлена горизонтально, а ось Z вертикально вниз. Регистрируют показания акселерометров блока инерциальных преобразователей

Аналогично перечисленным этапам 1)-4) проводят измерения при горизонтальном направлении оси Y, при этом оси X и Z последовательно устанавливаются в порядке X - вверх, Z - вверх, X - вниз, Z - вниз, и регистрируют показания акселерометров:

затем проводят измерения при горизонтальном направлении оси Z и последовательной установке осей X и Y в порядке X - вверх, Y - вверх, X - вниз, Y - вниз и регистрируют показания акселерометров:

По полученным данным рассчитываются коэффициенты:

где g - значение ускорения свободного падения, м/с².

С использованием определенных коэффициентов i₁₀, i₂₀, i₃₀, i₁₁, i₂₂, i₃₃, i₁₂, i₁₃, i₂₁, i₂₃, i₃₁, i₃₂ алгоритм компенсации погрешности разориентации осей чувствительности блока инерциальных преобразователей будет иметь вид:

Применение заявленного способа позволит значительно сократить погрешность, вызванную разориентацией осей чувствительности, при этом при проведении калибровки (на этапе определения коэффициентов) не предъявляется жестких требований по точности расположения неподвижной установочной платформы.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

• Способ, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, относится к калибровке смещений нуля и разориентации осей чувствительности акселерометров в составе блока инерциальных преобразователей и может быть использован при изготовлении, а также при применении блоков инерциальных преобразователей;

• Для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления;

• Способ, воплощающий заявленное изобретение при осуществлении, способен обеспечить повышение точности блока инерциальных преобразователей.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Claims

Способ компенсации погрешности разориентации осей чувствительности акселерометров блока инерциальных преобразователей, заключающийся в последовательной установке блока инерциальных преобразователей в требуемые фиксированные положения, регистрации показаний акселерометров и вычислении калибровочных коэффициентов блока инерциальных преобразователей, отличающийся тем, что блок инерциальных преобразователей последовательно устанавливают в требуемые фиксированные положения на неподвижной платформе, причем установку блока инерциальных преобразователей осуществляют в три этапа, каждый из которых основан на расположении блока инерциальных преобразователей так, чтобы одна из его осей ОХ, OY, OZ была в горизонтальной плоскости, при этом, последовательно поворачивая блок инерциальных преобразователей вокруг горизонтальной оси, его устанавливают так, чтобы одна из двух других осей была направлена вертикально вверх или вниз, при этом другая ось должна быть расположена в горизонтальной плоскости, проводят регистрацию показаний акселерометров блока инерциальных преобразователей, затем его разворачивают вокруг оси, которая расположена вертикально, и повторно регистрируют показания акселерометров блока инерциальных преобразователей.