400-661-5248

Введение и классификация

Искатель севера - это компас, используемый для поиска истинных значений севера в определенном месте. Гироскопический искатель севера, также известный как гироскопический компас, представляет собой инерциальную измерительную систему, которая использует принцип гироскопа для определения направления проекции угловой скорости вращения Земли на локальной горизонтальной плоскости (то есть истинного положения севера). Он ищет Север без внешней ссылки. За исключением высоких широт, его северные измерения не зависят от погоды, суток, геомагнитного поля и условий видимости на месте. Гироскопический искатель севера - это прецизионный инерциальный измерительный прибор, который обычно используется для обеспечения ориентации мобильных систем оружия, таких как артиллерия, ракеты класса « земля - земля» и наземные радары. В зависимости от типа используемого гироскопа, гироскопический искатель севера можно разделить на следующие три типа:

Искатель севера с использованием гироскопа с двумя степенями свободы в качестве датчика вращения Земли (например, гироскоп с маятниковым маятником)

Искатели севера, использующие одноосные гироскопы в качестве датчиков (например, гироскопы Jet)

Поисковая система платформы North

Гироскопический искатель севера очень чувствителен к вибрационным помехам окружающей среды, особенно низкочастотным вибрационным помехам. В зависимости от среды использования, гироскопический искатель севера можно разделить на три типа: высокоточный наземный искатель севера, бортовой гироскоп для поиска севера и бортовой динамический базовый гироскоп для поиска севера.

Волоконно - оптический гироскоп - это высокоточный инерционный прибор, который самостоятельно указывает азимут. Он может обеспечить угол между носителем и истинным северным направлением без ввода значения широты. Оптово - волоконный гироскоп измеряет скорость вращения Земли, а акселерометр измеряет угол между гироскопом и горизонтальной поверхностью, который можно вычислить с помощью компьютера, чтобы получить угол между исходным пунктом носителя и истинным северным направлением. Ускорители, размещенные на базовой линии, могут измерять угол положения искателя севера.

Волоконно - оптический гироскоп, используемый в волоконно - оптическом гироскопическом сканере севера, представляет собой твердотельное оборудование без вращающихся компонентов и поэтому может выдерживать удары и вибрации. Этого не могут достичь другие волоконно - оптические гироскопы. В этой статье в основном описывается применение волоконно - оптического гироскопа в северном искателе.

Принцип работы

принцип волоконно - оптического гироскопа

Волоконно - оптический гироскоп (FOG) - это новый полностью твердотельный гироскоп, основанный на эффекте Сагнака. Это инерционный измерительный элемент без механических вращающихся компонентов, который имеет преимущества устойчивости к ударам, высокой чувствительности, долголетия, низкого энергопотребления и надежной интеграции. Это идеальное инерционное устройство в инерциальной навигационной системе нового поколения.

Большинство методов, используемых в поиске севера на основе волоконно - оптических гироскопов, включают вращение волоконно - оптических гироскопов под фиксированным углом и вычисление угла относительно севера путем определения смещения. Для точного направления на север также необходимо устранить дрейф волоконно - оптических гироскопов. Как правило, волоконно - оптический гироскоп размещается на движущейся базе с помощью вращающейся платформы, показанной на рисунке 1, плоскость движущейся базы параллельна горизонтальной, а чувствительная ось волоконно - оптического гироскопа параллельна поверхности движущейся базы. Когда начинается поиск на север, гироскоп находится в положении 1, его чувствительная ось параллельна носителю. Предположим, что угол между начальным направлением чувствительной оси волоконно - оптического гироскопа и истинным северным направлением составляет Альфа. Выходное значение гироскопа в положении 1 равно Омега 1; Затем основание поворачивается на 90°, измеряя выходное значение омега 2 гироскопа в положении 2. Поверните 90° дважды, поверните на позиции 3 и 4 соответственно, чтобы получить угловую скорость Омега 3 и Омега 4.

Рисунок 1 Гироскоп ищет север

Проекция вращения Земли на чувствительной оси гироскопа

Предположим, что широта точки измерения составляет Фи, а вращение Земли - Омега Е, угловая скорость, измеренная в положении 1, составляет:

Среди них Эпсилон (t1) является нулевым дрейфом выхода гироскопа. Аналогичным образом, можно сделать вывод:

В течение короткого периода времени предположим, что дрейф волоконно - оптического гироскопа является постоянной, то есть: Эпсилон (t1) = Эпсилон (t2) = Эпсилон

Измерения с помощью этого метода устраняют нулевое отклонение гироскопа и не требуют знания широты измеренного положения. Если широта измеренного положения известна, то только измеренные позиции 1 и 3 (или 2 и 4) могут определить курсовой угол.

Влияние наклона опоры на точность поиска севера

Вышеприведенный анализ основан на горизонтальной плоскости движущейся базы, т.е. чувствительной оси волоконно - оптического гироскопа в горизонтальной плоскости. Если между базой гироскопа и горизонтальной поверхностью существует большой угол наклона, точность поиска севера сильно пострадает. В приведенном ниже анализе рассматривается влияние измерений угла наклона на другой бит при отсутствии горизонтальной базы.

Угол положения установленного носителя - α, β и γ, указывающие соответственно курсовой угол, угол наклона и угол тангажа. Установить следующие системы координат:

1) Система географических координат OXnYnZn ориентирована на восток, север и небо, как показано на рисунке слева на рисунке 3.

2) Система координат OX1Y1Z1 получена путем вращения системы координат OXnYnZn против часовой стрелки вокруг оси Zn под углом α.

3) Система координат OX2Y2Z2 получена путем вращения системы координат OX1Y1Z1 вокруг оси X1 против часовой стрелки.

4) Система координат носителя OXbYbZb получена путем вращения системы координат OX2Y2Z2 вокруг оси Y2 против часовой стрелки. OXb, OYb и OZb являются горизонтальными и нормальными направлениями передней и задней линий авианосца соответственно. Вертикальная ось носителя совпадает с осью OXb, а система координат гироскопа совпадает с ней, т.е. чувствительная ось гироскопа совпадает с осью OXb, как показано на рисунке 3 справа.

Диаграмма 3 Системы географических координат и системы координат носителя

Матрица преобразования от системы географических координат OXnYnZn к системе координат гироскопа OXbYbZb может быть получена следующим образом: