RU2348009C1 - Gravimetric method to define deviation of plumb-line in ocean on mobile object - Google Patents

Gravimetric method to define deviation of plumb-line in ocean on mobile object Download PDF

Info

Publication number
RU2348009C1
RU2348009C1 RU2007124860/28A RU2007124860A RU2348009C1 RU 2348009 C1 RU2348009 C1 RU 2348009C1 RU 2007124860/28 A RU2007124860/28 A RU 2007124860/28A RU 2007124860 A RU2007124860 A RU 2007124860A RU 2348009 C1 RU2348009 C1 RU 2348009C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gravimetric
vertical
devices
mobile object
accelerometers
Prior art date
Application number
RU2007124860/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Николаевич Добротворский (RU)
Александр Николаевич Добротворский
Евгений Андреевич Денесюк (RU)
Евгений Андреевич Денесюк
Владимир Александрович Катенин (RU)
Владимир Александрович Катенин
Борис Евгеньевич Иванов (RU)
Борис Евгеньевич Иванов
Original Assignee
ФГУП Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт Минобороны России
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ФГУП Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт Минобороны России filed Critical ФГУП Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт Минобороны России
Priority to RU2007124860/28A priority Critical patent/RU2348009C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2348009C1 publication Critical patent/RU2348009C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: physics, measurements.
SUBSTANCE: invention relates to sea geodesy and can be used to define deviation of plumb-line (DPL) in ocean on a mobile object for navigation-hydrographic maintenance of its navigation complex. In compliance with the proposed method, four gravimetric devices are used to measure accelerations of gravity. For this, two gravimetric devices are moved on the object in horizon towards each other in the preset direction, and two gravimetric devices are moved in the direction perpendicular to the preset direction. Note here that the accelerations of gravity are computed at the moments of their meeting on traverse. Also, an absolute speed of the mobile object, speed of movement in horizon of the said gravimetric devices relative to the mobile object, true course, latitude, angle of object drift, radius of curvature of the trajectory of moving accelerometers and distance in vertical from gravimetric devices to water area surface are determined to computed, on their basis, the required DPL components values in meridian and in the first vertical.
EFFECT: increase in accuracy of defining DPL on mobile object and expanded performances of proposed method due to definition of DPL on meridian and first vertical.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области морской геодезии, а именно к гравиметрическим способам определения уклонения отвесной линии (УОЛ) в океане, и может быть использовано для определения УОЛ на подвижном объекте вдоль траектории его движения в целях навигационно-гидрографического обеспечения навигационного комплекса подвижного объекта.The invention relates to the field of marine geodesy, and in particular to gravimetric methods for determining the deviation of a plumb line (OOL) in the ocean, and can be used to determine the OOL on a moving object along its trajectory in order to provide navigation and hydrographic support for the navigation complex of a moving object.

Известен гравиметрический способ определения УОЛ в океане, включающий измерение на объекте вторых производных гравитационного потенциала по ортогональным осям гравитационными градиентометрами и по результатам измерений вычисление значений составляющих УОЛ в меридиане и в первом вертикале [1].There is a known gravimetric method for determining the OOL in the ocean, which includes measuring on the object the second derivatives of the gravitational potential along the orthogonal axes by gravity gradiometers and, based on the measurement results, calculating the values of the OOL components in the meridian and in the first vertical [1].

Данный гравиметрический способ определения УОЛ в океане имеет недостаточно высокую точность, так как при его использовании имеют место систематические и медленно меняющиеся погрешности измерений вторых производных гравитационного потенциала, которые невозможно определить, а следовательно, и учесть на объекте.This gravimetric method for determining the OOL in the ocean does not have a sufficiently high accuracy, since when using it there are systematic and slowly changing measurement errors of the second derivatives of the gravitational potential, which cannot be determined, and therefore cannot be taken into account at the object.

Погрешность определения УОЛ (δu) в угловых секундах этим способом вычисляется по формулеThe error in determining the VOL (δ u ) in angular seconds in this way is calculated by the formula

Figure 00000001
Figure 00000001

где δw - систематическая погрешность определения второй производной гравитационного потенциала в Этвеше, достигающая у современных гравитационных градиентометров 1 этвеш;where δ w is the systematic error in the determination of the second derivative of the gravitational potential in Atves, reaching 1 etves for modern gravitational gradiometers;

S - пройденное объектом расстояние от исходной до текущей точек.S is the distance traveled by the object from the source to the current point.

Результаты расчетов по формуле (1) при δw=1 этвеш приведены в табл.1.The results of calculations according to formula (1) with δ w = 1 etves are given in Table 1.

Таблица 1Table 1 ПогрешностьError Расстояние S, тыс.кмDistance S, thousand km 1,01,0 1,51,5 2,02.0 2,52.5 3,03.0 δu, угл.сδ u , arc 2,12.1 3,23.2 4,24.2 5,25.2 6,36.3

Допустимая предельная погрешность (с вероятностью Р=0,997) определения уклонения отвесной линии (УОЛ) в океане не должна превышать 1-2 угл.с. Следовательно, данный способ не позволяет определить УОЛ в отдаленных районах Мирового океана с требуемой точностью.The permissible marginal error (with probability P = 0.997) for determining the deviation of the vertical line (OOL) in the ocean should not exceed 1-2 angular seconds Therefore, this method does not allow to determine the FRA in remote areas of the oceans with the required accuracy.

Кроме того, этот способ весьма сложен, так как для его реализации необходимо иметь высокоточные гравитационные градиентометры, предназначенные для использования на подвижном основании, создание которых у нас и за рубежом является сложной научно-технической проблемой.In addition, this method is very complicated, because for its implementation it is necessary to have high-precision gravitational gradiometers intended for use on a moving base, the creation of which is a difficult scientific and technical problem in our country and abroad.

Известен гравиметрический способ определения УОЛ в океане, наиболее близкий по технической сущности с заявленным, включающий измерение силы тяжести гравиметром на объекте вдоль траектории его движения, вычисление по результатам измерений только продольной составляющей УОЛ (составляющей вдоль траектории движения объекта).There is a known gravimetric method for determining OOL in the ocean, the closest in technical essence to the claimed one, including measuring gravity by a gravimeter at an object along its path of motion, calculating from the results of measurements only the longitudinal component of the GOC (component along the path of the object).

Однако данный гравиметрический способ определения УОЛ в океане имеет недостаточно высокую точность, так как при его использовании погрешность определения продольной составляющей УОЛ достигает 11 угл.с [1]. При этом данный способ не обеспечивает определение составляющих УОЛ в меридиане и в первом вертикале на объекте вдоль траектории его движения, а следовательно, не позволяет определять информацию об УОЛ, необходимую для обеспечения использования бортовых навигационных комплексов [1].However, this gravimetric method for determining the OOL in the ocean does not have a sufficiently high accuracy, since when it is used, the error in determining the longitudinal component of the OOL reaches 11 arc.s [1]. Moreover, this method does not provide for the determination of the components of the OOL in the meridian and in the first vertical on the object along the trajectory of its movement, and therefore, does not allow to determine the information about the OSS necessary to ensure the use of onboard navigation systems [1].

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности определения составляющих УОЛ в меридиане и в первом вертикале на подвижном объекте и расширение функциональных возможностей путем определения составляющих УОЛ в меридиане и в первом вертикале на объекте.The aim of the invention is to increase the accuracy of determining the components of the OOL in the meridian and in the first vertical on the moving object and expand the functionality by determining the components of the OOL in the meridian and in the first vertical on the object.

Указанная цель достигается за счет того, что в известном гравиметрическом способе определения УОЛ в океане, включающем измерение ускорения гравиметрическим прибором (акселерометром с вертикальной осью чувствительности или трехкомпонентным акселерометром на объекте) и вычисление по полученным данным искомых составляющих УОЛ в меридиане и в первом вертикале, измеряют ускорения силы тяжести движущимися на объекте в горизонте навстречу друг другу двумя гравиметрическими приборами по направлению, перпендикулярному заданному направлению, определяют абсолютную скорость объекта, линейную скорость движения гравиметрических приборов относительно движущегося объекта, истинный курс, геодезическую широту, угол дрейфа (сноса) объекта, радиус кривизны траектории перемещения гравиметрических приборов и расстояния по вертикали от гравиметрических приборов до поверхности геоида.This goal is achieved due to the fact that in the well-known gravimetric method for determining the VLF in the ocean, including measuring acceleration by a gravimetric device (an accelerometer with a vertical axis of sensitivity or a three-component accelerometer at the object) and calculating the desired components of the VOL in the meridian and in the first vertical from the data obtained acceleration of gravity moving on an object in the horizon towards two other gravimetric devices in a direction perpendicular to a given direction w, the absolute velocity of the object is determined, the linear speed of devices gravimetric motion relative to the moving object, the true course geodetic latitude, drift angle (drift) of the object, the radius of curvature of the movement path gravimetric devices and the vertical distance from the gravimetric device to the surface of the geoid.

На фиг.1 схематически изображен предлагаемый гравиметрический способ определения УОЛ на подвижном объекте.Figure 1 schematically depicts the proposed gravimetric method for determining the VOL on a moving object.

Формулы для вычисления составляющих УОЛ в меридиане (ξ) и в первом вертикале (η) можно вывести следующим образом.The formulas for calculating the OOL components in the meridian (ξ) and in the first vertical (η) can be derived as follows.

Известно [2], что при движении гравиметрического прибора по геоиду эффект Этвеша определяется совместными действиями двух ускорений:It is known [2] that when a gravimetric device moves along a geoid, the Eötvös effect is determined by the combined actions of two accelerations:

- кориолисова ускорения

Figure 00000002
, возникающего вследствие движения гравиметрического прибора по вращающейся поверхности;- Coriolis acceleration
Figure 00000002
arising from the movement of the gravimetric device on a rotating surface;

- центробежного ускорения

Figure 00000003
.- centrifugal acceleration
Figure 00000003
.

Кориолисово ускорение равно [3]:Coriolis acceleration is [3]:

Figure 00000004
Figure 00000004

где

Figure 00000005
- угловая скорость вращения Земли;Where
Figure 00000005
- angular velocity of rotation of the Earth;

Figure 00000006
- скорость движения гравиметрического прибора относительно Земли.
Figure 00000006
- the speed of the gravimetric device relative to the Earth.

Пусть объект с гравиметрическим прибором движется со скоростью

Figure 00000007
в направлении х, которое задается азимутом α в астрономической системе координат (см. фиг.2).Let an object with a gravimetric device move with speed
Figure 00000007
in the x direction, which is given by the azimuth α in the astronomical coordinate system (see figure 2).

Гравиметрический прибор перемещается по объекту в горизонтальной плоскости с относительной скоростью

Figure 00000008
. Угол между векторами
Figure 00000009
и
Figure 00000010
равен δ. В этом случае имеемThe gravimetric device moves along the object in a horizontal plane at a relative speed
Figure 00000008
. The angle between the vectors
Figure 00000009
and
Figure 00000010
equal to δ. In this case, we have

Figure 00000011
Figure 00000011

На чувствительный элемент гравиметрического прибора действует проекция кориолисового ускорения на направление отвесной линии Wkz.The projection of the Coriolis acceleration on the direction of the plumb line W kz acts on the sensitive element of the gravimetric device.

Если ввести систему плоских прямоугольных координат ξОη так, чтобы ось ξ была касательной к меридиану и направлена на север, а ось η была касательна к первому вертикалу и направлена на восток, то будем иметьIf we introduce a system of plane rectangular coordinates ξОη so that the axis ξ is tangent to the meridian and faces north, and the axis η is tangent to the first vertical and faces east, then we have

Figure 00000012
Figure 00000012

где ωξ, ωη - проекции угловой скорости вращения Земли на оси ξ и η соответственно.where ω ξ , ω η are the projections of the angular velocity of the Earth's rotation on the ξ and η axes, respectively.

При этомWherein

Figure 00000013
Figure 00000013

где φ - астрономическая широта места объекта.where φ is the astronomical latitude of the object.

Подставив формулы (5) в выражение (4), после преобразования получимSubstituting formulas (5) into expression (4), after the transformation, we obtain

Figure 00000014
Figure 00000014

Предположим, что первоначально гравиметрический прибор находится на объекте в точке О, которая является началом системы плоских прямоугольных координат XOY, связанной с объектом. Через бесконечно малый промежуток времени Δt указанная система координат займет положение X1O1Y1, а гравиметрический прибор переместится из точки О в точку Р.Assume that the initial gravimetric device is located on the object at point O, which is the beginning of the XOY plane rectangular coordinate system associated with the object. After an infinitely small period of time Δt, the indicated coordinate system will occupy the position X 1 O 1 Y 1 , and the gravimetric device will move from point O to point P.

Спроектируем скорость

Figure 00000015
на оси Х и Y. Проекция этой скорости на ось Y не вызывает центробежного ускорения, которое будет зависеть от скорости
Figure 00000016
, равной сумме скорости
Figure 00000017
и проекции скорости
Figure 00000018
на ось X.Design speed
Figure 00000015
on the X and Y axis. The projection of this speed on the Y axis does not cause centrifugal acceleration, which will depend on the speed
Figure 00000016
equal to the sum of speed
Figure 00000017
and projection speed
Figure 00000018
on the x axis.

При перемещении гравиметрического прибора из точки О в точку Р скорость

Figure 00000019
, оставаясь постоянной по модулю, повернется на угол ψ и будет соответствовать вектору
Figure 00000020
. Тогда из треугольника PMN найдем модуль
Figure 00000021
приращения скоростиWhen moving the gravimetric device from point O to point P, the speed
Figure 00000019
while remaining constant in absolute value, it will rotate through the angle ψ and will correspond to the vector
Figure 00000020
. Then from the triangle PMN we find the module
Figure 00000021
speed increments

Figure 00000022
Figure 00000022

где ψ - угол между нормалями к дуге OO'.where ψ is the angle between the normals to the arc OO '.

Рассматривая сектор COO', получимConsidering the sector COO ', we get

Figure 00000023
Figure 00000023

где Rг - кривизны геоида в точке О;where R g - the curvature of the geoid at point O;

h - расстояние по вертикали от гравиметрического прибора до поверхности геоида (при нахождении прибора над поверхностью геоида h имеет знак «+», при нахождении прибора под поверхностью геоида h имеет знак «-»).h is the vertical distance from the gravimetric device to the surface of the geoid (when the device is above the surface of the geoid, h has a “+” sign; when the device is below the surface of a geoid h, it has a “-” sign).

Центробежное ускорение равноCentrifugal acceleration equals

Figure 00000024
Figure 00000024

Подставим формулу (7) в равенство (9) с учетом выражения (8) и, разложив синус малого угла в степенной ряд, после преобразования получимWe substitute formula (7) into equality (9) taking into account expression (8) and, expanding the sine of the small angle in a power series, after the transformation we obtain

Figure 00000025
Figure 00000025

Тогда поправка Δgэ будет равнаThen the correction Δg e will be equal to

Figure 00000026
Figure 00000026

Известно [4], что при движении гравиметрических приборов навстречу друг другу на движущемся объекте ускорения

Figure 00000027
и
Figure 00000028
, измеренные соответственно первым и вторым приборами в момент их встречи на траверзе, можно вычислить по формуламIt is known [4] that when gravimetric instruments move towards each other on a moving acceleration object
Figure 00000027
and
Figure 00000028
measured respectively by the first and second devices at the time of their meeting on the beam, can be calculated by the formulas

Figure 00000029
Figure 00000029

где

Figure 00000030
- значение ускорения при отсутствии скорости движения гравиметрических приборов и объекта;Where
Figure 00000030
- the value of acceleration in the absence of the speed of gravity devices and the object;

Δgэ1 и Δgэ2 - поправки за эффект Этвеша к измеренным значениям

Figure 00000031
и
Figure 00000032
соответственно.Δg Δg E1 and E2 - the amendment of the Eötvös effect to the measured values
Figure 00000031
and
Figure 00000032
respectively.

С учетом формулы (11) формулы (12) примут видTaking into account formula (11), formulas (12) take the form

Figure 00000033
Figure 00000033

где ϑg1 и ϑп2 - скорость движения 1 и 2 гравиметрических приборов относительно объекта соответственно;where ϑ g1 and ϑ n2 are the speed of movement of 1 and 2 gravimetric instruments relative to the object, respectively;

ϑ - абсолютная скорость объекта.ϑ is the absolute speed of the object.

Разность (

Figure 00000034
) значений
Figure 00000035
и
Figure 00000036
будет иметь видDifference (
Figure 00000034
) values
Figure 00000035
and
Figure 00000036
will have the form

Figure 00000037
Figure 00000037

Известно [2], что астрономическая широта φ и азимут α можно вычислить по формуламIt is known [2] that the astronomical latitude φ and azimuth α can be calculated by the formulas

Figure 00000038
Figure 00000038

где В и А - геодезические широта и азимут диаметральной плоскости соответственно.where B and A are the geodesic latitude and azimuth of the diametrical plane, respectively.

Подставляя (15) в (14), получимSubstituting (15) into (14), we obtain

Figure 00000039
Figure 00000039

Так как в новом способе (см. фиг.1) перемещают на объекте в горизонте навстречу друг дугу два гравиметрических прибора в направлении ВО, составляющем угол δ1 с диаметральной плоскостью (ДП) объекта, а два гравиметрических прибора - в направлении ГО, составляющем угол δ2 с ДП, отличающемся от направления ВО на известный угол θ, то в моменты нахождения на траверзе гравиметрических приборов, движущихся навстречу друг другу по направлению ВО один со скоростью ϑп1 и второй со скоростью ϑп2, то по их отсчетам получим разность

Figure 00000040
, а по отсчетам движущихся навстречу друг другу гравиметрических приборов по направлению ГО (один со скоростью ϑ3 и второй со скоростью ϑu) - разность
Figure 00000041
.Since in the new method (see Fig. 1), two gravimetric devices are moved toward the object in the horizon towards the arc in the BO direction, which is the angle δ 1 with the object’s diametrical plane (DP), and two gravimetric devices are moved in the GO direction, which makes the angle δ 2 with a DP different from the BO direction by a known angle θ, then at the moments when gravimetric instruments are moving on the beam, moving towards each other in the BO direction, one at a speed of ϑ n1 and the second at a speed of то n2 , then we obtain the difference from their readings
Figure 00000040
, and according to the readings of gravimetric instruments moving towards each other in the direction of GO (one with a speed of ϑ 3 and the second with a speed of ϑ u ) - the difference
Figure 00000041
.

Значения

Figure 00000042
и
Figure 00000041
с учетом формулы (16) можно вычислить следующим образом:Values
Figure 00000042
and
Figure 00000041
taking into account formula (16) can be calculated as follows:

Figure 00000043
Figure 00000043

Если учесть, что радиус кривизны траектории гиростабилизированной платформы навигационного комплекса подвижного объекта равен радиусу кривизны геоида, поскольку стабилизация данной платформы происходит за счет влияния ускорения силы тяжести Земли, то значение Rг, исходя из физики, можно вычислить по следующим формулам:If we take into account that the radius of curvature of the trajectory of the gyrostabilized platform of the navigation system of a moving object is equal to the radius of curvature of the geoid, since the stabilization of this platform occurs due to the influence of the acceleration of gravity of the Earth, then the value of R g , based on physics, can be calculated by the following formulas:

Figure 00000044
Figure 00000044

Figure 00000045
Figure 00000045

где ϑzi, ϑxi, ϑyi - вертикальная и горизонтальные составляющие вектора абсолютной скорости подвижного объекта в моменты времени ti и ti+1 в точках траектории движения данной гиростабилизированной платформы;where ϑ zi , ϑ xi , ϑ yi are the vertical and horizontal components of the absolute velocity vector of the moving object at time t i and t i + 1 at the points of the trajectory of the given gyro-stabilized platform;

βi - угол между вектором абсолютной скорости движущегося объекта и плоскостью горизонта.β i is the angle between the absolute velocity vector of a moving object and the horizon plane.

Обозначим:Denote:

Figure 00000046
Figure 00000046

где h1 и h2 - расстояния по вертикальной оси гравиметрических приборов, движущихся по направлениям ВО и ГО, до поверхности геоида.where h 1 and h 2 are the distances along the vertical axis of gravimetric instruments moving in the directions of VO and GO to the surface of the geoid.

Из фиг.1 видно, что азимут А вектора абсолютной скорости объекта будет равенFigure 1 shows that the azimuth A of the absolute velocity vector of the object will be equal

Figure 00000047
Figure 00000047

где ПК и γ - истинный курс и угол дрейфа (сноса) объекта соответственно.where PC and γ are the true course and drift angle (drift) of the object, respectively.

Учитывая, что значения ξ и η не превышают 60 угл. секунд, можно использовать следующие приближенные равенства:Given that the values of ξ and η do not exceed 60 angles. seconds, you can use the following approximate equalities:

Figure 00000048
Figure 00000048

С учетом (20), (21) и (22) система уравнений (17) будет иметь следующий вид:Taking into account (20), (21) and (22), the system of equations (17) will have the following form:

Figure 00000049
Figure 00000049

Решая систему (23) относительно ξ и η, получим формулы для определения составляющих уклонения отвесной линии (УОЛ) в меридиане и в первом вертикале вида:Solving system (23) with respect to ξ and η, we obtain formulas for determining the components of the steep line deviation (RL) in the meridian and in the first vertical of the form:

Figure 00000050
Figure 00000050

Произведенный анализ уровня техники позволил установить: аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют. Это указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности «новизна».The analysis of the prior art made it possible to establish: analogues, characterized by a set of features that are identical to all the features of the claimed technical solution, are absent. This indicates the conformity of the claimed method to the condition of patentability "novelty."

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного способа, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».Search results for known solutions in this and related fields of technology in order to identify features that match the distinctive features of the prototype of the claimed method showed that they do not follow explicitly from the prior art. Therefore, the claimed invention meets the condition of patentability "inventive step".

Для реализации данного способа определения УОЛ можно предложить навигационный комплекс, функциональная схема которого показана на фиг.3. Навигационный комплекс включает бортовой вычислитель 1, магнитный датчик направления (МДН) 2, блок датчиков углов крена (БДУК) 3, блок датчиков углов тангажа (БДТ) 4, блок датчиков углов атаки (БДУА) 5, блок датчиков углов скольжения (БДУС) 6, приемоиндикатор спутниковой навигационной системы (ПИ СНС) 7, блок датчиков линейных ускорений (БДЛУ) 8, блок датчиков угловых скоростей (БДУС) 9, пульт управления 10, косвенная стабилизированная платформа (КСП) 11, на которой установлены три моментных электродвигателя (МЭД) 12, 13, 14 с сервоприводом, два трехкомпонентных акселерометра (ТКА) 15, 16 с механизмом перемещения акселерометров (МПА) 17,19 в горизонтальной плоскости относительно друг друга, измеритель линейной скорости (ИЛС) перемещения трехкомпонентных акселерометров 18, измеритель скорости объекта 19 и гирокомпас 20, содержащий косвенную стабилизированную платформу (КСП) 21, на которой установлены три моментных электродвигателя (МЭД) 22, 23, 24 с сервоприводом, четыре акселерометра с вертикальной осью чувствительности (АВОЧ) 25, 26, 27, 28 с механизмом их перемещения (МПА) 29 в горизонте первой пары акселерометров 25, 26 навстречу друг другу по заданному направлению и второй пары акселерометров 27, 28 навстречу друг другу по направлению, перпендикулярному заданному направлению перемещения первой пары акселерометров (АВОИ) 25, 26 измерителем 30 линейной скорости (ИЛС) перемещения акселерометров 25, 26, 27, 28, относительно подвижного объекта регистратором 31 моментов (РМВ) двух акселерометров на траверзе первой и второй пары функционально связанных с блоком управления и с бортовым вычислителем 1.For the implementation of this method for determining the OOL, you can offer a navigation system, a functional diagram of which is shown in figure 3. The navigation system includes an on-board computer 1, a magnetic direction sensor (MDN) 2, a block of roll angle sensors (BDUK) 3, a block of pitch angle sensors (BDT) 4, a block of sensors of angle of attack (BDUA) 5, a block of sensors of angle of glide (BDUS) 6 , receiver indicator of satellite navigation system (PI SNA) 7, block of linear acceleration sensors (BDLU) 8, block of angular velocity sensors (BDUS) 9, control panel 10, indirect stabilized platform (KSP) 11, on which three torque motors (MED) are installed 12, 13, 14 with servo drive, two three-component accelerometers (TKA) 15, 16 with a mechanism for moving accelerometers (MPA) 17.19 in a horizontal plane relative to each other, a linear velocity meter (HLS) for moving three-component accelerometers 18, a speed meter 19 and a gyrocompass 20 containing an indirect stabilized platform (PCB ) 21, on which are installed three torque electric motors (MED) 22, 23, 24 with a servo drive, four accelerometers with a vertical axis of sensitivity (AVOCH) 25, 26, 27, 28 with a mechanism for moving them (MPA) 29 in the horizon of the first pair with an accelerator trov 25, 26 towards each other in a given direction and the second pair of accelerometers 27, 28 towards each other in a direction perpendicular to the specified direction of movement of the first pair of accelerometers (ABOI) 25, 26 with a linear velocity meter (ILS) 30 of moving accelerometers 25, 26, 27 , 28, relative to a moving object by a 31 moment recorder (RMB) of two accelerometers on the beam of the first and second pair functionally connected to the control unit and to the on-board computer 1.

Косвенная стабилизированная платформа 21 выполнена с тремя кардановыми рамками, на которых установлены три моментовых электродвигателя 22, 23, 24 с сервоприводом, выполненные в виде редуктора. Механизм 29 перемещения в горизонте первой пары акселерометров 25, 26 по параллельным направлениям навстречу друг другу по заданному направлению и второй пары акселерометров 27, 28 по параллельным направлениям навстречу друг другу по направлению, перпендикулярному заданному направлению перемещения первой пары акселерометров 25, 26, состоит из двигателя, редуктора, червячных передач.Indirect stabilized platform 21 is made with three cardan frames, on which are installed three torque motors 22, 23, 24 with a servo drive, made in the form of a gearbox. The mechanism 29 for moving in the horizon of the first pair of accelerometers 25, 26 in parallel directions towards each other in a given direction and the second pair of accelerometers 27, 28 in parallel directions towards each other in a direction perpendicular to the specified direction of movement of the first pair of accelerometers 25, 26 consists of an engine gearbox, worm gears.

Механизм 29 может быть также выполнен в виде закрепленных на стабилизированной в горизонте платформе двух маятниковых штативов, к которым подвешены по два маятника. К каждому маятнику прикреплен акселерометр с вертикальной осью чувствительности. Для обеспечения незатухающих колебаний маятники должны колебаться в вакуумном колпаке или под воздействием внешней силы, например, наведенного магнитного поля, которое возможно наводить с помощью электромагнита.The mechanism 29 can also be made in the form of two pendulum stands fixed to a platform stabilized in the horizon, to which two pendulums are suspended. An accelerometer with a vertical axis of sensitivity is attached to each pendulum. To ensure undamped oscillations, the pendulums must oscillate in a vacuum cap or under the influence of an external force, for example, an induced magnetic field, which can be induced by an electromagnet.

Механизм 29 может быть также выполнен в виде эскалатора с бесконечной лентой, на которой закреплены акселерометры.The mechanism 29 can also be made in the form of an escalator with an endless belt on which accelerometers are mounted.

Измеритель 30 линейной скорости движения акселерометров относительно подвижного объекта может быть выполнен в виде интерферометрического датчика, а также может быть использован тахометр типа АДТ-20-50, соединенный своим выходом с бортовым вычислителем 1.The meter 30 of the linear velocity of the accelerometers relative to the moving object can be made in the form of an interferometric sensor, and a tachometer of the ADT-20-50 type can also be used, connected with its output to the on-board computer 1.

Регистратор моментов 31 встречи акселерометров на траверзе может состоять из фотоприемника и направленного источника света, которые расположены соответственно на одном и втором акселерометре в первой и второй пары, выход которого соединен с входом бортового вычислителя 1.The moment recorder 31 of the meeting of the accelerometers on the beam can consist of a photodetector and a directional light source, which are located respectively on one and the second accelerometer in the first and second pairs, the output of which is connected to the input of the on-board computer 1.

Определение составляющих УОЛ в меридиане (ξ) и в первом вертикале (η) заключается в измерении суммарных ускорений акселерометрами 25, 26, 27, 28

Figure 00000051
,
Figure 00000052
,
Figure 00000053
,
Figure 00000054
в момент их встречи при взаимном перемещении акселерометров 25, 26 по параллельным направлениям, перпендикулярным направлениям перемещения акселерометров 25, 26. При этом определяется разность отсчетов
Figure 00000055
и
Figure 00000056
в соответствии с уравнением, связывающим скорости ϑ подвижного объекта относительно Земли, линейную скорость перемещения акселерометров 25, 26, 27, 28
Figure 00000057
,
Figure 00000058
,
Figure 00000059
,
Figure 00000060
соответственно, радиус кривизны траектории движения стабилизированной платформы подвижного объекта Rп, угловую скорость вращения Земли ω через параметры, определяющие взаимную ориентацию систем отсчета, в которых измеряется ускорение и совершается перемещение подвижного объекта.The determination of the components of the OOL in the meridian (ξ) and in the first vertical (η) consists in measuring the total accelerations by accelerometers 25, 26, 27, 28
Figure 00000051
,
Figure 00000052
,
Figure 00000053
,
Figure 00000054
at the time of their meeting with the mutual movement of the accelerometers 25, 26 in parallel directions perpendicular to the directions of movement of the accelerometers 25, 26. In this case, the difference in readings is determined
Figure 00000055
and
Figure 00000056
in accordance with the equation relating the velocities ϑ of the moving object relative to the Earth, the linear velocity of the accelerometers 25, 26, 27, 28
Figure 00000057
,
Figure 00000058
,
Figure 00000059
,
Figure 00000060
accordingly, the radius of curvature of the trajectory of the stabilized platform of the moving object R p , the angular velocity of the Earth’s rotation ω through the parameters that determine the mutual orientation of the reference systems in which the acceleration is measured and the moving object is moving.

Для определения составляющих ξ и η УОЛ необходимо иметь как минимум два подобных уравнения, которые можно получить, используя, например, первую и вторую пары акселерометров с вертикальной осью чувствительности, которых перемещают по заданным и взаимно перпендикулярным направлениям, ориентированным относительно диаметральной плоскости подвижного объекта. При этом два акселерометра первой пары и второй пары перемещают по параллельным направлениям навстречу друг другу. И фиксируют моменты встречи данных акселерометров первой и второй пар.To determine the components of ξ and η of the OOL, it is necessary to have at least two similar equations that can be obtained using, for example, the first and second pairs of accelerometers with a vertical axis of sensitivity, which are moved along given and mutually perpendicular directions oriented relative to the diametrical plane of the moving object. In this case, two accelerometers of the first pair and the second pair are moved in parallel directions towards each other. And they record the moments of the meeting of these accelerometers of the first and second pairs.

При идентичности параметров акселерометров 25, 26 и 27, 28 появляется возможность исключать из полученных уравнений ускорения, вызываемые одинаковыми силами. Вследствие синхронности и независимости измерений исключаются и другие одинаковые систематические погрешности для первой и второй пар акселерометров, чем обеспечивается повышение точности выработки составляющих ξ и η УОЛ, что, в свою очередь, позволяет осуществлять коррекцию истинного курса и счислимых географических координат, вырабатываемых навигационным комплексом подвижного объекта.If the parameters of the accelerometers 25, 26 and 27, 28 are identical, it becomes possible to exclude from the obtained equations the accelerations caused by the same forces. Due to the synchronization and independence of measurements, other identical systematic errors for the first and second pairs of accelerometers are eliminated, which ensures an increase in the accuracy of the generation of components ξ and η of the OOL, which, in turn, allows for the correction of the true course and calculated geographic coordinates generated by the navigation system of a moving object .

В бортовом вычислителе 1 искомые значения ξ и η УОЛ определяются путем совместного решения уравнений вида (24).In the on-board computer 1, the desired values of ξ and η of the OOL are determined by jointly solving equations of the form (24).

СКП определения составляющих ξ и η УОЛ заявляемым гравиметрическим способом в океане и устройством для его осуществления можно вычислить по формуламUPC determination of the components of ξ and η OOL by the claimed gravimetric method in the ocean and a device for its implementation can be calculated by the formulas

Figure 00000061
Figure 00000061

Figure 00000062
Figure 00000062

где

Figure 00000063
,
Figure 00000064
, mϑ, mΣ, и mh - погрешности определения значений
Figure 00000065
,
Figure 00000066
, ϑ, ∑, Rг и h соответственно.Where
Figure 00000063
,
Figure 00000064
, m ϑ , m Σ , and m h are the errors in determining the values
Figure 00000065
,
Figure 00000066
, ϑ, ∑, R g and h, respectively.

Например, когда Σ1=Σ2=∑=500 км/ч; δ1=0°, δ2=90°, ИК+γ=90°; В=45°;

Figure 00000067
(погрешность измерения ускорения современными акселерометрами); ϑ=20 уз; mϑ≤0,1 уз; m∑=0,01 уз; mRг=1 км; mh=1% от h (современный инерциальный навигационный комплекс обеспечивает определение ϑ, Rг, ∑, h с указанными погрешностями), то погрешность определения составляющих ξ и η УОЛ при осреднении их значений не превысит 1 угл.с.For example, when Σ 1 = Σ 2 = ∑ = 500 km / h; δ 1 = 0 °, δ 2 = 90 °, IR + γ = 90 °; B = 45 °;
Figure 00000067
(measurement error of acceleration by modern accelerometers); ϑ = 20 knots; m ϑ ≤0.1 knots; m ∑ = 0.01 knots; m Rg = 1 km; m h = 1% of h (a modern inertial navigation system provides the determination of ϑ, R g , ∑, h with the indicated errors), then the error in determining the components ξ and η of the OOL when averaging their values will not exceed 1 arc.s.

Таким образом, использование предложенного гравиметрического способа определения УОЛ в океане по сравнению с прототипом обеспечивает значительное (на порядок) повышение точности определения УОЛ на подвижном объекте и позволяет определить на объекте впервые в мировой практике составляющие УОЛ в меридиане и первом вертикале.Thus, the use of the proposed gravimetric method for determining the OOL in the ocean compared to the prototype provides a significant (an order of magnitude) increase in the accuracy of determining the OOL on a moving object and allows you to determine the components of the OOL in the meridian and the first vertical for the first time in world practice.

Источники информацииInformation sources

1. Материалы по морской навигации, гидрологии и океанографии. // Записки по гидрографии. Л.: ГУНиО МО РФ, 1976, №196. - С.78-83.1. Materials on marine navigation, hydrology and oceanography. // Notes on hydrography. L .: GUNiO of the Ministry of Defense of the Russian Federation, 1976, No. 196. - S. 78-83.

2. Иванов Б.Е. Эффект Этвеща при движении по поверхности геоида. - В сб.: Вопросы теории и методики гравитационных измерений на движущемся основании. - М.: Ин-т физики Земли, Пензенский политехнический ин-т, 1976. - С.60-63.2. Ivanov B.E. The Atvesh effect when moving along the surface of a geoid. - In: Issues of the theory and methodology of gravitational measurements on a moving base. - M.: Institute of Earth Physics, Penza Polytechnic Institute, 1976. - P.60-63.

3. Корн г., Корн Т. Справочник по математике для научных сотрудников и инженеров. - М.: Наука, 1968. - 832 с.3. Korn g., Korn T. Handbook of mathematics for researchers and engineers. - M .: Nauka, 1968 .-- 832 p.

4. Сажина Н.Б. Грушинская H.. Гравитационная разведка. - М.: Недра, 1966. - 263 с.4. Sazhina N.B. Grushinskaya H. Gravity intelligence. - M .: Nedra, 1966 .-- 263 p.

Claims (1)

Гравиметрический способ определения уклонения отвесной линии на подвижном объекте в океане, включающий измерения ускорений гравиметрическими приборами, например акселерометрами с вертикальной осью чувствительности на объекте, и по полученным данным производят вычисление искомых значений составляющих уклонения отвесной линии в меридиане и в первом вертикале, отличающийся тем, что измеряют ускорения силы тяжести четырьмя гравиметрическими приборами, перемещают на объекте в горизонте навстречу друг другу два гравиметрических прибора по заданному направлению и два гравиметрических прибора по направлению, перпендикулярному заданному направлению, при этом производят отсчеты значений ускорений силы тяжести в моменты их встречи на траверзе, определяют абсолютную скорость объекта, линейную скорость движения гравиметрических приборов относительно движущегося объекта, истинный курс, широту, угол дрейфа (сноса) объекта, радиус кривизны траектории перемещения гравиметрических приборов и расстояния по вертикали от гравиметрических приборов до поверхности геоида. The gravimetric method for determining the deviation of a vertical line on a moving object in the ocean, including measuring accelerations by gravimetric instruments, for example, accelerometers with a vertical axis of sensitivity on the object, and using the data obtained, the desired values of the components of the vertical line deviation are calculated in the meridian and in the first vertical, characterized in that measure the acceleration of gravity by four gravimetric devices, move two gravimetric devices on the object in the horizon towards each other and in a given direction and two gravimetric devices in a direction perpendicular to a given direction, in this case, the values of gravity accelerations are measured at the moments of their meeting on the beam, the absolute speed of the object, the linear velocity of the gravity devices relative to the moving object, the true course, latitude, angle drift (drift) of the object, the radius of curvature of the trajectory of movement of gravimetric devices and the vertical distance from gravimetric devices to the surface of the geoid.
RU2007124860/28A 2007-07-02 2007-07-02 Gravimetric method to define deviation of plumb-line in ocean on mobile object RU2348009C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007124860/28A RU2348009C1 (en) 2007-07-02 2007-07-02 Gravimetric method to define deviation of plumb-line in ocean on mobile object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007124860/28A RU2348009C1 (en) 2007-07-02 2007-07-02 Gravimetric method to define deviation of plumb-line in ocean on mobile object

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2348009C1 true RU2348009C1 (en) 2009-02-27

Family

ID=40529933

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007124860/28A RU2348009C1 (en) 2007-07-02 2007-07-02 Gravimetric method to define deviation of plumb-line in ocean on mobile object

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2348009C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2500071C1 (en) * 2009-10-19 2013-11-27 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Transmission diversity and multiplexing for harq-ack signals in communication systems
RU2699907C1 (en) * 2019-02-07 2019-09-11 Анатолий Борисович Попов Plumb line deviation detection system
RU2704545C1 (en) * 2019-04-15 2019-10-29 Анатолий Борисович Попов Method for absolute measurements of a gravitational field on a mobile object

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2500071C1 (en) * 2009-10-19 2013-11-27 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Transmission diversity and multiplexing for harq-ack signals in communication systems
US9438402B2 (en) 2009-10-19 2016-09-06 Samsung Electronics Co., Ltd Transmission diversity and multiplexing for HARQ-ACK signals in communication systems
US9444603B2 (en) 2009-10-19 2016-09-13 Samsung Electronics Co., Ltd Transmission diversity and multiplexing for HARQ-ACK signals in communication systems
US9992006B2 (en) 2009-10-19 2018-06-05 Samsung Electronics Co., Ltd Transmission diversity and multiplexing for HARQ-ACK signals in communication systems
RU2699907C1 (en) * 2019-02-07 2019-09-11 Анатолий Борисович Попов Plumb line deviation detection system
RU2704545C1 (en) * 2019-04-15 2019-10-29 Анатолий Борисович Попов Method for absolute measurements of a gravitational field on a mobile object

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sun et al. MEMS-based rotary strapdown inertial navigation system
US8005635B2 (en) Self-calibrated azimuth and attitude accuracy enhancing method and system (SAAAEMS)
RU2558724C2 (en) Diagnostic complex for determination of pipeline position, and method for determining relative displacement of pipeline as per results of two and more inspection passes of diagnostic complex for determination of pipelines position
US2914763A (en) Doppler-inertial navigation data system
CN103076025B (en) A kind of optical fibre gyro constant error scaling method based on two solver
CN110031882A (en) A kind of outer measurement information compensation method based on SINS/DVL integrated navigation system
CN101571394A (en) Method for determining initial attitude of fiber strapdown inertial navigation system based on rotating mechanism
CN101701825A (en) High-precision laser gyroscope single-shaft rotating inertial navigation system
CN104374388A (en) Flight attitude determining method based on polarized light sensor
CN103925930B (en) A kind of compensation method of gravimeter biax gyrostabilized platform course error effect
CN102680000A (en) Zero-velocity/course correction application online calibrating method for optical fiber strapdown inertial measuring unit
Sun et al. Fiber-based rotary strapdown inertial navigation system
AU2017232241B1 (en) Low Cost INS
US20140249750A1 (en) Navigational and location determination system
CN103940445A (en) Error compensation method of inertial components of single-axis rotation inertial navigation system
RU2348009C1 (en) Gravimetric method to define deviation of plumb-line in ocean on mobile object
CN104655123B (en) A kind of method that utilization optical fibre gyro determines rotational-angular velocity of the earth
CN103292810B (en) A kind of rotary inertia guiding systems signal synchronous compensation method
Deng et al. Error modulation scheme analysis of dual-axis rotating strap-down inertial navigation system based on FOG
RU2373562C2 (en) Method and device for controlling horizontal orientation of aircraft
CN104154914A (en) Initial attitude measurement method of space stabilization type strapdown inertial navigation system
RU2348011C1 (en) Navigation system
RU2320963C2 (en) Mode of mounting axles of mobile object
Hegazy et al. Calibration and compensation of scale factor non-linearity and non-orthogonality errors for dynamically tuned gyroscope (DTG)
Chen et al. Surveying method of measurement while drilling based on the inertial sensor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090703