Обобщенные схемы ИНС на базе ГСП.

Обобщенная схема ИНС изображена на рис. 2.

Рисунок 2 Обобщенная схема ИНС:

Трехкомпонентный акселерометр расположен на гиростабилизированной платформе (ГСП). Акселерометр измеряет вектор ускорения активными силами. После суммирования ускорения с вектором гравитационного ускорения образуется вектор полного ускорения .

Уточним схему ИНС применительно к навигации объекта вблизи поверхности сферической Земли. Географическая система координат при навигации вблизи Земли показана на рис. 3.

Данная система координат принята за базовую. Ось направлена по радиус-вектору , соединяющему центр Земли с точкой нахождения объекта. Две другие оси лежат в плоскости местного горизонта. Ось направлена по касательной к параллели на восток , ось - по касательной к местному меридиану на север . Координаты места положения объекта определяются длиной радиус-вектора , широтой и долготой . Если пренебречь высотой, то - радиус Земли, а объект двигается по поверхности Земли со скоростью (рис. 4).

Тогда

,

(6)

где , - северная и восточная составляющие скорости объекта;

- истинный курс объекта.

Рисунок 3 Географическая система координат

1 – нулевой меридиан; 2 – экватор; - долгота; - широта

На основании рис. 3. можно получить следующее соотношения:

,

(7)

где = - радиус параллели.

Рисунок 4 Вектор скорости движения объекта и его составляющие

Предположим, что с помощью гиростабилизированной платформы (ГСП) смоделирована на борту объекта географическая система координат и на ней установлены два однокомпонентных акселерометра. Акселерометры на ГСП установлены так, что измерительная ось одного из них ориентирована на север (северный акселерометр ), а измерительная ось другого – на восток (восточный акселерометр ). Тогда географические координаты места положения объекта и могут быть вычислены на основе соотношений (6) и (7). Схема ИНС, решающая задачу, приведена на рис. 5.

Акселерометры и измеряют соответственно северную и восточную составляющие ускорения объекта. После интегрирования на первых интеграторах северного и восточного каналов получают приращение скоростей и . Если и просуммировать с начальными значениями скоростей и , то в итоге получим проекции векторов скоростей северного и восточного направлений

и .

(8)

Рисунок 5 Схема принципа построения инерциальной навигационной системы:

1 – ГСП; 2 – акселерометр северного направления ; 3 – акселерометр восточного направления ; 4 – интеграторы северного канала; 5 – интеграторы восточного канала; 6,7 – масштабирующие элементы; 8 – вычислительный канал курса.

На основе сигналов и с помощью масштабирующих элементов и формируются сигналы и , которые далее поступают на входы вторых интеграторов: северного и восточного . С входов вторых интеграторов получают приращение географических координат объекта и . После суммирования и с начальными значениями географических координат местоположения окончательно получают информацию о текущих значениях широты и долготы:

.

Истинный курс объекта вырабатывается в вычислительном канале курса 8 на основании составляющих и .

Для нормального функционирования ИНС (рис. 5) необходимо выполнить начальную выставку ГСП, то есть оси ГСП должны быть совмещены с осями географической системы координат в момент начала работы системы.

В дальнейшем моделировании е системы координат с помощью ГСП может осуществляться двумя путями:

· в разомкнутых ИНС – без использования акселерометров;

· в замкнутых ИНС – по сигналам акселерометров.