Механические модели блока инерциальных датчиков с вибрационным подвесом гироскопов

14 сентября 2022 года
Г.О.Баранцев

В настоящей работе рассматриваются две задачи. Глава I посвящена задаче начальной выставки
бескадранной инерциальной навигационной системы (БИНС) при угловом движении основания.
Она включает в себя теоретические основы и описание алгоритма начальной выставки БИНС,
основанного на аппроксимации показаний инерциальных датчиков в инерциальном трехграннике
с последующей перепроектировкой сглаженных показаний в приборные оси и расчетом углов
ориентации. Такой подход к начальной выставке позволяет существенно улучшить точность и
стабильность решения задачи начальной выставки при угловых движениях основания, например,
при вибрациях системы и ветровых возмущениях. В главе также приводится обработка реальных
данных системы, при наличии подобных возмущений, приводится сравнение навигационных
решений после различных алгоритмов выставки.
Наряду с внешними возмущениями системы, в показаниях инерциальных датчиков также
присутствуют и внутренние. Глава II посвящена задаче калибровки упругих динамических
деформаций виброподвеса лазерного гироскопа и их влиянию на точность навигационного
решения, полученного по показаниям инерциальных датчиков, входящих в состав БИНС.
Приводится методика калибровки связанных с этим эффектом параметров и способ его
компенсации в режиме навигации. Рассмотрены две модели, включающие в себя разное число
параметров. Предложенный способ является дополнением методики калибровки бескарданных
инерциальных систем навигационного класса точности на поворотном стенде с горизонтальной
осью вращения, разработанной в 2009 году Н.А. Парусниковым. В оригинальном методе задача
калибровки БИНС сводится к задаче оценивания состояния линейной динамической системы с
измерениями. Параметры упругих деформаций виброподвесов дополняют оцениваемый вектор
состояния. В работе исследуются условия оцениваемости новых компонент и ковариации ошибок
их оценки. Описываются движения поворотного стенда, при которых полный набор новых
калибровочных параметров поддается оцениванию. Также приводятся результаты моделирования
и реальных калибровочных экспериментов на поворотном стенде.
В Главах I и II основной задачей ставится снижение негативного влияния внешних и внутренних
возмущений в показаниях инерциальных датчиков на точность навигационного решения. В
качестве объекта исследования при этом рассматривается наиболее распространённая
конфигурация БИНС, имеющая в своем составе лазерные гироскопы и кварцевые акселерометры.