Материал: Инерциальная навигационная система И–21 (96

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

А.В. Быковский, Л.М. Селиванова

Инерциальная навигационная система И-21

Методические указания к лабораторным работам по курсам «Иинерциальные навигационные системы»

и«Автоматическое управление летательными аппаратами

иинерциальные навигационные системы»

Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана

2007

УДК 629.7 ББК 39.56

Б 953

Рецензент В.Д. Арсеньев

Быковский А.В., Селиванова Л.М.

Б953 Инерциальная навигационная система И-21: Метод. указания

клабораторным работам по курсам «Инерциальные навигационные системы» и «Автоматическое управление летательными аппаратами и инерциальные навигационные системы». – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 24 с.

Вметодических указаниях дано достаточно полное представление о назначении, принципе работы, основных режимах, составе аппаратуры и технических характеристиках современной инерциальной навигационной системы И-21.

Для студентов 4- и 5-го курсов, обучающихся по специальности «Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации» на факультетах ИУ и ПС. Могут быть также полезны студентам старших курсов при курсовом и дипломном проектировании.

Ил. 5. табл. 1. Библиогр. 2 назв.

УДК 629.7 ББК 39.56

Методическое издание

Александр Владимирович Быковский Людмила Михайловна Селиванова

Инерциальная навигационная система И-21

Редактор С.А. Серебрякова

Корректор Компьютерная верстка Е.В. Зимакова

Подписано в печать 2007. Формат 60х84/16. Бумага офсетная. Печ. л. . Усл. печ. л. . Уч.-изд. л. . Тираж 100 экз.

Изд № 22. Заказ

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 105005, Москва, 2-я Бауманская, 5

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007

Цель работы – ознакомиться назначением, принципом действия, основными режимами работы, составом аппаратуры и техническими характеристиками системы И-21 и провести экспериментальное исследование ее точности в режимах выставки и навигации.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Назначение системы

Инерциальная система И-21 является автономным средством навигации и управления тяжелых самолетов и предназначена для определения и выдачи потребителям следующих основных данных:

– географических координат местоположения (широты φ, долготы λ); путевой скорости (V ) и ее проекций в осях гироплатформы

(Vx,Vy);

–истинного курса (ИК);

–углов крена (γ), тангажа (υ) и гироскопического курса (ψг);

–вертикального ускорения и составляющих ускорения по продольной и поперечной осям самолета.

Кроме того, система выдает необходимые пилотажные данные: линейные координаты местоположения относительно заданного участка маршрута в частотно-ортодромической системе координат в виде бокового отклонения и расстояния до конечного пункта участка, продолжительность полета до конечного пункта текущего участка маршрута, угол сноса, скорость и угол ветра, заданный крен и др.

В системе И-21 предусмотрена эпизодическая коррекция координат и курса от других источников навигационной информации.

Полное описание инерциальной системы дано в руководстве по технической эксплуатации, которое имеется в лаборатории кафедры ИУ-2.

3

Принцип действия

Система И-21 принадлежит к классу прецизионных двухканальных платформенных инерциальных навигационных систем полуаналитического типа. В системе реализуется так называемый всеширотный алгоритм счисления координат с учетом несферичности Земли.

Вычисление координат самолета в И-21 осуществляется в экваториальной связанной с Землей системе координат ξηζ. Ось ζ этой системы координат направлена по оси суточного вращения Земли к Северному полюсу (N), а оси ξ, η расположены в плоскости земного экватора так, что ось ξ совпадает с линией пересечения плоскостей экватора и Гринвичского меридиана (рис. 1). Положение самолета (М)

вэтой системе координат определяется сферическими координатами λ, φ, Н. Географическая долгота λ отсчитывается в плоскости экватора к востоку (+λ) и западу (–λ) от Гринвичского меридиана и изменяется

вдиапазоне ±180°. Географическая широта φ отсчитывается в плоскости меридиана к северу (+φ) и к югу (–φ) от плоскости экватора и изменяется в диапазоне ±90°. Третья координата – высота полета Н – определяется неинерциальными методами с помощью бароили радиовысотомеров и в качестве внешней информации вводится в вычислитель инерциальной системы.

Акселерометры в системе И-21 ориентируются по осям так называемого полусвободного горизонтального сопровождающего трехгранника XYZ. Начало этого трехгранника совпадает с точкой М текущего местоположения самолета, ось Z направлена по местной вертикали вверх, а оси X, Y лежат в плоскости горизонта (см. рис. 1).

Положение осей X, Y в азимуте определяется углом ε, отсчитываемым против часовой стрелки, между направлением на север и осью Y

вдиапазоне 0...360°. Составляющая абсолютной угловой скорости этого трехгранника ωz равна вертикальной составляющей скорости

суточного вращения Земли U : ωz =U sin ϕ, где U = 7,29 · 103 1/c–1,

т. е. трехгранник XYZ свободен в азимуте в относительном движении вокруг Земли и связан с нею в суточном движении.

4

Рис. 1. Системы координат

Такая ориентация гироплатформ в азимуте обеспечивает навигацию в любых широтах, в отличие от варианта ориентации горизонтальных осей гироплатформы по странам света (на восток – Е и север – N), когда требуемая угловая скорость разворота платформы в азимуте вблизи полюсов неограниченно возрастает и система теряет работоспособность. Роль физического образа трехгранника XYZ в системе И-21 выполняет гироплатформа с установленными на ней инерциальными датчиками: акселерометрами Аx, Аy, Аz и гироскопами Г1, Г2. Чтобы выполнялось это условие, гироплатформа должна непрерывно следовать за трехгранником XYZ, разворачиваясь в пространстве с абсолютной угловой скоростью:

ωG =Ω+UG,

где ΩG =λ+ϕG – вектор угловой скорости, обусловленный движением

самолета относительно Земли.

Для полусвободного горизонтального сопровождающего трехгранника XYZ составляющая Ωz =0.

5