Способ измерения магнитного курса судна в высоких широтах и устройство для его реализации - RU2688900C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано в высокоширотных магнитных компасах, оборудованных устройствами дистанционной передачи информации о курсе.

Известны дистанционные магнитные компасы, содержащие корпус, заполненный демпфирующей жидкостью, картушку с магнитным чувствительным элементом (далее - МЧЭ), установленную на опоре, индукционный преобразователь, размещенный в магнитном поле МЧЭ, девиационный прибор, содержащий компенсатор полукруговой девиации компаса, и электромеханическую дистанционную передачу, например, магнитные компасы "Сектор" ["Магнитные компасы", В.П. Кожухов, В.В. Воронов, В.В. Григорьев // М.: Транспорт, 1981, стр. 173-180] и КМ145-С ["Современные судовые магнитные компасы" Л.А. Кардашинский-Брауде // С-Пб.:, Изд. ГНЦ РФ ЦНИИ "Электроприбор", 1999, стр. 60-62]. К недостаткам способа измерения магнитного курса, реализуемого в этих компасах относится значительная систематическая погрешность δ_p их показаний на качке при работе в высоких широтах, вызванная действием в плоскости диска картушки с МЧЭ проекции вертикальной составляющей земного магнетизма, выражаемой формулой ["Магнитно-компасное дело" Н.Ю. Рыбалтовский // Государственное издательство водного транспорта, Л., 1954, стр. 441]:

где h - высота картушки компаса над осью качаний судна;

i - угол поперечного крена судна;

θ - магнитное наклонение (угол между вертикальной и горизонтальной составляющей вектора магнитного поля Земли);

k - магнитный курс судна.

За прототип устройства, описанного в изобретении, принят компас КМ145-С.

Решаемая техническая проблема - разработка способа компенсации систематической погрешности δ_p компаса на качке (далее - погрешности δ_p), вызванной действием в плоскости диска картушки с МЧЭ проекции вертикальной составляющей земного магнетизма и совершенствование конструкции магнитного компаса (далее - компаса).

Технический результат - уменьшение погрешности магнитного компаса на качке, в том числе в высоких широтах.

Реализация предлагаемого способа и устройства достигается путем дополнительной установки на котелок магнитного компаса, закрепленного в кардановом подвесе, датчика угловой скорости (далее - ДУС) с вертикальной осью чувствительности, что способствует выработке мгновенных значений магнитного курса путем интегрирования сигнала ДУС, свободного от погрешности δ_p., а затем и сигнала погрешности δ_p компаса на качке. Указанный сигнал погрешности δ_p. определяется как разница мгновенных значений магнитного курса, полученных от датчика магнитного курса компаса, и выработанных путем преобразований мгновенных значений результатов измерений ДУС. Для достижения технического результата полученное значение погрешности δ_p вычитается из результатов измерений датчика магнитного курса магнитного компаса (далее - ДМК) и передается на выносной индикатор.

На фиг. 1 показана блок - схема выработки измерительных сигналов и их обработки в вычислительном устройстве, работающем на основе предлагаемого способа.

Предлагаемый способ заключается в следующем:

1. Выработка с помощью ДМК сигнала о мгновенных значениях курса в горизонтной системе координат, состоящего из магнитного курса К_м, угла рыскания γ_p, и погрешности δ_p.

2. Выработка с помощью ДУС с вертикальной осью чувствительности, установленного в горизонтной системе координат на котелке компаса, сигнала угловой скорости изменения курса, состоящего из угловых скоростей изменения курса

3. Интегрирование сигнала ДУС с постоянной времени Т₁ и формирование на выходе интегратора сигнала, состоящего из магнитного курса К_м, угла рыскания γ_p, и постоянного значения погрешности Δ_ДУС.. При выполнении вычислений значение Т₁ выбирается исходя из задачи исключения погрешности от скорости дрейфа

4. Вычисление разности между выходными сигналами ДМК и интегратора с целью формирования сигнала, состоящего из погрешности δ_p и погрешности Δ_ДУС.

5. Фильтрация значения погрешности Δ_ДУС с помощью фильтра высоких частот производится с постоянной времени T₂, величина которой принимается больше периода качки.

Коэффициенты K₁ и K₂ выбираются исходя из масштабных коэффициентов ДМК и ДУС, p - оператор дифференцирования.

1 - интегратор, 2 - фильтр высоких частот

6. Исключение из измеряемых мгновенных значений магнитного курса погрешности δ_p производится путем вычисления разности между выходным сигналом ДМК и сигналом с выхода фильтра высоких частот, пропорциональным погрешности δ_p. Передача откорректированного значения магнитного курса выполняется на выносной индикатор.

Предлагаемое для реализации способа устройство содержит: датчик магнитного курса, установленный в котелке магнитного компаса, закрепленном к нактоузу с помощью двухстепенного карданного подвеса, и выносной индикатор с вычислительным устройством. При этом ДМК включает картушку с МЧЭ и преобразователь курсовой для выработки электрического сигнала о курсе. На котелке компаса установлен ДУС с вертикальной осью чувствительности.

Устройство работает следующим образом:

ДМК вырабатывает сигнал мгновенного значения магнитного курса, состоящий из магнитного курса К_м, угла рыскания γ_p и погрешности от проекции вертикальной составляющей земного магнетизма δ_p., который подается на вход вычислительного устройства. ДУС с вертикальной осью чувствительности, установленный на котелке компаса, вырабатывает сигнал, пропорциональный угловой скорости изменения курса

Полученные на основе компьютерного моделирования результаты подтверждают возможность корректировки результатов измерений мгновенного значения магнитного курса за счет компенсации в нем погрешности от вертикальной составляющей земного магнетизма, возникающей на качке, не менее чем в десять раз, что позволяет использовать магнитный компас при плавании судов до 84° северной широты. Таким образом, заявленный технический результат достигнут. В настоящее время изготавливается опытный образец компаса.

Реферат

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано в высокоширотных магнитных компасах, имеющих погрешность на качке от воздействия на магниточувствительный элемент (МЧЭ) компаса вертикальной составляющей магнитного поля Земли, оборудованных устройствами дистанционной передачи информации о курсе. Способ заключается в том, что вырабатывают сигнал, состоящий из магнитного курса К, угла рыскания γи систематической погрешности δот проекции вертикальной составляющей земного магнетизма, затем с помощью датчика угловой скорости (ДУС) с вертикальной осью чувствительности, установленного на котелке компаса, вырабатывают сигнал, пропорциональный угловой скорости изменения магнитного курсаи рысканияс погрешностьюи коэффициентом передачи К. Сигнал ДУС интегрируется и вычитается из сигнала датчика магнитного курса (ДМК) с целью выработки сигнала погрешности δот влияния проекции вертикальной составляющей земного магнетизма на качке. При этом в результатах обработки присутствует постоянная составляющая от погрешности Δ(проинтегрированный дрейф), которая фильтруется фильтром высоких частот с постоянной времени Tбольше периода качки, после чего из сигнала ДМК вычитается сигнал, пропорциональный вертикальной составляющей земного магнетизма δ. Устройство реализует предложенный способ и состоит из датчика магнитного курса ДМК, включающего картушку с МЧЭ и преобразователь курсовой для выработки электрического сигнала о курсе, расположенные в котелке, на котором установлен ДУС. ДМК закреплен в кардановом подвесе, кроме того, устройство имеет выносной индикатор с вычислительным устройством. Технический результат - уменьшение погрешности магнитного компаса на качке, величина которой является значительной в высоких широтах. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Формула

1. Способ измерения мгновенного значения магнитного курса судна на качке при воздействии на магниточувствительный элемент (МЧЭ) компаса вертикальной составляющей магнитного поля Земли, заключающийся в выработке датчиком магнитного курса (ДМК) сигнала о магнитном курсе, состоящего из магнитного курса К_м, угла рыскания γ_р и погрешности δ_р, отличающийся тем, что с помощью датчика угловой скорости (ДУС) с вертикальной осью чувствительности, установленного в горизонтной системе координат на котелке компаса, вырабатывается сигнал угловой скорости изменения курса с коэффициентом передачи К_ДУС, состоящий из угловых скоростей изменения курса

, рыскания

и погрешности

ДУС, характеризуемой его дрейфом, сигнал ДУС интегрируется и на выходе интегратора формируется сигнал, состоящий из магнитного курса К_м, угла рыскания γ_р и постоянного значения погрешности Δ_ДУС, вычисляется разность между выходными сигналами ДМК и интегратора для формирования сигнала, состоящего из погрешности δ_р и погрешности Δ_ДУС, осуществляется фильтрация значения погрешности Δ_ДУС с помощью фильтра высоких частот, на выходе фильтра высоких частот формируется сигнал, пропорциональный погрешности δ_р, затем производится вычисление разности между выходным сигналом ДМК и погрешностью δ_р, откорректированное значение магнитного курса передается на выносной индикатор.