РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ	(19) RU (11) 2 546 076 (13) C1
	(51) МПК G05B 23/00 (2006.01)

Статус:	действует (последнее изменение статуса: 30.06.2022)
Пошлина:	учтена за 10 год с 21.05.2023 по 20.05.2024. Установленный срок для уплаты пошлины за 11 год: с 21.05.2023 по 20.05.2024. При уплате пошлины за 11 год в дополнительный 6-месячный срок с 21.05.2024 по 20.11.2024 размер пошлины увеличивается на 50%.

(21)(22) Заявка: 2014120268/08, 20.05.2014 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: 20.05.2014 Приоритет(ы): (22) Дата подачи заявки: 20.05.2014 (45) Опубликовано: 10.04.2015 Бюл. № 10 (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2103718 C1, 27.01.1998. RU 2493578 C1, 20.09.2013. US 2003/0216865 A1, 20.11.2003. US 2010/0094511 A1, 15.04.2010 Адрес для переписки: 190000, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 67, лит. А, ГУАП

(72) Автор(ы): Чернов Владимир Юрьевич (RU) (73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" (ГУАП) (RU)

(54) УСТРОЙСТВО КОМПЛЕКСНОГО КОНТРОЛЯ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Изобретение относится к области контроля исправности систем управления маневренных подвижных объектов и, в частности, к средствам комплексного аппаратурно безызбыточного контроля платформенных и бесплатформенных инерциальных систем с датчиками ускорений, пилотируемых и беспилотных наземных, воздушных и космических аппаратов, минимального веса, габаритов, энергопотребления, сложности и стоимости. Оно также может быть использовано для создания простых и высоконадежных средств контроля и резервных каналов пилотажно-навигационных систем современного самолета, защищенных от отказов и сбоев основной многократно резервированной сложной гироинерциальной системы управления.

Известено устройство контроля пилотажно-навигационной системы самолета ИЛ-86 [Воробьев В.Г., Глухов В.В., Кадышев И.К. Авиационные приборы, информационно-измерительные системы и комплексы. М.: Транспорт, 1992. С.290, 368, 375; Морозов В.В., Баринова Т.В. Приборное оборудование самолета ИЛ-86 и его эксплуатация. Учебное пособие. Ульяновск: Центр ГА СЭВ, 1989], в котором широко применяется аппаратная избыточность датчиков курса, рыскания, тангажа, крена трех инерциальных навигационных систем (ИНС), резервированных блоков датчиков угловых скоростей (БДГ), датчиков скоростей и других приборов, реализуемый мажоритарными блоками контроля крена (БКК), базовой системой курса и вертикали (БСКВ), блоком формирования команд (БФК). Среднее значение трех одноименных полетных параметров с мажоритарного блока сравнивается с выходными сигналами датчиков и по рассогласованию делается вывод об исправности соответствующего датчика системы. При этом обеспечивается высокая информационная производительность контроля платформенной ИНС I₁=I_Vξ+I_Vη+I_Vζ+I_ψ+I_ϑ+I_γ=0,698 бит/c [1, с. 11-13]. Трехкратное увеличение веса, габаритов, энергопотребления, стоимости приборного оборудования с целью повышения безопасности полета здесь вполне допустимо. Однако сложность контроля и, как следствие, его низкая надежность и достоверность обнаружения отказа именно датчиков комплекса, содержащего, например, типовые элементы: платформенную инерциальную навигационную систему ИНС-2000 (среднее время наработки на отказ Т_ИНС=1000 ч), бортовую цифровую вычислительную машину БЦВМ 80-30301 (среднее время наработки на отказ Т_БЦВМ=18000 ч) делает его малоэффективным по достоверности Р_Д1=0,526 и времени достоверного контроля Т_Д1=3,1 ч, для времени полета t=2 ч. Это требует большого объема регламентных, предполетных работ [2, 3]. Надежность платформенной инерциальной навигационной системы, состоящей из трех ИНС-2000 и БЦВМ 80-30301, здесь очень велика и составляет Т=16300 ч. Весовые G₁=21×3+8=71 кг и габаритные характеристики V₁=(385×264×195)×3+(140×140×22)×2=60322 см³ значительны. Точность контроля по углу 7-9 угл. град., по скорости - 15 км/ч. Устройство исключительно затратно, так как его работа связана с расходом ресурса сразу трех весьма дорогих инерциальных систем.

Известны устройства контроля инерциальных навигационных систем с применением наблюдателей состояния, объединяемых фильтром Калмана или Льюенбергера [Кузовков Н.Т. Системы стабилизации летательных аппаратов. М.: Высшая школа, 1976, с. 191-205; Авиационная радионавигация: Справочник. Под ред. А.А. Сосновского. М.: Транспорт, 1990, с. 30-31; Колодежный Л.П., Чернодаров А.В. Надежность и техническая диагностика. М.: Изд. ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина, 2010, с. 178]. Наблюдатель состояния строится на основе модели объекта контроля и помех, подключенной параллельно и охваченной дополнительной обратной связью по сигналу рассогласования модели и объекта. Модель объекта контроля, как правило, имеет упрощенный линеаризованный характер. При этом коэффициент обратной связи выбирается таким образом, чтобы выход модели как можно точнее совпадал с выходом контролируемой инерциальной навигационной системы. Следя за величиной рассогласования, можно осуществить непрерывный контроль за исправностью системы. Ожидаемая точность контроля по углу - 0,5 угл. мин, по скорости - 0.5-2 м/с. Основная трудность в реализации устройства заключается в определении переменных коэффициентов обратной связи по адекватной модели сложной, нелинейной и размерной платформенной инерциальной навигационной системы и нестационарных корреляционных функций ее случайных помех [4, с. 205; 5, с. 111, 125, 128, 132 и др.].

Известно устройство комплексного контроля инерциальной системы - прототип [Заявка на патент РФ №2013125214, МПК G05B 23/00, 30.05.2013], содержащее датчик продольной угловой скорости, датчик нормальной угловой скорости, датчик поперечной угловой скорости, первый сумматор, первый вычитающий вход которого соединен с выходом первого дифференциатора, второй суммирующий вход - с выходом первого умножителя, третий вычитающий вход - с выходом второго умножителя, а выход, через первый компаратор, - с первым входом схемы ИЛИ, второй сумматор, первый вычитающий вход которого соединен с выходом второго дифференциатора, второй суммирующий вход - с выходом третьего умножителя, третий вычитающий вход - с выходом четвертого умножителя, а выход, через второй компаратор - со вторым входом схемы ИЛИ, третий сумматор, первый вычитающий вход которого соединен с выходом третьего дифференциатора, второй суммирующий вход - с выходом пятого умножителя, третий вычитающий вход - с выходом шестого умножителя, а выход, через третий компаратор, - с третьим входом схемы ИЛИ, датчик крена, выход которого соединен с входами первого и второго функциональных преобразователей, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам первого преобразователя координат, датчик тангажа, выход которого соединен с входами третьего и четвертого функциональных преобразователей, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам второго преобразователя координат, датчик гироскопического курса, выход которого соединен с входами пятого и шестого функциональных преобразователей, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам третьего преобразователя координат, датчик вертикальной скорости, датчик северной скорости, датчик западной скорости. Устройство комплексного контроля инерциальной системы также содержит четвертый преобразователь координат, первую, вторую, третью, четвертую схемы вычитания, первый, второй интеграторы, четвертый, пятый, шестой, седьмой дифференциаторы, четвертый, пятый, шестой компараторы, седьмой, восьмой функцииональные преобразователи, задатчик ускорения силы тяжести, западный акселерометр, северный акселерометр, вертикальный акселерометр, датчик внутреннего крена, выход которого, через седьмой и восьмой функциональные преобразователи, соединен соответственно с первым и вторым входами четвертого преобразователя координат. Третий, четвертый, пятый входы первого преобразователя координат соединены соответственно с датчиком нормальной угловой скорости, датчиком продольной угловой скорости, датчиком поперечной угловой скорости. Третий вход второго преобразователя координат соединен с выходом первой схемы вычитания, вычитающий вход которой, через четвертый дифференциатор, подключен к датчику крена, четвертый и пятый входы - соответственно к первому и второму выходам первого преобразователя координат. Суммирующий вход первой схемы вычитания соединен с третьим выходом первого преобразователя координат. Третий и четвертый входы четвертого преобразователя координат соединены соответственно с первым и вторым выходом второго преобразователя координат, пятый вход - с выходом второй схемы вычитания, вычитающий вход которой, через пятый дифференциатор, подключен к датчику тангажа. Суммирующий вход второй схемы вычитания соединен с третьим выходом второго преобразователя координат. Третий и четвертый входы третьего преобразователя координат соединены соответственно с первым и вторым выходом четвертого преобразователя координат, пятый вход - с выходом четвертой схемы вычитания, вычитающий вход которой, через седьмой дифференциатор, подключен к датчику внутреннего крена. Суммирующий вход четвертой схемы вычитания соединен с третьим выходом четвертого преобразователя координат. Первый выход третьего преобразователя координат, через первый интегратор, соединен с четвертым суммирующим входом первого сумматора, входами второго, пятого умножителей и, через четвертый компаратор, с входом схемы ИЛИ. Второй выход третьего преобразователя координат, через второй интегратор, соединен с четвертым вычитающим входом второго сумматора, входами третьего, шестого умножителей и, через пятый компаратор, с входом схемы ИЛИ. Третий выход третьего преобразователя координат соединен с суммирующим входом третьей схемы вычитания, вычитающий вход которой, через шестой дифференциатор, соединен с датчиком гироскопического курса. Выход третьей схемы вычитания соединен с первым, четвертым умножителем и, через шестой компаратор, с входом схемы ИЛИ. Задатчик ускорения силы тяжести соединен с четвертым суммирующим входом третьего сумматора. Датчик вертикальной скорости соединен с входами второго, третьего умножителя и третьего дифференциатора. Датчик северной скорости соединен с входами первого, шестого умножителей и второго дифференциатора. Датчик западной скорости соединен с входами четвертого, пятого умножителей и первого дифференциатора. Выходы вертикального акселерометра, северного акселерометра, западного акселерометра соединены с пятыми суммирующими входами соответственно третьего, второго, первого сумматоров. Выход схемы ИЛИ является выходом устройства.

Устройство комплексного контроля инерциальной системы отличается также тем, что преобразователь координат содержит последовательно соединенные седьмой умножитель, первый вход которого соединен с первым входом преобразователя координат, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом восьмого умножителя, а выход - с первым выходом преобразователя координат, последовательно соединенные девятый умножитель, первый вход которого соединен с вторым входом преобразователя координат, второй вход, как и второй вход седьмого умножителя, соединен с третьим входом преобразователя координат, пятую схему вычитания, суммирующий вход которой соединен с выходом девятого умножителя, вычитающий вход - с выходом десятого умножителя, а выход - со вторым выходом преобразователя координат. Четвертый вход преобразователя координат соединен с его третьим выходом, пятый вход - с первыми входами восьмого и десятого умножителей, вторые входы которых соединены соответственно с вторым и первым входами преобразователя координат.

Отсутствие избыточных датчиков, необходимых для обнаружения отказа, сделало целесообразным применение этого устройства в пилотажно-навигационных комплексах подвижных объектов. Устройство использует информацию датчиков, уже имеющихся на борту (инерциальная навигационная система + вычислитель + три датчика угловых скоростей системы автоматического управления), и входящих в состав штатного приборного оборудования. Устройство контроля - прототип имеет наименьший вес G₂=21+8+0,13×3=29,4 кг, габариты V₂=385×264×195+(140×140×22)×2+130×3=21072 см³. Информационная производительность [1, с. 11] контроля для прототипа составляет . Достоверность контроля навигационной системы - Р_Д2=0,959819. Среднее время достоверного контроля Т_Д2=49 ч для платформенной инерциальной навигационной системы (среднее время наработки: ИНС-2000, Т_ИНС-2000=1000 ч; ЦВМ 80-30301, Т_БЦВМ=18000 ч [6, 7]; ДУС_В-5,Т_ДУС=15000 ч [8]).

Недостатком известного устройства-прототипа является низкая точность контроля из-за накопления ошибок на выходах интеграторов от сигналов датчиков угловых скоростей [Белогородский С.Л. Автоматизация управления посадкой самолета. М.: Транспорт, 1972, с. 270-271; Тарушкина Л.Т. Статистическая оценка параметров управляемых систем с помощью ЦВМ. Л.: Машиностроение, 1973, с. 29-30, Рис. 4], вследствие чего, даже при условии исправности датчиков, с течением времени, сигналы на выходах интеграторов нарастают и могут привести к срабатыванию компараторов по ложным сигналам отказа системы. Так, для ДУСУ1-6С накопленная ошибка контроля, за 0.5 ч работы, составляет 12 угл. град., а для ДУС_В-5-1,8 угл. град.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является создание универсальной аппаратурно безызбыточной комплексной системы автоматического контроля инерциальной системы, включающей платформенную или бесплатформенную инерциальную навигационную систему, блок датчиков линейных ускорений, и, возможно, блок датчиков угловых скоростей, входящих в штатный состав системы автоматического управления летательного аппарата [1, с. 101; 9].

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленного изобретения, является повышение точности и достоверности обнаружения отказа, информационной производительности, точности контроля параметров с безызбыточными средствами минимального веса, габаритов, энергопотребления, сложности и стоимости при одновременном повышении эффективности выполнения полетных задач объектом, улучшения его эксплуатационных характеристик. Полнота контроля включает все выходные сигналы системы. Устройство применимо для большого числа платформенных и бесплатформенных инерциальных систем с электромеханическими, поплавковыми, двух/трехстепенными, лазерными, вибрационными, волоконнооптическими, микромеханическими и другими гироскопами. При этом обеспечивается работа как в полетном, так и предполетном состоянии комплекса. Контроль ведется по безынерционным соотношениям, содержащим простейшие операции, реализуемые вычислителем на борту подвижного маневренного объекта. Контроль имеет непосредственный, а не косвенный характер, так как ведется по выходным сигналам системы, что обеспечивает защиту потребителей от возможных отказов и сбоев такого важнейшего прибора управления, как инерциальная система.

Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство комплексного контроля инерциальной системы, содержащее датчик крена, датчик тангажа, датчик внутреннего крена, датчик гироскопического курса, датчик вертикальной скорости, датчик западной скорости, датчик северной скорости, первый дифференциатор, первый и второй функциональные преобразователи, входы которых соединены с выходом датчика гироскопического курса, а выходы - соответственно с первым и вторым входами первого преобразователя координат, выход первого дифференциатора соединен с вычитающим входом первой схемы вычитания, третий, четвертый функциональные преобразователи, второй дифференциатор, входы которых соединены с выходом датчика внутреннего крена, выходы третьего, четвертого функциональных преобразователей соединены соответственно с первым, вторым входами второго преобразователя координат, пятый, шестой функциональные преобразователи, третий дифференциатор, входы которых соединены с выходом датчика тангажа, выходы третьего, четвертого функциональных преобразователей соединены соответственно с первым, вторым входами третьего преобразователя координат, седьмой, восьмой функциональные преобразователи, четвертый дифференциатор, входы которых соединены с выходом датчика крена, выходы седьмого, восьмого функциональных преобразователей соединены соответственно с первым, вторым входами четвертого преобразователя координат, первый сумматор, первый суммирующий вход которого соединен с выходом пятого дифференциатора, второй вычитающий вход - с выходом первого умножителя, третий суммирующий вход - с выходом второго умножителя, а выход, через первый компаратор, - с первым входом схемы ИЛИ, второй сумматор, первый суммирующий вход которого соединен с выходом шестого дифференциатора, второй вычитающий вход - с выходом третьего умножителя, третий суммирующий вход - с выходом четвертого умножителя, а выход, через второй компаратор, - со вторым входом схемы ИЛИ, третий сумматор, первый суммирующий вход которого соединен с выходом седьмого дифференциатора, второй вычитающий вход - с выходом пятого умножителя, третий суммирующий вход - с выходом шестого умножителя, а выход, через третий компаратор, - с третьим входом схемы ИЛИ, четвертый сумматор, вторую схему вычитания, введены продольный акселерометр, нормальный акселерометр, поперечный акселерометр, задатчик продольного смещения, задатчик нормального смещения, задатчик поперечного смещения, продольный корректор, нормальный корректор, поперечный корректор, пятый, шестой, седьмой, восьмой преобразователи координат, задатчик западной угловой скорости, задатчик вертикальной угловой скорости, задатчик северной угловой скорости соединены соответственно с третьим, четвертым и пятым входами первого преобразователя координат, третий, четвертый и пятый входы второго преобразователя координат соединены соответственно со вторым, первым выходами первого преобразователя координат и выходом первой схемы вычитания, суммирующим входом подключенной к третьему выходу первого преобразователя координат, третий, четвертый и пятый входы третьего преобразователя координат соединены соответственно с первым, вторым выходом второго преобразователя координат и выходом четвертого сумматора, входы которого соединены с третьим выходом второго преобразователя координат и выходом второго дифференциатора, третий, четвертый и пятый входы четвертого преобразователя координат соединены соответственно с выходом пятого сумматора, входы которого соединены с третьим выходом третьего преобразователя координат и выходом третьего дифференциатора, первым, вторым выходом третьего преобразователя координат, первый выход четвертого преобразователя координат соединен с первыми входами второго, пятого умножителей, первым, вторым, третьим входами соответственно нормального, продольного и поперечного корректоров, второй выход четвертого преобразователя координат соединен с первыми входами первого, четвертого умножителей, первым, вторым, третьим входами соответственно поперечного, нормального, продольного корректоров, шестой сумматор, входы которого соединены с третьим выходом четвертого преобразователя координат, выходом четвертого дифференциатора, а выход - с первыми входами третьего, шестого умножителей, первым, вторым, третьим входами соответственно продольного, поперечного, нормального корректоров, задатчик продольного смещения соединен с четвертым, пятым, шестым входами соответственно нормального, продольного, поперечного корректоров, задатчик нормального смещения соединен с четвертым, пятым, шестым входами соответственно поперечного, нормального, продольного корректоров, задатчик поперечного смещения соединен с четвертым, пятым, шестым входами соответственно продольного, поперечного, нормального корректоров, выходы продольного, нормального, поперечного корректоров соединены с четвертыми входами соответственно первого, второго, третьего сумматоров, первый, второй входы пятого преобразователя координат соединены соответственно с выходами первого и второго функциональных преобразователей, третий, четвертый, пятый входы - соответственно с выходами датчика западной скорости, датчика вертикальной скорости, датчика северной скорости, первый, второй входы шестого преобразователя координат соединены соответственно с выходами третьего и четвертого функциональных преобразователей, третий, четвертый, пятый входы - соответственно со вторым, первым, третьим выходами пятого преобразователя координат, первый, второй входы седьмого преобразователя координат соединены соответственно с выходами пятого и шестого функциональных преобразователей, третий, четвертый, пятый входы - соответственно с третьим, вторым, первым выходами шестого преобразователя координат, первый, второй входы восьмого преобразователя координат соединены соответственно с выходами седьмого и восьмого функциональных преобразователей, третий, четвертый, пятый входы - соответственно с третьим, первым, вторым выходами седьмого преобразователя координат, первый выход восьмого преобразователя координат соединен со вторыми входами первого, шестого умножителей и входом шестого дифференциатора, второй выход восьмого преобразователя координат соединен со вторыми входами второго, третьего умножителей и входом седьмого дифференциатора, третий выход восьмого преобразователя координат соединен со вторыми входами четвертого, пятого умножителей и входом пятого дифференциатора, выход пятого функционального преобразователя соединен с пятым вычитающим входом первого сумматора, шестой вычитающий вход которого соединен с выходом продольного акселерометра, выход седьмого умножителя входы которого соединены с выходами шестого и восьмого функциональных преобразователей, подключен к пятому вычитающему входу второго сумматора, шестой вычитающий вход которого соединен с выходом нормального акселерометра, выход восьмого умножителя, входы которого соединены с выходами шестого и седьмого функциональных преобразователей, подключен к пятому суммирующему входу третьего сумматора, шестой вычитающий вход которого соединен с выходом поперечного акселерометра, выход схемы ИЛИ является выходом устройства.

Устройство комплексного контроля инерциальной системы, отличающееся также тем, что продольный корректор, нормальный корректор, поперечный корректор содержат девятый и десятый умножители, первые входы которых соединены с первым входом корректора, второй вход девятого умножителя, как и входы одиннадцатого умножителя и вход восьмого дифференциатора, соединены со вторым входом корректора, второй вход десятого умножителя, как и входы двенадцатого умножителя и вход девятого дифференциатора, соединены с третьим входом корректора, выход восьмого дифференциатора, через седьмой сумматор, ко второму входу которого подключен выход десятого умножителя, соединен с первым входом тринадцатого умножителя, второй вход которого соединен с четвертым входом корректора, а выход - с суммирующим входом восьмого сумматора, первый вычитающий вход которого, через четырнадцатый умножитель, соединен с пятым входом корректора и выходом девятого сумматора, подключенного к выходам одиннадцатого и двенадцатого умножителей, второй суммирующий вход восьмого сумматора соединен с выходом пятнадцатого умножителя, первый вход которого соединен с шестым входом корректора, а второй вход - с выходом второй схемы вычитания, суммирующий вход которой подключен к выходу девятого умножителя, а вычитающий вход - к выходу девятого дифференциатора, выход восьмого сумматора является выходом корректора.

Устройство комплексного контроля инерциальной системы, отличающееся также тем, что первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой преобразователи координат содержат последовательно соединенные шестнадцатый умножитель, первый вход которого соединен с первым входом преобразователя координат, десятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом семнадцатого умножителя, а выход - с первым выходом преобразователя координат, последовательно соединенные восемнадцатый умножитель, первый вход которого соединен со вторым входом преобразователя координат, второй вход, как и второй вход шестнадцатого умножителя, соединен с третьим входом преобразователя координат, третью схему вычитания, суммирующий вход которой соединен с выходом восемнадцатого умножителя, вычитающий вход - с выходом девятнадцатого умножителя, а выход - со вторым выходом преобразователя координат, четвертый вход преобразователя координат соединен с его третьим выходом, пятый вход - с первыми входами семнадцатого и девятнадцатого умножителей, вторые входы которых соединены соответственно с вторым и первым входами преобразователя координат.

Технический результат достигается тем, что в устройстве комплексного контроля инерциальной системы реализовано измерение величины и направления кажущегося ускорения , определение величины и направления разности , абсолютного и кажущегося ускорений , проекций этой разности на оси связанной системы координат OX_CY_CZ_C, в которой проверяется выполнение основного уравнения инерциальной навигации

где вектор ускорения силы тяжести в проекциях на те же оси OX_CY_CZ_C [1]. Взаимосвязь линейного и углового движения системы дает возможность определить отказ устройства.

Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественных всем признакам заявленного устройства комплексного контроля инерциальной системы, отсутствуют, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Результаты поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата и изобретение не основано на:

- дополнении известного устройства-аналога какой-либо известной частью, присоединенной к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно этого дополнения;

- замене какой-либо части устройства-аналога другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такого дополнения;

- исключении какой-либо части устройства-аналога с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции, и достижением обычного для такого исключения результата;

- увеличении количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в устройстве именно таких элементов;

- выполнении известного устройства-аналога или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;

- создании устройства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого устройства и связей между ними;

- изменении количественного признака (признаков) устройства и предоставлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении вида взаимосвязи, если известен факт влияния каждого из них на технический результат и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, следовательно, заявленное изобретение соответствует "изобретательскому уровню".

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, где изображена структурная схема устройства комплексного контроля инерциальной системы и приняты следующие обозначения:

1 - инерциальная навигационная система;

2 - датчик крена;

3 - датчик тангажа;

4 - датчик внутреннего крена;

5 - датчик гироскопического курса;

6 - датчик вертикальной скорости;

7 - датчик западной скорости;

8 - датчик северной скорости;

9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6, 9-7, 9-8 - первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой преобразователи координат;

10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 10-5, 10-6, 10-7, 10-8 - первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой функциональные преобразователи;

11-1, 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6, 11-7 - первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой дифференциаторы;

12-1 - первая схема вычитания;

13-1, 13-2, 13-3, 13-4, 13-5, 13-6 - первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой сумматоры;

14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5, 14-6, 14-7, 14-8 - первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой умножители;

15-1, 15-2, 15-3 - первый, второй, третий компараторы;

16 - схема ИЛИ;

17 - продольный акселерометр;

18 - нормальный акселерометр;

19 - поперечный акселерометр;

20 - задатчик западной угловой скорости;

21 - задатчик северной угловой скорости;

22 - задатчик вертикальной угловой скорости;

23 - задатчик продольного смещения;

24 - задатчик нормального смещения;

25 - задатчик поперечного смещения;

26-1, 26-2, 26-3 - продольный, нормальный, поперечный корректор.

На фиг.2 приведена структурная схема продольного, нормального, поперечного корректоров 26-1, 26-2, 26-3 по п. 2 формулы, где приняты следующие обозначения:

11-8, 11-9 - восьмой, девятый дифференциаторы;

12-2 - вторая схема вычитания;

13-7, 13-8, 13-9 - седьмой, восьмой, девятый сумматоры;

14-9, 14-10, 14-11, 14-12, 14-13, 14-14, 14-15 - девятый, десятый, одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый, четырнадцатый, пятнадцатый умножители.

На фиг. 3 приведена структурная схема первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого преобразователей координат 9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6, 9-7, 9-8 по п. 3 формулы, где приняты следующие обозначения:

12-3 - третья схема вычитания;

13-10 - десятый сумматор;

14-16, 14-17, 14-18, 14-19 - шестнадцатый, семнадцатый, восемнадцатый, девятнадцатый умножители.

На фиг. 4 показана кинематическая схема устройства комплексного контроля инерциальной системы 1 [10, с. 371], содержащее четырехрамочную гиростабилизированную платформу П и акселерометры A_X, A_Y, A_Z, установленные в точке O1 на корпусе ЛА. Здесь П - платформа, ВК - внутреннее кольцо, НК - наружное кольцо, ДР - дополнительная рама. На фиг. 4 изображено также положение систем координат и осей подвеса платформы в кардановом подвесе. Оξηζ - неподвижная, горизонтальная, географически ориентированная система координат; Oξ - направление на север (N); Oη - направление на запад (W); OX_CY_CZ_C - связанная система координат объекта; O1X_C1Y_C1Z_C1 - система координат коллиниарная связанной системы в точке установки акселерометров; OX_ПY_ПZ_П - система координат платформы П; AA - ось подвеса платформы; BB - ось подвеса внутреннего кольца; CC - ось подвеса наружного кольца; DD - ось подвеса дополнительной рамы. По осям подвеса расположены: датчик 2 крена γ, датчик 3 тангажа ϑ, датчик 4 внутреннего крена γ_B, датчик 5 гироскопического курса ψ_Г. Оси чувствительности акселерометров A_X,A_Y,A_Z ориентированы по осям связанной системы координат в точке O1, удаленной от точки O центра платформы на расстояние [x,y,z]^T.

На фиг. 4 изображено положение систем координат элементов карданова подвеса платформы, углов и угловых скоростей устройства.

OX_BY_BZ_B - система координат внутреннего кольца ВК;

OX_HY_HZ_H - система координат наружного кольца НК;

ОX_ДY_ДZ_Д - система координат дополнительной рамы ДР;

ψ_Г, ϑ, γ, γ_B - углы гироскопического курса, тангажа, крена, внутреннего крена;

ω_XП, ω_YП, ω_ZП - абсолютные угловые скорости платформы П;

ω_X,ω_Y,ω_Z - абсолютные угловые скорости объекта, на котором расположена инерциальная навигационная система;

ω_CX,ω_CY,ω_CZ - оценки угловых скоростей объекта, на котором расположена инерциальная навигационная система;

, , , - относительные угловые скорости гироскопического курса, тангажа, крена, внутреннего крена по осям AA, BB, CC, DD карданова подвеса; Взаимная связь систем координат элементов карданова подвеса, платформы и объекта (Фиг. 4) получается в виде:

где

Тогда скорости подвижного объекта в осях связанной системы координат будут:

Угловые скорости подвижного объекта:

Абсолютное ускорение подвижного объекта в точке O1 размещения акселерометров [11, с. 225] в проекциях на оси связанной системы координат будет:

где V_OX, V_OY, V_OZ - проекции линейной скорости объекта. Последние три слагаемых в (8), (10), (11) учитывают удаленность акселерометров от центра масс объекта. Проекции ускорения силы тяжести будут:

Преобразовав соотношение (1) к виду

после подстановки, получаем функции контроля устройства:

где Φ_i, - функции точности контроля и пороги срабатывания компараторов; U_Ki - выходной сигнал i-го компаратора; U_O - выходной сигнал, информирующий об отказе инерциальной системы. В случае присутствия на объекте датчиков угловых скоростей ω_X, ω_Y, ω_Z, функции точности контроля можно дополнить соотношениями:

где ; ; - оценки угловых скоростей объекта, а алгоритм работы компаратора (14) изменить с учетом (15) в виде

Устройство комплексного контроля инерциальной системы содержит инерциальную навигационную систему 1 с датчиком 2 крена, датчиком 3 тангажа, датчиком 4 внутреннего крена, датчиком 5 гироскопического курса по осям DD, CC, BB, AA карданова подвеса платформы, датчик 6 вертикальной скорости, датчик 7 северной скорости, датчик 8 западной скорости. Первый и второй входы первого преобразователя координат 9-1 соединены соответственно с выходами первого 10-1 и второго 10-2 функциональных преобразователей, входы которых, как и вход первого дифференциатора 11-1, соединены с выходом датчика 5 гироскопического курса. Выход первого дифференциатора 11-1 соединен с вычитающим входом первой схемы 12-1 вычитания. Первый и второй входы второго преобразователя координат 9-2 соединены соответственно с выходами третьего 10-3 и четвертого 10-4 функциональных преобразователей, входы которых, как и вход второго дифференциатора 11-2, соединены с выходом датчика 4 внутреннего крена. Выход второго дифференциатора 11-2 соединен с одним входом четвертого сумматора 13-4. Первый и второй входы третьего преобразователя координат 9-3 соединены соответственно с выходами пятого 10-5 и шестого 10-6 функциональных преобразователей, входы которых, как и вход третьего дифференциатора 11-3, соединены с выходом датчика 3 тангажа. Выход третьего дифференциатора 11-3 соединен с одним входом пятого сумматора 13-5. Первый и второй входы четвертого преобразователя координат 9-4 соединены соответственно с выходами седьмого 10-7 и восьмого 10-8 функциональных преобразователей, входы которых, как и вход четвертого дифференциатора 11-4, соединен с выходом датчика 2 крена. Выход четвертого дифференциатора 11-4 соединен с одним входом шестого сумматора 13-6. Первый сумматор 13-1 устройства имеет первый суммирующий вход, соединенный с выходом пятого дифференциатора 11-5, второй вычитающий вход - с выходом первого умножителя 14-1, третий суммирующий вход - с выходом второго умножителя 14-2, четвертый суммирующий вход - с выходом продольного корректора 26-1, пятый вычитающий вход - с выходом пятого функционального преобразователя 10-5, шестой вычитающий вход - выходом продольного акселерометра 17, а выход, через первый компаратор 15-1, - с входом схемы 16 ИЛИ. Второй сумматор 13-2 устройства имеет первый суммирующий вход, соединенный с выходом шестого дифференциатора 11-6, второй вычитающий вход - с выходом третьего умножителя 14-3, третий суммирующий вход - с выходом четвертого умножителя 14-4, четвертый суммирующий вход - с выходом нормального корректора 26-2, пятый вычитающий вход - с выходом седьмого умножителя 14-7, подключенного к выходам шестого 10-6 и восьмого 10-8 функциональных преобразователей, шестой вычитающий вход - выходом нормального акселерометра 18, а выход, через второй компаратор 15-2, - с входом схемы 16 ИЛИ. Третий сумматор 13-3 устройства имеет первый суммирующий вход соединенный с. выходом седьмого дифференциатора 11-7, второй вычитающий вход - с выходом пятого умножителя 14-5, третий суммирующий вход - с выходом шестого умножителя 14-6, четвертый суммирующий вход - с выходом поперечного корректора 26-3, пятый суммирующий вход - с выходом восьмого умножителя 14-8, подключенного к выходам шестого 10-6 и седьмого 10-7 функциональных преобразователей, шестой вычитающий вход - с выходом поперечного акселерометра 19, а выход, через третий компаратор 15-3, - с входом схемы 16 ИЛИ. Задатчик 20 западной угловой скорости, задатчик 22 вертикальной угловой скорости, задатчик 21 северной угловой скорости соединены соответственно с третьим, четвертым и пятым входами первого преобразователя 9-1 координат. Третий, четвертый и пятый входы второго преобразователя 9-2 координат соединены соответственно со вторым, первым выходами первого преобразователя 9-1 координат и выходом первой схемы 12-1 вычитания, суммирующим входом подключенной к третьему выходу первого преобразователя 9-1 координат. Третий, четвертый и пятый входы третьего преобразователя 9-3 координат соединены соответственно с первым, вторым выходом второго преобразователя 9-2 координат и выходом четвертого сумматора 13-4, входы которого соединены с третьим выходом второго преобразователя 9-2 координат и выходом второго дифференциатора 11-2. Третий, четвертый и пятый входы четвертого преобразователя 9-4 координат соединены соответственно с выходом пятого сумматора 13-5, входы которого соединены с третьим выходом третьего преобразователя 9-3 координат и выходом третьего дифференциатора 11-3, первым, вторым выходом третьего преобразователя 9-3 координат. Первый выход четвертого преобразователя 9-4 координат соединен с первыми входами второго 14-2, пятого 14-5 умножителей, первым, вторым, третьим входами соответственно нормального 26-2, продольного 26-1 и поперечного 26-3 корректоров. Второй выход четвертого преобразователя 9-4 координат соединен с первыми входами первого 14-1, четвертого 14-4 умножителей, первым, вторым, третьим входами соответственно поперечного 26-3, нормального 26-2, продольного 26-1 корректоров. Входы шестого сумматора 13-6 соединены с третьим выходом четвертого преобразователя 9-4 координат, выходом четвертого дифференциатора 11-4, а выход - с первыми входами третьего 14-3, шестого 14-6 умножителей, первым, вторым, третьим входами соответственно продольного 26-1, поперечного 26-3, нормального 26-2 корректоров. Задатчик продольного 23 смещения соединен с четвертым, пятым, шестым входами соответственно нормального 26-2, продольного 26-1, поперечного 26-3 корректоров. Задатчик 24 нормального смещения соединен с четвертым, пятым, шестым входами соответственно поперечного 25, нормального 24, продольного 23 корректоров. Задатчик 25 поперечного смещения соединен с четвертым, пятым, шестым входами соответственно продольного 23, поперечного 25, нормального 24 корректоров. Выходы продольного 23, нормального 24, поперечного 25 корректоров соединены с четвертыми входами соответственно первого 13-1, второго 13-2, третьего 13-3 сумматоров. Первый, второй входы пятого преобразователя 9-5 координат соединены с выходами первого 10-1 и второго 10-2 функциональных преобразователей, третий, четвертый, пятый входы соединены соответственно с выходами датчика 7 западной скорости, датчика 6 вертикальной скорости, датчика 8 северной скорости. Первый, второй входы шестого преобразователя 9-6 координат соединены соответственно с выходами третьего 10-3 и четвертого 10-4 функциональных преобразователей, третий, четвертый, пятый входы соединены со вторым, первым, третьим выходами пятого преобразователя 9-5 координат. Первый, второй входы седьмого преобразователя 9-7 координат соединены соответственно с выходами пятого 10-5 и шестого 10-6 функциональных преобразователей, третий, четвертый, пятый входы соединены соответственно с третьим, вторым, первым выходами шестого 9-6 преобразователя координат. Первый, второй входы восьмого преобразователя 9-8 координат соединены соответственно с выходами седьмого 10-7 и восьмого 10-8 функциональных преобразователей, третий, четвертый, пятый входы соединены соответственно с третьим, первым, вторым выходами седьмого 9-7 преобразователя координат. Первый выход восьмого преобразователя 9-8 координат соединен со вторыми входами первого 14-1, шестого 14-6 умножителей и входом шестого 11-6 дифференциатора. Второй выход восьмого преобразователя 9-8 координат соединен со вторыми входами второго 14-2, третьего 14-3 умножителей и входом седьмого 11-7 дифференциатора. Третий выход восьмого преобразователя 9-8 координат соединен со вторыми входами четвертого 14-4, пятого 14-5 умножителей и входом пятого 11-5 дифференциатора. Выход пятого функционального преобразователя 10-5 соединен с пятым вычитающим входом первого сумматора 13-1, шестой вычитающий вход которого соединен с выходом продольного акселерометра 17. Выход седьмого умножителя 14-7, входы которого соединены с выходами шестого 10-6 и восьмого 10-8 функциональных преобразователей, подключен к пятому вычитающему входу второго сумматора 13-2, шестой вычитающий вход которого соединен с выходом нормального акселерометра 18. Выход восьмого умножителя 14-8,входы которого соединены с выходами шестого 10-6 и седьмого 10-7 функциональных преобразователей, подключен к пятому суммирующему входу третьего сумматора 13-3, шестой вычитающий вход которого соединен с выходом поперечного акселерометра 19. Выход схемы 16 ИЛИ является выходом устройства.

Продольный корректор 26-1, поперечный корректор 26-3, нормальный корректор 26-2 содержат девятый 14-9 и десятый 14-10 умножители, первые входы которых соединены с первым входом корректора 26-1, 26-2, 26-3. Второй вход девятого умножителя 14-9, как и входы одиннадцатого умножителя 14-11 и вход восьмого дифференциатора 11-8, соединены со вторым входом корректора 26-1, 26-2, 26-3. Второй вход десятого умножителя 14-10, как и входы двенадцатого 14-12 умножителя и вход девятого дифференциатора 11-9, соединены с третьим входом корректора 26-1, 26-2, 26-3. Выход восьмого дифференциатора 11-8, через седьмой сумматор 13-7, ко второму входу которого подключен выход десятого умножителя 14-10, соединен с первым входом тринадцатого умножителя 14-13, второй вход которого соединен с четвертым входом корректора 26-1, 26-2, 26-3, а выход - с суммирующим входом восьмого сумматора 13-8, первый вычитающий вход которого, через четырнадцатый умножитель 14-14, соединен с пятым входом корректора 26-1, 26-2, 26-3 и выходом девятого сумматора 13-9, подключенного к выходам одиннадцатого 14-11 и двенадцатого 14-12 умножителей. Второй суммирующий вход восьмого сумматора 13-8 соединен с выходом пятнадцатого умножителя 14-15, первый вход которого соединен с шестым входом корректора 26-1, 26-2, 26-3, а второй вход - с выходом второй схемы 12-2 вычитания, суммирующий вход которой подключен к выходу девятого умножителя 14-9, а вычитающий вход - к выходу девятого дифференциатора 11-9. Выход восьмого сумматора 13-8 является выходом корректора 26-1, 26-2, 26-3.

Преобразователь координат 9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6, 9-7, 9-8 содержит последовательно соединенные умножитель 14-16, первый вход которого соединен с первым входом преобразователя координат 9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6, 9-7, 9-8, сумматор 13-10, второй вход которого соединен с выходом умножителя 14-17, а выход - с первым выходом преобразователя координат 9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6, 9-7, 9-8. Последовательно соединены также умножитель 14-18, первый вход которого соединен с вторым входом преобразователя координат 9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6, 9-7, 9-8, второй вход которого, как и второй вход умножителя 14-16, соединен с третьим входом преобразователя координат 9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6, 9-7, 9-8, схема 12-3 вычитания, суммирующий вход которой соединен с выходом умножителя 14-18, вычитающий вход - с выходом умножителя 14-19, а выход - со вторым выходом преобразователя координат 9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6, 9-7, 9-8. Четвертый вход преобразователя координат 9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6, 9-7, 9-8 соединен с его третьим выходом, а пятый вход - с первыми входами умножителей 14-17, 14-19, вторые входы которых соединены соответственно с вторым и первым входами преобразователя координат 9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6, 9-7, 9-8.

Практическая реализация устройства контроля комплексной инерциальной системы возможна на аналоговой и цифровой схемотехнической базе [9-13]. Объектом контроля - инерциальной навигационной системой здесь могут быть: ИКВ-1÷8, И-11, МИС, ИКВ-72, И-21, Ц-060÷063, 802, Ц-050, ИКВ-95, ИНС-80, ИНС-2000, ИСС-1, 705 и др.; продольный, нормальный, поперечный акселерометры: AT 1112, ДА-9, ДА-11, ДЛУК, АЛЕ 060, А-12, ИИБ, ИБД-46, АИСТ-350 и др.; типовые датчики продольной, поперечной, нормальной угловых скоростей: ДУСУ1, ДУСУ-АС, ДУСУ-М; волоконнооптические, лазерные: ВГ941-3, ДУСв-5, ДУС-500, ГЛ-2; микромеханические ADIS, ADXRS, ДУС-ММА, входящие в состав типовых систем автоматического управления объектов САУ-10, САУ-155, САУ-451, КСЭИС, СИВПП-В, КСУ-130 пилотажно-навигационных комплексов летательных аппаратов. Реализация алгоритма контроля возможна программными средствами БЦВМ 80-30ХХХ или БЦВМ 80-40ХХХ, БЦВМ 90-60ХХХ, БЦВМ-486 и др. [7, 13].

Устройство комплексного контроля инерциальной системы работает следующим образом. Инерциальная навигационная система 1 содержит датчик 2 крена, выходной сигнал γ которого поступает на входы четвертого дифференциатора 11-4, а также седьмого 10-7 и восьмого 10-8 функциональных преобразователей, на выходах которых получаются соответственно сигналы, пропорциональные , sinγ и cosγ. Аналогично инерциалная навигационная система 1 содержит датчик 3 тангажа, выходной сигнал 3 которого поступает на входы третьего дифференциатора 11-3, а также пятого 10-5 и шестого 10-6 функциональных преобразователей, на выходах которых получаются соответственно сигналы, пропорциональные , и . Инерциальная навигационная система 1 содержит датчик 4 внутреннего крена, выходной сигнал γ_B которого поступает входы второго дифференциатора 11-2, а также третьего 10-3 и четвертого 10-4 функциональных преобразователей, на выходах которых получаются соответственно сигналы, пропорциональные , и . Инерциальная навигационная система 1 содержит датчик 5 гироскопического курса, выходной сигнал ψ_Г которого поступает на входы первого дифференциатора 11-1, а также первого 10-1 и второго 10-2 функциональных преобразователей, на выходах которых получаются соответственно сигналы, пропорциональные , sinψ и cosψ_Г. На третий, четвертый, пятый входы первого преобразователя 9-1 координат поступают соответственно выходные сигналы ω_XП, ω_ZП, ω_YП с задатчика 20 западной угловой скорости, задатчика 21 вертикальной угловой скорости, задатчика 22 северной угловой скорости платформы инерциальной навигационной системы 1. Тем самым учитывается вращение географического трехгранника платформы [10, с. 355]

где φ, λ, Ω - широта, долгота, угловая скорость вращения Земли. На первом, втором выходах первого преобразователя 9-1 координат и выходе первой схемы 12-1 вычитания получаются сигналы:

пропорциональные угловым скоростям внутреннего кольца подвеса, поступающие на четвертый, третий и пятый входы второго преобразователя 9-2 координат. На первом, втором выходах второго преобразователя 9-2 координат и выходе четвертого сумматора 13-4 получаются сигналы:

пропорциональные угловым скоростям наружного кольца подвеса, поступающие на четвертый, третий и пятый входы третьего преобразователя 9-3 координат. На первом, втором выходах третьего преобразователя 9-3 координат и выходе пятого сумматора 13-5 получаются сигналы:

пропорциональные угловым скоростям дополнительной рамы подвеса, поступающие на четвертый, пятый и третий входы четвертого преобразователя 9-4 координат. На первом, втором выходах четвертого преобразователя 9-4 координат и выходе шестого сумматора 13-6 получаются сигналы:

пропорциональные угловым скоростям летательного аппарата. Сигнал ω_YC первого выхода преобразователя 9-4 координат поступает соответственно на первый, второй, третий входы нормального 26-2, продольного 26-1, поперечного 26-3 корректоров, первые входы второго 14-2 и пятого 14-5 умножителей. Сигнал ω_ZC со второго выхода преобразователя 9-4 координат поступает соответственно на первый, второй, третий входы поперечного 26-3, нормального 26-2, продольного 26-1 корректоров, первые входы первого 14-1 и четвертого 14-4 умножителей. Сигнал ω_XC с выхода шестого сумматора 13-6 поступает соответственно на первый, второй, третий входы продольного 26-1, поперечного 26-3, нормального 26-2 корректоров, первые входы третьего 14-3 и шестого 14-6 умножителей. Сигнал, пропорциональный x расстоянию от точки O места расположения инерциальной навигационной системы 1 до O1 места расположения продольного акселерометра 17, получается на выходе задатчика 23 продольного смещения и поступает соответственно на четвертый, пятый, шестой входы нормального 26-2, продольного 26-1, поперечного 26-3 корректоров. Сигнал, пропорциональный y расстоянию от точки O места расположения инерциальной навигационной системы 1 до O1 места расположения нормального акселерометра 18, получается на выходе задатчика 24 нормального смещения и поступает соответственно на четвертый, пятый, шестой входы поперечного 26-3, нормального 26-2, продольного 26-1 корректоров. Сигнал, пропорциональный z расстоянию от точки O места расположения инерциальной навигационной системы 1 до O1 места расположения поперечного акселерометра 19, получается на выходе задатчика 25 поперечного смещения и поступает соответственно на четвертый, пятый, шестой входы продольного 26-1, поперечного 26-3, нормального 26-2 корректоров. При этом на выходах продольного 26-1, нормального 26-2, поперечного 26-3 корректоров будут получаться сигналы, пропорциональные ускорениям [11]:

поступающие на четвертые входы соответственно первого 13-1, второго 13-2, третьего 13-3 сумматоров. Эти сигналы учитывают дополнительные составляющие ускорений, измеренные акселерометрами, при удаленном расположении от инерциальной навигационной системы 1. Сигналы с выходов первого 10-1 и второго 10-2 функциональных преобразователей поступают соответственно на первый и второй входы преобразователя 9-5 координат. Сигналы датчиков вертикальной 6 скорости, западной 7 скорости, северной 8 скорости инерциальной навигационной системы 1 поступают соответственно на четвертый, третий, пятый входы преобразователя 9-5 координат, на первом, втором, третьем выходах которого получаются сигналы, пропорциональные скоростям внутреннего кольца подвеса платформы:

Сигналы с выходов третьего 10-3 и четвертого 10-4 функциональных преобразователей поступают соответственно на первый и второй входы преобразователя 9-6 координат. На третий, четвертый, пятый входы преобразователя 9-6 координат поступают соответственно сигалы со второго, первого и третьего выходов преобразователя 9-5 координат. На первом, втором и третьем выходах преобразователя 9-6 координат получаются сигналы, пропорциональные скоростям наружного кольца подвеса платформы:

Сигналы с выходов пятого 10-5 и шестого 10-6 функциональных преобразователей поступают соответственно на первый и второй входы преобразователя 9-7 координат. На третий, четвертый, пятый входы преобразователя 9-7 координат поступают соответственно сигалы с третьего, второго и первого выходов преобразователя 9-6 координат. На первом, втором и третьем выходах преобразователя 9-7 координат получаются сигналы, пропорциональные скоростям дополнительной рамы подвеса платформы:

Сигналы с выходов седьмого 10-7 и восьмого 10-8 функциональных преобразователей поступают соответственно на первый и второй входы преобразователя 9-8 координат. На третий, четвертый, пятый входы преобразователя 9-8 координат поступают соответственно сигналы с третьего, первого и второго выходов преобразователя 9-7 координат. На первом, втором и третьем выходах преобразователя 9-8 координат получаются сигналы, пропорциональные скоростям летательного аппарата:

Сигнал, пропорциональный нормальной скорости V_YC, с первого выхода преобразователя 9-8 координат, через шестой дифференциатор 11-6, поступает на первый вход второго сумматора 13-2, на вторые входы первого 14-1, шестого 14-6 умножителей, подключенных соответственно ко второму вычитающему входу первого сумматора 13-1 и третьему входу третьего сумматора 13-3. Сигнал, пропорциональный поперечной скорости V_ZC, со второго выхода преобразователя 9-8 координат, через седьмой дифференциатор 11-7, поступает на первый вход третьего сумматора 13-3, на вторые входы второго 14-2, третьего 14-3 умножителей, подключенных соответственно к третьему входу первого сумматора 13-1 и второму вычитающему входу второго сумматора 13-2. Сигнал, пропорциональный продольной скорости V_XC, с третьего выхода преобразователя 9-8 координат, через пятый дифференциатор 11-5, поступает на первый вход первого сумматора 13-1, на вторые входы четвертого 14-4, пятого 14-5 умножителей, подключенных соответственно к третьему входу второго сумматора 13-2 и второму вычитающему входу третьего сумматора 13-3. На пятый вычитающий вход первого сумматора 13-1 поступает сигнал с выхода пятого функционального преобразователя 10-5, пропорциональный gsinϑ проекции ускорения силы тяжести на продольную ось летательного аппарата. На пятый вычитающий вход второго сумматора 13-2 поступает сигнал с выхода седьмого умножителя 14-7, входы которого подключены к выходам шестого 10-6 и восьмого 10-8 функциональных преобразователей, что позволяет учесть сигнал, пропорциональный gcosϑcosγ проекции ускорения силы тяжести на нормальную ось летательного аппарата. Аналогично, на пятый вход третьего сумматора 13-3 поступает сигнал с выхода восьмого умножителя 14-8, входы которого подключены к выходам шестого 10-6 и седьмого 10-7 функциональных преобразователей, что позволяет учесть сигнал, пропорциональный gcosϑsinγ проекции ускорения силы тяжести на поперечную ось летательного аппарата. Таким образом, сигналы на первом, втором, третьем, четвертом, пятом входах первого 13-1, второго 13-2 и третьего 13-3 сумматоров позволяют получить оценки кажущихся продольного, нормального, поперечного ускорений. Функции контроля (14-15) получаются при включении на шестые вычитающие входы соответственно первого 13-1, второго 13-2, третьего 13-3 сумматоров сигналов продольного 17, нормального 18, поперечного 19 акселерометров, а на выходы - соответственно первого 15-1, второго 15-2 и третьего 15-3 компараторов. Нарушение равенства измеренных акселерометрами ускорений и их оценок, вычисленных по сигналам платформенной инерциальной навигационной системы 1, ведет к срабатыванию компараторов и поступлению сигнала на вход логической схемы ИЛИ 16, информирующей об отказе в комплексной инерциальной системе летательного аппарата.

Продольный 26-1, нормальный 26-2, поперечный 26-3 корректор работают так, что сигнал, пропорциональный продольной (поперечной, нормальной) угловой скорости ω_X(ω_Z,ω_Y), поступает на первые входы девятого 14-9 и десятого 14-10 умножителей продольного (поперечного, нормального) корректора 26-1 (26-3, 26-2). На его второй вход поступает сигнал, пропорциональный нормальной (продольной, поперечной) угловой скорости ω_Y(ω_X, ω_Z), следующий далее на второй вход девятого 14-9 умножителя, входы одиннадцатого 14-11 умножителя и вход восьмого 11-8 дифференциатора. Выходной сигнал девятого 14-9 умножителя пропорционален ω_Xω_Y (ω_Zω_X, ω_Yω_Z), выходной сигнал одиннадцатого 14-11 умножителя пропорционален , а выходной сигнал восьмого дифференциатора 11-8 пропорционален . На его третий вход поступает сигнал, пропорциональный поперечной (нормальной, продольной) угловой скорости ωZ(ω_Y, ω_X), следующий далее на второй вход десятого 14-10 умножителя, входы двенадцатого 14-12 умножителя и вход девятого 11-9 дифференциатора. Выходной сигнал десятого 14-10 умножителя пропорционален ω_Xω_Z (ω_Zω_Y, ω_Yω_X), выходной сигнал одиннадцатого 14-12 умножителя пропорционален , а выходной сигнал девятого дифференциатора 11-9 пропорционален . На четвертый вход продольного (поперечного, нормального) корректора 26-1 (26-3, 26-2) поступает сигнал, пропорциональный поперечному (нормальному, продольному) смещению z (y, x) акселерометров от инерциальной навигационной системы 1. В тринадцатом умножителе 14-13 он умножается на выходной сигнал сумматора 13-7, представляющий собой сумму , и поступает на сумматор 13-8. На пятый вход продольного (поперечного, нормального) корректора 26-1 (26-3, 26-2) поступает сигнал, пропорциональный продольному (поперечному, нормальному) смещению x (z,y) акселерометров от инерциальной навигационной системы 1. В четырнадцатом умножителе 14-14 он умножается на выходной сигнал девятого сумматора 13-9, представляющий собой сумму , и поступает на вычитающий вход сумматора 13-8. На шестой вход продольного (поперечного, нормального) корректора 26-1 (26-3, 26-2) поступает сигнал, пропорциональный нормальному (продольному, поперечному) смещению y (x, z) акселерометров от инерциальной навигационной системы 1. В пятнадцатом умножителе 14-15 он умножается на выходной сигнал схемы вычитания 12-2, представляющий собой сумму , и поступает на сумматор 13-8. На выходе восьмого сумматора 13-8 получаются составляющие оценок (23) выходных сигналов продольного (поперечного, нормального) ускорения, возникающие из-за смещения акселерометров относительно точки размещения инерциальной навигационной системы 1 (Фиг. 4).

Преобразователи 9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6, 9-7, 9-8 координат работают следующим образом. Сигнал X₁ на первом входе преобразователей 9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6, 9-7, 9-8 координат, пропорциональный sin углов крена, тангажа, внутреннего крена, гироскопического курса, поступает на первый вход умножителя 14-16 и второй вход умножителя 14-19. Одновременно сигнал X₂, на втором входе преобразователей 9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6, 9-7, 9-8 координат, пропорциональный cos углов крена, тангажа, внутреннего крена, гироскопического курса, поступает на второй вход умножителя 14-17 и первый вход умножителя 14-18. На вторые входы умножителя 14-18 и умножителя 14-16 поступает сигнал X₃ с третьего входа преобразователей 9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6, 9-7, 9-8 координат, а на первые входы умножителя 14-17 и умножителя 14-19 - с пятого входа. На первом выходе преобразователей 9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6, 9-7, 9-8 координат, с выхода сумматора 13-10, получается сигнал Y₁=X₃X₁+X₅X₂, на втором выходе - со схемы 12-3 вычитания, получается сигнал Y₂=X₃X₂-X₅X₁. На третий выход преобразователей координат 9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6, 9-7, 9-8 сигнал с четвертого входа поступает без изменения так, что Y₃=X₄. В результате преобразователи 9-1, 9-2, 9-3, 9-4, 9-5, 9-6, 9-7, 9-8 координат реализуют вычисления угловых и линейных скоростей элементов подвеса платформы.

Таким образом, для заявляемого устройства комплексного контроля навигационной системы отсутствуют отмеченные ранее недостатки аналогов и прототипа. Устройство универсально, так как способно контролировать работоспособность большого числа платформенных: ИКВ-1÷8, И-11, МИС, ИКВ-72, И-21, Ц-050, ИНС-80, Ц-060÷063, 802, ИКВ-95, ИНС-2000, ИСС-1, 705, SKN-2440, LN-39, FIN-1010, AN/ASN-109 и бесплатформенных инерциальных навигационных систем И-42-1С, БИНС-85, БИНС-СП, LCR-93 и др. на наземных, воздушных, космических маневренных объектах в предполетном и полетном режиме работы. Проверяется вся выходная информация ИНС. Устройство имеет более широкое применение, чем прототип и аналоги. Аппаратно безызбыточный комплексный контроль использует типовое оборудование, входящее в состав пилотажно-навигационного комплекса объекта. От аппаратно-затратного контроля при дублировании или троировании крайне дорогостоящих проверяемых датчиков, как отмечено в аналогах, в заявляемом устройстве сделан переход к информационно-затратному безызбыточному контролю. Наивысшая информационная производительность контроля заявляемого устройства больше прототипа, она сочетается с уменьшенным весом G₃=29,12 кг и меньшими габаритами V₃=20281 см³ системы для одинаковой комплектации: ИНС-2000, ЦВМ80-30301, AT-1112 (ДУС_В5). Вес и габариты точных комплексируемых акселерометров сравнительно невелики. Точность контроля определяется точностью комплексируемых датчиков, например, типа AT-1112, для которого установившаяся ошибка контроля может быть 5,8·(10^-3÷10^-6) угл. град. При этом важно, что в устройстве проверяются не косвенные признаки исправности бортовых приборов: потребляемые токи, температура, изменения частных сигналов в поле допуска - а именно выходные сигналы навигации и ориентации пилотажно-навигационного комплекса. Основной недостаток прототипа - низкая точность контроля из-за накопления ошибок на выходах интеграторов здесь отсутствует. Программа реализации контроля БЦВМ проще, чем для наблюдателей состояния, и практически безынерционная. Достоверность контроля, как вероятность обнаружить отказ именно инерциальной навигационной системы с датчиками, составляет Р_Д3=0,959423, на 2 часа полета, что соответствует большому, как и у прототипа, среднему времени достоверного контроля Т_Д3=49 ч. В отличие от ранее отмеченных аналогов БКК, БСПК, БСКВ, БФК и пр. в заявляемом устройстве все линейные и угловые параметры движения маневренного объекта контролируются в одном блоке. Для микромеханической реализации акселерометров упрощенная конструкция устройства может быть встроена в корпус ИНС.

Таким образом, приведенные сведения доказывают, что при осуществлении заявленного изобретения выполняются следующие условия:

- средство, воплощяющее устройство-изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в транспортной, авиационной и космической технике и, в частности, для комплексного контроля инерциальных навигационных систем и датчиков пилотажно-навигационного комплекса беспилотных, пассажирских и транспортных самолетов;

- оно может использоваться для определения исправности самолета в полете и на стадии его предполетной проверки, контроле телеметрической информации;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных или других известных до даты подачи заявки средств;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить получение указанного технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Источники информации

1. Боднер В.А. Системы управления летательными аппаратами. М.: Машиностроение, 1973, 506 с.

2. Вульфов А. Широкофюзеляжные "ИЛЫ" // Авиация и космонавтика, №1, 2 2002.

3. Голинкевич Т.А. Оценка надежности радиоэлектронной аппаратуры. М.: Советское радио, 1969, 176 с.

4. Сейдж Э.П., Уайт Ч.С. Оптимальное управление системами. М.: Радио и связь, 1982, 392 с.

5. Дмитриев С.П., Колесов Н.В., Осипов А.В. Информационная надежность, контроль и диагностика навигационных систем. СПб.: ГНЦ РФ-ЦНИИ Электроприбор, 2003, 207 с.

6. Крюков С.П., Чесноков Г.И., Троицкий В.А. Опыт разработки и сертификации бесплатформенной инерциальной навигационной системы для гражданской авиации и создания на ее основе модификаций для управления движением морских, наземных и аэрокосмических объектов, задач геодезии и гравиметрии // Гироскопия и навигация. 2002. №4 (39), С. 115-124.

7. Авионика России: Энциклопедический справочник. / Под общ. ред. С.Д. Бодрунова. СПб.: Национальная Ассоциация авиаприборостроителей, 1999 г., С. 341.

8. Земцов М.С. Разработка датчиков первичной информации в комплексах управления летательных аппаратов // Авиакосмическое приборостроение. 2006, №4, С. 16.

9. Воробьев В.Г., Кузнецов С.В. Автоматическое управление полетом самолетов. М.: Транспорт, 1995, с. 210, 218-219, 280.

10. Воробьев В.Г., Глухов В.В., Кадышев И.К. Авиационные приборы, информационно-измерительные системы и комплексы. М.: Транспорт, 1992, С. 360, 371.

11. Остославский И.В., Сгражева И.В. Динамика полета. Устойчивость и управляемость летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1965.

12. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы: Справочное пособие / Под ред. С.В. Якубовского. М.: Радио и связь,1984 г., с. 432.

13. Смолов В.Б. Функциональные преобразователи информации. Л., 1981.

Формула изобретения

1. Устройство комплексного контроля инерциальной системы, содержащее датчик крена, датчик тангажа, датчик внутреннего крена, датчик гироскопического курса, датчик вертикальной скорости, датчик западной скорости, датчик северной скорости, первый дифференциатор, первый и второй функциональные преобразователи, входы которых соединены с выходом датчика гироскопического курса, а выходы - соответственно с первым и вторым входами первого преобразователя координат, выход первого дифференциатора соединен с вычитающим входом первой схемы вычитания, третий, четвертый функциональные преобразователи, второй дифференциатор, входы которых соединены с выходом датчика внутреннего крена, выходы третьего, четвертого функциональных преобразователей соединены соответственно с первым, вторым входами второго преобразователя координат, пятый, шестой функциональные преобразователи, третий дифференциатор, входы которых соединены с выходом датчика тангажа, выходы третьего, четвертого функциональных преобразователей соединены соответственно с первым, вторым входами третьего преобразователя координат, седьмой, восьмой функциональные преобразователи, четвертый дифференциатор, входы которых соединены с выходом датчика крена, выходы седьмого, восьмого функциональных преобразователей соединены соответственно с первым, вторым входами четвертого преобразователя координат, первый сумматор, первый суммирующий вход которого соединен с выходом пятого дифференциатора, второй вычитающий вход - с выходом первого умножителя, третий суммирующий вход - с выходом второго умножителя, а выход, через первый компаратор, - с первым входом схемы ИЛИ, второй сумматор, первый суммирующий вход которого соединен с выходом шестого дифференциатора, второй вычитающий вход - с выходом третьего умножителя, третий суммирующий вход - с выходом четвертого умножителя, а выход - через второй компаратор со вторым входом схемы ИЛИ, третий сумматор, первый суммирующий вход которого соединен с выходом седьмого дифференциатора, второй вычитающий вход - с выходом пятого умножителя, третий суммирующий вход - с выходом шестого умножителя, а выход, через третий компаратор, - с третьим входом схемы ИЛИ, четвертый сумматор, вторую схему вычитания, отличающееся тем, что в него введены продольный акселерометр, нормальный акселерометр, поперечный акселерометр, задатчик продольного смещения, задатчик нормального смещения, задатчик поперечного смещения, продольный корректор, нормальный корректор, поперечный корректор, пятый, шестой, седьмой, восьмой преобразователи координат, задатчик западной угловой скорости, задатчик вертикальной угловой скорости, задатчик северной угловой скорости соединены соответственно с третьим, четвертым и пятым входами первого преобразователя координат, третий, четвертый и пятый входы второго преобразователя координат соединены соответственно со вторым, первым выходами первого преобразователя координат и выходом первой схемы вычитания, суммирующим входом подключенной к третьему выходу первого преобразователя координат, третий, четвертый и пятый входы третьего преобразователя координат соединены соответственно с первым, вторым выходом второго преобразователя координат и выходом четвертого сумматора, входы которого соединены с третьим выходом второго преобразователя координат и выходом второго дифференциатора, третий, четвертый и пятый входы четвертого преобразователя координат соединены соответственно с выходом пятого сумматора, входы которого соединены с третьим выходом третьего преобразователя координат и выходом третьего дифференциатора, первым, вторым выходом третьего преобразователя координат, первый выход четвертого преобразователя координат соединен с первыми входами второго, пятого умножителей, первым, вторым, третьим входами соответственно нормального, продольного и поперечного корректоров, второй выход четвертого преобразователя координат соединен с первыми входами первого, четвертого умножителей, первым, вторым, третьим входами соответственно поперечного, нормального, продольного корректоров, шестой сумматор, входы которого соединены с третьим выходом четвертого преобразователя координат, выходом четвертого дифференциатора, а выход - с первыми входами третьего, шестого умножителей, первым, вторым, третьим входами соответственно продольного, поперечного, нормального корректоров, задатчик продольного смещения соединен с четвертым, пятым, шестым входами соответственно нормального, продольного, поперечного корректоров, задатчик нормального смещения соединен с четвертым, пятым, шестым входами соответственно поперечного, нормального, продольного корректоров, задатчик поперечного смещения соединен с четвертым, пятым, шестым входами соответственно продольного, поперечного, нормального корректоров, выходы продольного, нормального, поперечного корректоров соединены с четвертыми входами соответственно первого, второго, третьего сумматоров, первый, второй входы пятого преобразователя координат соединены соответственно с выходами первого и второго функциональных преобразователей, третий, четвертый, пятый входы - соответственно с выходами датчика западной скорости, датчика вертикальной скорости, датчика северной скорости, первый, второй входы шестого преобразователя координат соединены соответственно с выходами третьего и четвертого функциональных преобразователей, третий, четвертый, пятый входы - соответственно со вторым, первым, третьим выходами пятого преобразователя координат, первый, второй входы седьмого преобразователя координат соединены соответственно с выходами пятого и шестого функциональных преобразователей, третий, четвертый, пятый входы - соответственно с третьим, вторым, первым выходами шестого преобразователя координат, первый, второй входы восьмого преобразователя координат соединены соответственно с выходами седьмого и восьмого функциональных преобразователей, третий, четвертый, пятый входы - соответственно с третьим, первым, вторым выходами седьмого преобразователя координат, первый выход восьмого преобразователя координат соединен со вторыми входами первого, шестого умножителей и входом шестого дифференциатора, второй выход восьмого преобразователя координат соединен со вторыми входами второго, третьего умножителей и входом седьмого дифференциатора, третий выход восьмого преобразователя координат соединен со вторыми входами четвертого, пятого умножителей и входом пятого дифференциатора, выход пятого функционального преобразователя соединен с пятым вычитающим входом первого сумматора, шестой вычитающий вход которого соединен с выходом продольного акселерометра, выход седьмого умножителя, входы которого соединены с выходами шестого и восьмого функциональных преобразователей, подключен к пятому вычитающему входу второго сумматора, шестой вычитающий вход которого соединен с выходом нормального акселерометра, выход восьмого умножителя, входы которого соединены с выходами шестого и седьмого функциональных преобразователей, подключен к пятому суммирующему входу третьего сумматора, шестой вычитающий вход которого соединен с выходом поперечного акселерометра, выход схемы ИЛИ является выходом устройства.

2. Устройство комплексного контроля инерциальной системы по п. 1, отличающееся тем, что продольный корректор, нормальный корректор, поперечный корректор содержат девятый и десятый умножители, первые входы которых соединены с первым входом корректора, второй вход девятого умножителя, как и входы одиннадцатого умножителя и вход восьмого дифференциатора, соединен со вторым входом корректора, второй вход десятого умножителя, как и входы двенадцатого умножителя и вход девятого дифференциатора, соединен с третьим входом корректора, выход восьмого дифференциатора, через седьмой сумматор, ко второму входу которого подключен выход десятого умножителя, соединен с первым входом тринадцатого умножителя, второй вход которого соединен с четвертым входом корректора, а выход - с суммирующим входом восьмого сумматора, первый вычитающий вход которого, через четырнадцатый умножитель, соединен с пятым входом корректора и выходом девятого сумматора, подключенного к выходам одиннадцатого и двенадцатого умножителей, второй суммирующий вход восьмого сумматора соединен с выходом пятнадцатого умножителя, первый вход которого соединен с шестым входом корректора, а второй вход - с выходом второй схемы вычитания, суммирующий вход которой подключен к выходу девятого умножителя, а вычитающий вход - к выходу девятого дифференциатора, выход восьмого сумматора является выходом корректора.

3. Устройство комплексного контроля инерциальной системы по п. 1, отличающееся тем, что первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой преобразователи координат содержат последовательно соединенные шестнадцатый умножитель, первый вход которого соединен с первым входом преобразователя координат, десятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом семнадцатого умножителя, а выход - с первым выходом преобразователя координат, последовательно соединенные восемнадцатый умножитель, первый вход которого соединен со вторым входом преобразователя координат, второй вход, как и второй вход шестнадцатого умножителя, соединен с третьим входом преобразователя координат, третью схему вычитания, суммирующий вход которой соединен с выходом восемнадцатого умножителя, вычитающий вход - с выходом девятнадцатого умножителя, а выход - со вторым выходом преобразователя координат, четвертый вход преобразователя координат соединен с его третьим выходом, пятый вход - с первыми входами семнадцатого и девятнадцатого умножителей, вторые входы которых соединены соответственно со вторым и первым входами преобразователя координат.