Авиагоризонт и инерциальная система навигации

Про стакан с водой на приборной панели ветка была. Введите ЛА в крен, и ручку на себя, чтобы уровень воды был паралелен дну, кратковременно отключите питание пьезогироскопа  и акселерометров. Сравните показания авиагоризонта и пьезогироскопа после вкл. питания.
Пьезогироскоп не измеряет угловое положение, он его вычисляет интегрированием угловых ускорений, а из математики известно, что для этого нужны начальные условия, как начало отсчета.
 
Механические гироскопы это чуствуют, отсюда и возможность определения направления на ось вращения (курсовертикаль)
Тем не менее коррекция гироскопических авиагоризонтов периодически происходит в ГП, осталось только выработать четкие критерии, когда можно привязываться к вертикальной оси ЛА.
 
Согласен, это когда уровень воды в стакане паралелен дну, а вертикальная перегрузка отсутствует. Но, как часто бывают такие моменты в реальнои полете,тем более беспилотника?
 
Насчет беспилотника вопрос тяжелый, не спорю. В "Моделисте" или в "Радио" было описание автопилота, который реагирует на ИК излучение Земли.
 
Вот недавно видео сделал:  http://www.youtube.com/watch?v=7IcnEuSqH3Y
ПЛИС,  калиброванные  датчики ADIS1625 и ADIS16006. Результат расчета на комп через переходник UART-USB. Математика сделана на кватернионах без Калмана, примерно как в файле по этой ссылке  - там очень все доступно разжевано, и все как раз по теме, главное - в результате эта математика ресурсов не очень много жрет.  Там очень слабая, но постоянная "подтяжка" к вертикали, то есть например если поставить самолет в координированный разворот с креном 30, то сначала прибор покажет 30, а потом показание будет медленно плыть к нулю в течении нескольких минут . Ради того, чтобы увеличить это время, пришлось довольно точные и дорогие MEMS-гироскопы ставить. (можно сформулировать так: слабое притяжение вертикали прибора к вектору кажущегося ускорения) Если добавить магнитные датчики, то  будет еще точнее.
 
там очень все доступно разжевано
С моим образованием и английским с трудом.
Видео наглядно демонстрирует, спасибо. Но попробуйте повторить эксперимент будучи пассажиром на борту ЛА включив ваш девайс при выполнении таких маневров.
 

Вложения

  • Boing.doc
    Boing.doc
    33,5 КБ · Просмотры: 143
Математика сделана на кватернионах без Калмана, примерно как в файле по этой ссылке- там очень все доступно разжевано, и все как раз по теме, главное - в результате эта математика ресурсов не очень много жрет.Там очень слабая, но постоянная "подтяжка" к вертикали, то есть например если поставить самолет в координированный разворот с креном 30, то сначала прибор покажет 30, а потом показание будет медленно плыть к нулю в течении нескольких минут . Ради того, чтобы увеличить это время, пришлось довольно точные и дорогие MEMS-гироскопы ставить. (можно сформулировать так: слабое притяжение вертикали прибора к вектору кажущегося ускорения) Если добавить магнитные датчики, тобудет еще точнее. 

Спасибо за ссылку. Познавательно, да еще с оптимизированными прогами в догонку  😀.
 
включив ваш девайс при выполнении таких маневров.
Если включить девайс в ГП (или в другом в среднем равномерном и прямолинейном режиме) до начала маневра, то он в процессе начала маневра все правильно покажет, правда если маневр затянется на минуты, то девайс постепенно начнет врать уменьшая показания крена.
Если включить девайс, когда ЛА уже в маневре, то он сразу будет врать, т.е. показывать горизонтальный полет. Чтобы привести прибор в чувство придется перейти примерно в ГП (или в другой в среднем равномерный и прямолинейный режим) и подождать или перевключиться.
Если добавить коррекцию по вектору магнитного поля, то можно будет дополнительно увеличить постоянную времени в маятниковой коррекции (в подтяжке к кажущейся вертикали), что увеличит точность в указанных режимах.
 
Вот только цена качественных датчиков ну совсем не вкусная.
http://www.analog.com/en/mems-sensors/imu/products/index.html
или
http://www.siliconsensing.com/inertialsystems
можно и самостоятельно на отдельных датчиках собрать, но в данном случае это все равно, что изобретать старинный деревянный велосипед. А уж какую математику прикручивать к датчикам им, датчикам, абсолютно все равно
 
Попробую сформулировать критерии ГП:
1. Уровень воды в стакане паралелен дну- горизонтальной строительной плоскости ЛА.
2. Вертикальная перегрузка отсутствует.
3. Курс не меняется.
Остается частный случай в верхней точке правильной петли Нестерова, когда скорость и радиус петли подобран так, что не невесомость, а норма. Но как долго может продолжаться такой режим полета? Отсюда:
4. Время поддержания п. 1...3 с требуемой точностью, по истечении которого можно проводить коррекцию в "0" крена и тангажа.
Все зависит от задачи на полет беспилотнику. Если это набор 50м высоты, сделать качественное фото всей большой компании с дистанции 100м и эффектная посадка в 5м от накрытого стола, то девайс Неспортсмена- самое то. Если это перелет от Одинцово до Шатуры с огибанием Москвы, то надо бы проанализировать все ранее написанное в этой ветке, как минимум. А может быть Velocity на кругосветку замахнулся?
С мобильника пишу, простите за орфографию, если что.
 
А этот гироскоп что хуже?
Как то пытался приспособить на RC модель для приведения ее к горизонту, но создать да еще и сбалансировать кардановый подвес не получилось, хотя подобных железяк разнокалиберных было в избытке и внахаляву.
 

Вложения

  • Girosk.jpg
    Girosk.jpg
    96,1 КБ · Просмотры: 116
1. Уровень воды в стакане паралелен дну- горизонтальной строительной плоскости ЛА.
2. Вертикальная перегрузка отсутствует.
3. Курс не меняется.
Остается частный случай в верхней точке правильной петли Нестерова, когда скорость и радиус петли подобран так, что не невесомость, а норма. Но как долго может продолжаться такой режим полета? Отсюда:
4. Время поддержания п. 1...3 с требуемой точностью, по истечении которого можно проводить коррекцию в "0" крена и тангажа.
Совсем не обязательно ГП и совсем не обязательно параллелен, это может быть и набор высоты с тагажём 45 градусов, даже в сильную болтанку, главное чтобы в среднем равномерно летел. Крен и тангаж там корректируются не в ноль а плавно и непрерывно подтягиваются к кажущимся исходя из ускорения в кабине значениям. Если точнее, то подтягивается кватернион (чтобы не возникало проблем в особых точках), а крен и тангаж уже потом из него считаются
Все зависит от задачи на полет беспилотнику. Если это набор 50м высоты, сделать качественное фото всей большой компании с дистанции 100м и эффектная посадка в 5м от накрытого стола, то девайс Неспортсмена- самое то.
Боюсь, что даже на это он будет неспособен без дополнительной коррекции от СНС или ДИСС или еще чего-нибудь. Погрешность даже самых лучших и дорогих из микромеханических акселерометров (например Colibrys MS9005)даже если сделать термокалибровку составит не менее 3 миллиЖе, то есть даже находящийся в покое прибор даже при идеальной бортовой математике без коррекции за минуту "уедет" минимум на 54 метра и "разгонится" до 6,5 км/ч.
А этот гироскоп что хуже? http://www.st.com/internet/analog/product/250373.jsp
Копеечный, цифровой, этого года выпуска.
Чем более точный гироскоп, тем слабее можно сделать подтяжку к кажущейся вертикали и тем меньше полученный прибор функционально будет напоминать маятник в рамочке, стакан с водой, или шарик в трубочке.
Перепробовал хренову кучу разных микромеханических и не только гироскопов. Покрутил на стенде, посовал в термокамеру, ну и на изделиях обкатал. Их цена есть монотонная функция точности. Дешево и точно не получится.
Основные беды микромеханических гироскопов: нестабильность нуля, очень сильная зависимость нуля от температуры, чувствительность к ускорениям, зависимость чувствительности к ускорениям от температуры еще бывает что шумные очень попадаются.

Из знакомых мне микромех.гироскопов самый лучший - 3х-осный STIM-210 (sensonor). Он стоит около 180 тыщ рублей (по 2 килобакса за ось), что соответствует цене ниболее простых оптоволоконных датчиков (например вот этих). По характеристикам он тоже близок к самым дешевым образцам оптоволоконных датчиков, но имеет меньшее потребление и размеры. Он термокалиброван изготовителем и выдает готовые цифровые значения угловых скоростей с учетом показаний встроенного датчика температуры. В диапазоне -20  - +60 градусов цельсия его ноль плавает в коридоре шириной 10-30 градусов в час. Чувствительность к ускорениям у него на уровне 18 градусов в час на же.

Гироскопы ценовой категории 300 и более баксов на ось (например SAR-150) имеют чувствительность к ускорениям порядка 36 градусов в час на же При постоянной температуре имеют стабильность нуля около 50 градусов в час, а вдиапазоне -20- +60 дрейф плавает аж +- 4500 градусов в час. Если сделать термокалибровку, то можно добиться +-500 градусов в час.

Гироскопы за 170 долларов (например ADIS16265) имеют схожие с 300-долларовыми температурные характеристики, но в двадцать раз большую чувствительность к ускорениям и в 3 раза большее потребление.

30-ти - 50-ти  долларовые гироскопы обычно имеют гораздо больший уход нуля от температуры, почти не поддаются термокалибровке из-за нелинейности этого ухода. Имеют гораздо более высокую чувствительность к ускорениям и свойство сдвигать ноль при вибрациях и несильных ударах. В общем, в стабильных условиях от них можно ожидать точность не лучше одного градуса в секунду и то если повыбирать.

Ну и для полноты кривой точность vs стоимость: трехосный оптоволоконный гироскоп со случайным дрейфом 0,1 градус в час при постоянной температуре и дрейфом 0,5 градусов в час в рабочем диапазоне температур стоит в районе полмиллиона наших рублей. Импортные аналоги дороже и не всегда продаются в Россию. Еще есть рюмочные (тведотельно-волновые, или еще их называют кориолисово-волновые) гироскопы но их цена также хорошо ложится в ту же кривую точность/стоимость.

Опыт показывает, что в даташитах почти не врут и по ним можно смело ориентироваться, только читать внимательно нужно.
 
Девайсы у вас какие то иномарочные с точностью в десятки градусов.
Насколько помню про точность инерциальной системы на боевых самолетах речь шла о единицах угловых минут за полет 1-1,5 часа.
 
Насколько помню про точность инерциальной системы на боевых самолетах речь шла о единицах угловых минут за полет 1-1,5 часа
Там порядок цен другой, побольше габариты и потребляемая мощность. Velocity вроде на боевую машину не претендует. На микромеханических датчиках на данном этапе развития нормальную ИНС не построить, а вот систем, где такие датчики скомплексированы с GPS, дофига на мелкокалиберных беспилотниках.
 
Направление с относительно дешевыми псезодатчиками считаю тупиковым, т. к. среднеквадратическое отклонение случайной составляющей ошибки определения углового положения существенно превышает доверительный интервал. Если механические и лазерные гироскопы вычеркиваем из-за фин. недоступности, а
Velocity вроде на боевую машину не претендует
и радиозаметность с помехоустойчивостью не в счет, то не задуматься ли нам об использовании ГАИшных радаров. ДИСС- почти готовый, а если еще репу почесать как приспособить его к определению углового положения ЛА? Не думаю, что ценовой диапазон их больше средних 3-хосевых пьезодатчиков, массово- габаритные характеристики (минус корпус, индикатор и пр.) для 15- 20 кг. беспилотника вполне.
  А если есть связи в их кругах, то за литр коньяка вам неисправных, списанных этих радаров насыпят пару кг. без проблем. А еще у них есть дистанционный определитель паров алкоголя в кабине движущегося в потоке авто. Расставить рюмки с водкой в районе полетов как маяки и проблема навигации решена. Правда, если в России, от местных жителей можно и по чекалдушке получить за такое обращение с нашим национальным напитком. Пойду проголосую, а то на флуд потянуло, да и спрыснуть это событие сегодня не грех, к чему всех российских форумчан и призываю, да простит меня админ!!!   
 
     При высоком температурном дрейфе имеет смысл термостабилизировать датчик. Поместить в теплоизоляционный короб, закрепив сам датчик на пластине с  нагревателем (например просто мощным транзистором).
     Температура, естественно, выше возможной окружающей, но допустимая для аппаратуры (градусов скажем 50). Простая схема обеспечит стабильность 1градус. Перед полетом конечно сначала небольшой прогрев до стабилизации.
    В комплексе со схемами компенсации возможно это сможет дать приемлемый результат при приемлимой же стоимости.      (???) :-/

     P.S.   Слизано с решений радиолюбителей для стабилизации кварцевых резонаторов.  :-[
 
Девайсы у вас какие то иномарочные с точностью в десятки градусов.

Каким образом тогда это http://www.siliconsensing.com/SiNAV04 американцы умудряются использовать на ракетах в комплексах ЗУР/ПТУР ? Возможно основная проблема цен физоптики в том, что она производит продукцию в России?
 
Назад
Вверх