Авиагоризонт и инерциальная система навигации

[ПНКист]

Намек про пиво понятен, все никак до магазина не доберусь. Но радар раздобуду и расковыряю. Аптечные весы с их тензодатчиками для акселерометров рукам покоя не дают.
  Время полета ЗУР, ПТУР, ракет В-В ближнего боя и средней дальности исчисляется единицами минут и уход даже 30 град./час не критичен, их головки самонаведения настроены на конечную цель, а не на оптимальную аэродинамику. Там даже механические гироскопы работают на выбеге после старта, т.е. без питания на раскрутку.

 

[Дмитрий Шаповалов (Velocity)]

Но радар раздобуду и расковыряю. Аптечные весы с их тензодатчиками для акселерометров рукам покоя не дают.

Да нет там ничего в радаре интересного. Особых проблем сделать такой нет, нужны только нормальные приборы для настройки.
Про аптечные весы забудьте. Есть готовые решения за очень небольшие деньги. На будущей неделе получу платы и начну экспериментировать. Сейчас с глонасом/гпс балуюсь, пока на тестовой плате.

 

[cooley]

2 velocity - вот люди делают интересные вещи в канадской глубинке

http://www.micropilot.com/

 

[Кот-Баюн]

уход даже 30 град./час не критичен

Аналоговские гиры используется в дайноновских ЭФИСах

 

[Кот-Баюн]

вот люди делают интересные вещи в канадской глубинке

Да, очень интересные. И получали заказы от Минобороны. Но если внимательно почитать сторонних эксплуатантов, то окажется, что это пример как НЕ надо делать автопилоты.

 

[Хboct]

http://www.micropilot.com/

Упаси Бог кого либо использовать микропилот. Там конечно много прикольных наворотов, но глюков хватает изрядно. И для того, что бы разобраться со всеми прибамбахами, может не хватить жизни или материальных ресурсов.

 

[ПНКист]

Для проектирования вначале выдаются ТТТ (тактико-технические требования)- музыка, потом пляшут, а мы уже пляшем во всю, а может это "энергичный танец"? И так:
1. Время полета.
2. Скорости.
3. Эксплуатационные перегрузки.
4. Допуски по точности определения пространственного положения и географических координат.
Только после этого, как минимум, можно ослабить галстук.

 

[Дим Димыч]

     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.  :-[

Насколько мне известно, все эти цифровые гироскопы измеряют не крен, а угловую скорость. А крен определяется интегрированием сигнала скорости. При интегрировании и идет постоянное накопление ошибки. Выход прост. Проводить коррекцию интегратора по показаниям датчика ускорения в те моменты когда нет вращения. Поскольку реальный полет состоит не  из одних вращений, такая система вполне может существовать. И еще. На вираже угол крена можно посчитать зная угловые скорости по двум осям относительно фюзеляжа - вертикальной и горизонтальной перпендикулярной направлению полета, если угловая скорость по третьей оси равна нулю, т. е. если вираж с постоянным креном. При этом не требуется интегратор, а используются непосредственно сигналы датчиков угловых скоростей в которых нет накопления погрешности. И опять же, этот расчет может быть использован для коррекции интегратора.  В реальном полете, даже при парении на планере когда идут постоянные вращения в восходящих потоках, всегда можно откорректировать интегратор по одному из этих критериев практически каждые несколько минут. Так что вполне можно обойтись без сложной системы термостабилизации за счет усложнения математического обеспечения системы. Кстати, я сейчас как раз и занимаюсь этой проблемой, и планирую решить ее где-то к весне 2012 г. Если результаты будут успешными, приведу здесь все алгоритмы.

 

[Дмитрий Шаповалов (Velocity)]

@ Дим Димыч будет очень интересно посмотреть результаты. Выкладывайте здесь процесс или сделайте новую ветку.

 

[nico]

Насколько мне известно, все эти цифровые гироскопы измеряют не крен, а угловую скорость.

Даже не угловую скорость. Там ее нечем мерять. Тупо - показывается вертикаль. Остальное - математика.
Температурные компенсации датчика - нюанс физики работы самого датчика. Без этого можно обойтись - но незачем городить огород трехэтажной математикой когда проблема решается датчиком и двумя проводами. Тем более  многие из ныне выпускаемых твердотельных гироскопов уже имеют встроенную термокомпенсацию.
Далее по  интегральным алгоритмам - вообще - интеграл вещь порочная. но в данном случае без нее никак. Коррекциию ошибок можно использовать на любой вкус
хоть по спутнику хоть вручную по кнопке.. вариантов масса.  бесплатформенные инерциалки наше будущее - но пока  никак. 😉

 

[buddy]

Так что вполне можно обойтись без сложной системы термостабилизации за счет усложнения математического обеспечения системы.

        Дело ваше, конечно, только о сложной системе речь не идет. Кусок пенопласта  и пара транзисторов уменьшат колебания температуры на порядок и более, а значит и погрешность.  Более эффективной отдачи от трудовложений еще поискать. :IMHO
           Здесь уже отмечали (Неспортсмен, сообщение №34)  -
         "Гироскопы ценовой категории 300 и более баксов на ось (например SAR-150) имеют чувствительность к ускорениям порядка 36 градусов в час. [highlight]При постоянной же температуре имеют стабильность нуля около 50[/highlight] градусов в час, а [highlight]в диапазоне -20- +60 дрейф плавает аж +- 4500 градусов в час[/highlight]. Если сделать термокалибровку, то можно добиться +-500 градусов в час."
         [highlight]4500[/highlight] градусов (угловых) и[highlight] 50[/highlight] - разница есть? И разница всего из-за куска пенопласта (ну или чего чуть более термостойкого) и пары транзисторов... :🙂
          Зачем бороться со следствием (да еще нелинейно влияющим, наверное!), если можно избавиться от причины!!!
          Изначально более качественные приборы стоят уже мягко говоря... (миллионы руб.). Понятно, цены будут падать, но с такого уровня им еще...
          Ну все это конечно только мое личное мнение человека не отягощенного в сиих науках и делах  опытом.
        Насчет коррекции горизонта (притяжки вертикали) - я так понимаю, что потребность не только вследствие "ухода нуля" прибора, но и для учета сферичности Земли? Т.е. она ведь не плоская... Горизонталь и вертикаль стало быть при полете и должны менять положение.
         Получается, что при стабильных гироскопах для пилотажника достаточно установить горизонт перед взлетом, ведь практически он крутится над точкой, а вот для скоростного маршрутника коррекция все равно неизбежно требуется (во всяком случае на больших дистанциях)?

 

[Дим Димыч]

Насколько мне известно, все эти цифровые гироскопы измеряют не крен, а угловую скорость.

Даже не угловую скорость. Там ее нечем мерять. Тупо - показывается вертикаль. Остальное - математика.
Температурные компенсации датчика - нюанс физики работы самого датчика. Без этого можно обойтись - но незачем городить огород трехэтажной математикой когда проблема решается датчиком и двумя проводами. Тем более  многие из ныне выпускаемых твердотельных гироскопов уже имеют встроенную термокомпенсацию.
Далее по  интегральным алгоритмам - вообще - интеграл вещь порочная. но в данном случае без нее никак. Коррекциию ошибок можно использовать на любой вкус
хоть по спутнику хоть вручную по кнопке.. вариантов масса.  бесплатформенные инерциалки наше будущее - но пока  никак. 😉

Не буду спорить. Может и существуют гироскопы тупо показывающие вертикаль. Но я их не видел. А те с которыми я знаком измеряют угловую скорость вращения по своей оси. На каждую ось по гироскопу. А угловая скорость измеряется по отклонению колеблющегося маятника внутри микросхемы. Сейчас уже существуют микросхемы имеющими три встроенных маятника-гироскопа по трем осям. Вот с такими я сейчас и экспериментирую. Жалко, что работа идет медленно. Времени на это не много. Все таки это не основная моя работа, а, скорее, хобби. И уверяю вас, с помощью математики можно решить много весьма сложных задач. Например, примитивная задача по расчету вертикальной скорости по изменению абсолютного давления на фоне случайных флюктуаций давления на входе датчика, требует хорошей математической подготовки. зато результаты чудесные получаются. Сам проверял.

 

[ПНКист]

Может и существуют гироскопы тупо показывающие вертикаль. Но я их не видел.

Вскройте корпус прибора авиагоризонта с Ан-2 и убедитесь в жестких механических связях через шестеренки гироплатформы и указателей крена и тангажа. Это ли не прямые измерения?
На фото в центре датчик угловой скорости, основанный на свойстве гироскопа прецессировать, там рамка гироскопа жестко закреплена- это тоже прямое измерение, но уже угловой скорости.
Пьезодатчик (гироскопом его назвать язык не поворачивается) по сути дела измеряет линейные ускорения,  суммарно- разностные показания двух одинаковых разнонаправленных датчиков дают лишь угловое ускорение. Про МЕМS системы сформулирую позже, там, чтобы не иметь погрешности масса колеблющегося маятника должна быть ничтожно мала, а частоты стремиться в бесконечность, чего собственно в лазерных и оптоволокон. гиро почти и добились, но только для угловой скорости.

 

[ПНКист]

Это уже продается 200$

smalltim.ru , rc-cam.ru 

 

[Дим Димыч]

Вот только цена качественных датчиков ну совсем не вкусная. 

656 уе за 10 координат ADIS16407BMLZ - думаю терпимо.

Сейас в России продаются микросхемы:
L3G4200D (трехосевой гироскоп с цифровым выходом) - розничная цена порядка 200 - 300 рублей
LSM303DLH - трехосевой акселерометр и трехосевой датчик магнитного поля в одной микросхеме, фактически компас, с цифровым выходом  - розничная цена порядка 300 - 600 рублей.

Можно посмотреть в поисковой системе http://www.efind.ru/

Вот заказал, как получу, начну экспериментировать.

 

[Иванов]

Здесь есть описание принципов работы и настройки инерциальных блоков измерения ( выбирать из списка:Inertial Explorer™ Version 8.20 User Manual , в частности, в подразделе 4.2 )
http://www.novatel.com/support/firmware-software-and-manuals/product-manuals-and-doc-updates/waypoint/##

На сайте есть описание продукции на МЕМС-ах и мануалы на неё.

Подраздел 4.х.х оформлен в виде ответов на вопросы. Например:
4.3.5 What is IMU Kalman filtering?

Если переводить "Гуглом", то, в основном, понять можно.
Русскоязычный перевод пока недоступен.

 

[Chapaj]

Прошло 4 года. Идея сделать инерциальную систему умерла?
А тут как то диггеры подходили. У них проблема - зашли в штольни - а это может быть и несколько километров подземных разветвленных ходов - а ведь потом и выйти обратно нужно. Иногда не выходят. GPS, да и просто радиосвязи под землей нет.
Задача попроще - есть плоскость по которой идут (чаще в одном уровне, хотя бывают и несколько). Ноги по грунту идут. Возьмется кто нибудь сделать такую схему:
1 Электронный компас
2 Доплеровский измеритель скорости движения относительно земли (например ультразвуковые датчики в четыре стороны от тела)
3 Вычислитель, который считает и запоминает путь, выводя его на планшет. Задача - вернуться обратно живым.

 

[Дим Димыч]

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.

Когда самолет находится в координированном развороте, у него скорости вращения по всем трем осям жестко связаны с углом крена. Это позволят корректировать показания авагоризонта по крену даже в длительном вращении, например у планера в спирали. К сожалению, сейчас математику не могу привести. Где-то свои расчеты потерял, а восстанавливать времени нет. Но точно там ничего сложного нет. При желании любой из Вас сможет это сделать. Ну если сподоблюсь сделать свой авиагоризонт для планера, тогда уж точно приведу здесь всю математику. Только для этого придется на пенсию уходить, а тогда денег на полеты не будет. Вот Вам и замкнутый круг...