[其他]慣性導航設備中的垂直位置穩定控制電路

無效

• 申請號: 88102187
• 申請日: 1988-04-15
• 公開（公告）號: CN88102187A
• 公開（公告）日: 1988-10-26
• 發明（設計）人: 胡夫·C·羅斯
• 申請（專利權）人: 霍尼韋爾公司
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 趙蓉民

本發明一般地涉及慣性導航系統。更具體地說，本發明是涉及用于提供代表飛行器垂直速度和垂直位置的輸出信號的一種控制系統電路。

用于飛行器的慣性導航系統，通常將三個加速度計和三個角速率傳感器相結合，從而給導航計算機提供速度和位置信息。更具體地說，如眾所周知的，人們可由連續獲得的垂直于地球表面的垂直加速度，通過對垂直加速度的時間積分來確定垂直速度和垂直位置。

只是簡單地通過對垂直加速度的積分提供垂直速度和對垂直速度的積分提供垂直位置，結果使得慣性導航設備中的垂直軸信息帶有由于上述兩原因引起的無界誤差。首先，將垂直加速度（垂直加速度作為三個加速度計的函數）的測量誤差直接積分，從而引起了垂直速度誤差和垂直位置誤差。其次，錯誤的垂直位置誤差會使計算機求得的垂直力分量產生誤差，而這一誤差又使得在整個慣性導航系統中的垂直位置誤差更快地增長。

為避免上述高度變換所產生的問題，通常的做法是將慣性高度測量與基本控制系統（即加速度計和陀螺儀）相混合，同時，從氣壓高度表取得高度。氣壓高度表是眾所周知的提供高度信息的裝置，而該高度信息為氣壓壓力值的直接函數。

在先有技術中，將氣壓高度與來自于慣性系統的垂直位置信號相比較，從而產生高度誤差信號。隨后，引出一個作為高度誤差函數的加速度校正或穩定信號，用以在垂直速度的積分之前對慣性系統垂直加速度的輸出信號進行修正。接著，為了得到慣性垂直位置，在垂直速度積分之前，將作為高度誤差信號函數的速度校正或穩定信號與垂直速度信號進行綜合。盡管以剛才所述的方式構成的先有技術控制回路是成功的，但在飛行器必須完成準確的飛行模式包括快速俯沖和爬高操作的某些應用場合中，其精度還是不夠的。

本發明的目的是當飛行器出現快速俯沖和爬高時，提供一個能給出飛行器的精確的垂直速度和垂直位置信息的穩定控制方案。

本發明提供了一個能給出飛行器的垂直速度和垂直位置信息的慣性控制系統。在本發明中，飛行器的垂直速度是垂直加速度和校正信號的函數。垂直加速度校正信號是氣壓高度和高度誤差信號的函數。高度誤差信號是慣性確定的垂直位置和氣壓高度之差。垂直加速度校正信號是高度誤差信號和它的積分都乘以作為氣壓高度的時間微分的函數的可變值。校正信號函數包括由氣壓高度的時間微分確定的可變增益。飛行器的垂直位置是垂直速度校正信號校正后所得到的垂直速度的函數。在本發明中，垂直速度校正信號是一個高度誤差信號乘以可變增益且與時間無關的函數，而可變增益是氣壓高度時間微分的函數。

圖1是一個典型的慣性導航控制系統的方塊圖。

圖2是用于給飛行器提供垂直速度和垂直位置信息的一個先有技術的慣性控制系統的方塊圖。

圖3是本發明的一個垂直穩定控制系統的方塊圖。

圖1為一個慣性導航控制系統的簡化方塊圖。只示出了與本發明有關的慣性導航系統的那部分。圖1中示出了一個飛行器10，它包括輸出量為A₁、A₂和A₃的三個加速度計。A₁、A₂和A₃作為慣性導航系統計算機20的輸入量。通常，為提供加速度的正交分量，將三個加速度計相互正交地配置。在慣性系統計算機初始化后，系統計算機就可以計算加速度的正交分量AX、AY及AZ，在這里，加速度AZ認為是在垂直方向上的，即與地球表面垂直的加速度。因為重力和地球半徑是慣性系統計算機20所使用的系統方程式的一部分，所以垂直位置信息也用作為系統計算機20的輸入量。對熟悉慣性導航控制系統技術的人們來說，象圖1簡單說明的系統是眾所周知的。

應當明白，加速度輸入量A₁、A₂和A₃以及垂直位置輸入量PZ的任何誤差或偏差都將特別地影響垂直加速度輸出量AZ的值。當然，AZ和PZ的任何誤差都終將影響飛行器垂直位置的測定和飛行器的飛行操作。

圖2說明了一個用于確定垂直位置PZ的控制系統，該垂直位置PZ作為慣性敏感的垂直加速度AZ和取自于氣壓高度表的氣壓高度BZ的函數。垂直速度輸出信號VZ是信號AZ和加速度校正信號S7之信號差在積分器215中積分的結果。垂直位置信號PZ（即高度）是垂直速度信號VZ和速度校正信號S5之信號差在積分器225中積分的結果。