автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Информационно-измерительная система стабилизации и наведения линии визирования с наклонным кардановым подвесом

005007619

и

МИХЕД Антон Дмитриевич

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ ЛИНИИ ВИЗИРОВАНИЯ С НАКЛОННЫМ КАРДАНОВЫМ ПОДВЕСОМ

Специальность 05.11.16. - «Информационно-измерительные и управляющие системы» (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 ННВ 2012

Тула-2011

005007619

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Родионов Владимир Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Акиншин Николай Степанович

доктор технических наук, профессор Подмастерьев Константин Валентинович

Ведущая организация: ОАО «Научно-производственное объединение «Стрела», г. Тула

заседании диссертационного совета Д212.271.07 при ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» (300600, г. Тула, пр. Ленина 92, 9-101).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет».

Автореферат разослан « 3 » декабря 2011г.

Защита диссертации состоится

Ученый секретарь диссертационного совета

Ф.А. Данилкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Информационно-измерительные системы стабилизации и наведения (ИИССиН) используются на подвижных объектах военного и гражданского назначения для получения информации об угловых параметрах линии визирования (ЛВ) оптических приборов в режимах стабилизации и наведения. Для стабилизации и наведения JIB используют кардановы подвесы, осуществляющие компенсацию качки основания и угловые повороты JIB.

Многоосные кардановы подвесы, обеспечивают углы поворота ЛВ в полной полусфере, но имеют большие габариты и rncgy и требуют для измерения параметров ориентации большое количество чувствительных элементов и сложные алгоритмы преобразования сигналов. Поэтому в настоящее время большинство ИИССиН имеют двухосный карданов подвес, содержащий наружную рамку, которая обеспечивает полный разворот вокруг своей оси вращения, и внутреннюю рамку, которая осуществляет поворот относительно наружной на углы, не превышающие 90 град.

При решении задачи ориентации ЛВ углы поворота двухосного карданова подвеса не обеспечивают обзор в полной полусфере. Ограничение применения двухосного карданова подвеса при больших углах наведения связано с тем, что скорость по оси наружной рамки подвеса, а также ускорения по обеим осям при углах наведения внутренней рамки, близких к 90 град., стремятся к бесконечности. Таким образом, при вертикальном расположении наружной рамки подвеса ИИССиН имеет в верхней полусфере область больших погрешностей, представляющую собой конус с центром, перпендикулярным основанию.

Разработкой подобных систем активно занимаются такие фирмы и организации как «McDonnel Douglass», «Rockwell International Corp.», (США), «SFIM» (Франция), «Carl Zeiss» (Германия), ЦКБ «АРСЕНАЛ», (Украина), Белорусское оптико-механическое объединения (БелОМО), Уральский оптико-механический завод (УОМЗ), ФНПЦ ОАО «Красногорский завод им. С. А. Зверева», МВТУ им. Н.Э. Баумана (Россия) и др.

Обеспечить наведение ЛВ по оси высоты на углы более 90 град, с высокой точностью можно введением в двухосный карданов подвес ИИССиН дополнительной рамки, удерживающей наружную рамку в наклонном положении. В качестве чувствительных элементов двухосной ИИССиН используют датчики угловой скорости или трехстепенной гироскоп. Методики анализа кинематики, динамики и алгоритмы преобразования угловых координат двухосных ИИССиН с наклонным расположением наружной рамки карданова подвеса, имеющие целью обеспечить наведение ЛВ по оси высоты более 90 град, с высокой точностью, на данный момент отсутствуют.

Таким образом, задача разработки схем построения, математического описания, алгоритма преобразования информации и способов повышения точности стабилизации ИИССиН с наклонным кардановым подвесом для определения угловых параметров ЛВ является актуальной.

Объектом исследования диссертационной работы является ИИССиН с двухосным наклонным кардановым подвесом, дополнительной рамкой, исполнительными двигателями и гироскопическими датчиками, которые обеспечивают ориентацию ЛВ в верхней полусфере.

Предметом исследования являются математические модели ИИССиН с двухосным наклонным кардановым подвесом и алгоритм преобразования угловых координат ориентации ЛВ на подвижных объектах.

Целью работы является повышение точности двухосной ИИССиН при углах наведения ЛВ в верхней полусфере, за счет введения наклонного карданова подвеса, рамки которого управляются исполнительными двигателями по сигналам гироскопических датчиков.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Разработана классификация ИИССиН по количеству и расположению осей наведения и предложена схема ИИССиН с наклонным кардановым подвесом.

2. Определены аналитические зависимости между углами и угловыми скоростями наведения ЛВ и поворота рамок ИИССиН с наклонным кардановым подвесом.

3. Построена трехмерная модель макетного образца ИИССиН и программно определены массовые и инерционные характеристики основных элементов карданова подвеса и дополнительной рамки.

4. Разработана математическая модель ИИССиН с наклонным кардановым подвесом, учитывающая кинематику и динамику оптического элемента и проведено моделирование возмущающих моментов по осям подвеса, и погрешности стабилизации при углах наведения, близких к 90 град.

5. Разработан алгоритм преобразования информации, позволяющий вычислять углы поворота рамок ИИССиН по заданным углам наведения ЛВ.

6. Проведено экспериментальное исследование погрешностей ИИССиН с наклонным кардановым подвесом в режиме стабилизации при углах наведения по высоте более 90.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовался комплексный метод исследования, который характеризуется применением методов аналитической геометрии, теории матриц, сферической тригонометрии, методов математического моделирования на ЭВМ, методов физического моделирования в лабораторных условиях.

Теоретические предпосылки к разработке подобных систем были созданы трудами отечественных ученых и специалистов: Ишлинским А.Ю., Пельпором Д.С., Ривкиным С.С., Неусыпиным А.К., Родионовым В.И. и др.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Получены аналитические выражения для двухосной ИИССиН с наклонным кардановым подвесом, определяющие взаимную связь между

углами поворота рамок подвеса и углами наведения ЛВ по азимуту и высоте, отличающиеся от известных тем, что позволяют получать информацию при углах наведения J1B по высоте, близких к 90 град.

2. Разработана математическая модель ИИССиН с наклонным кардановым подвесом, учитывающая особенности геометрии, кинематики и динамики ИИССиН, позволяющая определять возмущающие моменты по осям стабилизации и погрешности стабилизации при наведении ЛВ в верхней полусфере.

3. Разработан алгоритм преобразования углов поворота рамок карданова подвеса ИИССиН по заданным углам наведения ЛВ и преобразователь координат (ПК), позволяющий реализовать предложенный алгоритм.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные в диссертации математическое описание и алгоритм преобразования информации являются базой для проектирования и модернизации двухосных ИИССиН с наклонным кардановым подвесом, что позволяет повысить эффективность их работы, сократить время и затраты на проектирование.

Положения, выносимые на защиту.

1. Геометрические зависимости между углами наведения ЛВ и поворота рамок ИИССиН с наклонным кардановым подвесом.

2. Кинематические выражения между угловыми скоростями наведения ЛВ и поворота рамок ИИССиН с наклонным кардановым подвесом.

3. Математическая модель динамики двухосной ИИССиН с наклонным кардановым подвесом, учитывающая движение оптического элемента.

4. Алгоритм преобразования углов поворота рамок наклонного карданова подвеса.

Реализация и внедрения результатов. Результаты работы приняты к внедрению на ОАО «ЦКБА». Научные положения и результаты исследований диссертации реализованы в учебных дисциплинах «Принципы построения приборов и систем ориентации, стабилизации и навигации» и «Моделирование систем ориентации, стабилизации и навигации» при подготовке студентов специальности 160402.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 1 патент РФ на полезную модель, 7 публикаций в материалах Всероссийских и Международных конференций.

Достоверность теоретических положений и результатов исследования подтверждены испытаниями макетного образца двухосной ИИССиН с наклонным кардановым подвесом.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников из 83 наименований, выполнена общим объемом 126 стр., включая 51 ил., 12 табл., 3 приложения, представленные на 19 стр.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении рассмотрены актуальность и практическая ценность работы, сформулирована цель работы, задачи и методы исследований, научная новизна, результаты апробации и внедрения, а так же положения, выносимые на защиту.

В первой главе обобщены и систематизированы основные сведения об отечественных и зарубежных ИИССиН. Проведен анализ характеристик существующих типов ИИССиН и предложена классификация двухосных ИИССиН с наклонным кардановым подвесом по количеству и расположению осей наведения.

Отмечается что, для стабилизации сложных комплексов аппаратуры используются ИИССиН с многоосным (трех-, четырех- и пятиосным) кардановым подвесом, имеющие значительные габариты и массу. При этом обеспечиваются скорости наведения до 60 град/с и углы вертикального обзора более 90 град, (по азимуту большинство многоосных ИИССиН обеспечивают круговой обзор). ИИССиН с двухосным кардановым подвесом не обеспечивают стабилизацию JIB в полной полусфере, т.к. углы наведения по внутренней оси карданова подвеса не могут быть равны 90 град.

В работе приводиться описание принципиальной схемы ИИССиН с наклонным кардановым подвесом, которая защищена патентом РФ на полезную модель № 106358.

ИИССиН (рисунок 1), содержит дополнительную рамку 1, установленную на основании с возможностью её поворота на

у

Рисунок 1 - Принципиальная схема ИИССиН ЛВ

неограниченный угол q>p относительно оси Yp, перпендикулярной основанию. Наружная рамка 2, имеющая возможность поворота относительно оси Y на угол (р , расположена в дополнительной рамке и наклонена

относительно последней на постоянный угол <р0. На наружной раме в подшипниках закреплена платформа 3 (зеркало с гироскопом). Платформа способна поворачиваться на угол <рг относительно оси Z, перпендикулярной оси У. Управление ИИССиН производиться с помощью исполнительных двигателей (ИД) 4, 5, 6 платформы, наружной и дополнительной рамки, соответственно. При качке основания под действием возмущающих моментов платформа 3 изменяет своё положение. Сигналы с гироскопа, через усилители 7, 8 поступают на ИД 4,5. Дополнительная рамка управляется по сигналам задающего блока 9. Для прохождения JIB к оптико-электронному прибору с дополнительной рамкой жестко связаны зеркала 10.

Во второй главе предложены системы координат (СК), определяющие углы ориентации J1B (рисунок 2а), и СК сферических треугольников, полученных в результате поворотов на эти углы (рисунок 26), которые позволяют решать задачу преобразования углов рамок ИИССиН в углы наведения ЛВ по азимуту и высоте. OXqYqZq, OXpYpZp, OX¡Y¡Zi, OX2Y2Z2 - СК, связанные с основанием, дополнительной рамкой, наружной рамкой, и внутренней рамкой соответственно. Начало СК совпадает с пересечением осей вращения О элементов ИИССиН. С задающей линией визирования (ЗЛВ) связана СК О^цС, . Направление ЗЛВ определено в СК OXqYqZq углом азимутального пеленга (рл в плоскости OX0Z0, и пеленга по высоте <рв в плоскости 0%'т]', перпендикулярной плоскости OXqZq.

На рисунке 26 показаны прямоугольные сферические треугольники ABC, BDC и DEF. Дуга DE является гипотенузой треугольника DEF и представляет собой сумму углов c + <pz, а сторона а - гипотенузой треугольника ABC. Углы 9,5,у сферических треугольников являются углами между дугами больших кругов. Дуга GC определяет угол поворота дополнительной рамки (рр. Для удобства преобразования введен угол (pg =<рА ~(рр, представляющий собой

сумму углов b + d.

В диссертации определены аналитические зависимости между углами наведения по высоте и азимуту (рл,срв и углами поворота рамок карданова

подвеса tpp,<p0,(py,(pz-

а) углы наведения ЛВ и поворота рамок; б) сферические треугольники

При использовании метода сферической тригонометрии были получены следующие выражения:

где

cosíw. + с) , d = arceos——-b = arcsin

COS97B

sin a l^sinj'

cosí

с = arcsin

sin a

COS0

, y -arccosf-sin0sin<S + eos 0 eos <5 eos a],

S = arceos 1,0 = arceos , a = arccos(eos<p0 • cos <pA \tga ) \ tga )

180-;-

Рисунок 2 - Системы координат для определения ориентации ИИССиН: Использование матричного метода преобразования угловых координат позволило получить более простые соотношения: (рв = arcsin(cos <р, cos q>y sin (р0 + sin (pz cos срй)

Í cos cpz cos cp cos <рй - sin <pz sin <p0 m.=m+ arceos -

P I. COS <pB

Для определения <py и tpz был использован векторно-аналитический

метод и получены следующие выражения:

<рг = arcsin^in^ cos<р0 -eos(p¡¡ cos[рл -<рр)sin<р0\

costpg sin cpg

<py = arctg

cos<p0 cos<pB cos[q>A -q>p)+sin<p0 sm(pB

Показано что, применение матричного и векторно-аналитического метода требует решения всего двух нелинейных уравнений, а применение метода сферической тригонометрии предполагает последовательное решение девяти нелинейных уравнений и вызывает необходимость привлечения больших вычислительных ресурсов.

В диссертации определены кинематические зависимости между угловыми скоростями ИИССиН с наклонным кардановым подвесом. Для этого были использованы СК, которые показаны на рисунке 3.

Рисунок 3 - Системы координат для определения кинематики ИИССиН с наклонным кардановым подвесом

Малыми углами а и ¡3, лежащими во взаимно перпендикулярных плоскостях, определено положение платформы ОХг относительно направления на цель 01Углы аир являются погрешностями положения платформы по отношению к ЗЛВ. Проекции вектора абсолютной угловой скорости основания на оси, связанные с ним, обозначены (ox0,coyü,cozQ. Через а>лу,а)л2,а>р обозначены абсолютные угловые скорости ЗЛВ, направленные по осям Углам <py,(pz,<PA,(pB,a,P соответствуют угловые скорости

Фг'Фг'Фл'Фв&Р-

Принимая « = /3 = 0, получим кинематические уравнения для относительных угловых скоростей поворота рамок в следующем виде:

ф = (© cos«? -й>20 sinocosщ COSipjg(pz +sin<»())+

y cos<pz

+ (ay0 + фр\sinp0 cos<p/g<pz-cosq>a)-(ü)z0cos<pp+ ax0sin<pp)sinq>ytgq>z;. (2)

9z = ~[(®zo cos <PP +0)xo smi>p)]cos<py -

-[(©,„ coscpp -ffl^sinpjcospo +(coya + фр)sinijjsin<py.

Уравнения (2) представляют собой систему нелинейных дифференциальных уравнений, которые могут быть решены приближенно в аналитической форме или в численном виде. В общем случае угловые скорости фу,фг являются функциями углового движения 3JIB,

дополнительной рамки и основания, на котором установлена ИИССиН. Система уравнений (2) позволяет исследовать относительные угловые скорости поворота рамок в режимах стабилизации и наведения.

С учетом динамики зеркала, связанного с платформой кинематическим соотношением 1:2, разработана математическая модель движения ИИССиН. Динамическое уравнение наружной рамки по оси вращения ОУ{, имеет следующий вид:

[/„ + J г cos>, + sin2 <р, + J у, cos2(^+д;)+Ja sin1 +д;) р^- +

I 2* 2> J COS (рg

+<*)'№ . , ,

+ i>, —-+ Мм = -Jylip, —---Л|<М>г cos + Ь1 (¡а , - sin ip,) -

cos (р£ cos^

- |<й{|йпЩ./„ +Jy, +

+ (ш_ + а)(®„г +4) [«

+ Л/П,

(3)

По оси платформы 02г динамическое уравнение ИИССиН имеет вид

V.! + &+**„« =

соа^+ю^ ьтру-а^ соз<рг]+(^ +Ьг^^¡п«^ + <яфМп,

(4)

где Jx¡,Jyi,J2¡ - моменты инерции элементов ИИССиН, относительно осей их вращения; - коэффициент вязкого трения, действующий относительно осей вращения элементов ИИССиН (¡=1 для наружной рамки, 1=2 для платформы, 1=з для зеркала); Мид1, МиЛг - моменты исполнительных двигателей, приводящих во вращение наружную рамку и платформу; мп,мгг - моменты сил сухого трения в осях вращения наружной рамки и платформы.

Уравнения (3) и (4) необходимо дополнить соотношениями, описывающими кинематику наклонного карданова подвеса ИИССиН:

[(ffl^o cos <pp-coz0 sin (pp )cos (p0 + Ц0 +фр sinffjcosi^ -(юг0 cos q>p + ax0 sm(/>p jsiny^

¿Ус — '

; cos cp2

MT, = Mlsim—— ®vD! + ®г sin<P21 MT2 = MT2sign{(om - mxpl sincpy - mzpl cospj ^cosp, J

a;=Az+Az0,

где Д2 - малая погрешность, обусловленная неточностью выполнения кинематического соотношения; Лг0 - начальный угол поворота зеркала по отношению к платформе; - амплитуды моментов сил сухого трения.

Математическая модель, составленная по уравнениям (3) и (4), позволяет определять выражения для возмущающих моментов, действующих по осям вращения наружной рамки и платформы, и погрешности а,р.

Третья глава посвящена исследованию геометрии, кинематики и динамики ИИССиН с наклонным кардановым подвесом.

Проведено моделирование геометрических зависимостей между углами поворота рамок ИИССиН с наклонным расположением карданова подвеса и углами наведения JIB по высоте и азимуту, показавшее, что для наклонной ИИССиН при малых углах поворота наружной рамки возможно наведение по высоте на углы, превышающие 90 град.

В частном случае, когда (ру»0, выбор угла наклона двухосного

карданова подвеса рекомендуется проводить по зависимости

<Рй = <%.max - i'z.max > (5)

где <ргтах - максимально-возможный угол поворота внутренней рамки; <рв тах - требуемый угол наведения ЛВ по высоте.

а) б)

Рисунок 4 - Схема ИИССиН при (ру = 0 (а) и зависимости (рв- f\ipz) (б)

Принципиальная схема ИИССиН с наклонным кардановым подвесом при сру = 0 представлена на рисунке 4а. Согласно уравнению (5) на рисунке 46

построены графические зависимости <pB~f{<p2) при (ру=0, из которых

видно, что угол наведения ЛВ по высоте может превышать 90 град. В результате этого ИИССиН с наклонным кардановым подвесом способна

осуществлять обзор в полной полусфере, что особенно важно при пеленговании объектов, находящихся в околозенитной области.

В общем случае графики изменения <рв от <р, и <рп показаны на рисунке 5а. Для различных значений <р0=0...40 они имеют параболический вид, с вершинами в точках максимальных углов <рВтш (рисунок 56). В результате увеличения угла наклона щ наблюдается возрастание угла Фв, но при'этом величина максимально возможного поворота на (рВ ша уменьшается.

. р,,град.

рв.град (р3,

4>г,град-

а) б)

Рисунок 5 - Графики изменения <рв от (р2 и (р0 при <ру =15°: а) в виде поверхности; б) в виде линий

В работе проведен анализ относительных угловых скоростей наклонного карданова подвеса, который показал, что трехмерная качка основания вызывает переменные и постоянные составляющие углов пеленга, определяемые амплитудами и частотами качки (рисунок 6). Графики получены для режима стабилизации (тт = а>лг = 0), при качке основания, изменяющейся по гармоническому закону с амплитудами по крену 6 град., частотой 0,25Гц, по курсу 4 град., частотой 0,5Гц и по тангажу 7 град., частотой 1 Гц. Угол наклона ИИССиН и поворот дополнительной рамки принимались равными <р0 = 30° и <рр = 0 .

¿¡юо'с

а) б)

Рисунок 6 - График изменения угловых скоростей: а) фу; б) ф2

На рисунке 7 показаны графические зависимости фу/соу2 = f{<pB), для различных углов <р0, построенные по уравнениям (2) на неподвижном основании, при малых углах (ру. Из графиков видно, что при ср0 = 0 и срв, не превышающих 80 град., фу <=>соу2, а при срв, близких к 90 град., фу стремиться к бесконечности. При увеличении угла наклона (р0 до 30 град, соотношение Фу-Юуг сохраняется до <рв=110 град. Таким образом, увеличивается угол наведения JIB по высоте, при котором относительная угловая скорость по оси наведения наружной рамки фу не превышает проекции абсолютной угловой

скорости ЛВ со 2 > и система остается работоспособной в полной полусфере.

10° <Ра=20°

fВ, град.

Рисунок 7 - Графики соотношения угловых скоростей ИИССиН

С целью уточнения массовых и инерционных характеристик элементов карданова подвеса с помощью программы Solid Works 2010 была построена 3-Д модель макетного образца ИИССиН и программно определены осевые моменты инерции основных элементов, приведенные в таблице.

Таблица - Массовые и инерционные характеристики ИИССиН

Элементы карданова подвеса

Масса, кг

Осевые моменты инерции, кг-м2

Л

Л,

J,

Наружная рамка

0,520

3,98-10

-3

2,25-10';

1,98-10-;

Платформа

0,722

0,93-10-

1,05-10"'

0,38-10-

Дополнительная рамка

1,712

6,4-10"

5,73-10-

3,71-10-

Зеркало

0,878

1,1-10-

2,3-10"

1,34-10"

В работе построены зависимости возмущающего момента Мх, действующего по оси вращения наружной рамки, от угла наведения но высоте (рв в пакете БттЦпк, для режима стабилизации ИИССиН с наклонным кардановым подвесом (<р0 =30°) и без наклона (<р0 =0), показанные на рисунке 8. Моменты трения М„,М°2 принимались равными по 4-КГ* Н-м, а коэффициенты демпфирования ЬиЬ2,Ь3 по З-Ю"3 Н-м-с. При этом М, имеет порядок ±7-10"3 Н-м и стремиться к бесконечности при углах <рв близких к 120 град, (рисунок 86), в то время как ИИССиН без наклона имеет момент Мх порядок ±7-10"3 Н-м, до углов <рв 90 град (рисунок 8а).

Проведено моделирование возмущающих моментов в режиме наведения ИИССиН. Для проекций угловых скоростей ЗЛВ были приняты гармонические законы изменения, с равными амплитудами 28 град, и частотами 0,9Гц. На рисунке 9 показаны диаграммы возмущающих моментов, где 1 и 2 - графики в режимах стабилизации и наведения.

Результаты моделирования показали, что наибольшее возмущение возникает в режиме наведения. Возмущающий момент Мх достигает значения ±0,044 Н-м, а возмущающий момент М2 значения ±0,0125 Н-м.

■ М.Н-м

0,14' 0.12

0.1

<рв,гра<>

' Г ""

........... ...........1........Л

<рв,!рад

а) б)

Рисунок 8 - Графические зависимости М, = ]'{<рв )'-а) при (р0= 0; б) при % = 30°

М, Н-м 0,05 0.04 • 0.03 -0.02 • 0,01 0 • -0.0! -0.02-0.03 -0.04 -0.05- | 0.044 -

1

а) б)

Рисунок 9 - Диаграммы возмущающих моментов: а) М,; б) М2

В работе отмечается, что наибольшие возмущения в М1 и Мг вносят составляющие моментов от суммарной инерционности подвижных элементов карданова подвеса, демпфирования и сухого трения. Согласно уравнениям (3) и (4) эти составляющие определяются по формулам

а„+а , <»„ + а

=Л—f-\+ь■—г-

"cos (<р,-<р0) cos^-pj

(6)

= К к.+(7+](®-+

где = (J 2 +-JJ - суммарный момент инерции по каналу платформы; Л -эквивалентный

момент инерции наружной рамки.

Согласно уравнениям (3), (4) и (6) разработана структурная схема ИИССиН JIB с корректирующими звеньями, позволяющая исследовать динамические погрешности а и /? (рисунок 10).

В структурной схеме выделяются следующие передаточные функции:

- исполнительного двигателя, —-— - платформы по каналу ТидР + 1 +

азимута, 1 - платформы по каналу высоты, Wa(p)=—— ~ J.P + b, Р

корректирующего звена, кДУС - гироскопического датчика, — - интегратора.

Р

Рисунок 10 - Структурная схема ИИССиН JIB с наклонным кардановым подвесом

В работе проведено исследование динамических погрешностей стабилизации при углах наведения по азимуту <рл= 5° и высоте <рв = 80°, для ИИССиН без наклона и наклонной ИИССиН (<р0 =30°) на примере канала наружной рамки, так как по сравнению с каналом платформы, он имеет больший возмущающий момент и погрешность стабилизации ЛВ. Постоянная времени исполнительного двигателя принималась равной Тид = 0,03с., постоянная времени корректирующего звена - Та = 0,05с., коэффициент передачи контура стабилизации - к = кид-кю-кдус.=4,5 Н-м-с, момент инерции /ч =5,6-10~2кг ■ м2.

Графики ошибок стабилизации, для углов наведения ЛВ по высоте 80 град., показаны на рисунке 11, из которых видно, что для ИИССиН с наклонным кардановым подвесом амплитуда ошибки стабилизации колеблется в интервале ±0,1 град., а для ИИССиН без наклона - в пределах от -0,7 до +0,5 град.

i а, град

а, град.

t,cen.

а) б)

Рисунок 11 - Графики ошибок стабилизации: а) ИИССиН без наклона; б) ИИССиН с наклонным кардановым подвесом

Исследование ошибок стабилизации показало что, при угле наведения ЛВ по высоте 80 град. ИИССиН с наклонным кардановым подвесом имеет ошибки в пять раз меньшие, чем ИИССиН без наклона.

В четвертой главе описывается техническая реализация результатов теоретических исследований на макете, состоящем из блока стабилизации ЛВ, пульта управления и оптико-электронного координатора.

Проведены экспериментальные исследования наклонного макетного образца ИИССиН с корректирующими звеньями в контурах стабилизации и определены его динамические погрешности в установившихся режимах.

Ошибки системы, углы прецессии гироскопа и угловые скорости стенда двухкомпонентной гармонической качки основания определялись оптико-электронным координатором, датчиками углов гироскопа и датчиками угловых скоростей, установленными на стенде двухкомпонентной качки. Угловая скорость ЛВ задавалась лазером, закрепленным на выносной штанге поворотного стола. Регистрация процессов осуществлялась IBM-совместимым компьютером через двухканальную плату сопряжения.на базе АЦП 1113НВ1.

В работе разработан алгоритм преобразования координат, позволяющий переводить углы наведения по высоте и азимуту системы в углы поворота рамок ИИССиН с наклонным расположением карданова подвеса (рисунок 12).

Рисунок 12 - Алгоритм преобразования координат ИИССиН

В алгоритме преобразования координат ИИССиН вектор направления на цель X показан на рисунке 2а. Проекции вектора X на оси СК 0Хр1Ур12р1 и ОХрУр2р обозначены как ХХрХ 1рХ и ХХр,Хур,Х7р, а на оси 05',сиг, -(рисунок 12).

Преобразование, переводящее углы <рА,<рв в углы <ру,<р2, может быть

реализовано комбинацией тригонометрических функций.

Для наклона ИИССиН использовался фиксатор, удерживающий стабилизатор с постоянным углом % =30 град, и поворачивающий карданов

подвес относительно оси, перпендикулярной основанию.

Результаты экспериментального исследования ошибок стабилизации, при угле наведения по высоте, равном 80 град., показали, что при наклоне макетного образца на угол 30 град, ошибки ИИССиН составляют бугл. мин., что подтверждает результаты моделирования.

В заключении сформулированы основные выводы и результаты, полученные в диссертационной работе.

В приложении приведены имитационные модели ИИССиН, характеристики датчиков угловых скоростей и чертежи основных элементов макетного образца ИИССиН.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основные результаты выполненных исследований можно сформулировать следующим образом:

1. Предложена классификация двухосных ИИССиН с наклонным кардановым подвесом по количеству и расположению осей наведения.

2. Разработана схема ИИССиН с наклонным кардановым подвесом, защищенная патентом РФ на полезную модель № 106358, которая позволяет повысить точность ИИССиН при углах наведения, близких к 901рад.

3. Определены аналитические выражения, позволяющие вычислять углы поворота рамок наклонного карданова подвеса ИИССиН при заданных углах наведения ЛВ по высоте и азимуту.

4. Получены кинематические зависимости между угловыми скоростями ИИССиН с наклонным кардановым подвесом, позволяющие исследовать относительные угловые скорости поворота рамок.

5. Разработана динамическая модель и структурная схема ИИССиН с наклонным кардановым подвесом и оптическим элементом, расположенным на наружной рамке карданова подвеса, соединенным с платформой кинематической передачей с соотношением 1:2, которая позволяет определять погрешности стабилизации ЛВ при углах наведения по высоте 90 град.

6. Даны рекомендации по выбору угла наклона двухосного карданова подвеса для заданных углов наведения ЛВ по азимуту и высоте.

7. Показана возможность наведения ЛВ по высоте на углы 90 град. ИИССиН с наклонным кардановым подвесом путем моделирования геометрических зависимостей между углами поворота рамок ИИССиН и углами наведения ЛВ по азимуту и высоте.

8. Проведен анализ относительных угловых скоростей рамок наклонного карданова подвеса, показавший, что трехмерная качка основания вызывает переменные и постоянные составляющие углов пеленга, определяемые амплитудами и частотами качки.

9. Показано, что при угле наведения ЛВ по высоте 80 град, в наклоном кардановом подвесе динамическая погрешность уменьшается с 30 до 6 угл. мин.

10. Разработан алгоритм преобразования углов поворота рамок наклонного карданова подвеса ИИССиН по заданным углам наведения, который реализуется комбинациями тригонометрических функций.

11.Проведено экспериментальное исследование наклонного макетного образца двухосной ИИССиН при углах наведения по высоте 80 и 100 град., результаты которого подтвердили теоретические выводы о возможности создания ИИССиН с наклонным кардановым подвесом, обеспечивающей стабилизацию ЛВ с погрешностью, порядка 6 угл. мин.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Михед А.Д., Родионов В.И., Смирнов В.А. Кинематика и динамика двухосной системы стабилизации и наведения линии визирования, учитывающая особенности движения зеркала. / Инженерная физика №11. Москва: Изд-во «Научтехлитиздат», 2010г. -С.20-24.

2. Михед А.Д., Смирнов В.А. Математическая модель системы стабилизации и наведения оптической линии визирования, учитывающая особенности кинематики зеркала // Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008г. -С.271-275.

3. Михед А.Д., Смирнов В.А. Анализ возмущений действующих на систему стабилизации оптического изображения II Пути совершенствования ракетно-артиллерийских комплексов, средств управления войсками и оружием, их эксплуатации и ремонта. Труды XVI межвузовской НТК Тульского АИИ. Тула: Изд-во Тульский АИИ. 2008г. -С.35-36.

4. Михед А.Д., Клейменов Р.И., Родионов В.И. Динамическая настройка вибрационных гироскопов // IV-я магистерская научно-техническая конференция Тульского государственного университета: сборник докладов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009г. -С.167-168.

5. Михед А.Д., Родионов В.И. К вопросу повышения качества стабилизации оптического изображения. / Молодежные инновации: сборник докладов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009г. -С.357-359.

6. Михед А. Система стабилизации и наведения с двухосным наклонным кардановым подвесом. / Молодежные инновации: сборник докладов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010г. -С.282-285.

7. Михед А.Д., Родионов В.И., Исследование системы стабилизации и наведения с двухосным наклонным кардановым подвесом. / Навигация и управление движением: Материалы докладов ХП конференции молодых ученых "Навигация и управление движением"/ Научн. Редактор д.т.н. O.A. Степанов. Под общ. ред. Академика РАН В.Г. Пешехонова - СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ«Электроприбор», 2010г. -С.22-25.

8. Михед А.Д. Исследование возмущений, действующих на систему стабилизации и наведения линии визирования с плоским зеркалом. Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010г. -С.391-395.

9. Михед А.Д., Родионов В.И., Исследование системы стабилизации и наведения с двухосным наклонным кардановым подвесом / А.Д. Михед. // Навигация и управление движением. - СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ«Электроприбор», 2010г. -С.46-50.

10. Родионов В.И., Михед А.Д. Динамика системы стабилизации и наведения линии визирования с двухосным наклонным кардановым подвесом. / Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 2. Проблемы специального машиностроения. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011г. -С. 191-195.

11. Родионов В.И., Михед А.Д. Геометрия системы стабилизации и наведения с наклонным расположением карданова подвеса. / Приводная техника №2(90). Москва: Изд-во ООО НПФ «ОБРИС», 2011г. -С.34-37.

12. Патент РФ на полезную модель № 106358. А.Д. Михед, В.И. Родионов. Двухосный -управляемый гиростабилизатор в подвесе. МПК С01С21/18. Заявл. 16.12.2010. Опубл. 10.07.2011. Бюл. №19.

Изд. лиц. ЛР №0203ООот 12.02.97. Подписано в печать 5.12.2011 г. Формат бумаги 60x84 '/[6 .Бумага офсетная. Усл. печ.л. 1,1 Уч.-изд.л.1,0 Тираж 100 экз. Заказ 064 Тульский государственный университет 300012, г. Тула, пр. Ленина, 92 Отпечатано в Издательстве ТулГУ 300012, г. Тула, пр. Ленина, 95

61 12-5/1593

ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

На правах рукописи

МИХЕД Антон Дмитриевич

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ ЛИНИИ ВИЗИРОВАНИЯ С НАКЛОННЫМ КАРДАНОВЫМ ПОДВЕСОМ

Специальность 05.11.16. - «Информационно-измерительные и управляющие системы» (промышленность)

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель д.т.н., проф. В.И.Родионов

Тула-2011

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

СОДЕРЖАНИЕ 2

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 4

5

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ СТАБИЛИЗАЦИИ

И НАВЕДЕНИЯ ЛИНИИ ВИЗИРОВАНИЯ 9

1.1 ИИССиН производства России и ближнего зарубежья 9

1.2 ИИССиН зарубежного производства 13

1.3 Схемы построения ИИССиН 16

1.4 Требования, предъявляемые к ИИССиН 21

1.5 Принципиальная схема ИИССиН с наклонным кардановым 22 подвесом

1.6 Выводы по главе 24

2. ГЕОМЕТРИЯ, КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА 25 ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ С НАКЛОННЫМ КАРДАНОВЫМ ПОДВЕСОМ

2.1 Геометрия рам наклонного карданова подвеса 25

2.2.1 Определение углов наведения ИИССиН по высоте и азимуту 25

2.1.2 Определение углов поворота рамок карданова подвеса 42 ИИССиН

2.2 Статические погрешности ПК 47

2.3 Кинематика ИИССиН с наклонным кардановым подвесом 49

2.4 Кинематика наклонной ИИССиН, учитывающая особенности 56 движения зеркала

2.5 Динамика ИИССиН с наклонным кардановым подвесом, 60 учитывающая особенности движения зеркала

2.6 Выводы по главе 66

3. ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ 67

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

87

88

СТАБИЛИЗАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ

3.1 Анализ геометрических соотношений ИИССиН о /

3.2 Кинематические зависимости ИИССиН 72

3.3 Исследование возмущающих моментов и динамических 76 погрешностей стабилизации ЛВ

3.4 Выводы по главе

4 ИСПЫТАНИЯ МАКЕТНОГО ОБРАЗЦА ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ ЛИНИИ ВИЗИРОВАНИЯ

4.1 Макетный образец ИИССиН

4.2 Алгоритм преобразования координат ИИССиН 93

4.3 Результаты экспериментальных исследований макетного образца 95 ИИССиН

4.4 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ ПРИЛОЖЕНИЕ А ПРИЛОЖЕНИЕ Б ПРИЛОЖЕНИЕ В

97

98 100 108 109 119 125

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АЦП - аналого-цифровой преобразователь,

БАРУ - блок автоматического регулирования усиления,

ВАК - высшая аттестационная комиссия,

ВБ - вычислительный блок,

ГС - гироскопический стабилизатор,

ГСП - гироскопическая стабилизированная платформа,

ДВ - двигатель,

ДС - двигатель стабилизации,

ДУС - датчик угловой скорости,

3JIB - задающая линия визирования,

ИД - исполнительный двигатель,

ИИССиН - информационно-измерительная система стабилизации и наведения,

JIB - линия визирования,

МВТ - масштабный вращающийся трансформатор, ПИ - пропорционально-интегральный, ПК - преобразователь координат, СК - система координат, У - усилитель.

ВВЕДЕНИЕ

Информационно-измерительные системы стабилизации и наведения (ИИССиН) используются на подвижных объектах военного и гражданского назначения для получения информации об угловых параметрах линии визирования (ЛВ) оптических приборов в режимах стабилизации и наведения. Для стабилизации и наведения ЛВ используют кардановы подвесы, осуществляющие компенсацию качки основания и угловые

повороты ЛВ.

Многоосные кардановы подвесы, обеспечивают углы поворота ЛВ в полной полусфере, но имеют большие габариты и массу и требуют для измерения параметров ориентации большое количество чувствительных элементов и сложные алгоритмы преобразования сигналов. Поэтому в настоящее время большинство ИИССиН имеют двухосный карданов подвес, содержащий наружную рамку, которая обеспечивает полный разворот вокруг своей оси вращения, и внутреннюю рамку, которая осуществляет поворот относительно наружной на углы, не превышающие 90 град.

При решении задачи ориентации ЛВ углы поворота двухосного карданова подвеса не обеспечивают обзор в полной полусфере. Ограничение применения двухосного карданова подвеса при больших углах наведения связано с тем, что скорость по оси наружной рамки подвеса, а также ускорения по обеим осям при углах наведения внутренней рамки, близких к 90 град., стремятся к бесконечности. Таким образом, при вертикальном расположении наружной рамки подвеса ИИССиН имеет в верхней полусфере область больших погрешностей, представляющую собой конус с

центром, перпендикулярным основанию.

Разработкой подобных систем активно занимаются такие фирмы и организации как «McDonnel Douglass», «Rockwell International Corp.», (США), «SFIM» (Франция), «Carl Zeiss» (Германия), ЦКБ «АРСЕНАЛ»,

(Украина), Белорусское оптико-механическое объединения (БелОМО), Уральский оптико-механический завод (УОМЗ), ФНПЦ ОАО «Красногорский завод им. С. А. Зверева», МВТУ им. Н.Э. Баумана (Россия) и др.

Обеспечить наведение JIB по оси высоты на углы более 90 град, с высокой точностью можно введением в двухосный карданов подвес ИИССиН дополнительной рамки, удерживающей наружную рамку в наклонном положении. В качестве чувствительных элементов двухосной ИИССиН используют датчики угловой скорости или трехстепенной гироскоп. Методики анализа кинематики, динамики и алгоритмы преобразования угловых координат двухосных ИИССиН с наклонным расположением наружной рамки карданова подвеса, имеющие целью обеспечить наведение J1B по оси высоты более 90 град, с высокой точностью, на данный момент отсутствуют.

Таким образом, задача разработки схем построения, математического описания, алгоритма преобразования информации и способов повышения точности стабилизации ИИССиН с наклонным кардановым подвесом для определения угловых параметров JIB является актуальной.

Объектом исследования диссертационной работы является ИИССиН с двухосным наклонным кардановым подвесом, дополнительной рамкой, исполнительными двигателями и гироскопическими датчиками, которые обеспечивают ориентацию ЛВ в верхней полусфере.

Предметом исследования являются математические модели ИИССиН с двухосным наклонным кардановым подвесом и алгоритм преобразования угловых координат ориентации ЛВ на подвижных объектах.

Целью работы является повышение точности двухосной ИИССиН при углах наведения JIB в верхней полусфере, за счет введения наклонного карданова подвеса, рамки которого управляются исполнительными двигателями по сигналам гироскопических датчиков.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Определены аналитические зависимости между углами и угловыми скоростями наведения J1B и поворота рамок ИИССиН с наклонным кардановым подвесом.

2. Построена трехмерная модель макетного образца ИИССиН и программно определены массовые и инерционные характеристики основных элементов карданова подвеса и дополнительной рамки.

3. Разработана математическая модель ИИССиН с наклонным кардановым подвесом, учитывающая кинематику и динамику оптического элемента и проведено моделирование возмущающих моментов по осям подвеса, и погрешности стабилизации при углах наведения, близких к 90 град.

4. Разработан алгоритм преобразования информации, позволяющий вычислять углы поворота рамок ИИССиН по заданным углам наведения J1B.

5. Проведено экспериментальное исследование погрешностей ИИССиН с наклонным кардановым подвесом в режиме стабилизации при углах наведения по высоте более 90.

Для решения поставленных задач использовался комплексный метод исследования, который характеризуется применением методов аналитической геометрии, теории матриц, сферической тригонометрии, методов математического моделирования на ЭВМ, методов физического моделирования в лабораторных условиях.

Теоретические предпосылки к разработке подобных систем были созданы трудами отечественных ученых и специалистов: Ишлинским А.Ю., Пельпором Д.С., Ривкиным С.С., Неусыпиным А.К., Родионовым В.И. и др.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Получены аналитические выражения для двухосной ИИССиН с наклонным кардановым подвесом, определяющие взаимную связь между углами поворота рамок подвеса и углами наведения JIB по азимуту и высоте,

отличающиеся от известных тем, что позволяют получать информацию при углах наведения JIB по высоте, близких к 90 град.

2. Разработана математическая модель ИИССиН с наклонным кардановым подвесом, учитывающая особенности геометрии, кинематики и динамики ИИССиН, позволяющая определять возмущающие моменты по осям стабилизации и погрешности стабилизации при наведении JIB в

верхней полусфере.

3. Разработан алгоритм преобразования углов поворота рамок карданова подвеса ИИССиН по заданным углам наведения JIB и преобразователь координат (ПК), позволяющий реализовать предложенный алгоритм.

Результаты работы приняты к внедрению на ОАО «ЦКБА». Научные положения и результаты исследований диссертации реализованы в учебных дисциплинах «Принципы построения приборов и систем ориентации, стабилизации и навигации» и «Моделирование систем ориентации, стабилизации и навигации» при подготовке студентов специальности 160402. Акты внедрения приводятся в приложении В.

Работа выполнена при поддержке Министерства образования РФ в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, научно-исследовательские работы по лоту «Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области оптики, лазерной физики и лазерных технологий» шифр «2010-1.1-122-012» по теме: «Исследование оптико-электронных методов пространственно-угловых измерений и создание на их основе широкого класса измерительных приборов повышенной точности» (шифр заявки «2010-1.1-122-0.12-016»).

1. ОБЗОР ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ СТАБИЛИЗАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ ЛИНИИ ВИЗИРОВАНИЯ

1.1 ИИССиН производства России и ближнего зарубежья

Гиростабилизироеанные прицельные системы Уральского оптико-механического завода (УОМЗ) наиболее широко используются на российских боевых вертолетах и самолетах.

Сводные характеристики систем стабилизации оптического изображения производства УОМЗ, предназначенных для самолетов и вертолетов, приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Характеристики ИИССиН производства УОМЗ

Тип Точность стабилизации скорости и ускорения наведения углы обзора масса, габариты количество осей стабилизации

ГС-1 3 угл. сек. ±60 ° высота ±120 ° азимут. 120 кг (без нагрузки, нагрузка- сфера 0 700мм, 90кг) три

ГС-2 3 угл. сек. ±60° высота + 120 ° азимут 25 кг (без нагрузки, нагрузка- сфера 0300мм, 20кг) три

ГОЭС 330 5 угл. сек. 60 град/сек + 45°...-115° высота ±235° азимут 460х460х613лш, три

56кг (блок стабилизации с нагрузкой)

соя-122 0,02 до 45 град/сек; 100 град/сек2 + 20°...-90° высота ±190° азимут 340х340х400лш ,51кг (блок стабилизации с нагрузкой) четыре

В вертолетных ИИССиН производства УОМЗ стабилизация изображения осуществляется за счет стабилизации всего блока аппаратуры. Для повышения точности и обеспечения широкого диапазона углов наведения в них используется трех или четырехосный карданов подвес стабилизируемой аппаратуры.

В авиационной ИИССиН ОЭПС-27, предназначенной для самолетов СУ-27, и ее модификации ОЭПС-29, предназначенной для истребителей МИГ-29, стабилизация изображения осуществляется за счет стабилизации зеркала. К данному типу относится и ИИССиН ОЛС 52Ш.

Внешний вид некоторых образцов ИИССиН производства УОМЗ приведен в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Внешний вид ИИССиН производства УОМЗ

Известны разработки ИИССиН МВТУ им. Н.Э. Баумана, в которых используется принцип стабилизации всего блока оптической аппаратуры. Характеристики универсального гиростабилизатора углового положения киновидеоаппаратуры ГСП 4. приведены в таблице 1.3.

Система представляет собой трехосный гиростабилизатор с наружным кардановым подвесом и объектом стабилизации - телекамерой или видеокамерой.

Таблица 1.3 - Характеристики ИИССиН ГСП 4 разработанным МВТУ им. Н.Э. Баумана

Тип Точность стабилизации скорости и ускорения наведения углы обзора масса, габариты количество осей стабилизации

ГСП 4 60 угл. сек. 60 град/с; 240 град/с2 + 75°...-165° высота ± п • 360° азимут ± 60° крен 15 кг три

ФНПЦ ОАО «Красногорский завод им. С. А. Зверева» выпускает системы стабилизации изображения «Агат-М» и «Ноктюрн» для танков.

В комплексе командира «Агат-М» три оптических канала размещены в одном корпусе. Стабилизация поля зрения каждого из каналов обеспечивается за счёт стабилизации головного зеркала, являющегося общим конструктивным элементом для всех трёх каналов.

В тепловизионном прицеле «Ноктюрн» стабилизация осуществляется посредством зеркала. Характеристики стабилизаторов приведены в таблице 1.4.

На казённом предприятии ЦКБ «АРСЕНАЛ», Украина, разработан гироскопический стабилизатор поля зрения ГС ПЗП. ИИССиН представляет собой двухплоскостной независимый стабилизатор на основе миниатюрного

управляемого динамически настраиваемого гироскопа украинского производства. Технические характеристики представлены в таблице 1.5.

Точность стабилизации, приведенная в таблице, определялась при гармонической качке основания по азимуту и по высоте с амплитудой ±3° и частотой 0,7 -1,2 Гц.

Таблица 1.4 - Характеристики ИИССиН производства ФНПЦ ОАО «Красногорский завод им. С. А. Зверева»

Тип точность стабилизации масса, габариты количество осей стабилизации

танковый тепловизионный прицел «Ноктюрн» 42 угл. сек. 55 кг две

танковый комплекс командира «Агат-М» 60 угл. сек. 541х355х233лш, 62 кг две

Таблица 1.5 - Характеристики ИИССиН разработки ЦКБ «Арсенал» (Украина)

Точность стабилизации 21 угл. сек.

Уход линии визирования <3мрад/мин по азимуту <1мрад/мин по высоте

Углы прокачки линии визирования + 20°... -10° высота ± 5° азимут

Скорость наведения линии визирования ±(0,02...3,5) град/с

Массогабаритные характеристики 14,5 кг, 0250x285 мм

ИИССиН производства Белорусского оптико-механического объединения (БелОМО) предназначена для дистанционного обзора земной поверхности с беспилотного летательного аппарата, обеспечивает слежение и

сопровождение наблюдаемых объектов, а также выдает информацию для управления летательным аппаратом с целью обеспечения его посадки в нужном районе.

Технические характеристики приведены в таблице 1.6.

Точность стабилизации, приведенная в таблице, определялась при синусоидальной пространственной качке с максимальной скоростью

'у

6,28град/с и ускорением 40град!с .

Таблица 1.6- Характеристики ИИССиН разработки БелОМО

Точность стабилизации 0,4°

Точность в режиме слежения 0,05°

Углы прокачки линии визирования ±30° высота ±30° азимут

Скорость наведения линии визирования ±(0,02...3,5) град/с

Массогабаритные характеристики: 15 кг, 018Ох6ООлш

1.2 ИИССиН зарубежного производства

Разработкой и производством ИИССиН, предназначенных для установки на летательных аппаратах, занимаются как крупные фирмы, работающие в интересах вооруженных сил - McDonnel Douglass, Rockwell International Corp., (США), SFIM (Франция), Carl Zeiss (Германия), так и менее известные. Характеристики вертолетных ИИССиН, представлены в таблице 1.7, а их внешний вид - в таблице 1.8.

Не утратили своей актуальности и малогабаритные системы стабилизации изображения, где стабилизация осуществляется за счет стабилизации оптического элемента - чаще всего плоского зеркала. Подобные схемы ИИССиН широко используются в танковых прицелах и перископах

подводных лодок. Характеристики таких систем, предлагаемых фирмой Carl Zeiss (Германия) приведены в таблице 1.9, а их внешний вид - в таблице 1.10.

Как видно из приведенных в таблице 1.9 данных, малогабаритные ИИССиН для наземных носителей составляет порядка десяти угловых секунд при движении носителя по стандартной трассе.

Таблица 1.7 - Характеристики вертолетных ИИССиН зарубежного производства

Тип точность стабилизац. скорости и ускорения наведения углы обзора масса, габариты количество осей стабилизации

MMS / McDonnel ouglass (США) 412 угл. сек. - ±30° высота ±190° азимут 0642мм, 72.5 кг 2

Athos / SFIM (Франция) 20 угл. сек. 12 град/с + 28°...-20° высота ±118 ° азимут 8.8 кг Стабилизированное зеркало

CHLIO / TRT (Франция) 30 угл. сек. - + 25°... - 70° высота ±120° азимут 8 кг 2

TICMII / GEC Avionics (Великобр.) 412 угл. сек. 028Ох47Олш, 15 кг 2

GyroCam 360 / HMC Helicopters Services (США) 60 град/с + 20°...-110 "высота 360° азимут 0381х528лш, 32 кг 5-й карданов подвес и виброизоляция

ULTRA 3000 / FLIR Systems Inc. (США) - 60 град/с + 40°...-110 °высота ±360° азимут 0251х376лш, 15 тег 2

Таблица 1.8 - Внешний вид ИИССиН зарубежного производства

MMS CHLIO TICMII GyroCam 360

r'i i ' ^ иИИИИВНИИИИИИИИ»: ■г » чЙ^Г^У'^Ш

Таблица 1.9 - Характеристики ИИССиН для наземных носителей производства Carl Zeiss (Германия)

Тип ТОЧНОСТЬ стабилизац. скорости и ускорения наведения углы обзора масса, габариты количество осей стабилизации

'ERIRTWL-B 16 угл. сек. 180 град/с -15°... + 45° высота пх 360° азимут Стабилизирований е зеркало

PERI-R17 А2 10 угл. сек -13°...+ 20° высота пх 360°азимут Стабилизированно е зеркало

PERI-CDR 10 угл. сек 45