4.3. Гирополукомпас

Гирополукомпас (ГПК) представляет собой (рис.26) астатический гироскоп в трех- степенном подвесе, снабженный системой коррекции, задачей которой является удержа- ние вектора кинетического момента гироскопа вблизи плоскости местного горизонта. Возможны два варианта построения системы коррекции, именуемые системой межра- мочной и системой маятниковой коррекции.

Система межрамочной коррекции (рис.26а)) включает ДУ на промежуточной оси подвеса гироскопа, ДМ на внешней оси подвеса и электронное звено. Эта система обес-

печивает ортогональность вектора ^H плоскости рамки, чем, при поддержании внешней оси рамки в направлении вертикали, достигается удержание ^H вблизи

местного горизонта. Работа системы состоит в следующем. При отклонении ^H от пер- пендикуляра к плоскости рамки это отклонение измеряется ДУ _, сигнал ДУ через усили- тельно-преобразовательное звено электроники подается на ДМ. Под действием момента,

вследствие прецессии гироскопа, вектор ^H отклоняется вверх или вниз относительно плоскости горизонта. Его движение прекращается при =0, т.е. когда вектор ^H станет перпендикулярным плоскости рамки.

Система маятниковой коррекции (рис.26б)) работает аналогичным образом, но сигнал

о негоризонтальности вектора ^H формируется акселерометром А, ось чувствительности которого параллельна вектору ^H . В данной схеме прецессия гироскопа происходит до тех пор, пока сигнал с акселерометра не станет нулевым. А это имеет место при горизон- тальном положении оси чувствительности акселерометра и, следовательно, вектора ^H (если при этом отсутствуют горизонтальные ускорения, наличие которых приводит к

ошибке).

Принципиальным отличием рассматриваемого устройства от гироскопа Фуко 1-го рода и маятникового гирокомпаса является то, что он не обладает избирательной спо- собностью; его задачей является сохранение азимутального направления, приданного век-

тору ^H в начальный момент времени и, при необходимости, отработка азимутальных разворотов по сигналам S системы управления на ДМ, установленный на промежуточ- ной оси подвеса.

Рассмотрим работу ГПК.

Угол , снимаемый с выходного датчика угла ДУ , представляет собой, очевидно, угол разворота основания ГПК (или объекта, если основание связано с объектом) отно- сительно направления, задаваемого вектором ^H . Следовательно, необходимо выяснить, какое направление реализует вектор ^H . Обозначим угол поворота гироскопа в азиму- те относительно направления на Север в местной горизонтальной системе координат _{г г г} и, ограничиваясь рамками прецессионной теории, запишем уравнение моментов в

проекции на промежуточную ось подвеса гироскопа. При этом для конкретности будем

рассматривать схему рис.26а) и полагать при этом, что система межрамочной коррекции работает идеально, т.е. 0. Тогда упомянутое уравнение будет таким

H (a^&

^u_{z z} ^{) M 0,}

(48)

где u - переносная скорость, т.е. скорость системы координат _{г г г} в проекции на внешнюю ось ГПК (полагаем, что она близка к вертикали), М - момент, действующий по промежуточной оси подвеса ГПК. Если этот момент отсутствует, то получаем соот- ношение

^{a& u}_{z z} ^0,

выражающее тот простой факт, что проекция абсолютной скорости разворота гироскопа вокруг вертикали равна нулю. Это соответствует первому основному свойству гироскопа. Таким образом, при отсутствии момента по промежуточной оси гироскоп сохраняет в инерциальном пространстве неизменную азимутальную ориентацию. В частности, если в

начальный момент времени вектор ^H был ориентирован в направлении меридиана, то это направление и будет сохраняться. Но заметим, что этот начальный меридиан изменяет свое направление со временем из-за вращения Земли. Чтобы учесть этот факт, можно сформировать управляющий сигнал S на ДМ, установленный на промежуточной оси, чтобы гироскоп отрабатывал это вращение. Основной составляющей скорости вращения является вертикальная компонента угловой скорости Земли = sin , зависящая от широты места , вследствие чего описанную коррекцию ориентации ГПК называют широтной коррекцией. Более эффективно, однако, не корректировать ГПК, а учитывать упомянутое вращение аналитически в вычислителе системы управления; при этом отпадает необходимость в ДМ и не вносится дополнительных ошибок в работу ГПК.

При осуществлении широтной коррекции ГПК выдает курс объекта относительно те-

кущего направления начального меридиана. Этот курс называется ортодромическим. Если объект сохраняет постоянный ортодромический курс, то он движется по ортодро- мии - части дуги большого круга, которая является кратчайшей кривой, соединяющей два пункта на сфере. По этой причине информация ГПК оказывается более полезной, чем ин- формация об истинном курсе, т.е. угле между направлением движения и направлением на Север.

Изложенное выше остается справедливым и по отношению к схеме рис.26б).

Как следует из предыдущего, в отличие от гироскопа Фуко и маятникового гирокомпа-

са, ГПК не имеет ограничений в использовании по широте места.

Остановимся кратко на факторах, обусловливающих ошибки ГПК.

Основным из них является вредный момент М_вр, действующий по промежуточной оси и вызванный трением, тяжением жгутов, по которым подается электропитание на гиро- мотор, разбалансом гироскопа с кожухом относительно промежуточной оси и др. причи- нами. Как следует из (48), этот момент приводит к уходу гироскопа (так принято называть прецессию из-за вредных моментов) со скоростью

a^& H

^1M _вр

и накоплению ошибки со временем.

К ошибкам приводит также рассогласование направлений внешней оси подвеса

ГПК и вертикали места, погрешность системы межрамочной или маятниковой коррекции.

Кроме того, ГПК имеет скоростную и баллистическую девиации, причины которых аналогичны рассмотренным применительно к гироскопу Фуко и маятниковому гироком- пасу.

Отсутствие ограничений в использовании по широте места, приемлемая точность обу- словили широкое применение ГПК в системах навигации подвижных объектов. Он также часто используется совместно с магнитным компасом, что позволяет вводить периодиче- ские поправки за накопленные уходы ГПК. Подобное устройство называется гиромаг- нитным компасом.