6.2.2 Устройство и принцип действия автономной навигационной аппаратуры

Автономная навигационная аппаратура состоит из отдельных приборов выполняющих определенные функции:

измерение приращения пройденного машиной пути;

удержание заданного направления оси курсового гироскопа и непрерывное введение в счетно-решающий прибор величины изменения дирекционного угла продольной оси объекта;

непрерывную выработку текущих координат объекта.

Путевое устройство используется для определения приращения пройденного машиной расстояния с помощью датчиков пути, имеющих различное техническое исполнение:

механический датчик пути (МДП);

электромеханический датчик пути (ЭМДП);

электронный датчик пути (ЭДП или ДДС – доплеровский датчик скорости).

В состав аппаратуры, как правило, входит один – два датчика пути. При наличии двух датчиков один, как правило, МДП или ЭМДП, а другой – ЭДП (ДДС).

Механический датчик пути состоит из червячного привода, смонтированного на выходе переднего вала из раздаточной коробки, и гибкого валика, помещенного в бронепроводе. Гибкий валик напрямую подключен к курсопрокладчику. Движение машины назад с включенным МДП категорически запрещено, так как это может привести к «разматыванию» гибкого валика и заклинивания в бронепроводе.

Электромеханический датчик пути работает по принципу электрического счетчика. Величина пройденного пути определяется количеством выработанных электрических импульсов при вращении ротора ЭМДП от дифференциала переднего моста (правой ведущей звездочки гусеничной техники) в щели между индукционными катушками. Электрические импульсы усиленные и преобразованные поступают на шаговый двигатель курсопрокладчика. В технической литературе электромеханический датчик пути часто называется механическим датчиком скорости (МДС).

ЭМДП позволяет производить измерение пройденного пути, как при движение вперед, так и назад, путем переключения на пульте управления тумблера ВПЕРЕД-НАЗАД.

Электромеханический и механический датчики пути не имеют схемы учета поправок на рельеф местности, поэтому датчиком измеряется наклонный, а не приведенный к горизонту путь.

Электронный датчик пути является радиотехническим устройством. Генератор устройства вырабатывает электромагнитный сигнал СВЧ диапазона, который через систему волноводов подается на передающую антенну и излучается в направлении Земли. Часть сигнала ответвляется на балансовый фазочувствительный детектор (БФД).

При движении машины отраженный от поверхности Земли электромагнитный сигнал отличается по частоте от сигнала излучения на величину:

, (6.6)

где Fg – доплеровская частота;

V – скорость движения объекта;

λ – длина волны излучения;

γ – угол между вектором скорости и направлением излучения.

Отраженный сигнал принимается приемной антенной и по своей системе волноводов тоже подается на БФД, где в результате биения двух частот (частоты излучения и частоты принимаемого сигнала) происходит выделение разностной частоты Fg, которая пропорциональна скорости движения объекта.

Сигнал доплеровской частоты с БФД поступает на усилитель, усиливается, а затем поступает на блок фильтров усилительного устройства, где происходит фильтрация его в необходимой полосе. Блок фильтров состоит из трех фильтров. С выхода каждого фильтра сигнал по отдельным каналам поступает на блок измерения частоты и далее на блок селекции.

В основу измерения доплеровской частоты положено принцип счета нулей, заключающейся в том, что при каждом переходе доплеровского сигнала через нулевой уровень в одном направлении формируется один импульс напряжения. Таким образом, на выходе блока измерения частоты имеем последовательности импульсов, частота которых пропорциональна скорости движения объекта, а их количество определяет пройденный объектом путь.

Блок селекции осуществляет выбор сигнала для дальнейшего использования в зависимости от скорости движения объекта по значению частоты доплеровского сигнала.

С выхода блока селекции сигнал поступает на масштабный делитель, который приводит цену импульсов выходных сигналов к масштабам 13 сантиметров и 1 метр. Устройство корректуры позволяет регулировать цену импульсов в пределах 2%.

Горизонтальная дальность всегда будет меньше пройденного расстояния. Для получения горизонтальной составляющей пройденного пути при движении по пересеченной местности с уклоном до 16º устройством корректуры автоматически вырабатывается поправка в расстояние за наклон местности на приведение его к горизонту в соответствии с формулой:

S ∙(1– cosβ), (6.7)

где S – пройденный путь;

β – угол наклона местности.

Эта поправка вырабатывается по сигналу, поступающему с маятникового датчика крена через схему управления режимом работ в виде переменного напряжения частотой 400Гц с амплитудой, пропорциональной углу наклона местности (рельефа). Скорректированный сигнал с выхода делителя поступает на пульт управления.

Когда машина неподвижна, автомат остановки пульта управления отключает сигнал усилительного устройства для устранения ложных срабатываний. При движении машины со скоростью, меньшей 3 км/ч, электронный датчик пути отключается, и сигнал пути поступает от МДП или ЭМДП.

После включения датчика пути (ЭДП) готов к работе по истечении 5 минут.

Электронный датчик запрещается использовать при скорости движения менее 3 км/ч, при обгоне движущегося транспорта или движения вдоль придорожных посадок, стены (скатов гор) ближе 5 метров по правому борту машины, при преодолении водных преград или движении правым бортом вдоль водных преград, при движении на углах наклона более 35°. При работе ЭДП личный состав не должен находится под воздействием его облучения

Питание от бортовой сети, включение и выключение датчиков осуществляется с помощью пульта управления (ПУ) путевым устройством.

В пульте управления и преобразователе импульсный сигнал, поступающий от электронного или электромеханического датчика пути, пропорциональный пройденному объектом пути, преобразуется в сигнал, поступающий на привод курсопрокладчика (координатора).

Гирокурсоуказатель (ГКУ) предназначен для непрерывного определения изменения дирекционного угла продольной оси машины и передачи информации о его величине и направлении в счетно-решающий прибор (курсопрокладчик или координатор).

В состав ГКУ входят следующие приборы:

гироазимут;

преобразователь тока;

пульт управления.

Основным прибором ГКУ является гироазимут (рисунок 6.6). Трехстепенной курсовой гироскоп гироазимута состоит из гироузла с осью вращения II–II и рамы с осью вращения Z–Z. В корпусе гироузла расположен гиромотор с осью вращения ротора I–I, по которой направлен вектор кинетического момента H1.

Принцип действия гироазимута основан на использовании свойства трехстепенного гироскопа удерживать положение оси собственного вращения неизменным в мировом пространстве. Для того, чтобы обычный трехстепенной гироскоп мог выполнять функции азимутального гироскопа, необходимо, чтобы ось ротора гироскопа лежала в плоскости горизонта и сохраняла неизменным свое положение в этой плоскости по отношению к направлению географического меридиана, а не в мировом пространстве..

Для компенсации уходов гироскопа относительно земных ориентиров в гироазимуте гирокурсоуказателя применена система горизонтальной и азимутальной коррекции.

Основными причинами, вызывающими уход гироскопа относительно заданного направления, являются:

действия вертикальной составляющей вектора угловой скорости вращения Земли;

остаточная неуравновешенность массы гироскопа (дебаланс) относительно оси II–II, вызывающая прецессию гироскопа относительно оси Z–Z;

различная величина моментов трения шарикоподшипников при периодическом движении гироузла относительно оси II–II.

В гирокурсоуказателе применена раздельная компенсация вышеуказанных причин, влияющих на уход гироскопа, которая осуществляется путем запитывания азимутального и горизонтирующего коррекционного мотора переменным током, пропорциональным по величине и обратным по направлению действия каждого фактора.

Таким образом, посредством горизонтальной и азимутальной систем коррекции обеспечивается удержание оси ротора гироскопа в плоскости горизонта и необходимая стабильность ее направления.

Компенсация ухода осуществляется посредством подачи на управляющую обмотку коррекционного мотора напряжения с помощью соответствующих регулировочных потенциометров УСТАНОВКА ШИРОТЫ, ЭЛ. БАЛАНСИРОВКА (электрическая балансировка), ПОПРАВКА НА ТРЕНИЕ.

Измерение изменения дирекционного угла продольной оси машины относительно первоначального осуществляется двухканальным сельсином, имеющим грубый и точный каналы измерения.

Преобразователь тока предназначен для преобразования постоянного тока напряжением 27 в от аккумулятора или генератора в трехфазный переменный ток напряжением 36 в 400 Гц, который необходим для питания элементов гирокурсоуказателя.

Пульт управления предназначен для включения и выключения, настройки и регулирования гирокурсоуказателя. В нем размещены все регулировочные резисторы, тумблеры и сигнальные лампы, также регулировочных потенциометры УСТАНОВКА ШИРОТЫ, ЭЛ. БАЛАНСИРОВКА, ПОПРАВКА НА ТРЕНИЕ.

В аппаратуре 1Т128 роль гирокурсоуказателя выполняет система гироскопическая курсокреноуказания (СГККУ), а в аппаратуре 1Т215 и АСУНО (автоматизированной системой управления наведением орудия) – система самоориентирующаяся гироскопическая курсокреноуказания (ССГККУ).

Последняя система работает в двух режимах:

режим гирокомпаса – определяет величину истинного азимута продольной оси машины при подготовке аппаратуры к работе. Переход к дирекционному углу осуществляется автоматически с помощью ЭВМ;

режим гироазимута – выдает информацию о текущем дирекционном угле продольной оси машины.

Курсопрокладчик КП-4 (1В44) является счетно-решающим устройством. Его основным назначением является непрерывная автоматическая выработка координат положения движущейся машины и вычерчивание на карте проходимого машиной пути по входным данным. Кроме того, курсопрокладчик в комплекте с другой аппаратурой позволяет решать следующие дополнительные задачи:

обеспечивать передвижение по заранее заданному маршруту;

наносить на карту не указанные на ней дороги;

снимать координаты точек, имеющихся на карте.

Перечисленные выше задачи решаются на листах карт масштабов: 1:50000, 1:100000, 1:200000.

Входными данными для курсопрокладчика являются:

дирекционный угол (курс), поступающий от ГКУ по линии синхронной передачи;

проходимый путь, снимаемый с преобразователя путевого устройства. Ошибки измерения пути путевого устройства учитываются и корректируются вручную в пределах от – 10% до +12%.

Курсопрокладчик имеет следующие механизмы и узлы:

механизм корректуры пути;

узел ввода дирекционного угла продольной оси машины;

узел определения приращений координат;

счетчики (сумматоры);

механизм переключения масштабов;

построительный механизм.

В аппаратуре 1Т128 данные механизмы и узлы размещаются в двух устройствах: координаторе и планшете, а в аппаратуре 1Т215 – в пульте управления и планшете.

Механизм корректуры пути предназначен для приведения измеренного электромеханическим или механическим датчиком пути пройденного наклонного расстояния к горизонтальному расстоянию, необходимому для решения прямой геодезической задачи, а также для учета материала дороги и ее состояния (влажная или сухая) Последнее влияет на степень пробуксовки колес (гусениц) во время движения. В ходе выверок для различных дорожных условий (рельефа, материала и состояния дороги) определяются величины коэффициента корректуры пути. Требуемая величина коэффициента корректуры пути в процентах (К) устанавливается вращением ручки КОРРЕКТУРА ПУТИ.

Узел ввода дирекционного угла продольной оси машины служит для установки начального значения дирекционного угла и для суммирования отработанных углов поворота машины с начальными данными. Начальное значение дирекционного угла устанавливается с помощью маховичка КУРС. При этом на курсопрокладчике имеется два маховичка КУРС: КУРС КОНТРОЛЬ и КУРС РАБОТА. Первый используется при выключенном тумблере У2 (усилитель), а второй – при включенном.

Узел определения приращений координат предназначен для непрерывного определения приращений координат ∆Хn и ∆Уn в соответствии с зависимостью (5.8).

Счетчики Х и У служат для установки координат начальной точки и для автоматического непрерывного суммирования приращений координат с начальными данными.

Механизм переключения масштабов предназначен для установки масштаба карты, на которой прокладывается маршрут движения машины, оснащенной автономной навигационной аппаратурой.

Построительный механизм служит для прокладывания маршрута движения машины на карте.

В АСУНО текущие координаты положения машины определяются с помощью ПЭВМ, а положение машины может отражаться на электронной карте местности.

Визир закрепляется на машине так, что при нулевых отсчетах на кольце и барабане оптическая ось визира параллельна или совпадает с продольной осью машины. При отсутствии на машине визира вместо него используется любой имеющийся оптический прибор (как правило, дальномер), а отсчеты снимаются со шкал башни (координатора башни) машины. При этом башня предварительно ориентируется по продольной оси машины, а на шкалах устанавливаются нулевые отсчеты.

Таким образом, принцип работы автономной навигационной аппаратуры основывается на непрерывном, последовательном решении прямой геодезической задачи (рисунок 6.7).

Пусть машина, оснащенная автономной навигационной аппаратурой, установлена на начальной точке НТ, координаты которой ХНТ и УНТ известны. На этой же точке определен дирекционный угол продольной оси машины α1. Требуется определить координаты привязываемой точки Р (ХР и УР).

Движение машины от начальной точки до привязываемой осуществляется по маршруту, который представляет кривую линию. Если этот маршрут разбить на большое количество элементарных участков, то криволинейностью каждого из них можно будет пренебречь.

Таким образом, кривая линия заменяется ломаной линией. Имея координаты начальной точки ХНТ и УНТ , дирекционный угол продольной оси машины на этой точке α1, и измеренную с помощью датчика пути длину первого элементарного участка ΔS1, счетно-решающее устройство определяет координаты конечной точки этого участка Х1 и У1 по зависимостям:

∆Х1 = ΔS1 ∙cos α1; ∆У1 = ΔS1 ∙sin α1. (6.8)

Х1 = ХНТ + ∆Х1; У1 = УНТ + ∆У1.

В конце первого участка машина изменяет направление движения на некоторый угол. Зная величину и знак этого угла, можно определить дирекционный угол направления движения на этом участке. Величина и знак изменения дирекционного угла определяется с помощью гирокурсоуказателя и передается в счетно-решающее устройство, в котором рассчитывается дирекционный угол направления движения. После измерения длины второго элементарного участка ΔS2 определяются координаты конечной точки и этого участка Х2 и У2 :

∆Х2 = ΔS2 ∙cos α2; ∆У2 = ΔS2 ∙sin α2. (6.9)

Х2 = Х1 + ∆Х2; У2 = У1 + ∆У2.

Аналогичным образом определяются координаты всех последующих точек маршрута движения машины. Формулы, составляющие математическую основу работы автономной навигационной аппаратуры по определению координат своего местонахождения (n-й точки маршрута движения), выглядят следующим образом:

∆Хn = ΔSn ∙cos αn; ∆Уn = ΔSn ∙sin αn. (6.10)

Хn = Хn-1 + ∆Хn; Уn = Уn-1 + ∆Уn.