Работы Тульского государственного университета в области прикладной гироскопии

Измерительной основой на борту подвижного объекта (ПО) наземного, морского и воздушно-космического базирования для определения их угловых координат и навигационных параметров в автономном режиме служат инерциальные датчики (гироскопы, акселерометры) и гироприборы и измерительные системы на их основе. Решение ряда задач ориентации, в том числе позиционирования, навигации и управления возможно с использованием информации о геофизических полях (гравитационное, магнитное и др.) и комплексированием ее с информацией от измерительных датчиков.

Опыт разработки гироприборов для решения задач ориентации и управления динамичных летательных аппаратов (ЛА) [1, 2, 3, 4] показал, что для противотанковых комплексов могут быть применены модернизированные решения существующих гироприборов, а в управляемых боеприпасах ариллерийских комплексов для обеспечения требуемой дальности и высокоточного попадания в цель применяются подсистемы инерциального наведения с применением микромеханических гироскопов и акселерометров (ММГ, ММА), комплексированные с магнитометрическими датчиками и системами спутниковой навигации [6,7] (рис. 1).

НИР и ОКР по прикладной гироскопии для динамичных подвижных объектов выполнены по заказам предприятий г. Тулы.

Системы позиционирования находят применение в нашлемных целеуказателях, в системах прицеливания пусковых установок переносных зенитно-ракетных комплексов (ПЗРК), в системах измерения вертикальной качки гидрографических судов и буев, в системах управления выправочных железнодорожных машин [8, 9, 10] др.

Системы ориентации на базе инерциальных, оптических, магнитометрических и пирометрических датчиков служат для определения угловых координат ПО [11] и являются важнейшей составной частью систем навигации. Применение МЭМС  датчиков и  технологий (МЭМС – микроэлектромеханические системы) позволяет создавать миниатюрные по массе, габаритам и энергопотреблению измерительные приборы и системы [12], что делает возможным их применение в системах ориентации беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) [13,14] и создания на их базе программно-аппаратных комплексов, обеспечивающих выполнение полетного задания БПЛА, то есть микросистемную авионику [15] (рис. 2, табл. 1, 2)

Резервная система ориентации прошла успешные испытания на полунатурном стенде в ГОСНИИАС при моделировании дальнего полета.

Бесплатформенные инерциальные навигационные системы (БИНС) в качестве аппаратной части содержат инерциальный измерительный модуль (ИИМ), который, как правило, включает три акселерометра и три гироскопа с взаимноортогональными измерительными осями, который измеряет проекции векторов абсолютной угловой скорости и кажущегося ускорения на оси связанной с объектом системы координат [16]. Применение ММГ и ММА в ИИМ и комплексирование БИНС с МЭМС магнитометром и МЭМС навигационным спутниковым модулем дают возможность создания малогабаритных навигационных систем для ПО различного базирования [12]. Бесплатформенные инерциальные системы ориентации являются важнейшей частью БИНС. Как пилотируемые, так и беспилотные ПО имеют ИИМ, построенные на базе акселерометров и гироскопов, работающих на различных физических принципах [17] (волоконно-оптические гироскопы, ВОГ, динамически настраиваемые, ДНГ, и др.) (рис. 3).

Теоретические разработки по БИНС были использованы при выполнении ряда НИР и ОКР.

Гравиметрические комплексы имеют определяющее значение для создания и уточнения крупномасштабных карт гравитационного поля Земли [18]. Глобальные карты аномалий гравитационного поля служат для целей автономной навигации в мировом океане, а также разведочной геофизики. Очевидно, что малогабаритные гравиметрические комплексы для аэро- и морских измерений существенно расширяют географию их применения [19] (рис. 4).

Технические характеристики набортного гравиметрического комплекса ГРИН:

инструментальная погрешность каналов гравиметрических датчиков – 0,04 мГал;

Михаил Грязев – ректор ФГБОУ ВО Тульский государственный университет (ТулГУ)
Владимир Кухарь – проректор по научной работе ТулГУ
Владимир Распопов – зав. кафедрой «Приборы управления» ТулГУ