Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Сравнительный анализ существующих методов и устройств определения вектора состояния подвижных объектов 11
1.1. Наземные измерительные системы 11
1.2. Космические измерительные системы 17
1.3. Инерциальные измерительные системы 20
1.4. БИНС и особенности её использования 24
1.5. Выводы по главе 1 28
ГЛАВА 2. Разработка алгоритма построения наземной измерительной системы с использованием БИНС 29
2.1. Определение ускорений, действующих на оси акселерометров . 29
2.2. Определение углов начальной выставки осей акселерометров 35
2.3. Особенности построения алгоритмов измерительной системы 39
2.4. Оптимизация методов обработки с учётом влияния возмущающих факторов в реальных измерительных системах 49
2.5. Выводы по главе 2 72
ГЛАВА 3. Создание аппаратно-программного комплекса обработки измерительной информации 73
3.1. Аппаратурная реализация определения вектора состояния и параметров траектории наземного подвижного объекта 73
3.2. Программное обеспечение 83
3.3. Адаптивный интерфейс для взаимодействия с внешними устройствами 89
3.4. Выводы по главе 3 94
ГЛАВА 4. Результаты экспериментальных исследований и натурные испытания системы 95
4.1. Описание установки для экспериментальных исследований 95
4.2. Результаты экспериментальных исследований разработанной системы 98
4.3 Применение системы при обследовании и сертисфикации дорожного покрытия в составе дорожной лаборатории 101
4.4. Выводы по главе 4 115
Заключение 116
Список литературы 118
приложение 1 125
- Наземные измерительные системы
- Определение ускорений, действующих на оси акселерометров
- Аппаратурная реализация определения вектора состояния и параметров траектории наземного подвижного объекта
- Описание установки для экспериментальных исследований
Введение к работе
Методы системного анализа и обработки информации применяются при решении широкого круга задач, включающих сложные многопараметрические зависимости результатов от исходных данных и характеристик анализируемых процессов.
Одним из видов таких задач являются навигационные, однозначно представляемые многомерным вектором состояния объекта, параметры которого требуют определения.
Определение вектора состояния объекта заключается в нахождении составляющих положения и скорости центра масс объекта на траектории, а также углового положения объекта относительно центра масс. Это является практически неотъемлемой частью описания движения объекта и широко используется при создании навигационных и измерительных систем.
В настоящее время известно множество способов решения данной задачи, среди которых наибольшее распространение имеют, так называемые, неавтономные методы навигационных определений (спутниковые, радиотехнические, лазерные), дополненные системами определения ориентации объекта на траектории (наклономеры, угломеры). Принципиальной особенностью таких систем является неавтономность, то есть требование создания специальных оборудованных опорных пунктов и обеспечение их непрерывной связи с объектом, что определяет структурную сложность системы в целом и зависимость результатов от внешних условий измерений.
Учитывая особенности неавтономных систем, более привлекательным представлялась разработка автономных навигационных систем, не связанных с опорными пунктами и независимых от внешних условий. Полностью автономные инерциальные навигационные системы отличаются от всех прочих тем, что их точность почти полностью зависит от качества используемых датчиков (гироскопов и акселерометров) и методов обработки снимаемой с них информации
В настоящее время инерциальные навигационные системы (ИНС) широко применяются для определения вектора состояния подвижных объектов, таких как подводные и надводные суда, авиационные и космические аппараты и другие, и являются объектами постоянного совершенствования.
Наиболее распространёнными и изученными в настоящее время являются PfflC на основе гиростабилизированных платформ (ГСП), идея которых была предложена еще в тридцатых годах двадцатого века. Однако ГСП являются очень сложными и дорогими конструкциями с различного рода кардановыми подвесами стабилизированной площадки, на которой устанавливаются чувствительные элементы и имеющими большие массу и размеры. В то же время, резкое возрастание мощности и быстродействия современных вычислительных средств, появление микромеханических чувствительных элементов за последнее десятилетие поставило на повестку дня реальную возможность разработки конкурентно способных бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС). В этом случае отсутствуют сложные кардановые подвесы, а ориентация чувствительных элементов в инерциальнои системе координат определяется на основе обработки информации, снимаемой с этих чувствительных элементов, жестко установленных на аппарате.
Конструктивные, ценовые и эксплутационные преимущества такого решения настолько убедительны, что основным направлением изменения облика бортовых инерциальных систем в настоящее время является переход от ИНС к БИНС, и исследования в этой области являются актуальными.
В общем случае для определения вектора состояния объекта, БИНС должна содержать 6 чувствительных элементов - три акселерометра и три гироскопа, но для наземных объектов система существенно упрощается в связи с тем, что продольная ось объекта совпадает с направлением скорости движения. В этом случае достаточно иметь один гироскоп и два акселерометра (в некоторых случаях три акселерометра), при наличии датчика линейной скорости. Используя информацию от акселерометров, можно определить углы наклона объекта к горизонту, а гироскоп предназначен для определения курса и коррекции сигналов акселерометров при поворотах объекта. Для дальнейшей миниатюризации БИНС целесообразно использовать микромеханические чувствительные элементы. Они имеют малые размеры, вес, энергопотребление и стоимость (в 200-300 раз ниже стоимости, например, динамически настраиваемых гироскопов).
На сегодняшний день главным недостатком микромеханических чувствительных элементов по сравнению с традиционными чувствительными элементами является большая шумовая составляющая сигнала и худшая точность измерения. Поэтому, для повышения точности необходима разработка новых подходов к анализу измерительной информации, методов и алгоритмов выделения полезной составляющей сигнала с последующей обработкой полученной информации.
Таким образом, исходя из состояния вопроса целью работы является разработка автоматизированной системы измерения и контроля вектора состояния подвижного наземного объекта на основе бесплатформенной инерциальной навигационной системы с использованием микромеханических чувствительных элементов.
В соответствии с целью работы были сформулированы следующие задачи исследований:
Разработка методов определения вектора состояния подвижного наземного объекта, с учетом спорадического влияния внешних воздействий.
Разработка программно-математического обеспечения для измерения и контроля геометрических параметров дорожного покрытия.
Разработка методов фильтрации, сглаживания и сжатия информации для оптимизации обработки сигналов БИНС.
Синтез разработанных методов и реализация автоматизированной системы измерения и контроля геометрических параметров дорожного покрытия на основе бесплатформенной инерциальной навигационной системы.
Разработка методов определения углов начальной выставки в полевых условиях.
Для достижения поставленной цели исследования и решения сформулированных выше задач применялись аналитические и экспериментальные методы исследования.
В результате проведенных исследований получены следующие новые научные результаты.
Разработаны методы определения траектории движения, радиусов кривизны траектории движения, углов поворота относительно центра масс подвижного объекта с учетом спорадического влияния внешних воздействий на чувствительные элементы БИНС.
Разработана методика определения углов начальной выставки между осями измерительного блока и базовой плоскостью.
Разработан метод корректировки ошибок, вызванных сбоями переключения между каналами АЦП.
Создана автоматизированная система определения геометрических параметров дорожного покрытия на основе микромеханических измерительных элементов.
Новизна подтверждается получением патента на способ определения уклонов, кривизны, неровности и коэффициента сцепления дорожного покрытия и устройство для его осуществления.
В результате проведённых исследований получены следующие новые практические результаты.
На основе предложенных в диссертации решений разработана и внедрена автоматизированная система измерения и контроля геометрических параметров автомобильных дорог на основе бесплатформенной инерциальной навигационной системы.
Реализован алгоритм одновременного сжатия и сглаживания информации, основанный на использовании гармонических рядов.
Разработаны алгоритмы, а также программно-математическое обеспечение для измерения геометрических параметров автомобильных дорог с использованием автоматизированной системы измерения параметров дорожного покрытия.
В одной системе были совмещены функции как измерительной, так и навигационной, что существенно расширяет возможности её использования.
В соответствии с вышеизложенным диссертация построена следующим образом.
В первой главе анализируются известные к настоящему времени способы постороения системы для измерения геометрических параметров дорожного покрытия, основанные на использовании наземных, космических и инерциальных измерительных систем, а также систем, основанных на использовании БИНС.
Приводится обобщение результатов исследования различных систем, предназначенных для определения вектора состояния подвижного объекта, движущегося по поверхности земли и параметров его траектории.
Делается вывод о том, что системы, основанные только на спутниковых приёмниках, лазерных или барометрических методах не решают весь спектр задач и применимы только для решения задач узкого круга. Отмечается, что единственной системой, которая решает практически все рассматриваемые задачи, является инерциальная система навигации, при этом для большого круга задач предпочтительнее использовать БИНС.
Во второй главе представлен метод определения ускорений, действующих на оси чувствительности акселерометров при наличии погрешности ортогональности осей чувствительности, в результате чего получены выражения для определения углов поворота объекта вокруг центра масс. Проводится анализ влияния внешних и внутренних возмущающих факторов на измеряемый сигнал и предлагаются рекомендации по использованию различных методов фильтрации и сглаживания сигналов. Представлены разработанные алгоритмы компенсации внешних и внутренних возмущающих факторов в реальных измерительных системах. При этом для каждого измеряемого и промежуточного параметра, после аналитического и экспериментального исследования, предложены соответствующие методы обработки информации. Рассматривается алгоритм сжатия информации на основе гармонических рядов. Здесь же приведены алгоритмы определения углов продольного и поперечного уклонов при движении объекта по поверхности земли. Предложен метод определения вертикального и горизонтального радиуса кривизны траектории движения объекта.
В третьей главе представлен аппаратно-программный комплекс обработки измерительной информации для определения вектора состояния и параметров траектории наземного подвижного объекта. Предложена методология и реализован механизм программного взаимодействия с внешними устройствами. Приводится предложенная автором многоуровневая концепция построения программы, предназначенной для решения задачи определения вектора состояния подвижного объекта. В ней в полной мере реализована стратегия объектно-ориентированного подхода.
В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований. Проведена оценка влияния внешних и внутренних возмущающих факторов на выходной сигнал измерительного блока. Экспериментально подтверждены теоретические исследования предложенных способов определения вектора состояния подвижного объекта и параметров его траектории в реальных условиях эксплуатации. Описывается применение разработанной на основе предложенных методов автоматизированной системы и программного обеспечения в составе дорожной лаборатории.
В заключении сформулированы основные результаты и выводы работы.
Наземные измерительные системы
Среди неавтономных наземных измерительных систем особо распространёнными являются лазерные и барометрические. Лазерные системы можно классифицировать по виду опорной базы [1]: с опорной линией (параллельным пучком); веерообразной опорной плоскостью; круговой опорной плоскостью; комбинированными опорными плоскостями, сочетающие, например, веерообразную и круговую опорную плоскости. Рассмотрим вкратце устройство и принцип работы системы с опорной линией. Такие системы получили наибольшее распространение в строительстве. Их применяют для задания направления и геодезического контроля линейных объектов: трубопроводов, траншей, туннелей и других. Рассматриваемые системы, как правило, состоят из лазерного задатчика, формирующего параллельный пучок излучения, мишеней, а также набора различных приспособлений для крепления задатчика и мишеней. На рис. 1.1 представлена одна из существующих типовых систем данного класса -лазерный визир ЛВ-5, представляющий собой малогабаритный переносной прибор на основе излучателя гелий-неонового лазера ОКГ-13 [1]. По конструкции визир напоминает теодолит. Излучатель вместе с оптической системой располагается в цилиндрическом корпусе, который крепится к специальной подставке. На подставке закреплены цилиндрический уровень с точностью отсчета 20" для контроля точной установки пучка в горизонтальной плоскости и круглый уровень для грубой установки. Изменение углов наклона пучка в вертикальной плоскости и наведение его по азимуту осуществляются микрометрическими винтами. Для формирования пучка с малым углом расходимости (20 угловых секунд) в цилиндрическом корпусе встроена телескопическая система, позволяющая фокусировать пучок на расстояниях от 2 м до бесконечности. Наиболее характерными моделями систем с веерообразной опорной плоскостью являются [1] отечественные УКЛ-1, УКЛ-1М и зарубежные LG-661 фирмы Siemens (ФРГ), LT-3, LT-4 фирмы Spectra Physics (США) и модель 4005 фирмы Laser Alignment (США). В нашей стране подобные системы (лазерные указатели) широко используют в практике мелиоративного строительства. Они предназначены для автоматического или ручного управления высотным положением рабочего органа мелиоративных машин при строительстве линейных объектов: коллекторов, дрен, каналов, трубопроводов и др. В таблице 1.1 приведены основные технические характеристики известных лазерных систем. Для проведения сравнительного анализа рассмотрим также барометрические неавтономные наземные измерительные системы, в частности, особенности барометрического нивелирования на малых площадках. Барометрическое нивелирование основано на предположении, что в точках с одинаковыми высотами давление воздуха одинаково. Суть метода барометрического нивелирования [2] состоит в том, что для определения разности высот h нужно знать барическую ступень Е, определяемую ц согласно формуле E = (l + acp)-— -, и разность давлений АР на опорной и определяемой точках: Основным фактором, определяющим точность барометрического нивелирования на небольших площадях (3 км х 3 км) являются непериодические колебания давления, которые в наибольшей степени вызываются турбулентным обменом и тепловой конвекцией, амплитуда которых бывает значительно больше амплитуды периодических колебаний (суточные, полусуточные, барометрическая «рябь») [2]. Таким образом, основным источником ошибок барометрического нивелирования следует считать неравновесие атмосферы. Предлагаемом в [2] методе на автомашину устанавливают струнный микробарограф и проезжают на ней по исследуемому участку. На ленте пишущего прибора (самописца) записывается давление, соответствующее высотному положению точек профиля участка и при этом в полученную барограмму вводятся поправки на наклон изобарической поверхности и изменение давления во времени. Таким образом, получают высотный профиль местности в определенном масштабе, являющимся функцией барического коэффициента. Струнный микробарограф, положенный в основу баропрофилографа, позволяет осуществить дистанционную передачу по радиоканалу информации о давлении, а также автоматизирует введение поправки на изменение давления во времени путем выделения разностного сигнала датчиков давления опорной и определяемых точек. Рассматриваемая система состоит из двух станций: подвижной, то есть находящейся на изыскиваемом участке и производящей съемку, и неподвижной, располагающейся в стороне от исследуемого участка. Между станциями осуществляется трехканальная радиотелеметрическая связь, а именно, с подвижной станции на неподвижную передается информация о высоте, пройденном пути и речь между операторами. Подвижная станция баропрофилографа предназначена для получения данных о давлении и пути в виде электрических сигналов, обработки их и дистанционной передачи полученной информации по радиолинии, а также для телефонной радиосвязи. Состоит она из следующих элементов [2]: 1. радиостанция; 2. электронный блок; 3. механический датчик пути; 4. микрофонная гарнитура радиостанции; 5. датчик атмосферного давления; 6. источники питания; 7. соединительные кабели. Неподвижная станция предназначена для дистанционного приема по радиолинии информации о давлении, пути, ее обработки и регистрации, а также для телефонной радиосвязи. Состоит она из следующих элементов: 1. радиостанция; 2. электронный блок; 3. счетно-преобразовательный пульт; 4. микрофонная гарнитура радиостанции; 5. самописец; 6. датчик атмосферного давления; 7. источники питания; 8. соединительные кабели. Недостатки системы данного принципа:
Определение ускорений, действующих на оси акселерометров
Как показал проведенный выше анализ, использование БИНС является наиболее предпочтительным вариантом для построения системы определения вектора состояния подвижного объекта. БИНС в качестве измерительной системы стала применяться совсем недавно. Это связано с тем, что в последнее время стоимость БИНС и бортовой ЭВМ стала доступной, при достаточных характеристиках точности чувствительных элементов и производительности ЭВМ. В рассмотренных измерительных системах на основе БИНС в основном размещаются датчики контролируемых параметров на подрессоренной части автомобиля (выше рессор) в кузове или на специальных виброизолированных или связанных с кузовом посредством шарнирного соединения измерительных тележках [8]. Таким устройствам присуще большое количество датчиков измерения параметров, сложность измерительно-вычислительного комплекса и программного обеспечения, значительные массогабаритные характеристики вспомогательного оборудования специальных измерительных тележек, в связи с чем снижается надежность работы аппаратуры, испытывающей изменяющиеся нагрузки в процессе движения автомобиля. Наиболее близким аналогом предлагаемого способа является известный способ определения кривизны и уклонов профиля дорожного покрытия в двух различных направлениях, преимущественно в направлении движения автомобиля и в поперечном ему направлении, включающий измерение ускорения автомобиля, измерение линейной скорости движения автомобиля, пройденного пути и времени движения, угловой скорости поворота или курсового угла и последующее определение уклонов и кривизны профиля дорожного покрытия с помощью ПЭВМ (персонального компьютера) путем вычисления значения ускорения, пропорционального ускорению силы тяжести и уклону профиля покрытия в направлении движения и поперечном ему, последующего вычисления величины продольного и поперечного уклонов профиля для заданного отрезка пути [9]. Наиболее близким устройством является известное устройство для определения кривизны и уклонов профиля поверхности дорожного покрытия в двух различных направлениях, преимущественно в направлении движения автомобиля и в поперечном ему направлении, содержащее измерительно-вычислительный комплекс с ПЭВМ, датчики линейной скорости движения автомобиля, пройденного пути, времени движения, угловой скорости или курса, средства для определения уклонов профиля поверхности дорожного покрытия, средства для определения ускорений автомобиля, систему питания [10]. Недостатками указанного выше известного способа являются сравнительно низкая точность и достоверность результатов измерения, что обусловлено расположением акселерометров и курсового гироскопа для измерения линейных ускорений и угловой скорости автомобиля в его кузове, угловое положение которого, а следовательно и угловое положение осей чувствительности акселерометров и гироскопа, нестабильно относительно базиса, образуемого колесами автомобиля и принятого за отсчетный, поэтому положение базисной плоскости, образуемой осями чувствительности акселерометров относительно плоскости горизонта, от которого осуществляется определение уклонов профиля дорожного покрытия, меняется, что требует дополнительной корректировки. Недостатки известного устройства непосредственно связаны с недостатками известного способа и обусловлены отсутствием проработки конструктивной схемы прибора, что определяет невысокую достоверность и надежность результатов измерения при относительной сложности устройства, программного обеспечения и необходимости дополнительной калибровки измерительной схемы, учитывающей колебания кузова автомобиля в вертикальной плоскости как погрешности, исключаемой при определении продольного и поперечного уклонов, а также изменения эксплуатационных характеристик колеса, приводящих к изменению рассчитываемых отрезков пройденного пути в любом из заданных интервалов времени движения автомобиля, что требует их сравнения с результатами дополнительных измерений на одних и тех же участках пути при неподвижном автомобиле и формирования поправок, учитывающих изменение длины окружности колеса автомобиля из-за изменений условий эксплуатации. Техническим результатом от предлагаемой в этой работе системы [11] является повышение точности и достоверности результатов измерений за счет упрощения определения начального базиса отсчета и существенного расширения функциональных возможностей при использовании минимального количества датчиков измеряемых параметров с одновременным упрощением конструктивной схемы устройства и программного обеспечения. Указанный результат достигается тем, что для определения кривизны и уклонов профиля дорожного покрытия, включающем измерение ускорения объекта, измерение линейной скорости движения автомобиля, пройденного пути и времени движения, угловой скорости поворота или курсового угла и последующее определение уклонов и кривизны профиля дорожного покрытия с помощью ПЭВМ путем вычисления значения ускорения, пропорционального ускорению силы тяжести и уклону профиля покрытия в направлении движения и поперечном ему, последующего вычисления величины продольного и поперечного уклонов профиля для заданного отрезка пути, для достижения этого результата, измерение ускорения автомобиля производят в его неподрессоренной части, дополнительно измеряют ускорение в направлении нормали к базовой плоскости автомобиля, определяемой направлением движения автомобиля вдоль дороги и поперечное ему, причем положение базовой плоскости автомобиля при движении ориентируют в географической системе координат с сопровождающим трехгранником вдоль географической вертикали, по касательной к меридиану на Север и вдоль касательной к параллели на Восток, а углы уклона профиля дорожного полотна в продольном и поперечном направлении, кривизну, неровность и коэффициент сцепления дорожного покрытия, определяют путем обработки сигналов о величинах ускорения и угловой скорости с учетом поправок на оценки углов уклона базовой плоскости в географической системе координат на непостоянство скорости движения автомобиля с одновременной привязкой к профилю дороги координат точек измерения по сигналам спутниковой системы навигации и одометра.
Аппаратурная реализация определения вектора состояния и параметров траектории наземного подвижного объекта
Для определения положения объекта относительно земной поверхности введем систему координат О цС,, жестко связанную с Землей (ось ОС, совпадает с осью вращения Земли, оси 0, Ог лежат в плоскости экватора) и географическую систему координат с сопровождающим трехгранником OrXrYrZr (ось OrZr вдоль географической вертикали, ось OpYp - по касательной к меридиану на Север, ось ОрХг - вдоль касательной к параллели на Восток) (рис. 2.1). Будем полагать, что точка Ог совпадает с местоположением объекта, а ее положение относительно системы ОС,г\, характеризуется долготой и широтой (А,, ф) места и высотой над уровнем моря. С точностью до членов малого порядка ось OrZr будет совпадать с местной вертикалью. Введем также систему координат OAXAYAZA, горизонтальная плоскость которой связана с корпусом объекта и назовем ее базовой системой координат, рис. 2.2, причем ось YA направлена по направлению движения объекта, ось ХА лежит в горизонтальной плоскости перпендикулярно направлению движения, ось ZA дополняет систему до правой тройки. В случае использовании этой системы на автомобиле для контроля геометрических параметров дорожного покрытия эта система координат не может быть связана с кузовом автомобиля, так как кузов располагается на рессорах и совершает колебательные движения. Матрица ориентации АМА базовой системы координат относительно географической системы координат, которая определяется поворотом вокруг оси Хг на угол а, а затем Однако использование точно отгоризонтированной площадки при массовом производстве систем измерения параметров дорожного покрытия нецелесообразно, так как трудно найти такую площадку, поэтому будем использовать метод, который позволяет определять углы Ро и ссо на «почти горизонтальной» площадке. Суть этого метода заключается в следующем. Автомобиль располагается на «почти горизонтальной» площадке, сигналы с акселерометров запоминаются в памяти ЭВМ, после чего автомобиль разворачивается на этой площадке на 180 и вычисляются углы р0 и 0 с учетом запомненных ранее сигналов. Когда автомобиль находится в первом положении сигналы с 1. На «почти горизонтальной» площадке определяют углы ссо и (30 (2.18). 2. По известным значениям ао и р0 , а также измеренным а и Р определяют u,0. При этом требуется располагать автомобиль на такой площадке, где угол а должен быть как можно большим, а угол р«0. Если продольный уклон этой площадки будет равен нулю, то уравнение (2.19) не имеет решения. Углы а0 и Ро будут изменяться от одного выезда автомобиля к другому (осо и (Зо зависят от давления в шинах, загруженности автомобиля), но процедура их определения является достаточно простой. Процедура определения угла Цо является трудоемкой и требует расположения автомобиля на участке дороги с большим уклоном, но величина угла Цо в процессе эксплуатации системы практически не изменяется, поэтому ее можно выполнить один раз после установки блока БИ-210. Достоинством такого метода является довольно простое определение параметров, которые могут существенно изменяться от одного выезда автомобиля к другому. Далее построим алгоритм определения углов начальной выставки для более общего случая, то есть при наличии погрешности ортогональности осей чувствительности акселерометров. Уравнения (2.11) при неподвижном объекте с учетом малости погрешности углов начальной выставки будут иметь следующий вид: Wx = gcosasm /3 - gsmapx +g-cos#cos/?sinA/?x WY = gcosas m/SjUy -gs ma-gcosacosj3Aar (2.20) Wz - gcosasin/?A/?z -gcosacos fi-gsmasm&.az . Анализ полученных формул показывает, что для определения Аауи Aj3x надо расположить объект на почти горизонтальной площадке и после этого развернуть его на 180 , при этом углы продольного и поперечного уклонов дороги для первого и второго положения равны по модулю и противоположны по знаку.
Описание установки для экспериментальных исследований
Для определения положения объекта относительно земной поверхности введем систему координат О цС,, жестко связанную с Землей (ось ОС, совпадает с осью вращения Земли, оси 0, Ог лежат в плоскости экватора) и географическую систему координат с сопровождающим трехгранником OrXrYrZr (ось OrZr вдоль географической вертикали, ось OpYp - по касательной к меридиану на Север, ось ОрХг - вдоль касательной к параллели на Восток) (рис. 2.1). Будем полагать, что точка Ог совпадает с местоположением объекта, а ее положение относительно системы ОС,г\, характеризуется долготой и широтой (А,, ф) места и высотой над уровнем моря. С точностью до членов малого порядка ось OrZr будет совпадать с местной вертикалью. Введем также систему координат OAXAYAZA, горизонтальная плоскость которой связана с корпусом объекта и назовем ее базовой системой координат, рис. 2.2, причем ось YA направлена по направлению движения объекта, ось ХА лежит в горизонтальной плоскости перпендикулярно направлению движения, ось ZA дополняет систему до правой тройки. В случае использовании этой системы на автомобиле для контроля геометрических параметров дорожного покрытия эта система координат не может быть связана с кузовом автомобиля, так как кузов располагается на рессорах и совершает колебательные движения. Матрица ориентации АМА базовой системы координат относительно географической системы координат, которая определяется поворотом вокруг оси Хг на угол а, а затем Однако использование точно отгоризонтированной площадки при массовом производстве систем измерения параметров дорожного покрытия нецелесообразно, так как трудно найти такую площадку, поэтому будем использовать метод, который позволяет определять углы Ро и ссо на «почти горизонтальной» площадке. Суть этого метода заключается в следующем. Автомобиль располагается на «почти горизонтальной» площадке, сигналы с акселерометров запоминаются в памяти ЭВМ, после чего автомобиль разворачивается на этой площадке на 180 и вычисляются углы р0 и 0 с учетом запомненных ранее сигналов. Когда автомобиль находится в первом положении сигналы с 1. На «почти горизонтальной» площадке определяют углы ссо и (30 (2.18). 2. По известным значениям ао и р0 , а также измеренным а и Р определяют u,0. При этом требуется располагать автомобиль на такой площадке, где угол а должен быть как можно большим, а угол р«0. Если продольный уклон этой площадки будет равен нулю, то уравнение (2.19) не имеет решения. Углы а0 и Ро будут изменяться от одного выезда автомобиля к другому (осо и (Зо зависят от давления в шинах, загруженности автомобиля), но процедура их определения является достаточно простой. Процедура определения угла Цо является трудоемкой и требует расположения автомобиля на участке дороги с большим уклоном, но величина угла Цо в процессе эксплуатации системы практически не изменяется, поэтому ее можно выполнить один раз после установки блока БИ-210. Достоинством такого метода является довольно простое определение параметров, которые могут существенно изменяться от одного выезда автомобиля к другому. Далее построим алгоритм определения углов начальной выставки для более общего случая, то есть при наличии погрешности ортогональности осей чувствительности акселерометров. Уравнения (2.11) при неподвижном объекте с учетом малости погрешности углов начальной выставки будут иметь следующий вид: Wx = gcosasm /3 - gsmapx +g-cos#cos/?sinA/?x WY = gcosas m/SjUy -gs ma-gcosacosj3Aar (2.20) Wz - gcosasin/?A/?z -gcosacos fi-gsmasm&.az . Анализ полученных формул показывает, что для определения Аауи Aj3x надо расположить объект на почти горизонтальной площадке и после этого развернуть его на 180 , при этом углы продольного и поперечного уклонов дороги для первого и второго положения равны по модулю и противоположны по знаку.
