RU2090911C1

RU2090911C1 - Aerogravimetric complex

Info

Publication number: RU2090911C1
Application number: RU96119457A
Authority: RU
Inventors: Лев Григорьевич Поляков; Геннадий Иванович Чесноков; Геннадий Васильевич Трубицын; Геннадий Иванович Горчица
Original assignee: Лев Григорьевич Поляков; Геннадий Иванович Чесноков; Геннадий Васильевич Трубицын; Геннадий Иванович Горчица
Priority date: 1996-10-08
Filing date: 1996-10-08
Publication date: 1997-09-20

Abstract

FIELD: study of gravitational field, in particular, cartography of Earth gravitational anomalies. SUBSTANCE: device uses on-board and ground equipments. The on-board equipment has an autopilot, astroinertial navigation system, receiving display of the satellite navigation system, three gravimeters, radio, laser altimeters and an altimetric barometer, barometric vertical velocity meter connected to a computer with an information storage. The astroinertial system is formed by installation of an astrotracker on the gyroplatform of the inertial navigation system, the astrotracker output connected to the computer. The same gyroplatform carries the on-board gravimeters. The astroinertial system is installed in a container, which is furnished with a shock absorber of low-frequency inertia accelerations. The ground equipment uses a ground or bottom gravimeter, receiving display of the satellite navigation system installed at a geodetic station, and a receiving display of the satellite navigation system installed at a controlled station, all connected to a computer. EFFECT: enhanced accuracy. 4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к геофизическому приборостроению и может быть использовано при изучении гравитационного поля Земли и других небесных тел, в частности для картографирования гравитационных аномалий Земли и других объектов. The invention relates to geophysical instrumentation and can be used to study the gravitational field of the Earth and other celestial bodies, in particular for mapping gravitational anomalies of the Earth and other objects.

Известно устройство для измерения силы тяжести с борта летательного аппарата, содержащее подключенные к измерительно-регистрирующему блоку с устройством опроса датчиков демпфированный струнный гравиметр, установленный в подвесе кардана, струнный измеритель вертикальной скорости, радиовысотомер, микробарометр, радионавигационную систему, камеру для съемки земной поверхности, блок обработки данных, фазовый дискриминатор, преобразователь угол-частота, контрольно-согласующее устройство, при этом к фазовому дискриминатору подключена инерциальная навигационная система, размещенная в подвесе кардана гравиметра, к преобразователю угол-частота подключена курсовая система, а к контрольно-согласующему устройству подключен доплеровский измеритель скорости и сноса [1]
Недостатком известного устройства является недостаточная точность определения поправки Этвеша, обусловленная отсутствием коррекции курсовой системы от случайных и систематических погрешностей, а также то, что демпфированный струнный гравиметр недостаточно компенсирует влияние низкочастотных ускорений летательного аппарата (например, самолета и/или вертолета в диапазоне частот 3-20 Гц).A device for measuring gravity from an aircraft is known, comprising a damped string gravimeter mounted in a gimbal suspension, a vertical speed meter, a radio altimeter, a microbarometer, a radio navigation system, a camera for surveying the earth’s surface, a unit connected to a measuring and recording unit with a sensor interrogation device data processing, phase discriminator, angle-frequency converter, control-matching device, while connected to the phase discriminator nertsialnaya navigation system, housed in a cardan suspension gravimeter, the inverter angle frequency-heading system is connected, and to the control device connected consent Doppler velocity and drift [1]
A disadvantage of the known device is the lack of accuracy in determining the Etvash correction, due to the lack of course correction from random and systematic errors, and the fact that the damped string gravimeter does not sufficiently compensate for the influence of low-frequency accelerations of the aircraft (for example, an airplane and / or helicopter in the frequency range 3-20 Hz).

Известно устройство для бортовой гравиметрической съемки, содержащее летательный аппарат, устройство для управления полетом летательного аппарата по заданному маршруту на выбранном эшелоне, включая устройство для управления летательным аппаратом в вертикальной плоскости без изменения угла тангажа; устройства контроля, включающие набор высотомеров для определения выбранного эшелона для коррекции траектории летательного аппарата, которые связаны с записывающими устройствами; навигационные устройства, связанные с записывающими устройствами; сигнальные устройства, включающие гравиметр и магнитные устройства, связанные с записывающими устройствами через аналого-цифровые преобразователи; вычислительные устройства для определения отклонения летательного аппарата от заданной траектории. A device for airborne gravimetric survey, comprising an aircraft, a device for controlling the flight of an aircraft along a predetermined route at a selected flight level, including a device for controlling the aircraft in a vertical plane without changing the pitch angle; control devices, including a set of altimeters to determine the selected level for correcting the path of the aircraft, which are associated with recording devices; navigation devices associated with recording devices; signaling devices, including a gravimeter and magnetic devices associated with recording devices through analog-to-digital converters; computing devices for determining the deviation of the aircraft from a given path.

При этом в качестве записывающих устройств (накопителя информации) использован многоканальный магнитофон с чувствительностью записи не хуже 0,0001 В и с интервалом записи цифровых сигналов порядка одной секунды. Набор высотомеров включает по крайней мере барометрический, радио2 и лазерный высотомеры, а приемник давления барометрического высотомера расположен так, что воспринимает только статическое давление атмосферы, для чего он выполнен, по крайней мере, в виде двух узкополосных барометрических преобразователей, установленных в одной камере, сообщающейся с приемником давления. Навигационные устройства включают электронное дальномерное устройство прямой видимости для измерения по крайней мере трех дальностей в течение заранее определенного интервала времени, приемо-индикатор спутниковой навигационной системы типа "NAVY Transit Satellite Locations", спутниковую интерферометрическую систему. Указанный выше гравиметр установлен в защищенной герметической камере [2]
Описанное устройство обеспечивает выдерживание летательным аппаратом выбранного эшелона и стабилизацию скорости и курса, что позволяет создавать совокупность траекторий полета для площадной аэрогравиметрической съемки гравитационных аномалий Земли. При этом средняя ошибка измерений силы тяжести не превышает по модулю 1 мГал на фоне ускорений летательного аппарата порядка 10⁵ мГал. Это обеспечивает масштаб картографирования порядка 1: 500000-1:1000000.At the same time, a multi-channel tape recorder with recording sensitivity no worse than 0.0001 V and with an interval of recording digital signals of the order of one second was used as recording devices (information storage device). The set of altimeters includes at least barometric, radio2 and laser altimeters, and the pressure receiver of the barometric altimeter is located so that it only receives static atmospheric pressure, for which it is made in the form of at least two narrow-band barometric transducers installed in one chamber communicating with pressure receiver. Navigation devices include an electronic rangefinder of direct visibility for measuring at least three ranges over a predetermined time interval, a receiver-indicator of a satellite navigation system such as "NAVY Transit Satellite Locations", a satellite interferometric system. The above gravimeter is installed in a protected hermetic chamber [2]
The described device ensures that the aircraft maintains the selected echelon and stabilizes the speed and course, which allows you to create a set of flight paths for areal airborne gravity survey of gravitational anomalies of the Earth. In this case, the average measurement error of gravity does not exceed 1 mGal modulo the background of aircraft accelerations of the order of 10 ⁵ mGal. This provides a mapping scale of about 1: 500000-1: 1,000,000.

Недостатки известного устройства заключаются в следующем. The disadvantages of the known device are as follows.

Наличие устройства для управления летательным аппаратом в вертикальной плоскости без изменения угла тангажа накладывает жесткие ограничения на аэродинамические условия полета, вследствие чего известное устройство используется предпочтительно в ночное время, когда состояние атмосферы более стабильно. Существенным недостатком является требование для автопилота любого летательного аппарата по обеспечению вертикального движения во время полета со стабильностью в пределах 2,5 м за 30 с полета на выбранном эшелоне. В условиях турбулентной атмосферы указанные требования практически невыполнимы. The presence of a device for controlling the aircraft in a vertical plane without changing the pitch angle imposes severe restrictions on the aerodynamic conditions of flight, as a result of which the known device is used preferably at night, when the state of the atmosphere is more stable. A significant drawback is the requirement for the autopilot of any aircraft to provide vertical movement during flight with stability within 2.5 m per 30 s of flight at the selected flight level. In a turbulent atmosphere, these requirements are practically impossible.

В случае использования вертолета в качестве носителя известного устройства требуется точная регулировка несущих лопастей вертолета для обеспечения плавности полета, что дополнительно усложняет систему. Однако это не обеспечивает компенсацию низкочастотных (3-20 Гц) инерционных ускорений. In the case of using a helicopter as a carrier of a known device, precise adjustment of the helicopter rotor blades is required to ensure a smooth flight, which further complicates the system. However, this does not provide compensation for low-frequency (3-20 Hz) inertial accelerations.

Указанные недостатки приводят к снижению точности определения гравитационных аномалий и производительности аэрогравиметрической съемки. Кроме того, к снижению точности измерений приводят случайные измерения курса летательного аппарата, вызванные накоплением ошибок в используемых навигационны системах, что не позволяет в полной мере скомпенсировать поправку Этвеша. These shortcomings lead to a decrease in the accuracy of determining gravitational anomalies and the performance of airborne gravity surveys. In addition, random measurements of the heading of the aircraft, caused by the accumulation of errors in the navigation systems used, lead to a decrease in the accuracy of measurements, which does not allow fully compensating for the Etvash correction.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка и создание аэрогравиметрического комплекса с улучшенными основными технико-эксплуатационными характеристиками, обеспечивающими расширение диапазона аэродинамических условий полета носителя, что позволяет повысить производительность аэрогравиметрических съемок с возможностью продуцирования карт гравитационных аномалий в редукции Буге масштабов 1:200000 и крупнее. The problem to which the invention is directed is the development and creation of an airborne gravimetric complex with improved basic technical and operational characteristics, providing an extension of the range of aerodynamic flight conditions of the carrier, which allows to increase the performance of airborne gravity surveys with the possibility of producing maps of gravitational anomalies in Bouguer reduction scales of 1: 200000 and larger.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, выражается в повышении точности измерения значений ускорения силы тяжести с борта летательного аппарата типа самолет, вертолет, дистанционно-пилотируемый летательный аппарат. The technical result achieved by the implementation of the invention is expressed in increasing the accuracy of measuring the values of the acceleration of gravity from an aircraft such as an airplane, a helicopter, a remotely piloted aircraft.

Другие технические результаты характеризуются повышением помехоустойчивости измерений к виброинерционным помехам, быстродействия аэрогравиметрического комплекса и в целом производительности аэрогравиметрических съемок. Other technical results are characterized by an increase in the noise immunity of measurements to vibration inertia noise, the speed of the airborne gravity complex, and, in general, the performance of airborne gravity surveys.

Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство для бортовой гравиметрической съемки, содержащее летательный аппарат, автопилот, бортовой вычислитель, первый гравиметр, инерциальную навигационную систему, бортовой приемо-индикатор спутниковой навигационной системы, радиовысотомер, лазерный высотомер, барометрический высотомер, накопитель информации, снабжено наземным оборудованием, содержащим подключенные к наземному вычислителю наземный (донный) гравиметр, первый приемо-индикатор спутниковой навигационной системы, установленный в геодезическом пункте, второй приемо-индикатор спутниковой навигационной системы, установленный в опорном пункте, стример, регистрирующее устройство, а в бортовое оборудование введены второй и третий гравиметры, астроориентатор, барометрический измеритель вертикальной скорости, амортизатор низкочастотных инерционных ускорений, причем астроориентатор, первый, второй и третий гравиметры установлены на гиростабилизированной платформе инерциальной навигационной системы, последняя связана с корпусом летательного аппарата через амортизатор низкочастотных инерционных ускорений, выходы астроориентатора, инерциальной навигационной системы, первого, второго и третьего гравиметров, бортового приемо-индикатора спутниковой навигационной системы, радиовысотомера, лазерного высотомера, барометрического высотомера и барометрического измерителя вертикальной скорости подключены к бортовому вычислителю, один выход которого соединен с автопилотом летательного аппарата, второй выход с инерциальной навигационной системой, третий выход с накопителем информации. The specified technical result is achieved by the fact that the known device for on-board gravimetric survey, comprising an aircraft, autopilot, on-board computer, first gravimeter, inertial navigation system, on-board receiver-indicator of the satellite navigation system, radio altimeter, laser altimeter, barometric altimeter, information storage device, is equipped with ground equipment containing a ground (bottom) gravimeter connected to a ground computer, the first receiver-indicator of satellite navigation a system installed in a geodetic station, a second receiver-indicator of a satellite navigation system installed in a reference station, a streamer, a recording device, and second and third gravimeters, an astroorientor, a barometric vertical velocity meter, a low-frequency inertial acceleration shock absorber, and an astroorientator are introduced into the avionics , the first, second and third gravimeters are installed on a gyro-stabilized platform of an inertial navigation system, the latter is connected to the body of the fly a single apparatus through a shock absorber of low-frequency inertial accelerations, outputs of an astroorientator, an inertial navigation system, first, second and third gravimeters, an on-board receiver-indicator of a satellite navigation system, a radio altimeter, a laser altimeter, a barometric altimeter and a barometric vertical velocity meter are connected to one on-board calculator, connected to the autopilot of the aircraft, the second output with an inertial navigation system, the third output will accumulate information tree.

В качестве радиовысотомера использован радиолокатор сантиметрового диапазона волн. A centimeter wave radar was used as a radio altimeter.

Инерциальная навигационная система смонтирована в контейнере, который снабжен узлами крепления элементов амортизатора низкочастотных инерционных ускорений, причем узлы крепления расположены симметрично в горизонтальной плоскости, в которой находится центр масс контейнера с содержимым, и симметрично вертикальной оси, приходящей через центр масс. The inertial navigation system is mounted in a container, which is equipped with attachment points for shock absorber elements of low-frequency inertial accelerations, the attachment points being symmetrically in the horizontal plane in which the center of mass of the container with the contents is located, and symmetrically in the vertical axis coming through the center of mass.

Амортизатор низкочастотных инерционных ускорений выполнен в виде ортогонально расположенных упругих элементов, например металлических спиральных пружин, и демпфирующих элементов, например воздушных или гидравлических, при этом одни концы упругих элементов прикреплены к конструкции летательного аппарата жестко, а одни концы демпфирующих элементов шарнирно, другие концы упругих элементов и другие концы демпфирующих элементов соединены вместе и связаны шарнирно с узлами крепления на контейнере, в котором установлена инерциальная навигационная система. The shock absorber of low-frequency inertial accelerations is made in the form of orthogonally located elastic elements, for example, metal coil springs, and damping elements, for example, air or hydraulic, while some ends of the elastic elements are rigidly attached to the aircraft structure, and some ends of the damping elements are hinged, other ends of the elastic elements and other ends of the damping elements are connected together and pivotally connected to the attachment points on the container in which the inertial nav gaming system.

Причинно-следственные связи между отличительными признаками заявленного изобретения и техническим результатом следующие. Causal relationships between the hallmarks of the claimed invention and the technical result are as follows.

Как известно, при выполнении съемочного галса должны выдерживаться следующие параметры полета: горизонтальные координаты летательного аппарата, высота, горизонтальное и вертикальное ускорения. Допустимые погрешности определения горизонтальных координат и высоты зависят от масштаба продуцируемых карт. В прототипе навигационная система позволяет определять горизонтальные координаты с погрешностью ≅ 500 м, высоту ≅ 3 м, что соответствует картам с масштабом 1:500000. As you know, when performing a filming tack, the following flight parameters must be maintained: horizontal coordinates of the aircraft, altitude, horizontal and vertical acceleration. Permissible errors in determining horizontal coordinates and heights depend on the scale of the maps produced. In the prototype, the navigation system allows you to determine horizontal coordinates with an error of ≅ 500 m, a height of ≅ 3 m, which corresponds to maps with a scale of 1: 500000.

Погрешности навигационной системы, корректируемой по координатам, в основном определяются курсовыми ошибками инерциальной системы и высотомеров:
ΔΨ = ΔΨ₀ + K_ΔΨ • t,
где DJ₀ ошибка начальной выставки инерциальной навигационной системы (2-3 угловые минуты); K_ΔΨ 1-2 угловые минуты/час.Errors of the navigation system, adjusted by coordinates, are mainly determined by the course errors of the inertial system and altimeters:
ΔΨ = ΔΨ ₀ + K _ΔΨ • t,
where DJ _{0 is the} error of the initial exhibition of the inertial navigation system (2-3 arc minutes); K _ΔΨ 1-2 angular minutes / hour.

Следовательно, например за 6 ч полета курсовая ошибка превысит 10 угловых минут. Therefore, for example, for 6 hours of flight, the exchange rate error will exceed 10 arc minutes.

В заявленном изобретении благодаря введению астроориентатора ошибка DJ не превышает 1-2 угловых минут и не зависит от времени. Кроме того, информация, получаемая от астроинерциальной системы, наряду с информацией, получаемой от барометрического измерителя вертикальной скорости, используется для измерения высоты и вертикальной скорости, что позволило ввести в автопилот управление и по высоте и по вертикальной скорости более точно. В свою очередь это обеспечивает повышение точности выдерживания курса и высоты полета при выполнении съемочного галса. In the claimed invention, due to the introduction of the astro-orientator, the DJ error does not exceed 1-2 angular minutes and does not depend on time. In addition, the information received from the astroinertial system, along with the information received from the barometric vertical speed meter, is used to measure altitude and vertical speed, which made it possible to enter into the autopilot control both in height and in vertical speed more accurately. In turn, this provides improved accuracy of course keeping and flight altitude when performing a filming tack.

Введение амортизатора, собственная резонансная частота которого не превышает 3 Гц, позволяет уменьшить влияние вибраций, но главное в значительной мере компенсировать воздействие низкочастотных (3-20 Гц) аэроупругих колебаний и инерционных ускорений летательного аппарата на работу астроориентатора, инерциальной навигационной системы и гравиметров. The introduction of a shock absorber whose intrinsic resonant frequency does not exceed 3 Hz allows one to reduce the influence of vibrations, but the main thing is to significantly compensate for the effect of low-frequency (3-20 Hz) aeroelastic vibrations and inertial accelerations of the aircraft on the operation of the astroorientator, inertial navigation system and gravimeters.

Увеличение количества бортовых гравиметров (с одного до трех) повышает точность их работы за счет использования эффекта внутренней сходимости показаний и адаптивных моделей ошибок их работы. Размещение гравиметров на гиростабилизированной платформе инерциальной навигационной системы, которая связана с корпусом летательного аппарата через амортизатор низкочастотных инерционных ускорений, обеспечивает уменьшение помех при измерении вертикальной составляющей полного ускорения. An increase in the number of airborne gravimeters (from one to three) increases the accuracy of their work by using the effect of internal convergence of readings and adaptive error models of their work. The placement of gravimeters on the gyro-stabilized platform of the inertial navigation system, which is connected to the aircraft body through a shock absorber of low-frequency inertial accelerations, provides interference reduction when measuring the vertical component of full acceleration.

Использование в качестве радиовысотомера радиолокатора сантиметрового диапазона волн позволило обеспечить измерение высоты над водной поверхностью (морем) с учетом ошибок, обусловленных волнением поверхности воды, а также высоты рельефа подстилающей местности при выполнении съемочного галса с точностью, необходимой для продуцирования карт гравитационных аномалий в масштабе 1:200000 и крупнее в редукции Буге. The use of a centimeter wavelength radar as a radio altimeter made it possible to measure height above the water surface (sea) taking into account errors caused by waves of the water surface, as well as the height of the relief of the underlying terrain when performing a survey tack with the accuracy necessary to produce maps of gravitational anomalies in scale 1: 200,000 and larger in Bouguer reduction.

Введение в наземное оборудование приемо-индикаторов спутниковой навигационной системы, работающих в фазодифференциальном режиме, и наземного (донного в случае работы над шельфом) гравиметра, установленного на опорном пункте, обеспечивает точное измерение абсолютного значения силы тяжести в опорном пункте. Использование стримера, выдающего информацию о величинах притяжения промежуточного слоя между уровнем моря и поверхностью суши, обеспечивает продуцирование карт непосредственно в редукции Буге. The introduction into the ground equipment of the receiver-indicators of the satellite navigation system operating in phase differential mode, and the ground (bottom in the case of working on the shelf) gravimeter installed at the reference point, provides an accurate measurement of the absolute value of gravity at the reference point. The use of a streamer that provides information on the values of the attraction of the intermediate layer between sea level and the land surface ensures the production of maps directly in the Bouguer reduction.

Таким образом, совокупность отличительных признаков заявленного изобретения обеспечивает повышение точности измерения гравитационных аномалий за счет уменьшения ошибок определения координат местоположения летательного аппарата и улучшения помехоустойчивости измерений к виброинерционным помехам, а также повышение быстродействия аэрогравиметрического комплекса и в целом производительности аэрогравиметрических съемок. Thus, the set of distinguishing features of the claimed invention provides an increase in the accuracy of measurement of gravitational anomalies by reducing errors in determining the coordinates of the location of the aircraft and improving the noise immunity of measurements to vibration inertia, as well as improving the speed of the airborne gravity complex and overall performance of airborne gravity surveys.

Результаты аналитических расчетов и математического моделирования на математической модели аэрогравиметрического комплекса показали принципиальную возможность измерения гравитационных аномалий на борту летательного аппарата со среднеквадратичной погрешностью порядка 0,7 мГал. The results of analytical calculations and mathematical modeling on a mathematical model of the airborne gravity complex showed the fundamental possibility of measuring gravitational anomalies on board an aircraft with a standard error of about 0.7 mGal.

Проведенный анализ уровня техники показал, что в выявленных источниках патентной и научно-технической информации решения, характеризующиеся признаками, тождественными всем признакам заявленного изобретения, отсутствуют, а изобретение явным образом из уровня техники не следует. В уровне техники не выявлена известность влияния на получение указанного технического результата преобразований, обусловленных совокупностью отличительных признаков, включенных в формулу изобретения. Это дает основание полагать, что заявленное изобретение соответствует условиям патентоспособности "новизна" и "изобретательский уровень". The analysis of the prior art showed that in the identified sources of patent and scientific and technical information, solutions characterized by features identical to all the features of the claimed invention are absent, and the invention does not follow explicitly from the prior art. In the prior art there is no known influence on the receipt of the specified technical result of the transformations due to the combination of distinctive features included in the claims. This gives reason to believe that the claimed invention meets the conditions of patentability "novelty" and "inventive step".

Сущность изобретения поясняется графическими материалами. The invention is illustrated graphic materials.

На фиг. 1 представлена структурная схема аэрогравиметрического комплекса; на фиг. 2 схема устройства амортизатора низкочастотных инерционных ускорений; на фиг. 3 блок схема астрокоррекции инерциальной навигационной системы; на фиг. 4 блок-схема измерения высоты, вертикальной скорости, вертикального и горизонтального ускорений, высоты рельефа подстилающей поверхности; на фиг. 5 блок-схема измерения величины абсолютного ускорения силы тяжести в опорном пункте. In FIG. 1 is a structural diagram of an airborne gravimetric complex; in FIG. 2 diagram of the device shock absorber low-frequency inertial accelerations; in FIG. 3 block astro correction scheme of inertial navigation system; in FIG. 4 is a block diagram of measuring height, vertical speed, vertical and horizontal accelerations, the height of the relief of the underlying surface; in FIG. 5 is a flow chart for measuring absolute acceleration of gravity at a reference point.

Аэрогравиметрический комплекс включает бортовое и наземное оборудование (фиг. 1). The airborne gravity complex includes airborne and ground equipment (Fig. 1).

В состав бортового оборудования входят: астроинерциальная система (АИС) 1, содержащая астроориентатор (АО) 2 и инерциальную навигационную систему (ИНС) 3; первый (1ГМ) 4, второй (2ГМ) 5 и третий (3ГМ) 6 гравиметры; радиовысотомер (РВ) 7, лазерный высотомер (ЛВ) 8, барометрический высотомер (БВ) 9; барометрический измеритель вертикальной скорости (БИВС) 10; бортовой приемо-индикатор спутниковой навигационной системы (БПИ СНС) 11; бортовой вычислитель (В) 12 с внешним интерфейсом ввода-вывода (на схеме не показан); автопилот (АП) 13 летательного аппарата (ЛА) 14; амортизатор низкочастотных инерционных ускорений (АНИУ) 15; накопитель информации (НИ) 16. Информационные выходы указанных датчиков первичной информации подключены к бортовому вычислителю (В) 12. Его первый (управляющий) выход соединен с автопилотом (АП) 13, второй (управляющий) выход с инерциальной навигационной системой (ИНС) 3, третий (информационный) выход с накопителем информации (НИ) 16. The composition of the onboard equipment includes: astroinertial system (AIS) 1, containing astroorientator (AO) 2 and inertial navigation system (ANN) 3; the first (1HM) 4, the second (2HM) 5 and the third (3HM) 6 gravimeters; radio altimeter (RV) 7, laser altimeter (LV) 8, barometric altimeter (BV) 9; barometric vertical speed meter (BIVS) 10; on-board receiver-indicator of satellite navigation system (BPI SNA) 11; on-board computer (B) 12 with an external I / O interface (not shown in the diagram); autopilot (AP) 13 of the aircraft (LA) 14; a shock absorber of low-frequency inertial accelerations (ANIU) 15; information storage device (NI) 16. The information outputs of these primary information sensors are connected to the on-board computer (B) 12. Its first (control) output is connected to the autopilot (AP) 13, the second (control) output to an inertial navigation system (ANN) 3, third (informational) output with an information storage device (NI) 16.

Астроинерциальная система 1 образована путем установки астроориентатора 2 на гиростабилизированную платформу инерциальной навигационной системы 3. Использован двухмерный астроориентатор, предназначенный для измерения двух координат (широта и долгота) местонахождения и истинного курса летательного аппарата посредством пеленгации двух небесных светил (см. например, Селезнев В. П. Навигационные устройства. Учебное пособие. М. Машиностроение, 1974, с. 476-480, рис. 13.19). В заявленном комплексе из схемы известного астроориентатора взят телескоп с фотоприемником и электронной следящей системой. На гиростабилизированную платформу ИНС 3 телескоп установлен в кардановом подвесе. Выход фотоприемника астроориентатора 2 подключен к бортовому вычислителю 12, в котором формируются корректирующие поправки для гироскопов ИНС 3 и подаются в нее со второго (управляющего) выхода В 12. The astroinertial system 1 is formed by installing the astroorientator 2 on the gyro-stabilized platform of the inertial navigation system 3. A two-dimensional astroorienter is used to measure the two coordinates (latitude and longitude) of the location and the true course of the aircraft by direction finding of two celestial bodies (see, for example, Seleznev V. P Navigation Devices. Textbook. M. Engineering, 1974, S. 476-480, Fig. 13.19). In the claimed complex, a telescope with a photodetector and an electronic tracking system was taken from the circuit of a well-known astroorientator. On the gyro-stabilized platform ANN 3, the telescope is mounted in a gimbal. The photodetector output of the astroorientator 2 is connected to the on-board computer 12, in which corrective corrections for the ANN 3 gyroscopes are generated and fed into it from the second (control) output B 12.

На этой же гиростабилизированной пластформе ИНС 3 установлены гравиметры 4, 5, 6, выходы которых подключены к бортовому вычислителю 12. Gravimeters 4, 5, 6, the outputs of which are connected to the on-board computer 12, are installed on the same gyro-stabilized plastic ANN 3.

Гравиметры 4, 5, 6, выполнены идентичными, например в виде демпфированных струнных гравиметров. Такой гравиметр содержит груз, подвешенный к раме с помощью струны. Верхний конец струны электрически изолирован от рамы. Струна помещена между полюсами постоянного магнита, а ее концы подключены к генератору колебаний. Струнная система помещена в вакуумную камеру, причем груз находится в сосуде с демпферной жидкостью с кинематической вязкостью порядка 10⁶ сСт (Лозинская А.М. Измерение силы тяжести на борту самолета. Обзор. Регион. разв. и промысловая геофизика. М. ВИЭМС, 1978, с. 3-11, рис. 10). Выходные сигналы гравиметра снимаются с индуктивного датчика в цифровой форме.Gravimeters 4, 5, 6 are made identical, for example in the form of damped string gravimeters. Such a gravimeter contains a load suspended from the frame using a string. The upper end of the string is electrically isolated from the frame. The string is placed between the poles of the permanent magnet, and its ends are connected to the oscillation generator. The string system is placed in a vacuum chamber, and the load is in a vessel with a damper fluid with a kinematic viscosity of the order of 10 ⁶ cSt (Lozinskaya A.M. Measurement of gravity on board the aircraft. Overview. Region. Development and field geophysics. M. VIEMS, 1978 , p. 3-11, Fig. 10). The output signals of the gravimeter are removed from the inductive sensor in digital form.

В качестве радиовысотомера 7 использован радиолокатор сантиметрового диапазона, содержащий антенную систему, передатчик, приемник, синхронизатор и устройство первичной обработки сигналов. Он предназначен для высокоточного измерения высоты полета ЛА над морской поверхностью. Радиолокатор работает на длине волны зондирующего сигнала 2,2 см и обеспечивает точность измерения высоты при волнении воды до 2 баллов не более 0,1 м, а при волнении свыше 7 баллов не более 0,5 м. Информационные сигналы, пропорциональные измеренной высоте, выдаются в цифровой форме (см. "Океанографический прецизионный радиовысотомер (ПРВО) самолетного базирования". Особое конструкторское бюро Московского Энергетического Института, М. 1995, рекламный проспект Международной выставки "Мосаэрошоу-95"). As a radio altimeter 7, a centimeter range radar was used, comprising an antenna system, a transmitter, a receiver, a synchronizer, and a primary signal processing device. It is designed for high-precision measurement of aircraft altitude over the sea surface. The radar operates at a wavelength of the probing signal 2.2 cm and ensures the accuracy of measuring the height when the waves are up to 2 points no more than 0.1 m, and when the waves are over 7 points no more than 0.5 m. Information signals proportional to the measured height are issued in digital form (see "Oceanographic precision radio altimeter (PRVO) aircraft-based. Special design bureau of the Moscow Energy Institute, M. 1995, an advertising brochure of the International exhibition" MosaeroShow-95 ").

В качестве барометрического измерителя вертикальной скорости (БИВС) 10 может быть использован известный струнный измеритель вертикальной скорости, содержащий две одинаково чувствительные барометрические коробки, укрепленные на общей раме, между которыми натянута помещенная между полюсами постоянного магнита вибрационная струна. Струнная система находится внутри герметичной камеры, которая сообщается с внешней средой через капилляр. Внутренние объемы барометрических коробок свободно сообщаются с внешней средой через относительно широкие трубки. As a barometric vertical speed meter (BIVS) 10, a known vertical vertical speed meter can be used, containing two equally sensitive barometric boxes mounted on a common frame, between which a vibrational string placed between the poles of a permanent magnet is stretched. The string system is located inside the sealed chamber, which communicates with the external environment through the capillary. The internal volumes of the barometric boxes freely communicate with the external environment through relatively wide tubes.

Принцип действия прибора основан на линейной зависимости скорости потока в капилляре от перепада давления на его концах. При подъеме на высоту (или спуске) разность между внешним давлением и давлением внутри герметичной камеры будет тем больше, чем больше скорость подъема (спуска). Измеряя разность давлений, определяют вертикальную скорость (см. Лозинская А.М. Измерения силы тяжести на борту самолета. Обзор. Регион. разв. и промысл. геофизика. М. ВИЭМС, 1978, с. 12, 15-17, рис. 5 и 6). Выходные сигналы снимаются с индуктивного датчика в цифровой форме. The principle of operation of the device is based on a linear dependence of the flow rate in the capillary on the pressure drop at its ends. When climbing to a height (or descent), the difference between the external pressure and the pressure inside the sealed chamber will be the greater, the higher the speed of ascent (descent). By measuring the pressure difference, determine the vertical speed (see A. Lozinskaya. Measurements of gravity on board the aircraft. Overview. Region. Development and field geophysics. M. VIEMS, 1978, p. 12, 15-17, Fig. 5 and 6). The output signals are recorded digitally from the inductive sensor.

В качестве бортового приемо-индикатора спутниковой навигационной системы (БПИ СНС) 11 может быть использован приемо-индикатор GPS, содержащий антенну, радиоприемник с дисплеем, вычислитель (см. например, "Радиоэлектроника в 1976 г." Обзор. НИИ экономики и информации по радиоэлектронике. М. 1977, с. 11.7-11.11; Волков П. С. и др. Судовые комплекты спутниковой навигации. М. Судостроение, 1983). As an on-board receiver-indicator of a satellite navigation system (BPI SNA) 11, a GPS receiver-indicator may be used, containing an antenna, a radio receiver with a display, and a computer (see, for example, Radio Electronics in 1976). Overview. Research Institute of Economics and Information on Radio Electronics M. 1977, pp. 11.7-11.11; Volkov P. S. et al. Ship sets of satellite navigation. M. Sudostroenie, 1983).

В качестве накопителя информации (НИ) 16 предпочтительно использование накопителя на магнито-оптических дисках (МО-накопитель). As a storage of information (NI) 16, it is preferable to use a storage device on magneto-optical disks (MO storage).

Наземное оборудование аэрогравиметрического комплекса включает в свой состав подключенные к входам наземного вычислителя (НВ) 17 наземный (донный) гравиметр (Н(Д)ГМ) 18, первый приемо-индикатор спутниковой навигационной системы (1ПИ СНС) 19, второй приемо-индикатор спутниковой навигационной системы (2ПИ СНС) 20, стример (С)21. К выходу НВ 17 подключено регистрирующее устройства (РУ)22. The ground equipment of the airborne gravity complex includes a ground (bottom) gravimeter (N (D) GM) 18, the first receiver-indicator of the satellite navigation system (1PI SNA) 19, and the second receiver-indicator of the satellite navigation, connected to the inputs of the ground computer (НВ) 17 system (2PI SNS) 20, streamer (C) 21. To the output of the HB 17 connected recording device (RU) 22.

В качестве наземного гравиметра 18 может быть использован известный гравиметр типа ГАГ-2 (см. например, Юзефович А.П. Огородова Л.В. Гравиметрия. М. Недра, 1980, с. 127-134, рис. 52, 53). Наземный гравиметр 18 предназначен для измерения величины ускорения силы тяжести на опорном пункте. Если опорный пункт находится на шельфе, то гравиметр 18 устанавливают на дне акватории. В качестве донного гравиметра может быть использован известный гравиметр типа ГМТД-2 (см. там же, с. 139-144, рис. 65). As a ground gravimeter 18, a well-known GAG-2 type gravimeter can be used (see, for example, Yuzefovich A.P. Ogorodova L.V. Gravimetry. M. Nedra, 1980, pp. 127-134, Fig. 52, 53). Ground gravimeter 18 is designed to measure the magnitude of the acceleration of gravity at the reference point. If the strong point is located on the shelf, then the gravimeter 18 is installed at the bottom of the water area. As the bottom gravimeter, a well-known gravimeter of the type ГМТД-2 can be used (see ibid., Pp. 139-144, Fig. 65).

Первый (1ПИ СНС) 19 и второй (2ПИ СНС) 20 приемо0индикаторы спутниковой навигационной системы идентичны бортовому приемо-индикатору спутниковой навигационной системы (БПИ СНС) 11. 1ПИ СНС 19 устанавливают в геодезическом пункте, 2ПИ СНС 20 в опорном пункте. При этом работа БПИ СНС 11 и 2ПИ СНС 20 синхронизирована во времени. The first (1PI SNA) 19 and the second (2PI SNA) 20 receiver-indicators of the satellite navigation system are identical to the on-board receiver-indicator of the satellite navigation system (BPI SNA) 11. 1PI SNA 19 is installed in the geodetic point, 2PI SNA 20 in the reference point. In this case, the operation of BPI SNA 11 and 2PI SNA 20 is synchronized in time.

Стример (С) 21 представляет собой устройство хранения и выдачи информации о величинах притяжения промежуточного слоя земли между уровнем моря и поверхностью суши вдоль съемочных галсов. В качестве носителя информации предпочтительно использование компакт-дисков типа CD-ROM. Streamer (C) 21 is a device for storing and issuing information about the magnitude of the attraction of the intermediate layer of the earth between sea level and the land surface along the survey lines. As a storage medium, it is preferable to use a CD-ROM type.

Регистрирующее устройство (РУ) 22 содержит блок записи и чтения информации на компакт-дисках CDR-ROM, дисплей, печатающее устройство (принтер). The recording device (RU) 22 comprises a unit for recording and reading information on CDR-ROMs, a display, a printing device (printer).

Астроинерциальная система 1 бортового оборудования смонтирована в контейнере 23 (фиг. 2), на внешней поверхности которого имеются узлы крепления 24 элементов амортизатора низкочастотных инерционных ускорений (АНИУ) 15. Верхняя крышка 25 контейнера 23 выполнена из светопрозрачного материала, например, стекла, для обеспечения нормального функционирования телескопа астроориентатора 2, установленного на гиростабилизированной платформе 26 инерциальной навигационной системы 3 (на схеме не показано). The astroinertial system 1 of the onboard equipment is mounted in a container 23 (Fig. 2), on the outer surface of which there are fastening nodes 24 of the shock absorber elements of low-frequency inertial accelerations (ANIU) 15. The top cover 25 of the container 23 is made of translucent material, such as glass, to ensure normal the functioning of the astro-orientator 2 telescope mounted on a gyro-stabilized platform 26 of the inertial navigation system 3 (not shown in the diagram).

Амортизатор низкочастотных инерционных ускорений 15 выполнен в виде идентичных по своим механическим и кинематическим характеристикам связок, каждая из которых состоит из ортогонально расположенных упругого элемента 27 (например, металлическая спиральная пружина) и трех демпфирующих элементов 28 (например, воздушных или гидравлических). Упругий элемент 27 расположен вертикально, и его верхний конец жестко прикреплен к конструкции ЛА, а нижний конец соединен шарнирно с узлом крепления 24 на контейнере 23. С этим узлом шарнирно связаны одни концы демпфирующих элементов 28, другие их концы соединены при помощи шарниров 29 с конструкцией ЛА. Узлы крепления 24 элементов амортизатора расположены в горизонтальной плоскости, которая проходит через центр масс контейнера со всем его содержимым, и симметрично вертикальной оси, также проходящей через центр масс. The shock absorber of low-frequency inertial accelerations 15 is made in the form of bundles identical in their mechanical and kinematic characteristics, each of which consists of an orthogonally located elastic element 27 (for example, a metal spiral spring) and three damping elements 28 (for example, air or hydraulic). The elastic element 27 is located vertically, and its upper end is rigidly attached to the aircraft structure, and the lower end is pivotally connected to the attachment unit 24 on the container 23. One ends of the damping elements 28 are pivotally connected to this assembly, the other ends are connected by hinges 29 to the structure LA The attachment points 24 of the shock absorber elements are located in a horizontal plane that passes through the center of mass of the container with all its contents, and symmetrically to the vertical axis, also passing through the center of mass.

Таким образом, внешняя рама карданового подвеса инерциальной навигационной системы 3 опирается на корпус ЛА не непосредственно, как это обычно имеет место, а связана с ним через амортизатор 15, собственная резонансная частота колебаний которого не превышает 3 Гц. Thus, the outer frame of the gimbal of the inertial navigation system 3 does not rely directly on the aircraft body, as is usually the case, but is connected to it through a shock absorber 15, whose natural resonant frequency does not exceed 3 Hz.

Бортовые струнные гравиметры 4, 5, 6 благодаря конструктивному демпфированию грузов малочувствительны к тряске и ударам, но чувствительны к низкочастотным инерционным ускорениям и аэроупругим колебаниям конструкции ЛА в диапазоне 3-20 Гц. Размещение этих гравиметров на гиростабилизированной платформе 26 ИНС 3, которая в свою очередь подвешена на амортизаторе низкочастотных ускорений 15, в значительной мере повышает точность измерения силы тяжести на борту ЛА, так как амортизатор 15 обеспечивает стабилизацию пространственного положения гиростабилизированной платформы при аэроупругих колебаниях конструкции ЛА, а также колебаниях, вызванных действием инерционных ускорений. Onboard string gravimeters 4, 5, 6 due to structural damping of cargoes are insensitive to shaking and impacts, but sensitive to low-frequency inertial accelerations and aeroelastic vibrations of the aircraft structure in the range of 3-20 Hz. Placing these gravimeters on a gyro-stabilized platform 26 ANN 3, which in turn is suspended on a shock absorber of low-frequency accelerations 15, significantly increases the accuracy of measuring gravity on board an aircraft, since the shock absorber 15 stabilizes the spatial position of the gyrostabilized platform during aeroelastic vibrations of the aircraft structure, and also oscillations caused by inertial accelerations.

Принцип действия описанного аэрогравиметрического комплекса заключается в следующем. The principle of operation of the described airborne gravimetric complex is as follows.

Параметры траектории полета ЛА 14 измеряются группой датчиков разной физической структуры (астроинерциальная система 1, радио- 7, баро- 9 и лазерный 8 высотомеры, барометрический измеритель вертикальной скорости 10, приемо-индикатор спутниковой навигационной системы 11) и поступают в бортовой вычислитель 12. С учетом содержащихся в памяти вычислителя моделей ошибок измерений сигналы подвергаются оптимальной фильтрации и формируется алгоритм для управления автопилотом 13 по курсу, высоте и вертикальной скорости. По показаниям гравиметров 4, 5 и 6 и параметрам, связанным с ускорением траекторного движения ЛА горизонтальные координаты v,λ, истинный курс j, высота Н, вертикальная скорость

определяется полное вертикальное ускорение. Решая систему линейных уравнений, связывающих эти параметры с вертикальным и горизонтальным ускорениями, из полного вертикального ускорения выделяются требуемые величины аномалии ускорения силы тяжести в свободном воздухе. Измеряется высота h_p рельефа подстилающей поверхности вдоль съемочного галса. Все эти данные вводятся в накопитель информации 16.The flight path parameters of aircraft LA 14 are measured by a group of sensors of different physical structures (astroinertial system 1, radio 7, bar 9 and laser 8 altimeters, barometric vertical speed meter 10, receiver-indicator of satellite navigation system 11) and are received on-board computer 12. C Taking into account the measurement error models contained in the computer memory, the signals are subjected to optimal filtering and an algorithm is formed to control the autopilot 13 according to the heading, altitude and vertical speed. According to the readings of gravimeters 4, 5 and 6 and the parameters associated with the acceleration of the trajectory movement of the aircraft, the horizontal coordinates v, λ, the true course j, height H, vertical speed

full vertical acceleration is determined. Solving a system of linear equations connecting these parameters with vertical and horizontal accelerations, the required values of the gravity acceleration anomaly in free air are extracted from the full vertical acceleration. The height h _p of the underlying surface relief is measured along the survey tack. All these data are entered into the information storage device 16.

Кроме упомянутых выше алгоритмов в бортовом вычислителе 12 информация от датчиков форматируется, синхронизируется, и в результате формируется выходной файл для постобработки в наземном вычислителе 17. In addition to the above algorithms in the on-board computer 12 information from the sensors is formatted, synchronized, and as a result, an output file is generated for post-processing in the ground computer 17.

Постобработка сигналов в НВ 17 включает в себя алгоритмы фазодифференциального режима спутниковой навигационной системы (БПИ СНС 11 и 2ПИ СНС 20), оптимальную фильтрацию шумов измерителей, пересчет показаний наземного (донного) гравиметра 18, редукцию Буге с учетом высоты h_p подстилающей поверхности и величин притяжения промежуточного слоя земли между уровнем моря и поверхностью суши вдоль съемочных галсов. На выходе НВ 17 формируется цифровой файл, который поступает в регистрирующее устройство 22 для получения визуального изображения изоаномал на дисплее и бумажном носителе с помощью принтера.The post-processing of signals in HB 17 includes phase-differential mode algorithms for the satellite navigation system (BPI SNA 11 and 2PI SNA 20), optimal filtering of the noise of the meters, recalculation of the ground (bottom) gravimeter 18, Bouguer reduction taking into account the height h _{p of the} underlying surface and the magnitude of attraction intermediate layer of land between sea level and land surface along the film tacks. At the output of HB 17, a digital file is generated, which enters the recording device 22 to obtain a visual image of the isoanomalus on the display and on paper using a printer.

На первом (предварительном) этапе работы аэрогравиметрического комплекса осуществляется уточнение проектного и/или полетного задания на выполнение аэрогравиметрической съемки в заданном районе картографирования. При этом в бортовой вычислитель (В) 12 (фиг. 1), автопилот (АП) 13, астроинерциальную систему (АИС) 1, радиовысотомер (РВ) 7, лазерный высотомер ЛВ) 8, барометрический высотомер (БВ) 9, барометрический измеритель вертикальной скорости (БИВС) 10 и бортовой приемо-индикатор спутниковой навигационной системы (БПИ СНС) 11 вводятся соответствующие стартовые геодезические и гравиинерционные данные, а в астроориентатор (АО) 2 астрономические данные в виде эфемерид опорных небесных светил и их астрономических азимутов на время старта ЛА. At the first (preliminary) stage of operation of the airborne gravity complex, the design and / or flight task for performing airborne gravimetric survey in a given mapping area is refined. In this case, on-board computer (B) 12 (Fig. 1), autopilot (AP) 13, astroinertial system (AIS) 1, radio altimeter (RV) 7, laser altimeter LV) 8, barometric altimeter (BV) 9, barometric vertical meter speed (BIVS) 10 and the on-board receiver-indicator of the satellite navigation system (BPI SNA) 11 enter the corresponding starting geodetic and gravitational inertia data, and astronomical data (AO) 2 astronomical data in the form of ephemerides of reference celestial bodies and their astronomical azimuths at the time of the launch of the aircraft.

Кроме стартовых исходных астрономо-геодезических данных в В 12 и наземный вычислитель (НВ) 17 вводятся результаты эталонирования бортовых гравиметров 4, 5 и 6, наземного (донного) гравиметра 18, результаты юстировок постоянных и масштабирующих коэффициентов бортового 11 и наземных 19, 20 приемо-индикаторов спутниковой навигационной системы, результаты калибровок масштабирующих коэффициентов высотомеров 7, 8, 9 и БИВС 10. В бортовой 12 и наземный 17 вычислители также вводится предварительно спроектированная схема съемочных галсов в заданном районе картографирования в виде соответствующих курсов прямолинейных маршрутов, геодезических координат начала и конца каждого съемочного галса, заданной высоты и скорости полета ЛА. С учетом метеоусловий в районе съемки, например бальности порывов ветра, производят соответствующую регулировку демпфирующих элементов 28 амортизатора низкочастотных инерционных ускорения (АНИУ) 15. In addition to the starting initial astronomical and geodetic data, in В 12 and the ground computer (НВ) 17, the results of standardization of airborne gravimeters 4, 5 and 6, ground (bottom) gravimeter 18, the results of adjusting the constant and scaling coefficients of airborne 11 and ground 19, 20 receiving indicators of the satellite navigation system, the results of calibrations of the scaling coefficients of the altimeters 7, 8, 9 and BIVS 10. In the on-board 12 and ground 17 computers, a pre-designed scheme of survey tacks in a given area is also introduced arthrography in the form of corresponding courses of straight lines, geodetic coordinates of the beginning and end of each survey tack, a given altitude and flight speed of the aircraft. Taking into account the meteorological conditions in the survey area, for example, the rate of wind gusts, the damping elements 28 of the low-frequency inertial acceleration shock absorber (ANIU) 15 are adjusted accordingly.

Непосредственно перед взлетом ЛА выполняются наземные гравиметрические измерения бортовыми гравиметрами 4, 5 и 6 при работающей астроинерциальной системе (АИС) 1 на опорном гравиметрическом пункте, расположенном вблизи стоянки ЛА и/или рядом с наземным (донным) гравиметром 18. Результаты наземных стартовых измерений гравиметрами 18, 4, 5 и 6 вводятся в бортовой 12 и наземный 17 вычислители. Immediately before the take-off of the aircraft, ground-based gravimetric measurements are carried out with airborne gravimeters 4, 5 and 6 with the astroinertial system (AIS) 1 operating at the reference gravimetric station located near the aircraft parking lot and / or near the ground (bottom) gravimeter 18. Results of ground-based start measurements with gravimeters 18 , 4, 5 and 6 are introduced into the airborne 12 and ground 17 computers.

На втором (основном) этапе работы аэрогравиметрического комплекса в воздухе осуществляются измерения силы тяжести бортовыми гравиметрами 4, 5 и 6. Главным условием обеспечения заданной точности измерений является выдерживание летательным аппаратом заданных курса и высоты полета с помощью автопилота 13. At the second (main) stage of operation of the airborne gravimetric complex in air, gravity measurements are carried out with airborne gravimeters 4, 5 and 6. The main condition for ensuring a given measurement accuracy is that the aircraft maintains a predetermined course and altitude using autopilot 13.

Выдерживание ЛА заданного курса осуществляется путем астрокоррекции инерциальной навигационной системы (ИНС) 3 (фиг. 3). При этом в бортовой вычислитель (В) 12, в память которого заложены модель ошибок ИНС 3 и структура оптимального фильтра, поступают сигналы от ИНС 3, пропорциональные курсу ЛА ψ_инс, и сигналы коррекции (вектор

) курса от астроориентатора (АО)2 согласно предварительно введенной в него проектной схемы съемочных галсов. В результате оптимальной обработки на выходе В 12 формируется управляющий сигнал, пропорциональный откорректированному курсу

, который подается на вход автопилота 13 ЛА. Таким образом осуществляется высокоточное пилотирование ЛА по курсу с погрешностью порядка 1 угловой минуты, что в несколько раз лучше, чем в прототипе. Это обеспечивает уменьшение ошибок измерений бортовых гравиметров 4, 5 и 6 за влияние угловых скоростей и угловых ускорений, обусловленных влиянием остаточных погрешностей работы астроинерциальной системы, и соответствующее (в 2-3 раза) уменьшение ошибок за влияние остаточных кориолисовых ускорений и/или эффекта Этвеша (на уровне 0,3-0,5 мГал).Maintaining an aircraft of a given course is carried out by astrocorrection of an inertial navigation system (ANN) 3 (Fig. 3). At the same time, on-board computer (B) 12, in whose memory the error model ANN 3 and the structure of the optimal filter are _stored , receives signals from ANN 3 proportional to the course of the aircraft ψ _ins and correction signals (vector

) course from the astroorientator (AO) 2 according to the design scheme of filming tacks previously entered into it. As a result of optimal processing, the output signal B 12 generates a control signal proportional to the adjusted course

, which is fed to the input of autopilot 13 LA. Thus, high-precision piloting of the aircraft is carried out at the rate with an error of the order of 1 arc minute, which is several times better than in the prototype. This ensures a reduction in measurement errors of airborne gravimeters 4, 5 and 6 due to the influence of angular velocities and angular accelerations due to the influence of residual errors in the operation of the astroinertial system, and a corresponding (2–3 times) reduction of errors due to the influence of residual Coriolis accelerations and / or the Eötves effect at the level of 0.3-0.5 mGal).

Для стабилизации горизонтального полета ЛА на заданной высоте используется алгоритм определения высоты Н, вертикальной скорости

и горизонтального ускорения W_гор и формирования соответствующих управляющих сигналов для автопилота 13. При этом (фиг. 4) сигналы, поступающие в бортовой вычислитель (В) 12 от радио- 7, баро- 8 и лазерного 9 высотомеров, барометрического измерителя вертикальной скорости (БИВС) 10, бортового приемо-индикатора спутниковой навигационной системы (БПИ СНС) 11 (

вектор выходных сигналов указанных датчиков), а также астроинерциальной системы (АИС) 1 (

вектор выходных сигналов АИС), подвергаются оптимальной обработке в В 12 с учетом моделей ошибок измерителей, в результате которой на выходе В 12 формируются сигналы управления АП 13 по высоте

и вертикальной скорости

. БПИ СНС 11 работает также в фазодифференциальном режиме со вторым приемо-индикатором спутниковой навигационной системы (2ПИ СНС)20 (фиг. 1), установленным в опорном пункте и/или рядом с наземным (донным) гравиметром (Н(Д)ГМ) 18. Это обеспечивает высокоточное измерение пространственных координат местоположения ЛА и величин изменений вертикальной скорости. При этом осуществляется многомерный контроль по инерциальным и неинерциальным измерителям высоты фактического полета ЛА и точности работы его автопилота, что позволяет с учетом работы амортизатора низкочастотных инерционных ускорений (АНИУ) 15, собственная резонансная частота которого не превышает 3 Гц, существенно уменьшить (в 2-3 раза) остаточные погрешности измерений бортовых гравиметров 4, 5 и 6, обусловленные флуктуациями стабилизированной высоты полета ЛА, его вертикальными скоростями и ускорениями, а также воздействиями виброакустических и аэроупругих колебаний конструкции ЛА. Суммарные остаточные влияния на погрешность бортовых гравиметров 4, 5 и 6, обусловленные вышеуказанными причинами, не превышают 0,3-0,5 мГал.To stabilize the horizontal flight of the aircraft at a given height, an algorithm is used to determine the height H, vertical speed

and horizontal acceleration W _mountains and the formation of the corresponding control signals for the autopilot 13. In this case (Fig. 4), the signals entering the on-board computer (B) 12 from the radio-7, baro-8 and laser 9 altimeters, barometric vertical velocity meter (BIVS ) 10, on-board receiver-indicator of satellite navigation system (BPI SNA) 11 (

vector of the output signals of these sensors), as well as the astroinertial system (AIS) 1 (

vector of output signals AIS) are subjected to optimal processing in B 12 taking into account the error models of the meters, as a result of which control signals AP 13 are generated at the output of B 12 in height

and vertical speed

. BPI SNA 11 also works in phase differential mode with a second receiver-indicator of the satellite navigation system (2PI SNA) 20 (Fig. 1) installed in the reference point and / or next to the ground (bottom) gravimeter (N (D) GM) 18. This provides a highly accurate measurement of the spatial coordinates of the location of the aircraft and the magnitude of the changes in vertical speed. At the same time, multidimensional control is performed by inertial and non-inertial meters of the actual flight altitude of the aircraft and the accuracy of its autopilot, which allows taking into account the operation of the low-frequency inertial acceleration shock absorber (ANIU) 15, the natural resonant frequency of which does not exceed 3 Hz, significantly reduce (by 2-3 times) residual measurement errors of airborne gravimeters 4, 5 and 6, due to fluctuations in the aircraft’s stable altitude, its vertical speeds and accelerations, as well as the effects of vibroacoustic physical and aeroelastic vibrations of the aircraft structure. The total residual effects on the error of airborne gravimeters 4, 5 and 6, due to the above reasons, do not exceed 0.3-0.5 mGal.

Представленная на фиг. 4 совокупность датчиков первичной информации, оптимальные алгоритмы обработки их сигналов с учетом моделей ошибок позволяют получить в бортовом 12 и наземном 17 вычислителях оптимальные оценки фактической высоты прямолинейного полета ЛА во время съемочного галса, а также получить оценку высоты

рельефа подстилающей поверхности для ее последующего использования при вычислениях поправок (редукции) Буге в НВ 17. В прототипе операция уточнения высоты рельефа отсутствует. В заявленном аэрогравиметрическом комплексе эта задача решается помощью радио- 7, баро 8, лазерного 9 высотомеров и бортового приемо-индикатора спутниковой навигационной системы (БПИ СНС) 11 с точностью, необходимой для продуцирования карт гравитационных аномалий в масштабе 1:200000 и крупнее.Presented in FIG. 4, a set of primary information sensors, optimal algorithms for processing their signals, taking into account error models, make it possible to obtain optimal estimates of the actual height of a direct flight of an aircraft during the survey tack in airborne 12 and ground 17 computers, as well as an estimate of the altitude

the relief of the underlying surface for its subsequent use in calculating the Bouguer corrections (reduction) in HB 17. In the prototype, the operation of specifying the relief height is absent. In the claimed airborne gravity complex, this problem is solved using radio 7, baro 8, laser 9 altimeters and an on-board receiver-indicator of the satellite navigation system (BPI SNA) 11 with the accuracy needed to produce maps of gravitational anomalies at a scale of 1: 200000 and larger.

При съемке гравитационных аномалий необходимо иметь "опорную точку" с известными геодезическими координатами и в которой известно абсолютное значение ускорения силы тяжести. Эта задача решается следующим образом (фиг. 5). Первый наземный приемо-индикатор спутниковой навигационной системы (1ПИ СНС) 19 устанавливают в геодезическом пункте, а 2ПИ СНС 20 устанавливают в опорном пункте, где также установлен наземный 18 (или донный 18, если опорный пункт находится на шельфе) гравиметр. Предварительно нулевые отсчеты Н(Д)ГМ 18 берутся в геодезическом пункте, а затем он переносится в опорный пункт. Необходимая геодезическая коррекция в опорном пункте осуществляется НВ 17 по показаниям первого 19 (

) и второго 20 (

) ПИ СНС, работающих в фазодифференциальном режиме. Таким образом, отсчеты Н(Д)ГМ 18 корректируются с учетом геодезической коррекции, что обеспечивает получение на выходе НВ 17 исходных геодезических

и гравиметрических G данных для выполнения аэрогравиметрических работ. При этом отпадает необходимость в дорогостоящей и трудоемкой работе по предварительному созданию сети опорных гравиметрических пунктов в заданном районе съемок, что по сравнению с прототипом существенно повышает производительность аэрогравиметрического комплекса.When shooting gravitational anomalies, it is necessary to have a “reference point” with known geodetic coordinates and in which the absolute value of the acceleration of gravity is known. This problem is solved as follows (Fig. 5). The first ground receiver-indicator of the satellite navigation system (1PI SNA) 19 is installed in the geodetic station, and 2PI SNA 20 is installed in the reference point, where ground 18 (or bottom 18, if the reference point is located on the shelf) is also installed. Preliminary zero readings Н (Д) ГМ 18 are taken at the geodetic point, and then it is transferred to the reference point. The necessary geodetic correction at the reference point is carried out by HB 17 according to the testimony of the first 19 (

) and the second 20 (

) PI SNA operating in phase differential mode. Thus, the readings Н (Д) ГМ 18 are corrected taking into account the geodetic correction, which ensures that the output of the НВ 17 initial geodetic

and gravimetric G data for performing airborne gravimetric work. At the same time, there is no need for expensive and time-consuming work on the preliminary creation of a network of reference gravimetric points in a given shooting area, which, compared with the prototype, significantly increases the performance of the airborne gravity complex.

Второй (основной этап работы аэрогравиметрического комплекса завершается процедурой контрольной проверки работы бортовых гравиметров 4, 5 и 6 на работающем амортизированном гиростабилизаторе астроинерциальной системы 1 на земле в ЛА, который после приземления устанавливают вблизи опорного пункта и/или Н(Д)ГМ 18, совмещенного с 2ПИ СНС 20. The second (the main stage of the operation of the airborne gravity complex is completed by the control check of the operation of airborne gravimeters 4, 5 and 6 on a working shock-absorbed gyrostabilizer of the astroinertial system 1 on the ground in the aircraft, which, after landing, is installed near the reference point and / or N (D) GM 18, combined with 2PI SNS 20.

Третий (заключительный) этап работы аэрогравиметрического комплекса включает введение в наземный вычислитель 17 данных из бортового накопителя информации 16 и осуществление традиционной процедуры гравиметрических измерений (см. например, Юзефович А.П. Огородова Л.В. Гравиметрия М. Недра, 1980, с. 229-234, рис. 126). При этом в НВ 17 по разработанному заявителем алгоритму с учетом высоты рельефа подстилающей поверхности h_p и величин притяжения промежуточного слоя земли между уровнем моря и поверхностью суши, вводимых из стримера 21, определяются значения гравитационных аномалий непосредственно в редукции Буге, которые фиксируются регистрирующим устройством 22 и воспроизводятся в виде карты изоаномал гравитационного поля в редукции Буге.The third (final) stage of the operation of the airborne gravity complex includes the introduction into the ground computer 17 of data from the onboard data storage device 16 and the implementation of the traditional procedure of gravimetric measurements (see, for example, Yuzefovich A.P. Ogorodova L.V. Gravimetry M. Nedra, 1980, p. 229-234, Fig. 126). Moreover, in HB 17, according to the algorithm developed by the applicant, taking into account the relief height of the underlying surface h _p and the values of the attraction of the intermediate layer of the earth between the sea level and the land surface, introduced from streamer 21, the values of gravitational anomalies directly in the Bouguer reduction are determined, which are recorded by the recording device 22 and reproduced in the form of a map isoanomalus of the gravitational field in the Bouguer reduction.

Приведенные сведения подтверждают, что средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в гравиметрии, а именно для измерения аномалий силы тяжести в редукции Буге с масштабом картографирования 1:200000 и крупнее с целью поиска полезных ископаемых. Для изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета изобретения средств и методов. Средства, воплощающие заявленное изобретение, способны обеспечить получение указанного в заявке технического результата. Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость". The above information confirms that the tool embodying the claimed invention in its implementation is intended for use in gravimetry, namely, to measure gravity anomalies in the Bouguer reduction with a mapping scale of 1: 200000 and larger in order to search for minerals. For the invention as described in the claims, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application or known prior to the priority date of the invention has been confirmed. Means embodying the claimed invention are capable of providing the technical result indicated in the application. Therefore, the invention meets the patentability condition "industrial applicability".

Claims

1. The airborne gravity complex, including on-board equipment containing an autopilot of an aircraft, an on-board computer, a first gravimeter, an inertial navigation system, an on-board receiver-indicator of a satellite navigation system, a radio altimeter, a laser altimeter, a barometric altimeter, an information storage device, characterized in that it is equipped with a ground equipment containing a ground or bottom gravimeter connected to a ground computer, the first receiver-indicator of a satellite navigation system, set Indicated at the geodetic station, the second receiver-indicator of the satellite navigation system installed in the reference station, a streamer, a recording device, and second and third gravimeters, an astroorientor, a barometric vertical speed meter, a low-frequency inertial acceleration shock absorber, and an astroorienter, the first, the second and third gravimeters are installed on the gyro-stabilized platform of the inertial navigation system, the latter is connected with the hull of the aircraft through a shock absorber of low-frequency inertial accelerations, outputs of an astroorientator, an inertial navigation system, first, second and third gravimeters, an on-board receiver-indicator of a satellite navigation system, a radio altimeter, a laser altimeter, a barometric altimeter, a barometric vertical speed meter are connected to the on-board computer, the first output of which autopilot of the aircraft, the second output with an inertial navigation system, the third output with an information storage device.

2. The complex according to claim 1, characterized in that the centimeter wave radar is used as a radio altimeter.

3. The complex according to claim 1, characterized in that the inertial navigation system is mounted in a container that is equipped with attachment points for shock absorber elements of low-frequency inertial accelerations located in the horizontal plane in which the center of mass of the container with the contents is located, and symmetrically to the vertical axis passing through center of mass.

4. The complex according to paragraphs. 1 and 3, characterized in that the shock absorber of low-frequency inertial accelerations is made in the form of located orthogonally elastic elements, such as metal coil springs, and damping elements, for example air or hydraulic, while one end of the elastic elements are rigidly attached to the structure of the aircraft, one ends of the damping elements pivotally, and the other ends of the elastic elements and other ends of the damping elements are connected together and pivotally connected to the attachment points on the container.