Способы магнитного позиционирования

В настоящий момент известны три способа магнитного позиционирования - AC-позиционирование (alternating current), DC-позиционирование (direct current), а также перспективный метод ADC-позиционирования. Все способы отличаются характером генерируемого магнитного поля. AC-метод построен на одновременном и непрерывном генерировании трех синусоидальных полей на разных частотах. DC-метод предполагает генерирование последовательности импульсных полей разной ориентации.

Метод свободен от действия вихревых токов в окружающем интерьере, которые наводятся синусоидальным полем, и ограничивают точность позиционирования. ADC-метод основан на том, что обмотки генератора магнитного поля возбуждаются знакопеременными импульсами тока с плоскими вершинами. Это дает увеличение помехоустойчивости, точности, частоты смены информации [5].

В авиационном целеуказании система электромагнитного позиционирования, как говорилось ранее, применяется с 70-x годов прошлого века. Генератор магнитного поля фиксируется в кабине, а подвижный приемник располагается на шлеме пилота. Координаты шлема находят итерационным решением системы уравнений. Они соотносят аналитическую модель магнитного поля в зоне перемещения шлема и результаты магнитных измерений подвижными датчиками, находящимися в приемнике [5]. Общая структура системы магнитного позиционирования, применяемая в авиации, изображена на рисунке 1.

Такие системы в авиации чрезвычайно перспективны, они не требует прямой видимости между генератором и приемником.

Они компактны и хорошо работают в свободном от металла пространстве, позволяют достичь более точного позиционирования в широких диапазонах линейных и угловых перемещений подвижного объекта, чем любые другие системы. Если в окружении имеется металл, проводят корректирующие процедуры, которые минимизируют погрешности позиционирования.

Рисунок 1 - Структура системы магнитного позиционирования, применяемая в авиации

Интерес к применению систем электромагнитного трекинга (определения позиции и ориентации объекта) в данном классе задач также вызван тем, что радиолуч стандартной посадочной системы подвержен влиянию погоды, почвы, отражающих объектов. В результате на последней стадии посадки стандартные радиосистемы не всегда обеспечивают точность, необходимую для контроля снижения самолета. На низкочастотное магнитное поле практически не воздействуют указанные факторы из-за их низкого влияния на магнитную проницаемость среды. Типичная магнитная система посадки самолетов использует наземный излучатель, который содержит две ортогональных обмотки. Подвижный приемник установлен на борту летательного аппарата. Дополнительно на земле устанавливают стационарный приемник-монитор для контроля работы излучателя [6].

Исторически первые магнитные системы позиционирования использовали переменное магнитное поле, генерируемое на частотах до десятков килогерц. Они получили название АС-системы (системы позиционирования переменного тока). Основной недостаток АС-систем - снижение точности позиционирования из-за сильного искажения рабочего поля полями вихревых токов, наводимых системой в условиях окружения металлом. В случае применения магнитных систем позиционирования в бортовых системах целеуказания источниками погрешности служили как подвижный металл на шлеме, так и интерьер кабины, неподвижный относительно генератора поля [6]. Метод компенсации погрешностей, вносимых шлемом, основан на расчёте в реальном времени поправочной величины, моделирующей его влияние на приемник, для каждого элемента нашлемного металла. Рабочее поле находится путем вычитания суммы смоделированных поправок из реально измеряемой величины поля. Данная модель работает в неоднородном поле, во всем диапазоне положений и ориентаций шлема.

В системах переменного типа источник может быть выполнен в виде трех взаимно ортогональных катушек с общим магнитным центром, каждая из которых питается переменным током определенной частоты от своего генератора [6].

Также существует тип систем позиционирования, который основан на позиционировании по постоянному (квазипостоянному) току. В таких системах постоянное магнитное поле создается источником, представляющим собой определенную комбинацию электромагнитов, питание которых осуществляется стабилизированным постоянным током.

Датчиком является размещенная на защитном шлеме группа малогабаритных трехкомпонентных магниточувствительных устройств, например, феррозонда или устройств, работающих на основе эффекта Холла, и измеряющих компоненты магнитного поля источника в нескольких точках одновременно. Сигналы с датчиков усиливаются и передаются в блок управления для решения задачи позиционирования [7].

Одна из основных проблем в «дальней» магнитной навигации - выделение полезного сигнала из атмосферных шумов. Основными источниками таких шумов служат грозовая активность атмосферы и распределенные радиопередатчики, в первую очередь линии электропередач. Атмосферные шумы содержат преобладающую горизонтальную компоненту магнитного поля, которая расположена в диапазоне частот 2-1000 Гц. Спектральная плотность шумов может достигать величины 0,05-0,07 мкА/м и падает с ростом частоты. Кроме шумов, точность вычисления координат ограничивают помехи от питающих сетей с частотами 50, 60, 400 Гц. В результате на частотах 3-4 кГц электромагнитная система позиционирования «дальней» навигации действует на расстоянии до 2 км [7].

Другие стьтьи в тему

Разработка программы кодирования по алгоритму Хемминга
В процессе работы электронных устройств осуществляется преобразование информации. С точки зрения логики функционирования электронных устройств можно выделить следующие информационные процессы: получение, передачу, обработку, представление информации, выработку управляющих воздействий. ...

Разработка вычислительного блока системы электромагнитного позиционирования
Актуальность развития методов точного определения координат и углов ориентации того или иного объекта по отношению к некоторой заданной системе координат трудно переоценить. Определение пространственных и угловых координат движущихся объектов лежит в основе решения многих важных нау ...