Курсовертикаль

Курсовертикаль — прибор, поставляющий данные об углах между географической системой координат (ГСК) и связанной системой координат (ССК), начальная точка которой совпадает с начальной точкой ГСК, а оси соответствуют, как правило — Y — продольной оси, Z — вертикальной, X — перпендикулярной им боковой оси транспортного средства, на котором установлена курсовертикаль. В высоких широтах вместо географической используется полусвободная в азимуте система координат. Технически курсовертикаль чаще всего реализуется как гировертикаль и датчик курса, сделанный, как правило, также на основе гироскопа и иногда корректируемый, например показаниями приёмника спутниковой системы позиционирования и навигации.

Три платформенные курсовертикали КВ-1 системы «Румб-1А» в отсеке самолёта Ту-22М

Измерение углов поворота и матрицы направляющих косинусов

Математически трёхгранник в ГСК можно перевести в трёхгранники связанной системы координат тремя последовательными поворотами.

По оси Z на угол [math]\displaystyle{ \Phi_z = -H }[/math] — угол курса (рысканье, yaw). Курс по традиции отсчитывается по часовой стрелке, [math]\displaystyle{ \Phi_z }[/math] — по общим правилам — против часовой.
По оси X на угол [math]\displaystyle{ \Phi_x = \vartheta }[/math] — угол тангажа (pitch).
По оси Y на угол [math]\displaystyle{ \Phi_y = \gamma }[/math] — угол крена (roll).

В матричной форме переход между географической и связанной системой координат осуществляется по формуле

[math]\displaystyle{ \begin{bmatrix} X_b\\ Y_b\\ Z_b \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} C_{11} & C_{12} & C_{13} \\ C_{21} & C_{22} & C_{23} \\ C_{31} & C_{32} & C_{33} \\ \end{bmatrix} \begin{bmatrix} X_g \\ Y_g\\ Z_g \end{bmatrix}. }[/math]

При этом коэффициенты матрицы принимают значения

[math]\displaystyle{ C_{11} = \cos\Phi_y \cos\Phi_z - \sin\Phi_x \sin\Phi_y \sin\Phi_z, }[/math]

[math]\displaystyle{ C_{12} = \cos\Phi_y \sin\Phi_z + \sin\Phi_x \sin\Phi_y \cos\Phi_z, }[/math]

[math]\displaystyle{ C_{13} = -\cos\Phi_x \sin\Phi_y, }[/math]

[math]\displaystyle{ C_{21} = -\cos\Phi_x \sin\Phi_y, }[/math]

[math]\displaystyle{ C_{22} = -\cos\Phi_z \sin\Phi_x, }[/math]

[math]\displaystyle{ C_{23} = \sin\Phi_x, }[/math]

[math]\displaystyle{ C_{31} = \sin\Phi_y \cos\Phi_z + \sin\Phi_x \cos\Phi_y \sin\Phi_z, }[/math]

[math]\displaystyle{ C_{32} = \sin\Phi_y \sin\Phi_x - \sin\Phi_x \cos\Phi_y \cos\Phi_z, }[/math]

[math]\displaystyle{ C_{33} = \cos\Phi_x \cos\Phi_y. }[/math]

Внутреннее устройство курсовертикали

Соответственно курсовертикаль должна иметь три гироскопа, измеряющих повороты системы по этим трём углам. На деле, однако, курсовертикаль может измерять углы между связанной и так называемой «платформенной» системой координат, которая совпадает с ГСК в начале работы курсовертикали, однако не совершает вместе с нею вращения относительно инерциальной системы координат, поэтому для коррекции необходимо сообщать курсовертикали сведения о текущей широте, долготе и высоте транспортного средства, на котором установлен прибор. Используя эту информацию, можно провести адекватное преобразование из «платформенной» системы координат в ГСК.

Исполнение

В случае резервирования применяются многоканальные системы, работающие одновременно и параллельно и выдающие сигналы потребителям. Примером может служить трёхканальный (трижды резервированный) комплекс курсовертикалей типа «Румб-1 (А, Б)», который устанавливается на некоторых отечественных тяжёлых самолётах. На более лёгких самолётах устанавливается система ИКВ-1, технически представляющая собой один канал системы «Румб-1».

Выставка системы

Выставкой системы является задание верной начальной ориентации прибора в географической системе координат либо поворотом платформы, либо алгоритмически. Выставка проходит в два этапа — горизонтирование и выставка в азимуте. Горизонтирование осуществляется чаще всего с помощью акселерометров (внутренних или внешних). При указании точной широты горизонтирование можно провести используя только гироскопы, измеряя вращение Земли. При выставке вертикали с помощью акселерометров возможно наоборот, определить с помощью гироскопов широту. Выставка в азимуте осуществляется с помощью гироскопов.

Выставка комплекса Румб-1А занимает 20 минут — это минимальное время, необходимое на подготовку самолёта к вылету.