Zwiększenie wymagań dla układów współrzędnych determinuje potrzebę opracowania nowych zasad nawigacji. W szczególności jednym z warunków dyktujących teraźniejszość jest wprowadzenie względnie niezależnych środków pomiaru położenia obiektów docelowych. Takie możliwości zapewniają bezwładnościowy system nawigacji, eliminując potrzebę stosowania sygnałów z radiolatarni i satelitów.

Ogólne informacje na temat technologii

Nawigacja inercyjna oparta jest na prawach mechaniki, które pozwalają rejestrować parametry ruchu ciał w stosunku do ustalonego układu odniesienia. Po raz pierwszy ta zasada nawigacji została zastosowana stosunkowo niedawno w okrętowych żyrokompasach. W miarę polepszania się przyrządów pomiarowych tego typu, stworzono metodę, która określała zmierzone parametry na podstawie przyspieszeń ciał. Teoria układu bezwładnościowego zaczęła powstawać bliżej lat 30. XX wieku. Od tego momentu badacze tego kierunku zaczęli zwracać większą uwagę na zasady stabilności systemów mechanicznych. W praktyce koncepcja ta jest trudna do wdrożenia, więc przez długi czas pozostawała tylko w formie teoretycznej. Jednak w ostatnich dziesięcioleciach, wraz z pojawieniem się specjalnego sprzętu na bazie komputerów, środki nawigacji inercyjnej były aktywnie wykorzystywane w lotnictwie, inżynierii wodnej itp.

Komponenty systemu

Obowiązkowym elementem każdego układu bezwładności są bloki czułościurządzenia pomiarowe i urządzenia komputerowe. Pierwszą kategorią elementów są żyroskopy i akcelerometry, a druga to technika komputerowa, która implementuje określone algorytmy obliczeń. Dokładność metody zależy w dużym stopniu od charakterystyki wrażliwych urządzeń. Na przykład, wiarygodne dane mogą zapewnić inercyjne systemy nawigacyjne tylko z żyroskopami typu precyzyjnego w połączeniu z akcelerometrami. Ale w tym przypadku, wyposażenie techniczne ma poważną wadę w postaci wysokiej złożoności napełniania elektromechanicznego, nie wspominając już o dużych rozmiarach sprzętu.

Zasada działania systemu

Metoda określania współrzędnych za pomocą układu bezwładnościowego polega na przetwarzaniu danych dotyczących przyspieszenia ciał, a także ich prędkości kątowych. Aby to zrobić, ponownie wykorzystuje się wrażliwe elementy zainstalowane bezpośrednio na obiekcie docelowym, które generują informacje o położeniu, przebiegu ruchu, ścieżce i prędkości ruchu. Ponadto zasada bezwładnościowego systemu nawigacji umożliwia zastosowanie środków do stabilizacji, a nawet automatycznego sterowania obiektem. Do takich celów zastosowano właśnie czujniki przyspieszenia liniowego z urządzeniem żyroskopowym. Za pomocą tych urządzeń tworzony jest system raportów działający w odniesieniu do trajektorii ruchu obiektu. Wygenerowany układ współrzędnych określa kąty nachylenia i obrotu. Zalety tej technologii obejmują autonomię, możliwość automatyzacji i wysoki stopieńodporność na zakłócenia.

Klasyfikacja systemów nawigacji inercyjnej

Na podstawie rozważanych systemów nawigacyjnych podzielono na platformę i platformę (BINS). Pierwsza nosi nazwę geograficzną i może zawierać dwie platformy. Jeden jest wyposażony w żyroskopy i jest zorientowany w polu bezwładności, a drugi działa pod kontrolą akcelerometrów i stabilizuje się względem płaszczyzny poziomej. W rezultacie współrzędne są określane przy użyciu informacji o względnej lokalizacji obu platform. Modele technologiczne to BINY. Bezwładowy system nawigacji bezwładnościowej jest pozbawiony jakichkolwiek wad związanych z ograniczeniami w korzystaniu z giroplatform. Funkcje określania prędkości i położenia obiektów w takich modelach są przekształcane na komputery cyfrowe, które są również w stanie przechwytywać dane na temat orientacji kątowej. Obecny rozwój systemów BINS ma na celu optymalizację algorytmów obliczeniowych bez zmniejszania dokładności danych wyjściowych.

Sposoby określania orientacji systemów platformy

Nie tracą znaczenia, a systemy współpracują z platformami w celu ustalenia danych źródłowych dotyczących dynamiki obiektu. Obecnie z powodzeniem wykorzystywane są następujące rodzaje modeli nawigacji bezwładnościowej platformy:

System geometryczny. Standardowy model dwuplatformowy, który został opisany powyżej. Takie systemy są bardzo dokładne, ale mają ograniczenia w obsłudze pojazdów o wysokim manewrze działającym w kosmosie.

System analityczny. Także przyspieszone przez przyspieszeniomierze i żyroskopy, które są nieruchome względem gwiazd. Zaletą takich systemów jest możliwość efektywnego manipulowania przedmiotami zwrotnymi, takimi jak pociski, śmigłowce i myśliwce. Ale nawet w porównaniu z bezwładnościowym systemem nawigacyjnym bez platform, kompleksy analityczne wykazują małą dokładność określania parametrów dynamiki obiektu.

System półanalityczny. Zapewniona przez jedną platformę, stale stabilizującą się w przestrzeni lokalnego horyzontu. Na tej podstawie umieszczony jest żyroskop i przyspieszeniomierz, a obliczenia są organizowane poza platformą roboczą.

Cechy systemów inercyjno-satelitarnych

Jest to obiecująca klasa zintegrowanych systemów nawigacyjnych, które łączą zalety satelitarnych źródeł sygnału i rozważanych modeli bezwładnościowych. W przeciwieństwie do popularnych systemów satelitarnych, takie kompleksy umożliwiają dodatkowe wykorzystanie danych dotyczących orientacji kątowej i formułowanie niezależnych algorytmów do określania położenia w przypadku braku sygnałów nawigacyjnych. Uzyskanie dodatkowych informacji o geolokalizacji umożliwia techniczne upraszczanie modeli wrażliwych elementów, rezygnując z kosztownego sprzętu. Zalety systemu nawigacji satelitarnej bezwładnościowego obejmują niską wagę, małe rozmiary i uproszczone schematy przetwarzania danych. Z drugiej strony niestabilność żyroskopów mikroelektromechanicznych powoduje akumulację błędów w określaniu danych.

Obszaryzastosowanie systemów inercyjnych

Wśród potencjalnych odbiorców technologii nawigacji inercyjnej są przedstawiciele różnych branż. To nie tylko kosmonautyka, lotnictwo, ale także motoryzacja (systemy nawigacyjne), robotyka (sterowanie kinematyczne), sport (określanie dynamiki ruchu), medycyna, a nawet sprzęt gospodarstwa domowego itp.

Podsumowanie

Teorię nawigacji bezwładnościowej, której koncepcja zaczęła się kształtować w ubiegłym stuleciu, można dziś uważać za pełną sekcję mechatroniki. Jednak ostatnie postępy sugerują, że na frontach mogą pojawić się bardziej progresywne odkrycia. Dowodem na to jest ścisła interakcja inercyjnych systemów nawigacyjnych z informatyką i elektroniką. Pojawiają się nowe ambitne zadania, poszerzają przestrzeń do rozwoju powiązanych technologii, są również oparte na mechanice teoretycznej. Jednocześnie specjaliści w tym kierunku aktywnie pracują nad optymalizacją urządzeń technicznych, z których podstawowe można nazwać mikromechanicznymi żyroskopy.