Inercijalni navigacijski sustav: opće informacije, načelo djelovanja, metode klasifikacije i orijentacije - Tehnološke vijesti i high-tech flipperworld.org

Povećanje zahtjeva za koordinatnim sustavima određuje potrebu za razvojem novih načela navigacije. Posebno, jedan od uvjeta koji diktira sadašnjost je uvođenje relativno neovisnih načina mjerenja položaja ciljnih objekata. Takve mogućnosti pružaju inercijalni navigacijski sustav, eliminirajući potrebu za korištenjem signala radiosignala i satelita.

Opće informacije o tehnologiji

Inercijalna navigacija temelji se na zakonima mehanike, koji omogućuju bilježenje parametara kretanja tijela u odnosu na uspostavljeni referentni sustav. Po prvi put ovaj princip plovidbe relativno je nedavno primijenjen u brodskim kompasima. Kako su se mjerni instrumenti ovog tipa poboljšavali, stvorena je metoda koja određuje izmjerene parametre na temelju ubrzanja tijela. Teorija inercijskog navigacijskog sustava počela se formirati bliže tridesetim godinama. Od tog trenutka istraživači ovog smjera počeli su više pozornosti posvetiti načelima stabilnosti mehaničkih sustava. U praksi je ovaj koncept teško provesti, tako da je dugo vremena ostao samo u teoretskom obliku. No, u posljednjim desetljećima, s pojavom posebne opreme na temelju računala, sredstva inercijalne navigacije aktivno su se koristila u zrakoplovstvu, vodnom inženjerstvu itd.

Komponente sustava

Obvezni elementi bilo kojeg inercijskog sustava su blokovi osjetljivostimjerni uređaji i računalne naprave. Prva kategorija elemenata su žiroskopi i akcelerometri, a druga je računalna tehnika koja implementira određene algoritme proračuna. Točnost metode u velikoj mjeri ovisi o značajkama osjetljivih uređaja. Na primjer, pouzdani podaci mogu pružiti inercijalne navigacijske sustave samo s giroskopima preciznog tipa zajedno s akcelerometrima. No, u ovom slučaju, tehnička oprema ima ozbiljan nedostatak u obliku visoke složenosti elektromehaničkog punjenja, da ne spominjemo veliku veličinu opreme.

Princip rada sustava

Metoda određivanja koordinata pomoću inercijskog sustava je obrada podataka o ubrzanju tijela, kao i njihovih kutnih brzina. Da bi se to postiglo, ponovno se koriste osjetljivi elementi instalirani izravno na ciljni objekt, koji generira informacije o mjestu, tijeku kretanja, prijeđenom putu i brzini. Osim toga, princip inercijskog navigacijskog sustava omogućuje primjenu sredstava za stabilizaciju, pa čak i automatsko upravljanje objektom. U takve svrhe samo se koriste senzori linearnog ubrzanja s žiroskopskom opremom. Pomoću tih uređaja kreira se sustav izvještaja koji radi u odnosu na putanju kretanja objekta. Generirani koordinatni sustav određuje kutove nagiba i skretanja. Prednosti ove tehnologije uključuju autonomiju, sposobnost automatizacije i visokog stupnjaotpornost na buku.

Klasifikacija inercijalnih navigacijskih sustava

Na temelju razmatranih navigacijskih sustava podijeljeni su na platformu i platformu (BINS). Prvi se zove geografski i može sadržavati dvije platforme. Jedan je opremljen žiroskopima i orijentiran je u inercijalnom polju, a drugi radi pod kontrolom akcelerometara i stabilizira se u odnosu na horizontalnu ravninu. Kao rezultat, koordinate se određuju korištenjem informacija o relativnom položaju dviju platformi. Tehnološki modeli su BINS. Inercijski navigacijski sustav slobodnog oblika je lišen bilo kakvih nedostataka povezanih s ograničenjima uporabe žiroplatformi. Funkcije određivanja brzine i položaja objekata u takvim modelima prevedene su u digitalno računanje, koje je također u stanju uhvatiti podatke o kutnoj orijentaciji. Trenutni razvoj BINS sustava ima za cilj optimiziranje računskih algoritama bez smanjenja točnosti izlaznih podataka.

Načini određivanja orijentacije platformskih sustava

Ne gubi relevantnost i sustave koji rade s platformama za određivanje izvornih podataka o dinamici objekta. Trenutno se uspješno koriste sljedeći tipovi inercijalnih navigacijskih modela platformi:

Geometrijski sustav. Standardni model s dvije platforme koji je gore opisan. Takvi su sustavi vrlo točni, ali imaju ograničenja u servisiranju vozila visokog manevra koja djeluju u svemiru.

Analitički sustav. Također su akcelerometri i žiroskopi, koji su stacionarni u odnosu na zvijezde. Prednosti takvih sustava uključuju sposobnost učinkovitog rukovanja manevarskim objektima kao što su rakete, helikopteri i borbeni zrakoplovi. No, čak iu usporedbi s inercijalnim navigacijskim sustavom bez platforme, analitički kompleksi pokazuju nisku točnost određivanja parametara dinamike objekta.

Pola-analitički sustav. Obezbeđena je jednom platformom koja se stalno stabilizira u prostoru lokalnog horizonta. Na toj bazi postavljeni su žiroskop i akcelerometar, a izračuni su organizirani izvan radne platforme.

Značajke inercijalno-satelitskih sustava

Ovo je obećavajući razred integriranih navigacijskih sustava koji kombiniraju prednosti izvora satelitskih signala i razmatraju inercijalne modele. Za razliku od popularnih satelitskih sustava, takvi kompleksi dopuštaju dodatno korištenje podataka o kutnoj orijentaciji i formuliraju neovisne algoritme za određivanje lokacije u nedostatku navigacijskih signala. Dobivanje dodatnih geolokacijskih informacija omogućuje tehnički pojednostavljenje modela osjetljivih elemenata, odustajanje od skupe opreme. Prednosti inercijsko-satelitskog navigacijskog sustava uključuju male težine, male veličine i pojednostavljene sheme obrade podataka. S druge strane, nestabilnost mikroelektromehaničkih žiroskopa uzrokuje nakupljanje pogrešaka u određivanju podataka.

Područjaprimjena inercijskih sustava

Među potencijalnim potrošačima inercijalne navigacijske tehnologije su predstavnici različitih industrija. To nisu samo kozmonautika, zrakoplovstvo, nego i automobilska (navigacijski sustavi), robotika (kontrola kinematičkih značajki), sportovi (određivanje dinamike kretanja), medicina, pa čak i kućanski aparati itd.

Zaključak

Teorija inercijalne navigacije, čiji se koncept počeo stvarati u prošlom stoljeću, danas se može smatrati potpunim dijelom mehatronike. Međutim, nedavna dostignuća ukazuju na to da se naprednija otkrića mogu pojaviti sprijeda. O tome svjedoči bliska interakcija inercijalnih navigacijskih sustava s računalnom znanošću i elektronikom. Postoje novi ambiciozni zadaci, proširuju prostor za razvoj srodnih tehnologija, a temelje se i na teoretskoj mehanici. U isto vrijeme, stručnjaci u tom smjeru aktivno rade na optimizaciji tehničkih objekata, među kojima se osnovni mogu nazvati mikromehanički žiroskopi.