Cerințele tot mai mari pentru sistemele de coordonate necesită dezvoltarea de noi principii de navigație. În special, una dintre condițiile dictate de modernitate a fost introducerea unor mijloace relativ independente de măsurare a locației obiectelor țintă. Aceste capabilități sunt furnizate de un sistem de navigație inerțial care elimină nevoia de semnale de la balize radio și sateliți.
Prezentare generală asupra tehnologiei
Navigația inerțială se bazează pe legile mecanicii, permițându-vă să fixați parametrii mișcării corpurilor în raport cu cadrul de referință stabilit. Pentru prima dată, acest principiu de navigație a început să fie aplicat relativ recent în girocompasele navelor. Odată cu îmbunătățirea instrumentelor de măsură de acest tip, a apăruto tehnică care determină parametrii măsurați pe baza accelerațiilor corpurilor. Teoria sistemului de navigație inerțială a început să prindă contur mai aproape de anii 1930. Din acel moment, cercetătorii din acest domeniu au început să acorde mai multă atenție principiilor de stabilitate a sistemelor mecanice. În practică, acest concept este destul de dificil de implementat, așa că multă vreme a rămas doar în formă teoretică. Dar în ultimele decenii, odată cu apariția echipamentelor speciale bazate pe computere, instrumentele de navigație inerțială au fost utilizate activ în aviație, inginerie apei etc.
Componentele sistemului
Elementele obligatorii ale oricărui sistem inerțial sunt blocuri de dispozitive de măsurare sensibile și dispozitive de calcul. Prima categorie de elemente este reprezentată de giroscoape și accelerometre, iar a doua este echipamentele informatice care implementează anumiți algoritmi de calcul. Precizia metodei depinde în mare măsură de caracteristicile dispozitivelor sensibile. De exemplu, datele fiabile fac posibilă obținerea sistemelor de navigație inerțiale numai cu giroscoape de precizie în combinație cu accelerometre. Dar în acest caz, echipamentul tehnic are un dezavantaj serios sub forma complexității ridicate a umpluturii electromecanice, ca să nu mai vorbim de dimensiunea mare a echipamentului.
Cum funcționează sistemul
Metoda de determinare a coordonatelor folosind sistemul inerțial este de a procesa date privind accelerația corpurilor, precum și a acestoraviteze unghiulare. Pentru aceasta, din nou, se folosesc elemente sensibile instalate direct pe obiectul țintă, datorită cărora se generează informații despre meta-poziția, cursul mișcării, distanța parcursă și viteza. În plus, principiul de funcționare al sistemului de navigație inerțială face posibilă utilizarea mijloacelor pentru stabilizarea și chiar controlul automat al unui obiect. În astfel de scopuri, se folosesc senzori de accelerație liniară cu echipament giroscopic. Cu ajutorul acestor dispozitive se formează un sistem de raportare care funcționează raportat la traiectoria obiectului. În funcție de sistemul de coordonate generat, se determină unghiurile de înclinare și rotație. Avantajele acestei tehnologii includ autonomia, posibilitatea de automatizare și un grad ridicat de imunitate la zgomot.
Clasificarea sistemelor de navigație inerțială
Practic, sistemele de navigație luate în considerare sunt împărțite în platformă și strapdown (SINS). Primele sunt numite și geografice și pot conține două platforme. Unul este asigurat de giroscoape și este orientat în câmp inerțial, iar al doilea este controlat de accelerometre și se stabilizează în raport cu planul orizontal. Ca rezultat, coordonatele sunt determinate folosind informații despre poziția relativă a celor două platforme. Modelele SINS sunt considerate mai avansate din punct de vedere tehnologic. Sistemul de navigație inerțial strapdown este lipsit de dezavantaje asociate cu limitările în utilizarea platformelor giroscopice. Viteza silocațiile obiectelor din astfel de modele sunt mutate la computerul digital, care este, de asemenea, capabil să înregistreze date privind orientarea unghiulară. Dezvoltarea modernă a sistemelor SINS urmărește optimizarea algoritmilor de calcul fără a reduce acuratețea datelor inițiale.
Metode pentru determinarea orientării sistemelor platformei
Nu pierde relevanța și sistemele care funcționează cu platforme pentru a determina datele inițiale privind dinamica obiectului. În acest moment, sunt operate cu succes următoarele tipuri de modele de navigație inerțială pe platformă:
- Sistem geometric. Model standard cu două platforme, care a fost descris mai sus. Astfel de sisteme sunt foarte precise, dar au limitări în deservirea vehiculelor extrem de manevrabile care operează în spațiul cosmic.
- Sistem analitic. De asemenea, folosește accelerometre și giroscoape, care sunt staționare în raport cu stele. Avantajele unor astfel de sisteme includ capacitatea de a servi eficient obiecte manevrabile, cum ar fi rachete, elicoptere și luptători. Dar chiar și în comparație cu un sistem de navigație inerțial strapdown, sistemele analitice demonstrează o precizie scăzută în determinarea parametrilor dinamicii unui obiect.
- Sistem semi-analitic. Furnizat de o platformă, care se stabilizează continuu în spațiul orizontului local. Această bază găzduiește un giroscop și un accelerometru, iar calculele sunt organizate în afara platformei de lucru.
Caracteristici ale sistemelor de satelit inerțiale
Aceasta este o clasă promițătoare de sisteme de navigație integrate care combină avantajele surselor de semnal prin satelit și modelele considerate inerțiale. Spre deosebire de sistemele populare prin satelit, astfel de sisteme fac posibilă utilizarea suplimentară a datelor privind orientarea unghiulară și formarea algoritmilor de poziționare independenți în absența semnalelor de navigație. Obținerea de informații suplimentare de geolocalizare ne permite să simplificăm tehnic modelele elementelor sensibile, refuzând echipamentele scumpe. Avantajele sistemului de navigație prin satelit inerțial includ greutate redusă, dimensiuni reduse și scheme simplificate de procesare a datelor. Pe de altă parte, instabilitatea giroscoapelor MEMS provoacă acumularea de erori în determinarea datelor.
Domenii de aplicare a sistemelor inerțiale
Printre potențialii consumatori de tehnologie de navigație inerțială se numără reprezentanți ai diverselor industrii. Nu este vorba doar de astronautică și aviație, ci și de automobile (sisteme de navigație), robotică (mijloace de control al caracteristicilor cinematice), sport (determinarea dinamicii mișcării), medicină și chiar electrocasnice etc.
Concluzie
Teoria navigației inerțiale, al cărei concept a început să se formeze în secolul trecut, astăzi poate fi considerată o secțiune cu drepturi depline a mecatronicei. Cu toate acestea, realizările recente sugerează că viitorul poateapar si descoperiri mai progresive. Acest lucru este evidențiat de interacțiunea strânsă a sistemelor de navigație inerțială cu informatica și electronica. Apar noi sarcini ambițioase, extinzând spațiul pentru dezvoltarea tehnologiilor conexe, bazate tot pe mecanica teoretică. În același timp, experții din această direcție lucrează activ la optimizarea mijloacelor tehnice, printre care de bază se numără giroscoapele micromecanice.
