Увеличаването на изискванията за координатни системи налага разработването на нови принципи на навигация. По-специално, едно от условията, продиктувани от модерността, беше въвеждането на относително независими средства за измерване на местоположението на целевите обекти. Тези възможности се осигуряват от инерционна навигационна система, която елиминира нуждата от сигнали от радиомаяци и сателити.
Преглед на технологиите
Инерциалната навигация се основава на законите на механиката, което ви позволява да фиксирате параметрите на движението на телата спрямо установената референтна система. За първи път този принцип на навигация започна да се прилага сравнително наскоро в корабните жирокомпаси. С усъвършенстването на измервателните уреди от този тип, възникнатехника, която определя измерените параметри въз основа на ускоренията на телата. Теорията на инерционната навигационна система започва да се оформя по-близо до 30-те години на миналия век. От този момент изследователите в тази област започнаха да обръщат повече внимание на принципите на стабилност на механичните системи. На практика тази концепция е доста трудна за изпълнение, така че дълго време остава само в теоретична форма. Но през последните десетилетия, с появата на специално оборудване, базирано на компютри, инерционните навигационни инструменти се използват активно в авиацията, водното инженерство и др.
Системни компоненти
Задължителни елементи на всяка инерциална система са блокове от чувствителни измервателни устройства и изчислителни устройства. Първата категория елементи са представени от жироскопи и акселерометри, а втората е компютърно оборудване, което реализира определени алгоритми за изчисление. Точността на метода до голяма степен зависи от характеристиките на чувствителните устройства. Например, надеждни данни позволяват получаването на инерционни навигационни системи само с прецизни жироскопи във връзка с акселерометри. Но в този случай техническото оборудване има сериозен недостатък под формата на високата сложност на електромеханичното пълнене, да не говорим за големия размер на оборудването.
Как работи системата
Методът за определяне на координати с помощта на инерциалната система е да се обработват данни за ускорението на телата, както и тяхнотоъглови скорости. За това отново се използват чувствителни елементи, инсталирани директно върху целевия обект, благодарение на които се генерира информация за метапозицията, курса на движение, изминатото разстояние и скоростта. Освен това принципът на действие на инерционната навигационна система позволява използването на средства за стабилизиране и дори автоматично управление на обект. За такива цели се използват сензори за линейно ускорение с жироскопично оборудване. С помощта на тези устройства се формира отчетна система, която работи спрямо траекторията на обекта. Според генерираната координатна система се определят ъглите на наклон и въртене. Предимствата на тази технология включват автономност, възможност за автоматизация и висока степен на устойчивост на шум.
Класификация на инерционните навигационни системи
По принцип разглежданите навигационни системи са разделени на платформени и ремъкови (SINS). Първите се наричат още географски и могат да съдържат две платформи. Единият се осигурява от жироскопи и е ориентиран в инерционното поле, а вторият се управлява от акселерометри и се стабилизира спрямо хоризонталната равнина. В резултат на това координатите се определят с помощта на информация за относителното положение на двете платформи. Моделите SINS се считат за по-технологични. Инерционната навигационна система с ремък е лишена от недостатъци, свързани с ограничения при използването на жироплатформи. Скорост иместоположението на обектите в такива модели се измества към цифрови изчисления, които също могат да записват данни за ъгловата ориентация. Съвременното развитие на системите SINS има за цел да оптимизира изчислителните алгоритми, без да намалява точността на изходните данни.
Методи за определяне на ориентацията на платформените системи
Не губят актуалност и системите, които работят с платформи за определяне на първоначалните данни за динамиката на обекта. В момента успешно се експлоатират следните типове платформени инерционни навигационни модели:
- Геометрична система. Стандартен модел с две платформи, който беше описан по-горе. Такива системи са много точни, но имат ограничения при обслужването на високо маневрени превозни средства, работещи в космоса.
- Аналитична система. Той също така използва акселерометри и жироскопи, които са неподвижни спрямо звездите. Предимствата на такива системи включват възможността за ефективно обслужване на маневрени обекти като ракети, хеликоптери и изтребители. Но дори в сравнение с инерционната навигационна система с ремък, аналитичните системи демонстрират ниска точност при определяне на параметрите на динамиката на обекта.
- Полуаналитична система. Осигурява се от една платформа, непрекъснато стабилизираща се в пространството на местния хоризонт. Тази база разполага с жироскоп и акселерометър, а изчисленията са организирани извън работната платформа.
Характеристики на инерционните сателитни системи
Това е обещаващ клас интегрирани навигационни системи, които съчетават предимствата на източниците на сателитен сигнал и разглежданите инерционни модели. За разлика от популярните сателитни системи, такива системи позволяват допълнително използване на данни за ъглова ориентация и формиране на независими алгоритми за позициониране при липса на навигационни сигнали. Получаването на допълнителна информация за геолокация ни позволява технически да опростим моделите на чувствителни елементи, отказвайки скъпо оборудване. Предимствата на инерционната сателитна навигационна система включват ниско тегло, малки размери и опростени схеми за обработка на данни. От друга страна, нестабилността на MEMS жироскопите причинява натрупване на грешки при определянето на данните.
Области на приложение на инерционните системи
Сред потенциалните потребители на инерционната навигационна технология са представители на различни индустрии. Това не е само астронавтика и авиация, но и автомобилостроене (навигационни системи), роботика (средства за управление на кинематичните характеристики), спорт (определяне на динамиката на движение), медицина и дори домакински уреди и др.
Заключение
Теорията на инерционната навигация, чиято концепция започна да се формира през миналия век, днес може да се разглежда като пълноправен раздел на мехатрониката. Въпреки това, последните постижения показват, че бъдещето можесе появяват и по-прогресивни открития. Това се доказва от тясното взаимодействие на инерционните навигационни системи с компютърните науки и електрониката. Появяват се нови амбициозни задачи, разширяващи пространството за развитие на свързани технологии, базирани също на теоретична механика. В същото време експертите в тази насока активно работят по оптимизирането на технически средства, основните сред които са микромеханичните жироскопи.
