Didėjant reikalavimams koordinačių sistemoms, būtina sukurti naujus navigacijos principus. Visų pirma, viena iš modernybės padiktuotų sąlygų buvo gana nepriklausomų tikslinių objektų vietos matavimo priemonių įdiegimas. Šias galimybes suteikia inercinė navigacijos sistema, kuri pašalina signalų iš radijo švyturių ir palydovų poreikį.
Technologijos apžvalga
Inercinė navigacija yra pagrįsta mechanikos dėsniais, todėl galite nustatyti kūnų judėjimo parametrus, palyginti su nustatyta atskaitos sistema. Pirmą kartą šis navigacijos principas laivų girokompasuose pradėtas taikyti palyginti neseniai. Tobulėjant tokio tipo matavimo priemonėms, atsiradotechnika, kuri nustato išmatuotus parametrus pagal kūnų pagreičius. Inercinės navigacijos sistemos teorija pradėjo formuotis arčiau XX amžiaus trečiojo dešimtmečio. Nuo to momento šios srities tyrinėtojai pradėjo daugiau dėmesio skirti mechaninių sistemų stabilumo principams. Praktiškai ši koncepcija yra gana sunkiai įgyvendinama, todėl ilgą laiką ji liko tik teorine forma. Tačiau pastaraisiais dešimtmečiais, kai atsirado speciali įranga, pagrįsta kompiuteriais, inercinės navigacijos įrankiai buvo aktyviai naudojami aviacijoje, vandens inžinerijoje ir kt.
Sistemos komponentai
Privalomi bet kurios inercinės sistemos elementai yra jautrių matavimo prietaisų ir skaičiavimo įrenginių blokai. Pirmąją elementų kategoriją atstovauja giroskopai ir akselerometrai, o antroji – kompiuterinė įranga, įgyvendinanti tam tikrus skaičiavimo algoritmus. Metodo tikslumas labai priklauso nuo jautrių prietaisų savybių. Pavyzdžiui, patikimi duomenys leidžia gauti inercines navigacijos sistemas tik naudojant tikslaus tipo giroskopus kartu su akselerometrais. Tačiau šiuo atveju techninė įranga turi rimtą trūkumą – didelį elektromechaninio užpildymo sudėtingumą, jau nekalbant apie didelį įrangos dydį.
Kaip veikia sistema
Koordinačių nustatymo naudojant inercinę sistemą metodas yra kūnų pagreičio ir jų pagreičio duomenų apdorojimas.kampiniai greičiai. Tam vėlgi naudojami jautrūs elementai, sumontuoti tiesiai ant tikslinio objekto, kurių dėka generuojama informacija apie meta padėtį, judėjimo eigą, nuvažiuotą atstumą ir greitį. Be to, inercinės navigacijos sistemos veikimo principas leidžia naudoti priemones objekto stabilizavimui ir netgi automatiniam valdymui. Tokiems tikslams naudojami linijinio pagreičio jutikliai su giroskopine įranga. Šių prietaisų pagalba suformuojama ataskaitų sistema, kuri veikia atsižvelgiant į objekto trajektoriją. Pagal sugeneruotą koordinačių sistemą nustatomi pasvirimo ir sukimosi kampai. Šios technologijos pranašumai apima autonomiškumą, automatizavimo galimybę ir aukštą atsparumo triukšmui laipsnį.
Inercinių navigacijos sistemų klasifikacija
Iš esmės nagrinėjamos navigacijos sistemos yra skirstomos į platformą ir strapdown (SINS). Pirmieji taip pat vadinami geografiniais ir gali turėti dvi platformas. Vienas aprūpinamas giroskopais ir yra orientuotas į inercinį lauką, o antrasis valdomas akselerometrais ir stabilizuojasi horizontalios plokštumos atžvilgiu. Dėl to koordinatės nustatomos naudojant informaciją apie santykinę dviejų platformų padėtį. SINS modeliai laikomi technologiškai pažangesniais. Inercinė navigacijos sistema „Strapdown“neturi trūkumų, susijusių su giroplatformų naudojimo apribojimais. Greitis irobjektų vietos tokiuose modeliuose perkeliamos į skaitmeninį skaičiavimą, kuris taip pat gali įrašyti duomenis apie kampinę orientaciją. Šiuolaikinės SINS sistemų plėtros tikslas – optimizuoti skaičiavimo algoritmus nesumažinant pradinių duomenų tikslumo.
Platformų sistemų orientacijos nustatymo metodai
Nepraraskite aktualumo ir sistemos, kurios dirba su platformomis, kad nustatytų pradinius duomenis apie objekto dinamiką. Šiuo metu sėkmingai veikia šių tipų platformos inercinės navigacijos modeliai:
- Geometrinė sistema. Standartinis modelis su dviem platformomis, kuris buvo aprašytas aukščiau. Tokios sistemos yra labai tikslios, tačiau jos turi apribojimų aptarnauti labai manevringas transporto priemones, veikiančias kosmose.
- Analitinė sistema. Jame taip pat naudojami akselerometrai ir giroskopai, kurie yra nejudantys žvaigždžių atžvilgiu. Tokių sistemų pranašumai apima galimybę efektyviai aptarnauti manevringus objektus, tokius kaip raketos, sraigtasparniai ir naikintuvai. Tačiau net ir lyginant su inercine navigacijos sistema, analitinės sistemos rodo mažą tikslumą nustatant objekto dinamikos parametrus.
- Pusiau analitinė sistema. Teikia viena platforma, nuolat stabilizuojanti vietinio horizonto erdvėje. Šioje bazėje yra giroskopas ir akselerometras, o skaičiavimai atliekami už darbo platformos ribų.
Inercinių palydovinių sistemų ypatybės
Tai daug žadanti integruotų navigacijos sistemų klasė, kurioje derinami palydovinio signalo š altinių ir laikomų inercinių modelių pranašumai. Skirtingai nuo populiarių palydovinių sistemų, tokios sistemos leidžia papildomai naudoti duomenis apie kampinę orientaciją ir suformuoti nepriklausomus padėties nustatymo algoritmus, kai nėra navigacijos signalų. Papildomos geografinės vietos informacijos gavimas leidžia techniškai supaprastinti jautrių elementų modelius, atsisakant brangios įrangos. Inercinės palydovinės navigacijos sistemos privalumai – mažas svoris, maži matmenys ir supaprastintos duomenų apdorojimo schemos. Kita vertus, MEMS giroskopų nestabilumas lemia duomenų nustatymo klaidų kaupimąsi.
Inercinių sistemų taikymo sritys
Tarp potencialių inercinės navigacijos technologijų vartotojų yra įvairių pramonės šakų atstovai. Tai ne tik astronautika ir aviacija, bet ir automobiliai (navigacijos sistemos), robotika (kinematinių charakteristikų valdymo priemonės), sportas (judesio dinamikos nustatymas), medicina ir net buitinė technika ir kt.
Išvada
Inercinės navigacijos teoriją, kurios samprata pradėjo formuotis praėjusiame amžiuje, šiandien galima laikyti visaverte mechatronikos skyriumi. Tačiau naujausi pasiekimai rodo, kad ateityje galiatsiranda ir progresyvesni atradimai. Tai liudija glaudi inercinių navigacijos sistemų sąveika su kompiuterių mokslu ir elektronika. Atsiranda naujų ambicingų užduočių, praplečiančių giminingų technologijų plėtros erdvę, taip pat remiantis teorine mechanika. Tuo pačiu metu šios krypties ekspertai aktyviai dirba optimizuodami technines priemones, kurių pagrindinės yra mikromechaniniai giroskopai.
