Øgende krav til koordinatsystemer nødvendiggør udvikling af nye navigationsprincipper. Især en af betingelserne dikteret af moderniteten var indførelsen af relativt uafhængige midler til at måle placeringen af målobjekter. Disse muligheder leveres af et inertinavigationssystem, der eliminerer behovet for signaler fra radiofyr og satellitter.
Teknologioversigt
Inertial navigation er baseret på mekanikkens love, hvilket giver dig mulighed for at fastsætte parametrene for kroppens bevægelse i forhold til den etablerede referenceramme. For første gang begyndte dette navigationsprincip at blive anvendt relativt for nylig i skibsgyrokompasser. Med forbedringen af måleinstrumenter af denne type opstoden teknik, der bestemmer de målte parametre baseret på kroppens accelerationer. Teorien om det inertiske navigationssystem begyndte at tage form tættere på 1930'erne. Fra det øjeblik begyndte forskere på dette område at være mere opmærksomme på principperne om stabilitet af mekaniske systemer. I praksis er dette koncept ret svært at implementere, så i lang tid forblev det kun i teoretisk form. Men i de seneste årtier, med fremkomsten af specialudstyr baseret på computere, er inerti-navigationsværktøjer blevet aktivt brugt inden for luftfart, vandteknik osv.
Systemkomponenter
Obligatoriske elementer i ethvert inertisystem er blokke af følsomme måleenheder og computerenheder. Den første kategori af elementer er repræsenteret af gyroskoper og accelerometre, og den anden er computerudstyr, der implementerer visse beregningsalgoritmer. Metodens nøjagtighed afhænger i høj grad af de følsomme enheders egenskaber. For eksempel gør pålidelige data det muligt kun at opnå inerti-navigationssystemer med præcisionsgyroskoper i forbindelse med accelerometre. Men i dette tilfælde har det tekniske udstyr en alvorlig ulempe i form af den høje kompleksitet af den elektromekaniske fyldning, for ikke at nævne udstyrets store størrelse.
Sådan fungerer systemet
Metoden til at bestemme koordinater ved hjælp af inertialsystemet er at behandle data om kroppens acceleration, såvel som deresvinkelhastigheder. Til dette bruges igen følsomme elementer installeret direkte på målobjektet, takket være hvilke der genereres information om metaposition, bevægelsesforløb, tilbagelagt distance og hastighed. Derudover gør princippet om driften af inertinavigationssystemet det muligt at bruge midler til at stabilisere og endda automatisk styre et objekt. Til sådanne formål anvendes lineære accelerationssensorer med gyroskopisk udstyr. Ved hjælp af disse enheder dannes et rapportsystem, der fungerer i forhold til objektets bane. I henhold til det genererede koordinatsystem bestemmes hældnings- og rotationsvinklerne. Fordelene ved denne teknologi omfatter autonomi, muligheden for automatisering og en høj grad af støjimmunitet.
Klassificering af inerti-navigationssystemer
Dybest set er de betragtede navigationssystemer opdelt i platform og strapdown (SINS). Førstnævnte kaldes også geografisk og kan indeholde to platforme. Det ene er tilvejebragt af gyroskoper og er orienteret i inertifeltet, og det andet styres af accelerometre og stabiliserer sig i forhold til det vandrette plan. Som følge heraf bestemmes koordinaterne ved hjælp af information om den relative position af de to platforme. SINS-modeller anses for at være mere teknologisk avancerede. Strapdown-inertinavigationssystemet er blottet for ulemper forbundet med begrænsninger i brugen af gyroplatforme. Hastighed ogplaceringen af objekter i sådanne modeller flyttes til digital computing, som også er i stand til at optage data om vinkelretningen. Den moderne udvikling af SINS-systemer har til formål at optimere beregningsalgoritmer uden at reducere nøjagtigheden af de indledende data.
Metoder til at bestemme orienteringen af platformsystemer
Mister ikke relevans og systemer, der arbejder med platforme for at bestemme de indledende data om objektets dynamik. I øjeblikket betjenes følgende typer platformsinerti-navigationsmodeller med succes:
- Geometrisk system. Standardmodel med to platforme, som er beskrevet ovenfor. Sådanne systemer er meget nøjagtige, men de har begrænsninger i servicering af meget manøvredygtige køretøjer, der opererer i det ydre rum.
- Analytisk system. Den bruger også accelerometre og gyroskoper, som er stationære i forhold til stjernerne. Fordelene ved sådanne systemer inkluderer evnen til effektivt at betjene manøvrerbare genstande som missiler, helikoptere og jagerfly. Men selv i sammenligning med et strapdown inerti-navigationssystem demonstrerer analytiske systemer lav nøjagtighed ved bestemmelse af parametrene for et objekts dynamik.
- Semianalytisk system. Leveres af én platform, der konstant stabiliserer sig i rummet af den lokale horisont. Denne base rummer et gyroskop og et accelerometer, og beregningerne er organiseret uden for arbejdsplatformen.
Funktioner i inerti-satellitsystemer
Dette er en lovende klasse af integrerede navigationssystemer, der kombinerer fordelene ved satellitsignalkilder og betragtede inertimodeller. I modsætning til populære satellitsystemer gør sådanne systemer det muligt yderligere at bruge data om vinkelorientering og danne uafhængige positioneringsalgoritmer i fravær af navigationssignaler. Indhentning af yderligere geolokationsoplysninger giver os mulighed for teknisk at forenkle modellerne af følsomme elementer og afvise dyrt udstyr. Fordelene ved det inertielle satellitnavigationssystem inkluderer lav vægt, lille størrelse og forenklede databehandlingssystemer. På den anden side forårsager ustabiliteten af MEMS-gyroskoper akkumulering af fejl i databestemmelse.
Anvendelsesområder for inertisystemer
Blandt de potentielle forbrugere af inerti-navigationsteknologi er repræsentanter for forskellige industrier. Dette er ikke kun astronautik og luftfart, men også bilindustrien (navigationssystemer), robotteknologi (midler til styring af kinematiske egenskaber), sport (bestemmelse af bevægelsesdynamik), medicin og endda husholdningsapparater osv.
Konklusion
Teorien om inerti-navigation, hvis koncept begyndte at danne sig i det sidste århundrede, kan i dag betragtes som en fuldgyldig sektion af mekatronik. Men de seneste resultater tyder på, at fremtiden kandukke op og mere progressive opdagelser. Dette bevises af det tætte samspil mellem inerti-navigationssystemer med datalogi og elektronik. Nye ambitiøse opgaver dukker op, som udvider pladsen til udvikling af relaterede teknologier, også baseret på teoretisk mekanik. Samtidig arbejder eksperter i denne retning aktivt på at optimere tekniske midler, blandt hvilke de grundlæggende er mikromekaniske gyroskoper.
