Økende krav til koordinatsystemer krever utvikling av nye prinsipper for navigasjon. Spesielt en av forholdene diktert av moderniteten var innføringen av relativt uavhengige metoder for å måle plasseringen av målobjekter. Disse egenskapene leveres av et treghetsnavigasjonssystem som eliminerer behovet for signaler fra radiofyr og satellitter.
Teknologioversikt
Treghetsnavigasjon er basert på mekanikkens lover, slik at du kan fikse parametrene for bevegelser av kropper i forhold til den etablerte referanserammen. For første gang begynte dette navigasjonsprinsippet å bli brukt relativt nylig i skipsgyrokompasser. Med forbedringen av måleinstrumenter av denne typen, oppstoen teknikk som bestemmer de målte parameterne basert på akselerasjonene til kroppen. Teorien om treghetsnavigasjonssystemet begynte å ta form nærmere 1930-tallet. Fra det øyeblikket begynte forskere på dette området å være mer oppmerksomme på prinsippene for stabilitet av mekaniske systemer. I praksis er dette konseptet ganske vanskelig å implementere, så i lang tid forble det bare i teoretisk form. Men de siste tiårene, med fremkomsten av spesialutstyr basert på datamaskiner, har treghetsnavigasjonsverktøy blitt brukt aktivt innen luftfart, vannteknikk osv.
Systemkomponenter
Obligatoriske elementer i ethvert treghetssystem er blokker med sensitive måleenheter og dataenheter. Den første kategorien av elementer er representert av gyroskoper og akselerometre, og den andre er datautstyr som implementerer visse beregningsalgoritmer. Nøyaktigheten til metoden avhenger i stor grad av egenskapene til de sensitive enhetene. For eksempel gjør pålitelige data det mulig å oppnå treghetsnavigasjonssystemer kun med presisjonsgyroskoper i forbindelse med akselerometre. Men i dette tilfellet har det tekniske utstyret en alvorlig ulempe i form av den høye kompleksiteten til den elektromekaniske fyllingen, for ikke å snakke om den store størrelsen på utstyret.
Slik fungerer systemet
Metoden for å bestemme koordinater ved hjelp av treghetssystemet er å behandle data om akselerasjon av legemer, så vel som deresvinkelhastigheter. For dette brukes igjen sensitive elementer installert direkte på målobjektet, takket være hvilke informasjon genereres om metaposisjon, bevegelsesforløp, tilbakelagt distanse og hastighet. I tillegg gjør operasjonsprinsippet til treghetsnavigasjonssystemet det mulig å bruke midler for å stabilisere og til og med automatisk kontrollere et objekt. For slike formål brukes lineære akselerasjonssensorer med gyroskopisk utstyr. Ved hjelp av disse enhetene dannes et rapportsystem som fungerer i forhold til objektets bane. I henhold til det genererte koordinatsystemet bestemmes helnings- og rotasjonsvinklene. Fordelene med denne teknologien inkluderer autonomi, muligheten for automatisering og høy grad av støyimmunitet.
Klassifisering av treghetsnavigasjonssystemer
I utgangspunktet er de betraktede navigasjonssystemene delt inn i plattform og strapdown (SINS). Førstnevnte kalles også geografisk og kan inneholde to plattformer. Det ene leveres av gyroskoper og er orientert i treghetsfeltet, og det andre styres av akselerometre og stabiliserer seg i forhold til horisontalplanet. Som et resultat blir koordinatene bestemt ved hjelp av informasjon om den relative posisjonen til de to plattformene. SINS-modeller anses som mer teknologisk avanserte. Strapdown treghetsnavigasjonssystemet er blottet for ulemper forbundet med begrensninger i bruken av gyroplattformer. Hastighet ogplasseringen av objekter i slike modeller flyttes til digital databehandling, som også er i stand til å registrere data om vinkelretningen. Den moderne utviklingen av SINS-systemer tar sikte på å optimalisere beregningsalgoritmer uten å redusere nøyaktigheten til de første dataene.
Metoder for å bestemme orienteringen til plattformsystemer
Ikke mist relevans og systemer som fungerer med plattformer for å bestemme de første dataene om dynamikken til objektet. For øyeblikket betjenes følgende typer treghetsnavigasjonsmodeller for plattformer:
- Geometrisk system. Standardmodell med to plattformer, som ble beskrevet ovenfor. Slike systemer er svært nøyaktige, men de har begrensninger når det gjelder å betjene svært manøvrerbare kjøretøy som opererer i verdensrommet.
- Analytisk system. Den bruker også akselerometre og gyroskop, som er stasjonære i forhold til stjernene. Fordelene med slike systemer inkluderer muligheten til å effektivt betjene manøvrerbare objekter som missiler, helikoptre og jagerfly. Men selv sammenlignet med et treghetsnavigasjonssystem med strapdown, viser analytiske systemer lav nøyaktighet når det gjelder å bestemme parametrene for et objekts dynamikk.
- Semianalytisk system. Levert av én plattform, som kontinuerlig stabiliserer seg i rommet til den lokale horisonten. Denne basen inneholder et gyroskop og et akselerometer, og beregningene er organisert utenfor arbeidsplattformen.
Funksjoner i treghetssatellittsystemer
Dette er en lovende klasse med integrerte navigasjonssystemer som kombinerer fordelene med satellittsignalkilder og betraktede treghetsmodeller. I motsetning til populære satellittsystemer, gjør slike systemer det mulig å i tillegg bruke data om vinkelorientering og danne uavhengige posisjoneringsalgoritmer i fravær av navigasjonssignaler. Innhenting av ytterligere geolokaliseringsinformasjon lar oss teknisk forenkle modellene av sensitive elementer, og nekter dyrt utstyr. Fordelene med det treghetsbaserte satellittnavigasjonssystemet inkluderer lav vekt, liten størrelse og forenklede databehandlingssystemer. På den annen side forårsaker ustabiliteten til MEMS-gyroskoper akkumulering av feil i databestemmelse.
Anvendelsesfelt for treghetssystemer
Blant potensielle forbrukere av treghetsnavigasjonsteknologi er representanter for ulike bransjer. Dette er ikke bare astronautikk og luftfart, men også bil (navigasjonssystemer), robotikk (midler for å kontrollere kinematiske egenskaper), sport (bestemme bevegelsesdynamikk), medisin og til og med husholdningsapparater osv.
Konklusjon
Teorien om treghetsnavigasjon, som konseptet begynte å danne seg i forrige århundre, kan i dag betraktes som en fullverdig del av mekatronikk. Nylige prestasjoner tyder imidlertid på at fremtiden kanvises og mer progressive funn. Dette er bevist av det nære samspillet mellom treghetsnavigasjonssystemer med informatikk og elektronikk. Nye ambisiøse oppgaver dukker opp som utvider plassen for utvikling av relaterte teknologier, også basert på teoretisk mekanikk. Samtidig jobber eksperter i denne retningen aktivt med å optimalisere tekniske midler, blant annet mikromekaniske gyroskoper.
