Ökande krav på koordinatsystem kräver utveckling av nya navigeringsprinciper. I synnerhet var ett av villkoren som dikterades av moderniteten införandet av relativt oberoende sätt att mäta platsen för målobjekt. Dessa funktioner tillhandahålls av ett tröghetsnavigeringssystem som eliminerar behovet av signaler från radiofyrar och satelliter.
Tekniköversikt
Tröghetsnavigering är baserad på mekanikens lagar, vilket gör att du kan fixa parametrarna för kroppsrörelser i förhållande till den etablerade referensramen. För första gången började denna navigeringsprincip att tillämpas relativt nyligen i skeppsgyrokompasser. Med förbättringen av mätinstrument av denna typ, uppstoden teknik som bestämmer de uppmätta parametrarna baserat på kropparnas accelerationer. Teorin om tröghetsnavigeringssystemet började ta form närmare 1930-talet. Från det ögonblicket började forskare inom detta område ägna mer uppmärksamhet åt principerna för stabilitet hos mekaniska system. I praktiken är detta koncept ganska svårt att implementera, så under lång tid förblev det bara i teoretisk form. Men under de senaste decennierna, med tillkomsten av specialutrustning baserad på datorer, har tröghetsnavigeringsverktyg använts aktivt inom flyg, vattenteknik, etc.
Systemkomponenter
Obligatoriska element i alla tröghetssystem är block av känsliga mätenheter och datorenheter. Den första kategorin av element representeras av gyroskop och accelerometrar, och den andra är datorutrustning som implementerar vissa beräkningsalgoritmer. Metodens noggrannhet beror till stor del på egenskaperna hos de känsliga enheterna. Till exempel gör tillförlitliga data det möjligt att erhålla tröghetsnavigeringssystem endast med gyroskop av precisionstyp i kombination med accelerometrar. Men i det här fallet har den tekniska utrustningen en allvarlig nackdel i form av den elektromekaniska fyllningens höga komplexitet, för att inte tala om utrustningens stora storlek.
Hur systemet fungerar
Metoden för att bestämma koordinater med hjälp av tröghetssystemet är att bearbeta data om kroppars acceleration, såväl som derasvinkelhastigheter. För detta används återigen känsliga element installerade direkt på målobjektet, tack vare vilka information genereras om metaposition, rörelseförlopp, tillryggalagd sträcka och hastighet. Dessutom gör principen för driften av tröghetsnavigeringssystemet det möjligt att använda medel för att stabilisera och till och med automatiskt styra ett objekt. För sådana ändamål används linjära accelerationssensorer med gyroskopisk utrustning. Med hjälp av dessa enheter bildas ett rapportsystem som fungerar relativt objektets bana. Enligt det genererade koordinatsystemet bestäms lutningsvinklarna och rotationsvinklarna. Fördelarna med denna teknik inkluderar autonomi, möjligheten till automatisering och en hög grad av brusimmunitet.
Klassificering av tröghetsnavigeringssystem
I grund och botten är de övervägda navigationssystemen uppdelade i plattform och strapdown (SINS). De förra kallas även geografiska och kan innehålla två plattformar. Det ena tillhandahålls av gyroskop och är orienterat i tröghetsfältet, och det andra styrs av accelerometrar och stabiliserar i förhållande till horisontalplanet. Som ett resultat bestäms koordinaterna med hjälp av information om den relativa positionen för de två plattformarna. SINS-modeller anses vara mer tekniskt avancerade. Det fastspända tröghetsnavigationssystemet saknar nackdelar förknippade med begränsningar i användningen av gyroplattformar. Hastighet ochplaceringen av objekt i sådana modeller flyttas till digital beräkning, som också kan registrera data om vinkelorienteringen. Den moderna utvecklingen av SINS-system syftar till att optimera beräkningsalgoritmer utan att minska noggrannheten hos de initiala data.
Metoder för att bestämma orienteringen av plattformssystem
Förlora inte relevans och system som fungerar med plattformar för att bestämma initiala data om objektets dynamik. För närvarande fungerar följande typer av tröghetsnavigeringsmodeller för plattformar framgångsrikt:
- Geometriskt system. Standardmodell med två plattformar, som beskrevs ovan. Sådana system är mycket exakta, men de har begränsningar när det gäller att serva mycket manövrerbara fordon som arbetar i yttre rymden.
- Analytiskt system. Den använder också accelerometrar och gyroskop, som är stationära i förhållande till stjärnorna. Fördelarna med sådana system inkluderar förmågan att effektivt tjäna manövrerbara föremål som missiler, helikoptrar och jaktplan. Men även i jämförelse med ett strapdown tröghetsnavigeringssystem visar analytiska system låg noggrannhet när det gäller att bestämma parametrarna för ett objekts dynamik.
- Semianalytiskt system. Tillhandahålls av en plattform, som kontinuerligt stabiliserar sig i utrymmet för den lokala horisonten. Denna bas rymmer ett gyroskop och en accelerometer, och beräkningarna är organiserade utanför arbetsplattformen.
Funktioner i tröghetssatellitsystem
Detta är en lovande klass av integrerade navigationssystem som kombinerar fördelarna med satellitsignalkällor och övervägda tröghetsmodeller. Till skillnad från populära satellitsystem gör sådana system det möjligt att dessutom använda data om vinkelorientering och bilda oberoende positioneringsalgoritmer i frånvaro av navigationssignaler. Genom att erhålla ytterligare geolokaliseringsinformation kan vi tekniskt förenkla modellerna av känsliga element och vägra dyr utrustning. Fördelarna med det tröga satellitnavigationssystemet inkluderar låg vikt, liten storlek och förenklade databehandlingsscheman. Å andra sidan orsakar instabiliteten hos MEMS-gyroskop ackumulering av fel i databestämningen.
applikationsområden för tröghetssystem
Bland de potentiella konsumenterna av tröghetsnavigeringsteknik finns representanter för olika industrier. Det här är inte bara astronautik och flyg, utan också fordon (navigationssystem), robotik (medel för att kontrollera kinematiska egenskaper), sport (bestämmer rörelsedynamik), medicin och till och med hushållsapparater, etc.
Slutsats
Teorin om tröghetsnavigering, vars koncept började bildas under förra seklet, kan idag betraktas som en fullfjädrad del av mekatroniken. Men de senaste framgångarna tyder på att framtiden kandyker upp och mer progressiva upptäckter. Detta bevisas av det nära samspelet mellan tröghetsnavigeringssystem med datavetenskap och elektronik. Nya ambitiösa uppgifter dyker upp som utökar utrymmet för utveckling av relaterade teknologier, även baserade på teoretisk mekanik. Samtidigt arbetar experter i den här riktningen aktivt med att optimera tekniska medel, bland vilka de grundläggande är mikromekaniska gyroskop.
