A koordinátarendszerekkel szembeni növekvő követelmények új navigációs elvek kidolgozását teszik szükségessé. A modernitás által diktált egyik feltétel különösen a célobjektumok helyzetének viszonylag független mérési eszközeinek bevezetése volt. Ezeket a képességeket egy inerciális navigációs rendszer biztosítja, amely szükségtelenné teszi a rádióadók és műholdak jeleit.
Technológiai áttekintés
Az inerciális navigáció a mechanika törvényein alapul, lehetővé téve a testek mozgásának paramétereinek rögzítését a megállapított vonatkoztatási rendszerhez képest. Ezt a navigációs elvet viszonylag nemrég kezdték először alkalmazni a hajó giroiránytűiben. Az ilyen típusú mérőműszerek fejlesztésével megjelentekolyan technika, amely a testek gyorsulásai alapján határozza meg a mért paramétereket. Az inerciális navigációs rendszer elmélete az 1930-as évekhez közeledve kezdett formát ölteni. Ettől a pillanattól kezdve a kutatók ezen a területen kezdtek nagyobb figyelmet fordítani a mechanikai rendszerek stabilitásának elveire. A gyakorlatban ezt a koncepciót meglehetősen nehéz megvalósítani, így sokáig csak elméleti formában maradt meg. De az elmúlt évtizedekben, a számítógépeken alapuló speciális berendezések megjelenésével, az inerciális navigációs eszközöket aktívan használták a repülésben, a vízi mérnökökben stb.
Rendszerelemek
Minden inerciarendszer kötelező elemei az érzékeny mérőeszközök és számítástechnikai eszközök blokkjai. Az elemek első kategóriáját a giroszkópok és gyorsulásmérők jelentik, a másodikat pedig bizonyos számítási algoritmusokat megvalósító számítógépes berendezések. A módszer pontossága nagyban függ az érzékeny eszközök jellemzőitől. Például a megbízható adatok lehetővé teszik, hogy inerciális navigációs rendszereket csak precíziós típusú giroszkópokkal és gyorsulásmérőkkel összekapcsolva szerezzünk be. De ebben az esetben a műszaki berendezéseknek van egy komoly hátránya az elektromechanikus töltés nagy bonyolultsága, nem beszélve a berendezés nagy méretéről.
A rendszer működése
A koordináták inerciarendszerrel történő meghatározásának módszere a testek gyorsulására vonatkozó adatok, valamint azok gyorsulása.szögsebességek. Ehhez ismét közvetlenül a célobjektumra telepített érzékeny elemeket használnak, amelyeknek köszönhetően információ keletkezik a metapozícióról, a mozgás menetéről, a megtett távolságról és a sebességről. Ezenkívül az inerciális navigációs rendszer működési elve lehetővé teszi egy objektum stabilizálására, sőt automatikus vezérlésére szolgáló eszközök használatát. Ilyen célokra giroszkópos berendezéssel ellátott lineáris gyorsulásérzékelőket használnak. Ezen eszközök segítségével az objektum pályájához viszonyítva működő riportrendszer jön létre. A generált koordináta-rendszer szerint határozzuk meg a dőlés és az elforgatás szögeit. Ennek a technológiának az előnyei közé tartozik az autonómia, az automatizálás lehetősége és a nagyfokú zajvédelem.
Inerciális navigációs rendszerek osztályozása
A szóban forgó navigációs rendszerek alapvetően platformra és strapdownra (SINS) vannak felosztva. Az előbbieket földrajzinak is nevezik, és két platformot tartalmazhatnak. Az egyiket giroszkópok biztosítják, és a tehetetlenségi mezőbe orientálják, a másodikat pedig gyorsulásmérők vezérlik, és a vízszintes síkhoz képest stabilizálódik. Ennek eredményeként a koordinátákat a két platform egymáshoz viszonyított helyzetére vonatkozó információk alapján határozzák meg. A SINS modellek technológiailag fejlettebbek. A strapdown inerciális navigációs rendszer mentes a giroplatformok használatának korlátaiból adódó hátrányoktól. Sebesség ésaz objektumok elhelyezkedése az ilyen modellekben a digitális számítástechnikára tolódik el, amely a szögorientált adatok rögzítésére is képes. A SINS rendszerek modern fejlesztésének célja a számítási algoritmusok optimalizálása a kezdeti adatok pontosságának csökkentése nélkül.
A platformrendszerek orientációjának meghatározására szolgáló módszerek
Ne veszítse el relevanciáját és a platformokkal együttműködő rendszereket, hogy meghatározzák az objektum dinamikájára vonatkozó kezdeti adatokat. Jelenleg a következő típusú platforminerciális navigációs modellek működnek sikeresen:
- Geometriai rendszer. Standard modell két platformmal, amelyet fent leírtunk. Az ilyen rendszerek rendkívül pontosak, de vannak korlátaik a világűrben üzemelő, nagy manőverezőképességű járművek kiszolgálásában.
- Elemző rendszer. Gyorsulásmérőket és giroszkópokat is használ, amelyek a csillagokhoz képest álló helyzetben vannak. Az ilyen rendszerek előnyei közé tartozik a manőverezhető objektumok, például rakéták, helikopterek és vadászgépek hatékony kiszolgálása. Az elemző rendszerek azonban még a strapdown inerciális navigációs rendszerekkel összehasonlítva is alacsony pontosságot mutatnak az objektum dinamikájának paramétereinek meghatározásában.
- Félelemző rendszer. Egy platform biztosítja, folyamatosan stabilizálódva a helyi horizont terében. Ez az alap egy giroszkópot és egy gyorsulásmérőt tartalmaz, és a számításokat a munkafelületen kívül szervezik.
Az inerciális műholdrendszerek jellemzői
Ez az integrált navigációs rendszerek ígéretes osztálya, amely egyesíti a műholdas jelforrások és a megfontolt inerciális modellek előnyeit. A népszerű műholdas rendszerekkel ellentétben az ilyen rendszerek lehetővé teszik a szögorientált adatok további felhasználását és független helymeghatározó algoritmusok kialakítását navigációs jelek hiányában. További földrajzi helymeghatározási információk megszerzése lehetővé teszi, hogy technikailag egyszerűsítsük az érzékeny elemek modelljeit, megtagadva a drága berendezéseket. Az inerciális műholdas navigációs rendszer előnyei közé tartozik az alacsony tömeg, a kis méret és az egyszerűsített adatfeldolgozási sémák. Másrészt a MEMS giroszkópok instabilitása az adatmeghatározási hibák felhalmozódását okozza.
Inerciarendszerek alkalmazási területei
Az inerciális navigációs technológia potenciális fogyasztói között vannak különböző iparágak képviselői. Ez nem csak az űrhajózás és a repülés, hanem az autóipar (navigációs rendszerek), a robotika (a kinematikai jellemzők szabályozásának eszköze), a sport (a mozgásdinamika meghatározása), az orvostudomány és még a háztartási gépek is, stb.
Következtetés
Az inerciális navigáció elmélete, amelynek fogalma a múlt században kezdett kialakulni, ma már a mechatronika teljes értékű szakaszának tekinthető. A közelmúlt eredményei azonban azt sugallják, hogy a jövőben lehetés progresszívebb felfedezések. Ezt bizonyítja az inerciális navigációs rendszerek szoros kölcsönhatása a számítástechnikával és az elektronikával. Új, ambiciózus feladatok jelennek meg, kiterjesztve a terepet a kapcsolódó, elméleti mechanikára is épülő technológiák fejlesztésére. Ugyanakkor az ilyen irányú szakértők aktívan dolgoznak a műszaki eszközök optimalizálásán, amelyek közül az alapvető a mikromechanikus giroszkóp.
