Navigație inerțială

Navigația inerțială  este o metodă de navigare (determinarea coordonatelor și parametrilor mișcării diferitelor obiecte - nave , aeronave , rachete etc.) și controlul mișcării acestora, pe baza proprietăților de inerție a corpurilor , care este autonomă, adică nu necesită prezența reperelor exterioare sau a semnalelor venite din exterior. Metodele neautonome de rezolvare a problemelor de navigație se bazează pe utilizarea reperelor sau a semnalelor externe (de exemplu, stele , balize , semnale radio etc.). Aceste metode sunt destul de simple în principiu, dar în unele cazuri nu pot fi implementate din cauza lipsei de vizibilitate sau a prezenței interferențelor pentru semnalele radio etc. [1] Necesitatea creării unor sisteme de navigație autonome a fost motivul apariției navigație inerțială.

Cum funcționează

Esența navigației inerțiale este de a determina accelerația unui obiect și vitezele unghiulare ale acestuia folosind instrumente și dispozitive instalate pe un obiect în mișcare și, conform acestor date, locația (coordonatele) acestui obiect, cursul său, viteza, distanța parcursă, etc., precum și la determinarea parametrilor necesari pentru stabilizarea obiectului și controlul automat al mișcării acestuia. Acest lucru se face folosind [2] :

  1. senzori de accelerație liniară ( accelerometre );
  2. dispozitive giroscopice care reproduc sistemul de referință pe obiect (de exemplu, folosind o platformă giro-stabilizată) și permit determinarea unghiurilor de rotație și înclinare a obiectului folosit pentru a-l stabiliza și a controla mișcarea acestuia.
  3. dispozitive de calcul ( calculatoare ), care, prin intermediul accelerațiilor (prin integrarea acestora ), găsesc viteza unui obiect, coordonatele acestuia și alți parametri de mișcare;

Avantajele metodelor de navigație inerțială sunt autonomia, imunitatea la zgomot și posibilitatea de automatizare completă a tuturor proceselor de navigație. Din acest motiv, metodele de navigație inerțială sunt din ce în ce mai utilizate în rezolvarea problemelor de navigație de suprafață, subacvatice și aeronave, nave spațiale și vehicule și alte obiecte în mișcare.

Navigația inerțială este folosită și în scopuri militare: în rachete de croazieră și UAV -uri , în cazul contramăsurilor electronice inamice. De îndată ce sistemul de navigație al unei rachete de croazieră sau UAV detectează impactul războiului electronic inamic , blocarea sau distorsiunea semnalului GPS , își amintește ultimele coordonate și trece la sistemul de navigație inerțial [3] .

Istorie

Principiile navigației inerțiale se bazează pe legile mecanicii formulate de Newton , care guvernează mișcarea corpurilor în raport cu cadrul de referință inerțial (pentru mișcările în cadrul sistemului solar  , față de stele).

Dezvoltarea elementelor de bază ale navigației inerțiale datează din anii 1930 . O DraperA.Yu._,BulgakovB.V. -URSSîn:adusăfost aaceastalacontribuțiemare . Un rol semnificativ în fundamentele teoretice ale navigației inerțiale îl joacă teoria stabilității sistemelor mecanice, la care matematicienii ruși A. M. Lyapunov și A. V. Mikhailov au avut o mare contribuție . 

Implementarea practică a metodelor de navigație inerțială a fost asociată cu dificultăți semnificative cauzate de necesitatea asigurării unei precizii și fiabilități ridicate a tuturor dispozitivelor cu dimensiuni și greutate date. Depășirea acestor dificultăți devine posibilă datorită creării unor mijloace tehnice speciale - sisteme de navigație inerțiale (INS). Primele ANN cu drepturi depline au fost dezvoltate în SUA și în URSS la începutul anilor 1950. Deci, echipamentul primului INS american (inclusiv calculatoare de navigație ) a fost realizat structural sub forma mai multor cutii de dimensiuni impresionante și, ocupând aproape întreaga cabină a aeronavei, a fost testat pentru prima dată în timpul zborului către Los Angeles , conducând automat aeronave de-a lungul rutei.

Sisteme de navigație inerțiale

Sistemele de navigație inerțială (INS) încorporează senzori de accelerație liniară ( accelerometre ) și senzori de viteză unghiulară ( giroscoape sau perechi de accelerometre care măsoară accelerația centrifugă). Cu ajutorul lor, este posibilă determinarea abaterii sistemului de coordonate asociat corpului dispozitivului de la sistemul de coordonate asociat Pământului, obținându-se unghiurile de orientare: yaw ( heading ), pitch and roll . Deviația unghiulară a coordonatelor sub formă de latitudine , longitudine și altitudine este determinată prin integrarea citirilor accelerometrelor. Din punct de vedere algoritmic, ANN constă din antet și sistem de coordonate. Cursul vertical oferă capacitatea de a determina orientarea într-un sistem de coordonate geografice , ceea ce vă permite să determinați corect poziția obiectului. În acest caz, trebuie să primească în mod constant date despre poziția obiectului. Cu toate acestea, din punct de vedere tehnic, sistemul, de regulă, nu este divizat și accelerometrele , de exemplu, pot fi utilizate în expoziția părții verticale a cursului.

Sistemele de navigație inerțiale sunt împărțite în platform- based (PINS) și strapdown (SINS) având o platformă girostabilizată .

În ANN-urile de platformă, interconectarea blocului de contoare de accelerație și a dispozitivelor giroscopice care asigură orientarea accelerometrelor în spațiu determină tipul de sistem inerțial. Există trei tipuri principale de sisteme inerțiale de platformă.

  1. Sistemul inerțial de tip geometric are două platforme. O platformă cu giroscoape este orientată și stabilizată în spațiu inerțial, iar cea de-a doua cu accelerometre este relativ la planul orizontului. Coordonatele obiectului sunt determinate în calculator folosind date despre poziția relativă a platformelor. Are o precizie ridicată de poziționare în raport cu suprafața planetei (de exemplu, Pământul), dar nu funcționează satisfăcător pe vehicule foarte manevrabile și în spațiul cosmic. Este folosit în principal pe avioane cu rază lungă de acțiune (civile, de transport militar, bombardiere strategice ), submarine și nave de suprafață mare.
  2. În sistemele inerțiale de tip analitic, atât accelerometrele, cât și giroscoapele sunt nemișcate în spațiul inerțial (față de stelele sau galaxiile la distanță arbitrară). Coordonatele obiectului sunt obținute într-un calculator care prelucrează semnalele provenite de la accelerometre și dispozitive care determină rotația obiectului în sine față de giroscoape și accelerometre. Are o precizie relativ scăzută atunci când se deplasează în apropierea suprafeței Pământului, dar funcționează bine pe obiecte manevrabile (vânătoare, elicoptere, rachete, nave de suprafață manevrabile de mare viteză) și în spațiul cosmic.
  3. Sistemul semi-analitic are o platformă care se stabilizează continuu pe orizontul local. Platforma are giroscoape și accelerometre. Coordonatele unei aeronave sau altei aeronave sunt determinate într-un computer situat în afara platformei.

În SINS, accelerometrele și giroscoapele sunt conectate rigid la corpul dispozitivului. Tehnologia avansată în producția SINS este tehnologia giroscoapelor cu fibră optică (FOG), al cărei principiu se bazează pe efectul Sagnac . SINS bazat pe astfel de giroscoape nu are părți în mișcare, este absolut silentios, mecanic relativ puternic, nu necesită întreținere specială, are MTBF bun (până la 80 de mii de ore pentru unele modele) și consum redus de energie (zeci de wați ). Tehnologiile FOG au înlocuit giroscoapele cu inele laser (LCG).

Sisteme de navigație integrate

Pentru a compensa erorile inerente care acumulează INS în unghiurile și coordonatele de orientare, sunt utilizate date de la alte sisteme de navigație, în special sistemul de navigație prin satelit (SNS) , radionavigație, magnetometrică (pentru a obține date despre curs), odometru (pentru a obține date ). pe distanţa parcursă în aplicaţii terestre) . Integrarea datelor din diverse sisteme de navigație se realizează conform unui algoritm bazat, de regulă, pe filtrul Kalman . Diverse implementări ale unor astfel de sisteme sunt posibile cu tendința observată de miniaturizare treptată .

Vezi și

Note

  1. ↑ Vasiliev P. V., Meleshko A. V., Pyatkov V. V. Îmbunătățirea acurateței unui sistem de navigație inerțial corectat Arhivat 16 februarie 2015 la Wayback Machine . — Instrumentație. - Articol. - Numărul nr. 12 (decembrie 2014)
  2. ↑ Sistem de navigație inerțială: cum funcționează . rostec.ru . Preluat la 11 decembrie 2020. Arhivat din original la 28 noiembrie 2020.
  3. ↑ Ivan Konovalov. Trupele EW au pierdut lupta GPS . Izvestia (28 septembrie 2012). Preluat la 11 decembrie 2020. Arhivat din original la 19 septembrie 2020.

Literatură

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice