Inerciális navigáció

Az inerciális navigáció  egy navigációs módszer ( különböző objektumok - hajók , repülőgépek , rakéták stb. mozgásának koordinátáinak és paramétereinek meghatározása ) és mozgásuk vezérlése, a testek tehetetlenségi tulajdonságai alapján , amely autonóm, azaz nem igényel külső tereptárgyak vagy kívülről érkező jelek jelenlétét. A navigációs problémák megoldásának nem autonóm módszerei külső tereptárgyak vagy jelek (például csillagok , jelzőfények , rádiójelek stb.) használatán alapulnak . Ezek a módszerek elvileg meglehetősen egyszerűek, de bizonyos esetekben nem valósíthatók meg a láthatóság hiánya vagy a rádiójelek zavarása stb. miatt. [1] Az autonóm navigációs rendszerek létrehozásának szükségessége volt az oka a inerciális navigáció.

Hogyan működik

Az inerciális navigáció lényege, hogy mozgó tárgyra szerelt műszerekkel, eszközökkel meghatározzuk egy tárgy gyorsulását és szögsebességét , és ezen adatok alapján ennek az objektumnak a helyét (koordinátáit), irányát, sebességét, megtett távolságát, stb., valamint az objektum stabilizálásához és mozgásának automatikus vezérléséhez szükséges paraméterek meghatározásában. Ez a [2] segítségével történik :

  1. Lineáris gyorsulásérzékelők ( gyorsulásmérők );
  2. giroszkópos eszközök, amelyek reprodukálják a referenciarendszert az objektumon (például giroszkóppal stabilizált platform használatával), és lehetővé teszik az objektum forgási és dőlésszögének meghatározását annak stabilizálására és mozgásának szabályozására.
  3. számítástechnikai eszközök ( számítógépek ), amelyek gyorsítások segítségével ( integrálva ) megkeresik egy objektum sebességét, koordinátáit és egyéb mozgási paramétereit;

Az inerciális navigációs módszerek előnyei az autonómia, a zajállóság és az összes navigációs folyamat teljes automatizálásának lehetősége. Emiatt az inerciális navigációs módszereket egyre inkább alkalmazzák a felszíni, víz alatti és légijárművek, űrjárművek és járművek, valamint egyéb mozgó objektumok navigációs problémáinak megoldásában.

Az inerciális navigációt katonai célokra is használják: cirkáló rakétákban és UAV -kban, ellenséges elektronikus ellenintézkedések esetén. Amint egy cirkálórakéta vagy UAV navigációs rendszere érzékeli az ellenséges elektronikus hadviselés hatását, a GPS -jel blokkolását vagy torzulását , megjegyzi az utolsó koordinátákat, és átvált az inerciális navigációs rendszerre [3] .

Történelem

Az inerciális navigáció elvei a mechanika Newton által megfogalmazott törvényein alapulnak , amelyek szabályozzák a testek mozgását a tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerhez (a Naprendszeren belüli mozgásokhoz  a csillagokhoz képest) képest.

Az inerciális navigáció alapjainak kialakulása az 1930 -as évekre nyúlik vissza . Ehhez  Draper.YuA.,BulgakovV.B.- Szovjetunióbana:hozzájárultmértékbennagy . Az inerciális navigáció elméleti megalapozásában jelentős szerepet játszik a mechanikai rendszerek stabilitásának elmélete , amelyhez nagy mértékben hozzájárultak A. M. Ljapunov és A. V. Mihajlov orosz matematikusok. 

Az inerciális navigációs módszerek gyakorlati megvalósítása jelentős nehézségekkel járt, amelyet az adott méretű és tömegű eszközök nagy pontosságának és megbízhatóságának biztosításának szükségessége okozott. E nehézségek leküzdése speciális technikai eszközök - inerciális navigációs rendszerek (INS) - létrehozásának köszönhetően válik lehetővé. Az első teljes értékű ANN-okat az Egyesült Államokban és a Szovjetunióban fejlesztették ki az 1950-es évek elején. Tehát az első amerikai INS berendezése (beleértve a navigációs számítógépeket is) szerkezetileg több lenyűgöző méretű doboz formájában készült, és a repülőgép szinte teljes kabinját elfoglalva először a Los Angeles-i repülés során tesztelték , automatikusan vezetve a repülőgép az útvonalon.

Inerciális navigációs rendszerek

Az inerciális navigációs rendszerek (INS) lineáris gyorsulás-érzékelőket ( gyorsulásmérőket ) és szögsebesség-érzékelőket ( giroszkópokat vagy gyorsulásmérő-párokat) tartalmaznak, amelyek a centrifugális gyorsulást mérik. Segítségükkel meg lehet határozni az eszköz testéhez tartozó koordinátarendszer eltérését a Földhöz tartozó koordinátarendszertől, megkapva a tájolási szögeket: yaw ( irány ), pitch and roll . A szélességi , hosszúsági és magassági koordináták szögeltérését a gyorsulásmérők leolvasásának integrálásával határozzuk meg. Algoritmikusan az ANN irányvonalból és koordinátarendszerből áll. A függőleges pálya lehetővé teszi a tájolás meghatározását egy földrajzi koordináta-rendszerben , amely lehetővé teszi az objektum helyzetének helyes meghatározását. Ebben az esetben folyamatosan adatokat kell kapnia az objektum helyzetéről. Technikailag azonban a rendszer általában nem osztott, és például gyorsulásmérők használhatók a pálya-függőleges rész kiállításában.

Az inerciális navigációs rendszerek platform- alapú (PINS) és strapdown (SINS) csoportokra oszthatók, amelyek giroszkóppal stabilizált platformmal rendelkeznek .

Az ANN platformokban a gyorsulásmérők blokkjának és a gyorsulásmérők térbeli orientációját biztosító giroszkópos eszközök összekapcsolása határozza meg az inerciarendszer típusát. A platforminerciális rendszereknek három fő típusa van.

  1. A geometriai típusú inerciarendszernek két platformja van. Az egyik giroszkópos platform a tehetetlenségi térben van orientálva és stabilizálva, a második gyorsulásmérőkkel a horizont síkjához viszonyítva. Az objektum koordinátáit a számológép a platformok egymáshoz viszonyított helyzetére vonatkozó adatok alapján határozza meg. Nagy pozicionálási pontossággal rendelkezik a bolygó felszínéhez (például a Földhöz) képest, de nem működik kielégítően nagy manőverezőképességű járműveken és a világűrben. Főleg nagy hatótávolságú repülőgépeken (polgári, katonai szállítás, stratégiai bombázók ), tengeralattjárókon és nagy felszíni hajókon használják.
  2. Az analitikus típusú inerciarendszerekben mind a gyorsulásmérők, mind a giroszkópok mozdulatlanok a tehetetlenségi térben (a tetszőleges távolságban lévő csillagokhoz vagy galaxisokhoz képest). Az objektum koordinátáit egy számológépben kapjuk meg, amely a gyorsulásmérőktől és az objektum giroszkópokhoz és gyorsulásmérőkhöz viszonyított forgását meghatározó eszközöktől érkező jeleket dolgozza fel. Viszonylag alacsony pontosságú a Föld felszínéhez közeli mozgás során, de jól működik manőverezhető objektumokon (vadászok, helikopterek, rakéták, nagy sebességű manőverezhető felszíni hajók) és a világűrben.
  3. A félelemző rendszernek van egy platformja, amely folyamatosan stabilizálódik a helyi horizonton. A platform giroszkópokkal és gyorsulásmérőkkel rendelkezik. Egy repülőgép vagy más repülőgép koordinátáit a platformon kívül elhelyezett számítógép határozza meg.

A SINS-ben a gyorsulásmérők és giroszkópok mereven csatlakoznak a készülék testéhez. A SINS gyártásában a fejlett technológia a száloptikai giroszkópok (FOG) technológiája, melynek elve a Sagnac effektuson alapul . Az ilyen giroszkópokon alapuló SINS-nek nincs mozgó alkatrésze, teljesen csendes, mechanikailag viszonylag erős, nem igényel különösebb karbantartást, jó MTBF -vel (egyes modelleknél akár 80 ezer óra) és alacsony fogyasztású (tíz watt ) rendelkezik. A FOG technológiák felváltották a lézergyűrűs giroszkópokat (LCG).

Integrált navigációs rendszerek

A tájékozódási szögekben és koordinátákban felhalmozódó belső INS-hibák kompenzálására más navigációs rendszerek adatait használják fel, különösen a műholdas navigációs rendszer (SNS) , a rádiónavigáció, a magnetometrikus (a pálya adatainak beszerzésére), a kilométerszámláló (adatok beszerzésére) adatait. a földi alkalmazásoknál megtett távolságról) . A különböző navigációs rendszerek adatainak integrálása általában a Kalman-szűrőn alapuló algoritmus szerint történik . Az ilyen rendszerek különféle megvalósításai lehetségesek a fokozatos miniatürizálás megfigyelt trendje mellett .

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Vasziljev P. V., Meleshko A. V., Pyatkov V. V. Egy korrigált inerciális navigációs rendszer pontosságának javítása Archivált 2015. február 16. a Wayback Machine -nél . — Műszerezés. - Cikk. - 12. szám (2014. december)
  2. ↑ Inerciális navigációs rendszer: Hogyan működik . rostec.ru . Letöltve: 2020. december 11. Az eredetiből archiválva : 2020. november 28..
  3. ↑ Ivan Konovalov. Az EW csapatai elvesztették a GPS harcot . Izvesztyija (2012. szeptember 28.). Letöltve: 2020. december 11. Az eredetiből archiválva : 2020. szeptember 19.

Irodalom

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban