Inertiaalinen navigointi

Inertianavigointi  on navigointimenetelmä ( erilaisten esineiden - laivojen , lentokoneiden , ohjusten jne. liikkeen koordinaattien ja parametrien määrittäminen) ja niiden liikkeen ohjaaminen, joka perustuu kappaleiden inertian ominaisuuksiin , joka on autonominen, eli se ei vaadi ulkoisten maamerkkien läsnäoloa tai ulkopuolelta tulevia signaaleja. Ei-autonomiset menetelmät navigointiongelmien ratkaisemiseksi perustuvat ulkoisten maamerkkien tai signaalien käyttöön (esimerkiksi tähdet , majakat , radiosignaalit jne.). Nämä menetelmät ovat periaatteessa melko yksinkertaisia, mutta joissain tapauksissa niitä ei voida toteuttaa näkyvyyden puutteen tai radiosignaalien häiriöiden vuoksi jne. [1] Tarve luoda autonomisia navigointijärjestelmiä oli syynä inertiaalinen navigointi.

Kuinka se toimii

Inertianavigoinnin ydin on määrittää kohteen kiihtyvyys ja sen kulmanopeudet liikkuvaan kohteeseen asennettujen instrumenttien ja laitteiden avulla, ja näiden tietojen mukaan kohteen sijainti (koordinaatit), sen suunta, nopeus, kuljettu matka, jne., sekä määritettäessä parametreja, joita tarvitaan kohteen vakauttamiseksi ja sen liikkeen automaattiseen ohjaamiseen. Tämä tehdään käyttämällä [2] :

  1. lineaariset kiihtyvyysanturit ( kiihtyvyysmittarit );
  2. gyroskooppiset laitteet, jotka toistavat kohteen vertailujärjestelmän (esimerkiksi käyttämällä gyroskoopilla stabiloitua alustaa) ja mahdollistavat kohteen kierto- ja kaltevuuskulmien määrittämisen sen vakauttamiseen ja sen liikkeen ohjaamiseen.
  3. laskentalaitteet ( tietokoneet ), jotka kiihtyvyyksien ( integroimalla ) avulla löytävät kohteen nopeuden, sen koordinaatit ja muut liikeparametrit;

Inertianavigointimenetelmien etuja ovat autonomia, melunsieto ja mahdollisuus kaikkien navigointiprosessien täydelliseen automatisointiin. Tästä johtuen inertiaalisia navigointimenetelmiä käytetään yhä enemmän pinta-, vedenalaisten ja lentokoneiden, avaruusalusten ja ajoneuvojen sekä muiden liikkuvien kohteiden navigoinnin ongelmien ratkaisemisessa.

Inertianavigointia käytetään myös sotilaallisiin tarkoituksiin: risteilyohjuksissa ja UAV :issa , vihollisen elektronisissa vastatoimissa. Heti kun risteilyohjuksen tai UAV:n navigointijärjestelmä havaitsee vihollisen elektronisen sodankäynnin vaikutuksen, GPS -signaalin eston tai vääristymisen , se muistaa viimeiset koordinaatit ja siirtyy inertianavigointijärjestelmään [3] .

Historia

Inertianavigoinnin periaatteet perustuvat Newtonin muotoilemiin mekaniikkalakeihin , jotka säätelevät kappaleiden liikettä suhteessa inertiavertailukehykseen ( aurinkokunnassa tapahtuville liikkeille  tähtien suhteen).

Inertianavigoinnin perusteiden kehitys juontaa juurensa 1930 - luvulle . Siihen Draper_.YuA.,BulgakovV. B. -Neuvostoliitossa:panossuuriannettiin . Merkittävä rooli inertianavigoinnin teoreettisissa perusteissa on mekaanisten järjestelmien stabiiliuden teorialla , johon venäläiset matemaatikot A. M. Lyapunov ja A. V. Mikhailov antoivat suuren panoksen . 

Inertianavigointimenetelmien käytännön toteutukseen liittyi merkittäviä vaikeuksia, jotka johtuivat tarpeesta varmistaa kaikkien laitteiden korkea tarkkuus ja luotettavuus tietyillä mitoilla ja painoilla. Näiden vaikeuksien voittaminen tulee mahdolliseksi erityisten teknisten välineiden - inertiaalisten navigointijärjestelmien (INS) - luomisen ansiosta. Ensimmäiset täysimittaiset ANN:t kehitettiin Yhdysvalloissa ja Neuvostoliitossa 1950-luvun alussa. Joten ensimmäisen amerikkalaisen INS:n laitteet (mukaan lukien navigointitietokoneet ) tehtiin rakenteellisesti useiden vaikuttavan kokoisten laatikoiden muodossa, ja ne veivät melkein koko lentokoneen matkustamon, ja niitä testattiin ensin lennon aikana Los Angelesiin johtaen automaattisesti lentokone reitin varrella.

Inertiaaliset navigointijärjestelmät

Inertiaaliset navigointijärjestelmät (INS) sisältävät lineaarisia kiihtyvyysantureita ( kiihtyvyysantureita ) ja kulmanopeusantureita ( gyroskooppeja tai kiihtyvyysantureiden pareja, jotka mittaavat keskipakokiihtyvyyttä). Niiden avulla on mahdollista määrittää laitteen runkoon liittyvän koordinaattijärjestelmän poikkeama Maahan liittyvästä koordinaattijärjestelmästä, jolloin saadaan suuntakulmat: yaw ( suunta ), nousu ja kallistus . Leveysasteen , pituusasteen ja korkeuden muodossa olevien koordinaattien kulmapoikkeama määritetään integroimalla kiihtyvyysantureiden lukemat. Algoritmisesti ANN koostuu suunnasta ja koordinaattijärjestelmästä. Pystysuuntainen kurssi tarjoaa mahdollisuuden määrittää suunnan maantieteellisessä koordinaattijärjestelmässä , jonka avulla voit määrittää kohteen sijainnin oikein. Tässä tapauksessa sen on jatkuvasti vastaanotettava tietoja kohteen sijainnista. Teknisesti järjestelmä ei kuitenkaan pääsääntöisesti ole jaettu ja rata-pystyosan näyttelyssä voidaan käyttää esimerkiksi kiihtyvyysmittareita .

Inertiaaliset navigointijärjestelmät jaetaan alustapohjaisiin (PINS) ja strapdown (SINS) -järjestelmiin, joissa on gyroskoopilla stabiloitu alusta .

Alustassa ANN:ssa inertiajärjestelmän tyypin määrittää kiihtyvyysmittarien lohkon ja gyroskooppisten laitteiden yhteenliittäminen, joka mahdollistaa kiihtyvyysantureiden suunnan avaruudessa. Alustan inertiajärjestelmiä on kolme päätyyppiä.

  1. Geometrisen tyyppisellä inertiajärjestelmällä on kaksi alustaa. Toinen gyroskoopeilla varustettu alusta on suunnattu ja stabiloitu inertiaavaruudessa, ja toinen kiihtyvyysantureilla on suhteessa horisonttitasoon. Kohteen koordinaatit määritetään laskimessa alustojen suhteellista sijaintia koskevien tietojen perusteella. Sillä on korkea paikannustarkkuus planeetan pintaan (esimerkiksi Maan) nähden, mutta se ei toimi tyydyttävästi erittäin ohjattavissa olevissa ajoneuvoissa ja ulkoavaruudessa. Sitä käytetään pääasiassa pitkän matkan lentokoneissa (siviili-, sotilaskuljetukset, strategiset pommikoneet ), sukellusveneissä ja suurissa pinta-aluksissa.
  2. Analyyttisen tyyppisissä inertiajärjestelmissä sekä kiihtyvyysmittarit että gyroskoopit ovat liikkumattomia inertiavaruudessa (suhteessa mielivaltaisen kaukana oleviin tähtiin tai galakseihin). Kohteen koordinaatit saadaan laskimessa, joka käsittelee kiihtyvyysantureista ja laitteista tulevia signaaleja, jotka määrittävät itse kohteen pyörimisen suhteessa gyroskooppeihin ja kiihtyvyysantureisiin. Sillä on suhteellisen alhainen tarkkuus liikkuessaan lähellä maan pintaa, mutta se toimii hyvin ohjattavissa olevissa kohteissa (hävittäjät, helikopterit, ohjukset, nopeat ohjattavat pinta-alukset) ja ulkoavaruudessa.
  3. Puolianalyyttisessä järjestelmässä on alusta, joka tasaantuu jatkuvasti paikallisen horisontin yli. Alustalla on gyroskoopit ja kiihtyvyysmittarit. Lentokoneen tai muun lentokoneen koordinaatit määritetään alustan ulkopuolella sijaitsevassa tietokoneessa.

SINSissä kiihtyvyysmittarit ja gyroskoopit on liitetty jäykästi laitteen runkoon. Edistynyt teknologia SINSin valmistuksessa on kuituoptisten gyroskooppien (FOG) tekniikka, jonka toimintaperiaate perustuu Sagnac-efektiin . Tällaisiin gyroskooppeihin perustuvassa SINS:ssä ei ole liikkuvia osia, se on täysin hiljainen, mekaanisesti suhteellisen vahva, ei vaadi erityistä huoltoa, sillä on hyvä MTBF (jopa 80 tuhatta tuntia joissakin malleissa) ja alhainen virrankulutus (kymmeniä wattia ). FOG-teknologiat ovat korvanneet laserrengasgyroskoopit (LCG:t).

Integroidut navigointijärjestelmät

Kompensoimaan luontaisia ​​INS-kertyviä virheitä orientaatiokulmissa ja koordinaateissa käytetään tietoja muista navigointijärjestelmistä, erityisesti satelliittinavigointijärjestelmästä (SNS) , radionavigaatiosta, magnetometrisesta (reittitietojen saamiseksi), matkamittarista (tietojen saamiseksi ). maanpäällisissä sovelluksissa kuljetetun matkan perusteella). Tietojen integrointi eri navigointijärjestelmistä tapahtuu algoritmin mukaan, joka perustuu pääsääntöisesti Kalman-suodattimeen . Tällaisten järjestelmien erilaiset toteutukset ovat mahdollisia, kun havaitaan asteittaista miniatyrisointia .

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Vasiliev P. V., Meleshko A. V., Pyatkov V. V. Korjatun inertianavigointijärjestelmän tarkkuuden parantaminen Arkistoitu 16. helmikuuta 2015 Wayback Machinessa . — Instrumentointi. - Artikkeli. - Numero 12 (joulukuu 2014)
  2. ↑ Inertiaalinen navigointijärjestelmä: miten se toimii . rostec.ru . Haettu 11. joulukuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 28. marraskuuta 2020.
  3. ↑ Ivan Konovalov. EW - joukot hävisivät GPS - taistelun . Izvestia (28. syyskuuta 2012). Haettu 11. joulukuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 19. syyskuuta 2020.

Kirjallisuus

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa