Sve veći zahtjevi za koordinatnim sistemima zahtijevaju razvoj novih principa navigacije. Konkretno, jedan od uvjeta koji je diktirala modernost bilo je uvođenje relativno neovisnih sredstava mjerenja lokacije ciljanih objekata. Ove mogućnosti pruža inercijalni navigacioni sistem koji eliminiše potrebu za signalima sa radio farova i satelita.
Pregled tehnologije
Inercijalna navigacija je zasnovana na zakonima mehanike, omogućavajući vam da fiksirate parametre kretanja tijela u odnosu na uspostavljeni referentni okvir. Po prvi put, ovaj princip navigacije počeo se primjenjivati relativno nedavno u brodskim žirokompasima. Sa unapređenjem mjernih instrumenata ovog tipa, nastao jetehnika koja određuje mjerene parametre na osnovu ubrzanja tijela. Teorija inercijalnog navigacionog sistema počela je da se oblikuje bliže 1930-im. Od tog trenutka, istraživači u ovoj oblasti počeli su da obraćaju više pažnje na principe stabilnosti mehaničkih sistema. U praksi je ovaj koncept prilično teško implementirati, pa je dugo vremena ostao samo u teoretskom obliku. Ali poslednjih decenija, sa pojavom specijalne opreme zasnovane na kompjuterima, inercijalni navigacioni alati su se aktivno koristili u vazduhoplovstvu, vodogradnji, itd.
Komponente sistema
Obavezni elementi svakog inercijalnog sistema su blokovi osjetljivih mjernih uređaja i računarskih uređaja. Prvu kategoriju elemenata predstavljaju žiroskopi i akcelerometri, a drugu računarsku opremu koja implementira određene algoritme proračuna. Točnost metode u velikoj mjeri ovisi o karakteristikama osjetljivih uređaja. Na primjer, pouzdani podaci omogućavaju dobijanje inercijalnih navigacijskih sistema samo sa žiroskopima preciznog tipa u kombinaciji sa akcelerometrima. Ali u ovom slučaju, tehnička oprema ima ozbiljan nedostatak u vidu visoke složenosti elektromehaničkog punjenja, a da ne spominjemo veliku veličinu opreme.
Kako sistem radi
Način određivanja koordinata pomoću inercijalnog sistema je obrada podataka o ubrzanjima tijela, kao i njihovimugaone brzine. Za to se, opet, koriste osjetljivi elementi instalirani direktno na ciljni objekt, zahvaljujući kojima se generiraju informacije o meta-poziciji, toku kretanja, pređenoj udaljenosti i brzini. Osim toga, princip rada inercijalnog navigacijskog sistema omogućava korištenje sredstava za stabilizaciju, pa čak i automatsko upravljanje objektom. U te svrhe koriste se senzori linearnog ubrzanja sa žiroskopskom opremom. Uz pomoć ovih uređaja formira se sistem izvještaja koji radi u odnosu na putanju objekta. Prema generisanom koordinatnom sistemu određuju se uglovi nagiba i rotacije. Prednosti ove tehnologije uključuju autonomiju, mogućnost automatizacije i visok stepen otpornosti na buku.
Klasifikacija inercijalnih navigacijskih sistema
U osnovi, razmatrani navigacijski sistemi se dijele na platformu i strapdown (SINS). Prvi se također nazivaju geografskim i mogu sadržavati dvije platforme. Jedan je obezbeđen žiroskopima i orijentisan je u inercijalnom polju, a drugi je kontrolisan akcelerometrima i stabilizuje se u odnosu na horizontalnu ravan. Kao rezultat toga, koordinate se određuju korištenjem informacija o relativnom položaju dvije platforme. SINS modeli se smatraju tehnološki naprednijim. Inercijalni navigacioni sistem sa spuštenim poklopcem je lišen nedostataka povezanih sa ograničenjima u upotrebi žiroplatforma. Brzina ilokacije objekata u takvim modelima se prebacuju na digitalno računarstvo, koje je također sposobno za snimanje podataka o kutnoj orijentaciji. Savremeni razvoj SINS sistema ima za cilj optimizaciju računskih algoritama bez smanjenja tačnosti početnih podataka.
Metode za određivanje orijentacije platformskih sistema
Ne gube relevantnost i sistemi koji rade sa platformama za utvrđivanje početnih podataka o dinamici objekta. Trenutno se uspješno koriste sljedeći tipovi platformskih inercijskih navigacijskih modela:
- Geometrijski sistem. Standardni model sa dvije platforme, koji je gore opisan. Takvi sistemi su veoma precizni, ali imaju ograničenja u servisiranju visoko manevarskih vozila koja rade u svemiru.
- Analitički sistem. Takođe koristi akcelerometre i žiroskope, koji su nepomični u odnosu na zvijezde. Prednosti ovakvih sistema uključuju sposobnost efikasnog opsluživanja manevarskih objekata poput projektila, helikoptera i lovaca. Ali čak i u poređenju sa inercijalnim navigacionim sistemom sa trakom, analitički sistemi pokazuju nisku tačnost u određivanju parametara dinamike objekta.
- Poluanalitički sistem. Obezbeđen je jednom platformom, koja se kontinuirano stabilizuje u prostoru lokalnog horizonta. Ova baza sadrži žiroskop i akcelerometar, a proračuni su organizovani van radne platforme.
Karakteristike inercijalnih satelitskih sistema
Ovo je obećavajuća klasa integrisanih navigacionih sistema koji kombinuju prednosti izvora satelitskog signala i razmatranih inercijalnih modela. Za razliku od popularnih satelitskih sistema, takvi sistemi omogućavaju dodatno korištenje podataka o kutnoj orijentaciji i formiranje nezavisnih algoritama pozicioniranja u nedostatku navigacijskih signala. Dobijanje dodatnih geolokacijskih informacija omogućava nam da tehnički pojednostavimo modele osjetljivih elemenata, odbijajući skupu opremu. Prednosti inercijalnog satelitskog navigacionog sistema uključuju malu težinu, malu veličinu i pojednostavljene šeme obrade podataka. S druge strane, nestabilnost MEMS žiroskopa uzrokuje gomilanje grešaka u određivanju podataka.
Oblasti primene inercijalnih sistema
Među potencijalnim potrošačima tehnologije inercijalne navigacije su predstavnici različitih industrija. Ovo nije samo astronautika i avijacija, već i automobilizam (navigacijski sistemi), robotika (sredstvo za kontrolu kinematičkih karakteristika), sport (određivanje dinamike kretanja), medicina, pa čak i kućni aparati, itd.
Zaključak
Teorija inercijalne navigacije, čiji se koncept počeo formirati u prošlom stoljeću, danas se može smatrati punopravnim dijelom mehatronike. Međutim, nedavna dostignuća sugerišu da budućnost možepojavljuju se i progresivnija otkrića. O tome svjedoči bliska interakcija inercijalnih navigacijskih sistema sa računarstvom i elektronikom. Pojavljuju se novi ambiciozni zadaci koji proširuju prostor za razvoj srodnih tehnologija, takođe zasnovanih na teorijskoj mehanici. Istovremeno, stručnjaci u ovom pravcu aktivno rade na optimizaciji tehničkih sredstava, među kojima su osnovna mikromehanički žiroskopi.
