Inerti navigation

Inertinavigation  er en navigationsmetode (bestemmelse af koordinater og parametre for bevægelsen af ​​forskellige objekter - skibe , fly , missiler osv.) og styring af deres bevægelse baseret på egenskaberne af inerti af legemer , som er autonom, dvs. det kræver ikke tilstedeværelsen af ​​eksterne vartegn eller signaler, der kommer udefra. Ikke-autonome metoder til løsning af navigationsproblemer er baseret på brugen af ​​eksterne vartegn eller signaler (f.eks. stjerner , fyrtårne , radiosignaleretc.). Disse metoder er i princippet ret simple, men i nogle tilfælde kan de ikke implementeres på grund af manglende synlighed eller tilstedeværelsen af ​​interferens for radiosignaler osv. [1] Behovet for at skabe autonome navigationssystemer var årsagen til fremkomsten af inerti navigation.

Sådan virker det

Essensen af ​​inertinavigation er at bestemme accelerationen af ​​et objekt og dets vinkelhastigheder ved hjælp af instrumenter og enheder installeret på et objekt i bevægelse, og ifølge disse data, placeringen (koordinaterne) af dette objekt, dets kurs, hastighed, tilbagelagte afstand, osv., samt ved at bestemme de nødvendige parametre for at stabilisere objektet og automatisk styre dets bevægelse. Dette gøres ved hjælp af [2] :

  1. lineære accelerationssensorer ( accelerometre );
  2. gyroskopiske anordninger, der gengiver referencesystemet på objektet (for eksempel ved hjælp af en gyrostabiliseret platform) og tillader bestemmelse af rotations- og hældningsvinklerne for objektet, der bruges til at stabilisere det og kontrollere dets bevægelse.
  3. computerenheder ( computere ), som ved hjælp af accelerationer (ved at integrere dem ) finder et objekts hastighed, dets koordinater og andre bevægelsesparametre;

Fordelene ved inerti-navigationsmetoder er autonomi, støjimmunitet og muligheden for fuld automatisering af alle navigationsprocesser. På grund af dette bruges inerti-navigationsmetoder i stigende grad til at løse problemerne med navigation af overflade-, undervands- og fly, rumfartøjer og køretøjer og andre bevægelige objekter.

Inertinavigation bruges også til militære formål: i krydsermissiler og UAV'er , i tilfælde af fjendens elektroniske modforanstaltninger. Så snart navigationssystemet på et krydsermissil eller en UAV registrerer virkningen af ​​fjendens elektroniske krigsførelse , blokering eller forvrængning af GPS -signalet , husker det de sidste koordinater og skifter til inertinavigationssystemet [3] .

Historie

Principperne for inerti-navigation er baseret på mekanikkens love formuleret af Newton , som styrer kroppens bevægelse i forhold til den inerti-referenceramme (for bevægelser inden for solsystemet  , med hensyn til stjernerne).

Udviklingen af ​​det grundlæggende inden for inerti-navigation går tilbage til 1930'erne . Et DraperA.Yu._,Bulgakov.B.V -USSRi:ydetblevdet tilbidragstort . En væsentlig rolle i det teoretiske grundlag for inertinavigation spilles af teorien om stabilitet af mekaniske systemer, som de russiske matematikere A. M. Lyapunov og A. V. Mikhailov ydede et stort bidrag til . 

Den praktiske implementering af inerti-navigationsmetoder var forbundet med betydelige vanskeligheder forårsaget af behovet for at sikre høj nøjagtighed og pålidelighed af alle enheder med givne dimensioner og vægt. At overvinde disse vanskeligheder bliver muligt takket være oprettelsen af ​​særlige tekniske midler - inerti-navigationssystemer (INS). De første fuldgyldige ANN'er blev udviklet i USA og i USSR i begyndelsen af ​​1950'erne. Så udstyret til den første amerikanske INS (inklusive navigationscomputere ) blev strukturelt fremstillet i form af flere kasser af imponerende størrelse og, der besatte næsten hele flyets kabine, blev først testet under flyvningen til Los Angeles , hvilket automatisk førte til fly langs ruten.

Inerti-navigationssystemer

Inertial navigationssystemer (INS) inkorporerer lineære accelerationssensorer ( accelerometre ) og vinkelhastighedssensorer ( gyroskoper eller par accelerometre, der måler centrifugalacceleration). Med deres hjælp er det muligt at bestemme afvigelsen af ​​koordinatsystemet, der er forbundet med enhedens krop, fra koordinatsystemet, der er forbundet med Jorden, ved at opnå orienteringsvinklerne: yaw ( overskrift ), pitch og roll . Vinkelafvigelsen af ​​koordinaterne i form af breddegrad , længdegrad og højde bestemmes ved at integrere accelerometrenes aflæsninger. Algoritmisk består ANN af kurs- og koordinatsystem. Det lodrette forløb giver mulighed for at bestemme orienteringen i et geografisk koordinatsystem , som giver dig mulighed for korrekt at bestemme objektets position. I dette tilfælde skal den konstant modtage data om objektets position. Men teknisk set er systemet som regel ikke opdelt, og accelerometre kan for eksempel bruges i udstillingen af ​​den banelodrette del.

Inertial navigationssystemer er opdelt i platform- baserede (PINS) og strapdown (SINS) med en gyro-stabiliseret platform .

I platform ANN'er bestemmer sammenkoblingen af ​​blokken af ​​accelerationsmålere og gyroskopiske enheder, der giver orienteringen af ​​accelerometrene i rummet, typen af ​​inertisystem. Der er tre hovedtyper af platformsinertisystemer.

  1. Det geometriske type inertialsystem har to platforme. Den ene platform med gyroskoper er orienteret og stabiliseret i inertialrummet, og den anden med accelerometre er i forhold til horisontplanet. Objektets koordinater bestemmes i lommeregneren ved hjælp af data om platformenes relative position. Den har en høj positioneringsnøjagtighed i forhold til planetens overflade (for eksempel Jorden), men fungerer ikke tilfredsstillende på meget manøvredygtige køretøjer og i det ydre rum. Det bruges hovedsageligt på langdistancefly (civil, militær transport, strategiske bombefly ), ubåde og store overfladeskibe.
  2. I inertisystemer af den analytiske type er både accelerometre og gyroskoper ubevægelige i inertirummet (i forhold til vilkårligt fjerne stjerner eller galakser). Objektets koordinater fås i en lommeregner, der behandler signaler, der kommer fra accelerometre og enheder, der bestemmer selve objektets rotation i forhold til gyroskoper og accelerometre. Den har en relativt lav nøjagtighed, når den bevæger sig nær jordens overflade, men fungerer godt på manøvrerbare genstande (jagerfly, helikoptere, missiler, manøvrerbare højhastighedsfartøjer) og i det ydre rum.
  3. Det semi-analytiske system har en platform, der kontinuerligt stabiliserer sig over den lokale horisont. Platformen har gyroskoper og accelerometre. Koordinaterne for et fly eller andre fly bestemmes i en computer placeret uden for platformen.

I SINS er accelerometre og gyroskoper stift forbundet med enhedens krop. Den avancerede teknologi i produktionen af ​​SINS er teknologien til fiberoptiske gyroskoper (FOG), hvis princip er baseret på Sagnac-effekten . SINS baseret på sådanne gyroskoper har ingen bevægelige dele, er absolut lydløs, mekanisk relativt stærk, kræver ikke særlig vedligeholdelse, har god MTBF (op til 80 tusinde timer for nogle modeller) og lavt strømforbrug (sinevis af watt ). FOG-teknologier har erstattet laserringgyroskoper (LCG'er).

Integrerede navigationssystemer

For at kompensere for de iboende INS-akkumulerende fejl i orienteringsvinkler og koordinater, bruges data fra andre navigationssystemer, især satellitnavigationssystem (SNS) , radionavigation, magnetometrisk (for at få data om kurset), kilometertæller (for at opnå data ) om den tilbagelagte afstand i terrestriske anvendelser). Integrationen af ​​data fra forskellige navigationssystemer udføres i henhold til en algoritme baseret som regel på Kalman-filteret . Forskellige implementeringer af sådanne systemer er mulige med den observerede tendens til gradvis miniaturisering .

Se også

Noter

  1. ↑ Vasiliev P. V., Meleshko A. V., Pyatkov V. V. Forbedring af nøjagtigheden af ​​et korrigeret inerti-navigationssystem Arkiveret 16. februar 2015 på Wayback Machine . — Instrumentering. - Artikel. - Udgave nr. 12 (december 2014)
  2. ↑ Inertial navigationssystem: Sådan fungerer det . rostec.ru . Hentet 11. december 2020. Arkiveret fra originalen 28. november 2020.
  3. ↑ Ivan Konovalov. EW-tropperne tabte GPS-kampen . Izvestia (28. september 2012). Hentet 11. december 2020. Arkiveret fra originalen 19. september 2020.

Litteratur

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger