Toenemende eisen voor coördinatensystemen vereisen de ontwikkeling van nieuwe navigatieprincipes. Een van de door de moderniteit opgelegde voorwaarden was met name de introductie van relatief onafhankelijke middelen om de locatie van doelobjecten te meten. Deze mogelijkheden worden geleverd door een traagheidsnavigatiesysteem dat de noodzaak voor signalen van radiobakens en satellieten elimineert.
Technologieoverzicht
Traagheidsnavigatie is gebaseerd op de wetten van de mechanica, waardoor je de parameters van de beweging van lichamen kunt vastleggen ten opzichte van het vastgestelde referentiekader. Voor het eerst werd dit navigatieprincipe relatief recent toegepast in gyrokompassen voor schepen. Met de verbetering van dit soort meetinstrumenten ontstondeneen techniek die de gemeten parameters bepa alt op basis van de versnellingen van lichamen. De theorie van het traagheidsnavigatiesysteem begon dichter bij de jaren dertig vorm te krijgen. Vanaf dat moment begonnen onderzoekers op dit gebied meer aandacht te besteden aan de principes van stabiliteit van mechanische systemen. In de praktijk is dit concept vrij moeilijk te implementeren, dus bleef het lange tijd alleen in theoretische vorm. Maar in de afgelopen decennia, met de komst van speciale apparatuur op basis van computers, zijn traagheidsnavigatiehulpmiddelen actief gebruikt in de luchtvaart, watertechniek, enz.
Systeemcomponenten
Verplichte elementen van elk traagheidssysteem zijn blokken van gevoelige meetapparatuur en computerapparatuur. De eerste categorie elementen wordt weergegeven door gyroscopen en versnellingsmeters, en de tweede is computerapparatuur die bepaalde berekeningsalgoritmen implementeert. De nauwkeurigheid van de methode hangt grotendeels af van de kenmerken van de gevoelige apparaten. Betrouwbare gegevens maken het bijvoorbeeld mogelijk om traagheidsnavigatiesystemen te verkrijgen met alleen precisiegyroscopen in combinatie met versnellingsmeters. Maar in dit geval heeft de technische uitrusting een ernstig nadeel in de vorm van de hoge complexiteit van de elektromechanische vulling, om nog maar te zwijgen van de grote omvang van de uitrusting.
Hoe het systeem werkt
De methode om coördinaten te bepalen met behulp van het traagheidssysteem is om gegevens te verwerken over de versnelling van lichamen, evenals hunhoeksnelheden. Hiervoor worden opnieuw gevoelige elementen gebruikt die direct op het doelobject zijn geïnstalleerd, waardoor informatie wordt gegenereerd over de metapositie, het bewegingsverloop, de afgelegde afstand en de snelheid. Bovendien maakt het werkingsprincipe van het traagheidsnavigatiesysteem het mogelijk om middelen te gebruiken voor het stabiliseren en zelfs automatisch besturen van een object. Voor dergelijke doeleinden worden lineaire versnellingssensoren met gyroscopische apparatuur gebruikt. Met behulp van deze apparaten wordt een rapportagesysteem gevormd dat werkt ten opzichte van de baan van het object. Volgens het gegenereerde coördinatensysteem worden de hellings- en rotatiehoeken bepaald. De voordelen van deze technologie zijn onder meer autonomie, de mogelijkheid tot automatisering en een hoge mate van ruisimmuniteit.
Classificatie van traagheidsnavigatiesystemen
Kortom, de overwogen navigatiesystemen zijn onderverdeeld in platform en strapdown (SINS). De eerste worden ook geografisch genoemd en kunnen twee platforms bevatten. Een wordt geleverd door gyroscopen en is georiënteerd in het traagheidsveld, en de tweede wordt bestuurd door versnellingsmeters en stabiliseert ten opzichte van het horizontale vlak. Hierdoor worden de coördinaten bepaald aan de hand van informatie over de relatieve positie van de twee platforms. SINS-modellen worden als technologisch geavanceerder beschouwd. Het vastgebonden traagheidsnavigatiesysteem heeft geen nadelen die verband houden met beperkingen bij het gebruik van gyroplatforms. Snelheid ende locaties van objecten in dergelijke modellen worden verschoven naar digitaal computergebruik, dat ook gegevens over de hoekoriëntatie kan vastleggen. De moderne ontwikkeling van SINS-systemen is gericht op het optimaliseren van rekenalgoritmen zonder de nauwkeurigheid van de initiële gegevens te verminderen.
Methoden voor het bepalen van de oriëntatie van platformsystemen
Verlies geen relevantie en systemen die werken met platforms om de initiële gegevens over de dynamiek van het object te bepalen. Op dit moment worden de volgende typen platformtraagheidsnavigatiemodellen met succes gebruikt:
- Geometrisch systeem. Standaardmodel met twee platforms, zoals hierboven beschreven. Dergelijke systemen zijn zeer nauwkeurig, maar ze hebben beperkingen bij het onderhouden van zeer wendbare voertuigen die in de ruimte opereren.
- Analytisch systeem. Het maakt ook gebruik van versnellingsmeters en gyroscopen, die stationair zijn ten opzichte van de sterren. De voordelen van dergelijke systemen zijn onder meer de mogelijkheid om manoeuvreerbare objecten zoals raketten, helikopters en jagers effectief te bedienen. Maar zelfs in vergelijking met een vastgebonden traagheidsnavigatiesysteem, vertonen analytische systemen een lage nauwkeurigheid bij het bepalen van de parameters van de dynamiek van een object.
- Semi-analytisch systeem. Geleverd door één platform, continu stabiliserend in de ruimte van de lokale horizon. Deze basis herbergt een gyroscoop en een versnellingsmeter, en de berekeningen worden buiten het werkplatform georganiseerd.
Kenmerken van traagheidssatellietsystemen
Dit is een veelbelovende klasse van geïntegreerde navigatiesystemen die de voordelen van satellietsignaalbronnen combineren met weloverwogen traagheidsmodellen. In tegenstelling tot populaire satellietsystemen maken dergelijke systemen het mogelijk om bovendien gegevens over hoekoriëntatie te gebruiken en onafhankelijke positioneringsalgoritmen te vormen bij afwezigheid van navigatiesignalen. Door aanvullende geolocatie-informatie te verkrijgen, kunnen we de modellen van gevoelige elementen technisch vereenvoudigen en dure apparatuur weigeren. De voordelen van het traagheidssatellietnavigatiesysteem zijn onder meer een laag gewicht, kleine afmetingen en vereenvoudigde gegevensverwerkingsschema's. Aan de andere kant veroorzaakt de instabiliteit van MEMS-gyroscopen een opeenstapeling van fouten bij het bepalen van gegevens.
Toepassingsgebieden van traagheidssystemen
Onder de potentiële gebruikers van traagheidsnavigatietechnologie bevinden zich vertegenwoordigers van verschillende industrieën. Dit is niet alleen ruimtevaart en luchtvaart, maar ook auto's (navigatiesystemen), robotica (middelen om kinematische kenmerken te regelen), sport (bepalen van bewegingsdynamiek), medicijnen en zelfs huishoudelijke apparaten, enz.
Conclusie
De theorie van traagheidsnavigatie, waarvan het concept zich in de vorige eeuw begon te vormen, kan tegenwoordig worden beschouwd als een volwaardig onderdeel van mechatronica. Recente resultaten wijzen er echter op dat de toekomst wellichtverschijnen en meer progressieve ontdekkingen. Dit wordt bewezen door de nauwe interactie van traagheidsnavigatiesystemen met informatica en elektronica. Nieuwe ambitieuze taken verschijnen, waardoor de ruimte voor de ontwikkeling van gerelateerde technologieën wordt vergroot, ook op basis van theoretische mechanica. Tegelijkertijd werken experts in deze richting actief aan het optimaliseren van technische middelen, waaronder micromechanische gyroscopen.
