Koordinaattijärjestelmien lisääntyvät vaatimukset edellyttävät uusien navigointiperiaatteiden kehittämistä. Erityisesti eräs modernin sanelemista ehdoista oli suhteellisen itsenäisten välineiden käyttöönotto kohdeobjektien sijainnin mittaamiseksi. Nämä ominaisuudet tarjoavat inertianavigointijärjestelmä, joka eliminoi radiomajakoiden ja satelliittien signaalien tarpeen.
Teknologian yleiskatsaus
Inertianavigointi perustuu mekaniikan lakeihin, joten voit määrittää kappaleiden liikkeen parametrit suhteessa vahvistettuun viitekehykseen. Ensimmäistä kertaa tätä navigointiperiaatetta alettiin soveltaa suhteellisen äskettäin laivojen gyrokompasseihin. Tämän tyyppisten mittauslaitteiden parantamisen myötä syntyitekniikka, joka määrittää mitatut parametrit kappaleiden kiihtyvyyksien perusteella. Inertianavigointijärjestelmän teoria alkoi muotoutua lähempänä 1930-lukua. Siitä hetkestä lähtien tämän alan tutkijat alkoivat kiinnittää enemmän huomiota mekaanisten järjestelmien vakauden periaatteisiin. Käytännössä tämä konsepti on melko vaikea toteuttaa, joten se pysyi pitkään vain teoreettisessa muodossa. Mutta viime vuosikymmeninä tietokoneisiin perustuvien erikoislaitteiden myötä inertianavigointityökaluja on käytetty aktiivisesti ilmailussa, vesitekniikassa jne.
Järjestelmäkomponentit
Minkä tahansa inertiajärjestelmän pakollisia elementtejä ovat herkkien mittauslaitteiden ja laskentalaitteiden lohkot. Ensimmäistä elementtiluokkaa edustavat gyroskoopit ja kiihtyvyysmittarit, ja toinen on tietokonelaitteisto, joka toteuttaa tiettyjä laskenta-algoritmeja. Menetelmän tarkkuus riippuu suurelta osin herkkien laitteiden ominaisuuksista. Luotettavat tiedot mahdollistavat esimerkiksi inertianavigointijärjestelmien hankkimisen vain tarkkuusgyroskoopeilla yhdessä kiihtyvyysantureiden kanssa. Mutta tässä tapauksessa teknisillä laitteilla on vakava haittapuoli sähkömekaanisen täytön monimutkaisuuden muodossa, puhumattakaan laitteiden suuresta koosta.
Kuinka järjestelmä toimii
Koordinaattien määritysmenetelmä inertiajärjestelmän avulla on käsitellä kappaleiden kiihtyvyyttä ja niiden kiihtyvyyttä koskevia tietoja.kulmanopeudet. Tätä varten käytetään jälleen suoraan kohdeobjektiin asennettuja herkkiä elementtejä, joiden ansiosta syntyy tietoa meta-asennosta, liikkeen suunnasta, kuljetusta matkasta ja nopeudesta. Lisäksi inertianavigointijärjestelmän toimintaperiaate mahdollistaa välineiden käytön kohteen stabiloimiseksi ja jopa automaattisesti ohjaamiseksi. Tällaisiin tarkoituksiin käytetään lineaarisia kiihtyvyysantureita gyroskooppisilla laitteilla. Näiden laitteiden avulla muodostetaan raporttijärjestelmä, joka toimii kohteen liikeradan suhteen. Muodostetun koordinaattijärjestelmän mukaan k altevuus- ja kiertokulmat määritetään. Tämän tekniikan etuja ovat autonomia, automatisointimahdollisuus ja korkea melunsieto.
Inertianavigointijärjestelmien luokitus
Periaatteessa tarkasteltavat navigointijärjestelmät jaetaan alusta- ja strapdown-järjestelmiin (SINS). Ensin mainittuja kutsutaan myös maantieteellisiksi ja ne voivat sisältää kaksi alustaa. Toinen on gyroskoopeilla ja se on suunnattu inertiakenttään, ja toista ohjataan kiihtyvyysantureilla ja se stabiloituu vaakatasoon nähden. Tämän seurauksena koordinaatit määritetään käyttämällä tietoja kahden alustan suhteellisesta sijainnista. SINS-malleja pidetään teknisesti edistyneempinä. Strapdown-inertianavigointijärjestelmässä ei ole haittoja, jotka liittyvät gyroalustojen käytön rajoituksiin. Nopeus jakohteiden sijainnit tällaisissa malleissa siirretään digitaaliseen laskemiseen, joka pystyy myös tallentamaan tietoja kulmasuunnasta. SINS-järjestelmien nykyaikainen kehitys pyrkii optimoimaan laskenta-algoritmit heikentämättä alkutietojen tarkkuutta.
Menetelmät alustajärjestelmien suunnan määrittämiseksi
Älä menetä merkitystä ja järjestelmiä, jotka toimivat alustojen kanssa määrittääkseen alkuperäiset tiedot objektin dynamiikasta. Tällä hetkellä seuraavan tyyppisiä alustan inertianavigointimalleja käytetään onnistuneesti:
- Geometrinen järjestelmä. Vakiomalli kahdella alustalla, joka on kuvattu yllä. Tällaiset järjestelmät ovat erittäin tarkkoja, mutta niillä on rajoituksia ulkoavaruudessa toimivien erittäin ohjattavien ajoneuvojen huollossa.
- Analyyttinen järjestelmä. Se käyttää myös kiihtyvyysantureita ja gyroskooppeja, jotka ovat paikallaan tähtiin nähden. Tällaisten järjestelmien etuja ovat kyky palvella tehokkaasti ohjattavia kohteita, kuten ohjuksia, helikoptereita ja hävittäjiä. Mutta jopa strapdown-inertianavigointijärjestelmään verrattuna, analyyttiset järjestelmät osoittavat alhaisen tarkkuuden kohteen dynamiikan parametrien määrittämisessä.
- Puolianalyyttinen järjestelmä. Tarjoaa yksi alusta, joka vakiintuu jatkuvasti paikallisen horisontin tilassa. Tässä pohjassa on gyroskooppi ja kiihtyvyysanturi, ja laskelmat järjestetään työtason ulkopuolelle.
Inertiasatelliittijärjestelmien ominaisuudet
Tämä on lupaava luokka integroituja navigointijärjestelmiä, joissa yhdistyvät satelliittisignaalilähteiden ja harkittujen inertiamallien edut. Toisin kuin suositut satelliittijärjestelmät, tällaiset järjestelmät mahdollistavat lisäksi kulmasuunnan tietojen käytön ja itsenäisten paikannusalgoritmien muodostamisen navigointisignaalien puuttuessa. Lisätietoa maantieteellisestä sijainnista saamalla voimme teknisesti yksinkertaistaa herkkien elementtien malleja ja kieltäytyä kalliista laitteista. Inertiaalisen satelliittinavigointijärjestelmän etuja ovat keveys, pieni koko ja yksinkertaistetut tietojenkäsittelymenetelmät. Toisa alta MEMS-gyroskooppien epävakaus aiheuttaa virheiden kertymistä tietojen määrittelyssä.
Inertiajärjestelmien sovellusalat
Inertianavigointitekniikan potentiaalisten kuluttajien joukossa on eri alojen edustajia. Tämä ei ole vain astronautiikkaa ja ilmailua, vaan myös autoteollisuutta (navigointijärjestelmät), robotiikkaa (keinot ohjata kinemaattisia ominaisuuksia), urheilua (liikkeen dynamiikan määrittäminen), lääketiedettä ja jopa kodinkoneita jne.
Johtopäätös
Inertianavigoinnin teoriaa, jonka käsite alkoi muodostua viime vuosisadalla, voidaan nykyään pitää mekatroniikan täysimittaisena osana. Viimeaikaiset saavutukset viittaavat kuitenkin siihen, että tulevaisuus voiilmestyy ja edistyneempiä löytöjä. Tästä on osoituksena inertianavigointijärjestelmien tiivis vuorovaikutus tietojenkäsittelytieteen ja elektroniikan kanssa. Uusia kunnianhimoisia tehtäviä ilmaantuu, mikä laajentaa tilaa liittyvien teknologioiden kehittämiselle, myös teoreettiseen mekaniikkaan. Samanaikaisesti tämän suunnan asiantuntijat työskentelevät aktiivisesti teknisten välineiden optimoimiseksi, joista tärkeimpiä ovat mikromekaaniset gyroskoopit.
