інерціальної навігації
метод вимірювання прискорення судна або літального апарату і визначення його швидкості, положення і відстані, пройденого їм від вихідної точки, за допомогою автономної системи. Системи інерціальної навігації (наведення) виробляють навігаційну інформацію і дані для управління на борту літаків, ракет, космічних апаратів, морських суден і підводних човнів.
Теоретичні основи. Прискорення є швидкість зміни швидкості, а швидкість - швидкість зміни положення. Вимірюючи прискорення руху, можна шляхом його інтегрування обчислювати швидкість. Інтегруванням же швидкості можна визначати поточне місце розташування (координати) літального апарату або судна. Таким чином, система інерціальної навігації є система числення шляху. Прискорення є векторною величиною, яка має не тільки чисельне значення, а й напрямок. Отже, система датчиків, яка визначає прискорення, повинна вимірювати і його величину, і його напрямок. Акселерометр вимірює величину. Інформацію про направлення дають гіроскопи, що забезпечують опорну систему координат для акселерометрів. Акселерометри, вимірюючи фактичне прискорення, скажімо, літального апарату, в той же час реагують на гравітаційне поле. Для компенсації цього прискорення система інерціальної навігації віднімає з вихідних даних акселерометрів розрахований значення g. Величина g обчислюється як функція місцеположення (координат), зокрема довготи і широти. Отже, система інерціальної навігації вимірює позірна прискорення, в яке входить прискорення вільного падіння. Потім вона, двічі інтегруючи цю величину, знаходить місце розташування. І нарешті, виходячи з цього обчисленого розташування, обчислює величину g, яка вираховується з уявного прискорення. Така система зі зворотним зв'язком другого порядку (рис. 1) веде себе, як генератор коливань дуже низької частоти в двох ортогональних горизонтальних напрямках. Період коливань на рівні моря дорівнює 84 хв; вони називаються коливаннями Шулера по імені німецького винахідника М.Шулера, запатентував в 1908 перший практично придатний гірокомпас.
1. інерціальної навігаційної СИСТЕМА зі зворотним зв'язком. Система вимірює позірна прискорення (до якого входить прискорення вільного падіння g) і, двічі інтегруючи його, знаходить місце розташування, потім з урахуванням останнього визначає прискорення g і, віднімаючи його з удаваного прискорення, знаходить справжнє прискорення руху літального апарату або судна. ">
Мал. 1. інерціальної навігаційної СИСТЕМА зі зворотним зв'язком. Система вимірює позірна прискорення (до якого входить прискорення вільного падіння g) і, двічі інтегруючи його, знаходить місце розташування, потім з урахуванням останнього визначає прискорення g і, віднімаючи його з удаваного прискорення, знаходить справжнє прискорення руху літального апарату або судна.
Варіанти системи. У колишніх системах інерціальної навігації опорна система координат забезпечувалася установкою акселерометрів і гіроскопів на стабілізованою платформі в кардановом підвісі. Такий підвіс ізолював платформу від поворотів літального апарату або судна. Це дозволяло утримувати акселерометри в незмінною орієнтації відносно Землі під час руху об'єкта. У сучасних системах інерціальної навігації застосовуються комп'ютери, що стежать за орієнтацією акселерометрів. Такі системи називаються бесплатформенной. Вихідні дані гіроскопів надходять безпосередньо на комп'ютер, який обчислює миттєве напрямок акселерометрів в опорній системі координат і відповідні коригувальні сигнали.
Інерціальні прилади. Основними приладами системи інерціальної навігації є акселерометри і гіроскопи. Акселерометр найбільш поширеного виду являє собою чутливу масу, пов'язану з корпусом пружиною того чи іншого роду. Пружина може бути механічною, але найчастіше це електричне (електромагнітне, електростатичне або п`єзоелектричні) пристрій, який створює протидіє силу. При відхиленні корпуса (щодо маси), викликаному прикладеним прискоренням, з'являється сигнал. Електронний підсилювач, посиливши цей сигнал, створює відповідну прискоренню протидіє силу пружини (прикладену до маси), яка в системі зворотного зв'язку зводить сигнал неузгодженості до нуля (рис. 2).
Мал. 2. акселерометр. Прискорення руху викликає відхилення чутливої маси, закріпленої на пружному шарнірі. Сигнал датчика відхилення посилюється і створює пропорційну прискоренню протидіє силу пружини, прикладену до чутливої масі, тим самим повертаючи сигнал датчика до нульового значення.
У системах наведення балістичних ракет і космічних літальних апаратів, де точність визначення швидкості є критично важливою, як протидіє сили раніше використовувалася реакція гіроскопа, а прискорення автоматично інтегрувалися для знаходження швидкості. У звичайному механічному гіроскопі за допомогою обертового ротора, подібного юлє, підтримується фіксований напрямок в просторі. Щоб прилад був досить стабільний для цілей інерціальної навігації, повинні бути виключені тертя та інші впливи. Тому величезне значення мають точні розрахунки і ретельність виготовлення гіроскопічних приладів. Проте, основною причиною виникнення помилки в механічному гіроскопі є тертя в рухомих частинах. Останнім часом механічні гіроскопи все частіше замінюються оптичними. Останні особливо підходять для бесплатформенной систем інерціальної навігації. Оптичні гіроскопи засновані на принципі Саньяка, названому на честь французького фізика С.Саньяка, який в 1913 побудував оптичний інтерферометр для вимірювання швидкості обертання. Лазерний гіроскоп (рис. 3) являє собою кільцевої резонатор з трьома або чотирма дзеркалами, розташованими по кутах трикутника або квадрата. Два лазерних пучка, що генеруються в самій системі, проходять по резонатору в протилежних напрямках. Інтерферіруя, вони дають картину зі світлих і темних плям. Ця картина зберігає своє положення в просторі, і при повороті резонатора (корпусу гіроскопа) фотоприймач реєструє поворот, вважаючи пробігають по ньому плями. Роботі лазерного гіроскопа шкодить зворотне розсіювання, тобто розсіювання лазерного променя на поверхнях дзеркал і на молекулах газу, що зустрічаються на шляху променя. Зворотне розсіювання порушує картину плям таким чином, що вона повертається разом з корпусом. Усунення і зведення до мінімуму зворотного розсіювання вимагають високої точності при проектуванні і виготовленні лазерних гіроскопів.
Див. Також ЛАЗЕР.
Мал. 3. Лазерний гіроскоп. Два лазерних промені, що генеруються розрядом між анодами і катодом, поширюються назустріч один одному в кільцевому резонаторі, утвореному дзеркалами. Взаємодіючи, промені дають інтерференційну картину у вигляді системи плям, по переміщенню якої можна визначити поворот ротора гіроскопа.
Волоконно-оптичний гіроскоп (рис. 4) діє за принципом інтерферометра Саньяка. Світло в ньому подається по замкнутому шляху за допомогою оптичного хвилеводу. Для збільшення довжини оптичного шляху і підвищення чутливості гіроскопа оптичне волокно згорнуто в спіраль. У волоконно-оптичному гіроскопі використовується зовнішній лазерний джерело світла. І тут зворотне розсіювання залишається серйозною проблемою.
Мал. 4. ВОЛОКОННО-оптичного гироскопа. Лазерні промені поширюються по замкнутому шляху, частиною якого є згорнуте в спіраль оптичне волокно. Поворот гіроскопа визначається за допомогою фотоприймача, реєструючого інтерференційну картину плям, створювану променями.
Дивитися що таке "інерціальної навігації" в інших словниках:
Інерціальна навігація - метод визначення параметрів руху та координат будь-якого об'єкта, що не потребує в зовнішніх орієнтирів або сигналах. Інерціальна навігація дозволяє визначати місце корабля (підводного човна) без обсервації навігаційним і астрономічним ... ... Морський словник
Інерціальна навігація - метод визначення координат і параметрів руху різних об'єктів (суден, літаків, ракет і ін.) І управління їх рухом, заснований на властивостях інерції тіл і є автономним, т. Е. Не вимагає наявності зовнішніх орієнтирів або ... Велика радянська енциклопедія
Інерціальної навігації - метод визначення координат і параметрів руху разл. об'єктів (суден, літаків, ракет і ін.) і управління їх рухом, осн. на св вах инерции тел и являющийся автономным, т. е. не требующим наличия внеш. орієнтирів або надходять ззовні ... ... Великий енциклопедичний політехнічний словник
Інерціальної навігації - визначення координат і елементів руху судна, засноване на інерційних властивостях рухомих тел. Забезпечує таке визначення комплекс приладів і пристроїв називається інерційною навігаційною системою. У неї входять: гироскопический вузол ... Морський енциклопедичний довідник
навігація - розділ науки про способи проведення морських, повітряних суден і космічних літальних апаратів з однієї точки простору в іншу. Це завдання вирішується методами і приладами морехідної, повітряної і космічної навігації, які дозволяють ... ... Географічна енциклопедія
Інерціальна навігаційна система - інерціальна навігація метод визначення координат і параметрів руху різних об'єктів (суден, літаків, ракет і ін.) І управління їх рухом, заснований на властивостях інерції тіл і є автономним, т. Е. Не вимагає наявності зовнішніх ... Вікіпедія
НАВІГАЦІЯ - розділ науки про способи проведення морських, повітряних суден і космічних літальних апаратів з однієї точки простору в іншу. Це завдання вирішується методами і приладами морехідної, повітряної і космічної навігації, які дозволяють ... ... Енциклопедія Кольєра