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 орієнтирів або надходять ззовні сигналів. Звичайні методи вирішення завдань навігації ґрунтуються на використанні зовнішніх орієнтирів або сигналів (наприклад, зірок, маяків. Радіосигналів і т. П.). Ці методи в принципі досить прості, але в ряді випадків не володіють необхідною точністю, особливо при великих швидкостях руху (наприклад, при польоті в космосі), і не завжди можуть бути здійснені через відсутність видимості або наявності перешкод для радіосигналів і т. П . Необхідність створення навігаційних систем, вільних від цих недоліків, стала причиною виникнення інерціальної навігації.
Розробка основ інерціальної навігації відноситься до 30-м рр. 20 в. Великий внесок в неї внесли в СРСР Б. В. Булгаков, А. Ю. Ішлінський, Е. Б. Льовенталь, Г. О. Фрідлендер, а за кордоном - німецький учений М. Шулер і американський - Ч. Дрейпер. Значну роль в теоретичних засадах інерціальної навігації грає теорія стійкості механічних систем, великий внесок в яку внести російські математики Ляпунов і Михайлов. Принципи інерціальної навігації базуються на сформульованих ще Ньютоном законах механіки, яким підкоряється рух тіл по відношенню до інерціальній системі відліку (для рухів в межах Сонячної системи - по відношенню до зірок).
Сутність інерціальної навігації полягає у визначенні прискорення об'єкта і його кутових швидкостей за допомогою встановлених на об'єкті, що рухається приладів і пристроїв, а за цими даними - розташування (координат) цього об'єкта, його курсу, швидкості, пройденого шляху і ін. А також у визначенні параметрів, необхідних для стабілізації об'єкта і автоматичного управління його рухом. Це здійснюється за допомогою:
- датчиків лінійного прискорення (акселерометрів);
- гироскопических пристроїв, що відтворюють на об'єкті систему відліку (наприклад, за допомогою гіростабілізований платформи) і дозволяють визначати кути повороту і нахилу об'єкта, які використовуються для його стабілізації та управління рухом.
- обчислювальних пристроїв (ЕОМ), які по прискорень (шляхом їх інтегрування) знаходять швидкість об'єкта, його координати і ін. параметри руху;
Практична реалізація методів І. н. пов'язана зі значними труднощами, викликаними необхідністю забезпечити високу точність і надійність роботи всіх пристроїв при заданих вагах і габаритах. Подолання цих труднощів стає можливим завдяки створенню спеціальних технічних засобів - інерціальної навігаційної системи. Переваги методів інерціальної навігації складаються в автономності, помехозащищенности і можливості повної автоматизації всіх процесів навігації. Завдяки цьому методи інерціальної навігації отримують все більш широке застосування при вирішенні проблем навігації надводних суден, підводних човнів, літаків, космічних апаратів та інших об'єктів, що рухаються.
Інерціальні системи навігації
Інерціальні системи навігації мають в своєму складі датчики лінійного прискорення (акселерометри) і кутової швидкості (гіроскопи). З їх допомогою можна визначити відхилення пов'язаної з корпусом приладу системи координат від системи координат, пов'язаної з Землею отримавши кути орієнтації: курс, тангажу і крен. Лінійне відхилення координат у вигляді широти, довготи і висоти визначається шляхом інтегрування показань акселерометрів.
Інерціальні системи діляться на що мають гіростабілізованого платформу і безплатформенні (БІНС). У платформних систем осі акселерометрів спрямовані строго по земній системі координат, завдяки гіроскопа, що утримує платформу, де ці акселерометри розташовані. У БИНС акселерометри і гіроскопи жорстко пов'язані з корпусом приладу. Одним з небажаних моментів, властивих автономної роботи БІНС, є виникнення повільно змінюється періодичної помилки. Період зміни цієї помилки відповідає періоду Шулера. Причиною виникнення цих коливань служать неточне завдання початкових умов на момент включення БИНС і в повному обсязі компенсувати власні похибки векторних вимірювачів кутової швидкості і лінійного прискорення.
література
- Інерціальна навігація // Велика радянська енциклопедія