Η αύξηση των απαιτήσεων για συστήματα συντεταγμένων απαιτεί την ανάπτυξη νέων αρχών πλοήγησης. Συγκεκριμένα, μία από τις προϋποθέσεις που υπαγόρευσε η νεωτερικότητα ήταν η εισαγωγή σχετικά ανεξάρτητων μέσων μέτρησης της θέσης των αντικειμένων-στόχων. Αυτές οι δυνατότητες παρέχονται από ένα αδρανειακό σύστημα πλοήγησης που εξαλείφει την ανάγκη για σήματα από ραδιοφάρους και δορυφόρους.
Επισκόπηση τεχνολογίας
Η αδρανειακή πλοήγηση βασίζεται στους νόμους της μηχανικής, επιτρέποντάς σας να καθορίσετε τις παραμέτρους της κίνησης των σωμάτων σε σχέση με το καθιερωμένο πλαίσιο αναφοράς. Για πρώτη φορά, αυτή η αρχή της ναυσιπλοΐας άρχισε να εφαρμόζεται σχετικά πρόσφατα στις γυροσκοπικές πυξίδες πλοίων. Με τη βελτίωση των οργάνων μέτρησης αυτού του τύπου, προέκυψεμια τεχνική που καθορίζει τις μετρούμενες παραμέτρους με βάση τις επιταχύνσεις των σωμάτων. Η θεωρία του αδρανειακού συστήματος πλοήγησης άρχισε να διαμορφώνεται πιο κοντά στη δεκαετία του 1930. Από εκείνη τη στιγμή, οι ερευνητές σε αυτόν τον τομέα άρχισαν να δίνουν μεγαλύτερη προσοχή στις αρχές της ευστάθειας των μηχανικών συστημάτων. Στην πράξη, αυτή η έννοια είναι αρκετά δύσκολο να εφαρμοστεί, επομένως για μεγάλο χρονικό διάστημα παρέμεινε μόνο σε θεωρητική μορφή. Όμως, τις τελευταίες δεκαετίες, με την εμφάνιση του ειδικού εξοπλισμού που βασίζεται σε υπολογιστές, τα εργαλεία αδρανειακής πλοήγησης έχουν χρησιμοποιηθεί ενεργά στην αεροπορία, τη μηχανική νερού κ.λπ.
Στοιχεία συστήματος
Υποχρεωτικά στοιχεία οποιουδήποτε αδρανειακού συστήματος είναι μπλοκ ευαίσθητων συσκευών μέτρησης και υπολογιστικών συσκευών. Η πρώτη κατηγορία στοιχείων αντιπροσωπεύεται από γυροσκόπια και επιταχυνσιόμετρα και η δεύτερη είναι εξοπλισμός υπολογιστών που εφαρμόζει ορισμένους αλγόριθμους υπολογισμού. Η ακρίβεια της μεθόδου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα χαρακτηριστικά των ευαίσθητων συσκευών. Για παράδειγμα, αξιόπιστα δεδομένα καθιστούν δυνατή την απόκτηση συστημάτων αδρανειακής πλοήγησης μόνο με γυροσκόπια ακριβείας σε συνδυασμό με επιταχυνσιόμετρα. Αλλά σε αυτή την περίπτωση, ο τεχνικός εξοπλισμός έχει ένα σοβαρό μειονέκτημα ως προς την υψηλή πολυπλοκότητα της ηλεκτρομηχανικής πλήρωσης, για να μην αναφέρουμε το μεγάλο μέγεθος του εξοπλισμού.
Πώς λειτουργεί το σύστημα
Η μέθοδος προσδιορισμού συντεταγμένων χρησιμοποιώντας το αδρανειακό σύστημα είναι η επεξεργασία δεδομένων σχετικά με την επιτάχυνση των σωμάτων, καθώς καιγωνιακές ταχύτητες. Για αυτό, πάλι, χρησιμοποιούνται ευαίσθητα στοιχεία εγκατεστημένα απευθείας στο αντικείμενο-στόχο, χάρη στα οποία παράγονται πληροφορίες σχετικά με τη μετα-θέση, την πορεία κίνησης, την απόσταση που διανύθηκε και την ταχύτητα. Επιπλέον, η αρχή λειτουργίας του συστήματος αδρανειακής πλοήγησης καθιστά δυνατή τη χρήση μέσων για τη σταθεροποίηση και ακόμη και τον αυτόματο έλεγχο ενός αντικειμένου. Για τέτοιους σκοπούς, χρησιμοποιούνται αισθητήρες γραμμικής επιτάχυνσης με γυροσκοπικό εξοπλισμό. Με τη βοήθεια αυτών των συσκευών, σχηματίζεται ένα σύστημα αναφοράς που λειτουργεί σε σχέση με την τροχιά του αντικειμένου. Σύμφωνα με το παραγόμενο σύστημα συντεταγμένων, προσδιορίζονται οι γωνίες κλίσης και περιστροφής. Στα πλεονεκτήματα αυτής της τεχνολογίας περιλαμβάνονται η αυτονομία, η δυνατότητα αυτοματισμού και ο υψηλός βαθμός θορύβου.
Ταξινόμηση συστημάτων αδρανειακής πλοήγησης
Βασικά, τα εξεταζόμενα συστήματα πλοήγησης χωρίζονται σε πλατφόρμα και strapdown (SINS). Τα πρώτα ονομάζονται επίσης γεωγραφικά και μπορεί να περιέχουν δύο πλατφόρμες. Το ένα παρέχεται από γυροσκόπια και προσανατολίζεται στο αδρανειακό πεδίο, και το δεύτερο ελέγχεται από επιταχυνσιόμετρα και σταθεροποιείται σε σχέση με το οριζόντιο επίπεδο. Ως αποτέλεσμα, οι συντεταγμένες καθορίζονται χρησιμοποιώντας πληροφορίες σχετικά με τη σχετική θέση των δύο πλατφορμών. Τα μοντέλα SINS θεωρούνται πιο προηγμένα τεχνολογικά. Το αδρανειακό σύστημα πλοήγησης strapdown στερείται μειονεκτημάτων που σχετίζονται με περιορισμούς στη χρήση γυροπλατφορμών. Ταχύτητα καιΟι θέσεις των αντικειμένων σε τέτοια μοντέλα μετατοπίζονται στον ψηφιακό υπολογισμό, ο οποίος είναι επίσης ικανός να καταγράφει δεδομένα στον γωνιακό προσανατολισμό. Η σύγχρονη ανάπτυξη των συστημάτων SINS στοχεύει στη βελτιστοποίηση υπολογιστικών αλγορίθμων χωρίς μείωση της ακρίβειας των αρχικών δεδομένων.
Μέθοδοι για τον προσδιορισμό του προσανατολισμού συστημάτων πλατφόρμας
Μην χάσετε τη συνάφεια και τα συστήματα που συνεργάζονται με πλατφόρμες για τον προσδιορισμό των αρχικών δεδομένων σχετικά με τη δυναμική του αντικειμένου. Προς το παρόν, οι ακόλουθοι τύποι μοντέλων αδρανειακής πλοήγησης πλατφόρμας λειτουργούν με επιτυχία:
- Γεωμετρικό σύστημα. Τυπικό μοντέλο με δύο πλατφόρμες, το οποίο περιγράφηκε παραπάνω. Τέτοια συστήματα είναι πολύ ακριβή, αλλά έχουν περιορισμούς στην εξυπηρέτηση οχημάτων υψηλής ευελιξίας που λειτουργούν στο διάστημα.
- Αναλυτικό σύστημα. Χρησιμοποιεί επίσης επιταχυνσιόμετρα και γυροσκόπια, τα οποία είναι ακίνητα σε σχέση με τα αστέρια. Τα πλεονεκτήματα τέτοιων συστημάτων περιλαμβάνουν την ικανότητα αποτελεσματικής εξυπηρέτησης ελιγμών αντικειμένων όπως πυραύλους, ελικόπτερα και μαχητικά. Ωστόσο, ακόμη και σε σύγκριση με ένα σύστημα πλοήγησης αδρανειακής πλοήγησης, τα αναλυτικά συστήματα επιδεικνύουν χαμηλή ακρίβεια στον προσδιορισμό των παραμέτρων της δυναμικής ενός αντικειμένου.
- Ημιαναλυτικό σύστημα. Παρέχεται από μία πλατφόρμα, σταθεροποιούμενη συνεχώς στο χώρο του τοπικού ορίζοντα. Αυτή η βάση φιλοξενεί ένα γυροσκόπιο και ένα επιταχυνσιόμετρο και οι υπολογισμοί οργανώνονται εκτός της πλατφόρμας εργασίας.
Χαρακτηριστικά αδρανειακών δορυφορικών συστημάτων
Πρόκειται για μια πολλά υποσχόμενη κατηγορία ολοκληρωμένων συστημάτων πλοήγησης που συνδυάζουν τα πλεονεκτήματα των πηγών δορυφορικού σήματος και τα θεωρούμενα αδρανειακά μοντέλα. Σε αντίθεση με τα δημοφιλή δορυφορικά συστήματα, τέτοια συστήματα καθιστούν δυνατή την επιπλέον χρήση δεδομένων για γωνιακό προσανατολισμό και τη διαμόρφωση ανεξάρτητων αλγορίθμων εντοπισμού θέσης απουσία σημάτων πλοήγησης. Η λήψη πρόσθετων πληροφοριών γεωγραφικής θέσης μας επιτρέπει να απλοποιήσουμε τεχνικά τα μοντέλα ευαίσθητων στοιχείων, αρνούμενοι τον ακριβό εξοπλισμό. Τα πλεονεκτήματα του αδρανειακού συστήματος δορυφορικής πλοήγησης περιλαμβάνουν το χαμηλό βάρος, το μικρό μέγεθος και τα απλοποιημένα σχήματα επεξεργασίας δεδομένων. Από την άλλη πλευρά, η αστάθεια των γυροσκόπιων MEMS προκαλεί τη συσσώρευση σφαλμάτων στον προσδιορισμό δεδομένων.
Πεδία εφαρμογής αδρανειακών συστημάτων
Μεταξύ των πιθανών καταναλωτών της τεχνολογίας αδρανειακής πλοήγησης είναι εκπρόσωποι διαφόρων βιομηχανιών. Αυτό δεν είναι μόνο η αστροναυτική και η αεροπορία, αλλά και η αυτοκινητοβιομηχανία (συστήματα πλοήγησης), η ρομποτική (μέσα ελέγχου κινηματικών χαρακτηριστικών), ο αθλητισμός (καθορισμός της δυναμικής κίνησης), η ιατρική, ακόμη και οι οικιακές συσκευές, κ.λπ.
Συμπέρασμα
Η θεωρία της αδρανειακής πλοήγησης, η έννοια της οποίας άρχισε να διαμορφώνεται τον περασμένο αιώνα, σήμερα μπορεί να θεωρηθεί ως ένα πλήρες τμήμα της μηχατρονικής. Ωστόσο, τα πρόσφατα επιτεύγματα δείχνουν ότι το μέλλον μπορείεμφανίζονται και πιο προοδευτικές ανακαλύψεις. Αυτό αποδεικνύεται από τη στενή αλληλεπίδραση των συστημάτων αδρανειακής πλοήγησης με την επιστήμη των υπολογιστών και την ηλεκτρονική. Εμφανίζονται νέα φιλόδοξα καθήκοντα, διευρύνοντας το χώρο για την ανάπτυξη σχετικών τεχνολογιών, βασισμένων επίσης στη θεωρητική μηχανική. Ταυτόχρονα, ειδικοί σε αυτή την κατεύθυνση εργάζονται ενεργά για τη βελτιστοποίηση τεχνικών μέσων, τα βασικά μεταξύ των οποίων είναι τα μικρομηχανικά γυροσκόπια.
