Zunehmende Anforderungen an Koordinatensysteme erfordern die Entwicklung neuer Navigationsprinzipien. Eine der von der Moderne diktierten Bedingungen war insbesondere die Einführung relativ unabhängiger Mittel zur Messung der Position von Zielobjekten. Diese Fähigkeiten werden durch ein Trägheitsnavigationssystem bereitgestellt, das Signale von Funkfeuern und Satelliten überflüssig macht.
Technologieübersicht
Die Trägheitsnavigation basiert auf den Gesetzen der Mechanik und ermöglicht es Ihnen, die Parameter der Bewegung von Körpern relativ zum festgelegten Bezugsrahmen festzulegen. Erstmals wurde dieses Navigationsprinzip vor relativ kurzer Zeit in Schiffskreiseln angewendet. Mit der Verbesserung von Messinstrumenten dieser Art entstandeine Technik, die die gemessenen Parameter basierend auf den Beschleunigungen von Körpern bestimmt. Die Theorie des Trägheitsnavigationssystems nahm näher an den 1930er Jahren Gest alt an. Von diesem Moment an begannen Forscher auf diesem Gebiet, den Stabilitätsprinzipien mechanischer Systeme mehr Aufmerksamkeit zu schenken. In der Praxis ist dieses Konzept ziemlich schwierig umzusetzen, daher blieb es lange Zeit nur in theoretischer Form. Aber in den letzten Jahrzehnten, mit dem Aufkommen von Spezialgeräten auf Computerbasis, wurden Trägheitsnavigationswerkzeuge aktiv in der Luftfahrt, Wassertechnik usw. eingesetzt.
Systemkomponenten
Obligatorische Elemente jedes Trägheitssystems sind Blöcke empfindlicher Messgeräte und Rechengeräte. Die erste Kategorie von Elementen wird durch Gyroskope und Beschleunigungsmesser repräsentiert, und die zweite ist Computerausrüstung, die bestimmte Berechnungsalgorithmen implementiert. Die Genauigkeit des Verfahrens hängt weitgehend von den Eigenschaften der empfindlichen Geräte ab. Zuverlässige Daten ermöglichen es beispielsweise, Trägheitsnavigationssysteme nur mit Präzisionskreiseln in Verbindung mit Beschleunigungsmessern zu erh alten. Aber in diesem Fall hat die technische Ausrüstung einen gravierenden Nachteil in Form der hohen Komplexität der elektromechanischen Befüllung, ganz zu schweigen von der Größe der Ausrüstung.
Wie das System funktioniert
Die Methode zur Bestimmung von Koordinaten mit dem Inertialsystem besteht darin, Daten über die Beschleunigung von Körpern sowie deren zu verarbeitenWinkelgeschwindigkeiten. Auch hier kommen wieder direkt am Zielobjekt installierte sensitive Elemente zum Einsatz, durch die Informationen über Metaposition, Bewegungsablauf, zurückgelegte Strecke und Geschwindigkeit generiert werden. Darüber hinaus ermöglicht das Funktionsprinzip des Trägheitsnavigationssystems die Verwendung von Mitteln zur Stabilisierung und sogar zur automatischen Steuerung eines Objekts. Für solche Zwecke werden lineare Beschleunigungssensoren mit Kreiselausrüstung verwendet. Mit Hilfe dieser Geräte wird ein Berichtssystem gebildet, das relativ zur Flugbahn des Objekts arbeitet. Entsprechend dem generierten Koordinatensystem werden die Neigungs- und Rotationswinkel bestimmt. Zu den Vorteilen dieser Technologie zählen die Autonomie, die Möglichkeit der Automatisierung und eine hohe Störfestigkeit.
Klassifizierung von Trägheitsnavigationssystemen
Grundsätzlich werden die betrachteten Navigationssysteme in Platform und Strapdown (SINS) unterteilt. Erstere werden auch geografisch genannt und können zwei Plattformen enth alten. Einer wird von Gyroskopen bereitgestellt und ist im Trägheitsfeld ausgerichtet, und der zweite wird von Beschleunigungsmessern gesteuert und stabilisiert sich relativ zur horizontalen Ebene. Als Ergebnis werden die Koordinaten unter Verwendung von Informationen über die relative Position der beiden Plattformen bestimmt. SINS-Modelle gelten als technologisch fortschrittlicher. Das Strapdown-Trägheitsnavigationssystem ist frei von Nachteilen, die mit Beschränkungen bei der Verwendung von Kreiselplattformen verbunden sind. Geschwindigkeit undDie Positionen von Objekten in solchen Modellen werden auf digitales Rechnen verschoben, das auch Daten über die Winkelausrichtung aufzeichnen kann. Die moderne Entwicklung von SINS-Systemen zielt darauf ab, Rechenalgorithmen zu optimieren, ohne die Genauigkeit der Ausgangsdaten zu verringern.
Methoden zur Orientierungsbestimmung von Bahnsteigsystemen
Verlieren Sie nicht die Relevanz und Systeme, die mit Plattformen arbeiten, um die anfänglichen Daten über die Dynamik des Objekts zu ermitteln. Derzeit werden folgende Arten von Plattform-Trägheitsnavigationsmodellen erfolgreich betrieben:
- Geometrisches System. Standardmodell mit zwei Plattformen, das oben beschrieben wurde. Solche Systeme sind sehr genau, aber sie haben Einschränkungen bei der Wartung hoch manövrierfähiger Fahrzeuge, die im Weltraum operieren.
- Analytisches System. Es verwendet auch Beschleunigungsmesser und Gyroskope, die relativ zu den Sternen stationär sind. Zu den Vorteilen solcher Systeme gehört die Fähigkeit, manövrierfähige Objekte wie Raketen, Hubschrauber und Kampfflugzeuge effektiv zu bedienen. Aber selbst im Vergleich zu einem Strapdown-Trägheitsnavigationssystem weisen Analysesysteme eine geringe Genauigkeit bei der Bestimmung der Parameter der Dynamik eines Objekts auf.
- Semi-analytisches System. Bereitgestellt von einer Plattform, die sich kontinuierlich im Raum des lokalen Horizonts stabilisiert. Diese Basis beherbergt ein Gyroskop und einen Beschleunigungsmesser, und die Berechnungen werden außerhalb der Arbeitsplattform organisiert.
Eigenschaften von Trägheitssatellitensystemen
Dies ist eine vielversprechende Klasse integrierter Navigationssysteme, die die Vorteile von Satellitensignalquellen und berücksichtigten Trägheitsmodellen kombinieren. Im Gegensatz zu gängigen Satellitensystemen ermöglichen solche Systeme die zusätzliche Verwendung von Daten zur Winkelorientierung und die Bildung unabhängiger Positionierungsalgorithmen in Abwesenheit von Navigationssignalen. Der Erh alt zusätzlicher Geolokalisierungsinformationen ermöglicht es uns, die Modelle sensibler Elemente technisch zu vereinfachen und teure Geräte abzulehnen. Zu den Vorteilen des Trägheitssatellitennavigationssystems gehören geringes Gewicht, geringe Größe und vereinfachte Datenverarbeitungsschemata. Andererseits führt die Instabilität von MEMS-Gyroskopen zu einer Häufung von Fehlern bei der Datenermittlung.
Einsatzgebiete von Inertialsystemen
Unter den potenziellen Verbrauchern der Trägheitsnavigationstechnologie sind Vertreter verschiedener Branchen. Das sind nicht nur Raumfahrt und Luftfahrt, sondern auch Automotive (Navigationssysteme), Robotik (Mittel zur Steuerung kinematischer Eigenschaften), Sport (Ermittlung der Bewegungsdynamik), Medizin und sogar Haush altsgeräte etc.
Schlussfolgerung
Die Theorie der Trägheitsnavigation, deren Konzept sich im letzten Jahrhundert zu formen begann, kann heute als vollwertiges Gebiet der Mechatronik angesehen werden. Jüngste Errungenschaften deuten jedoch darauf hin, dass die Zukunft dies möglicherweise tun wirderscheinen und progressivere Entdeckungen. Dies wird durch die enge Interaktion von Trägheitsnavigationssystemen mit Informatik und Elektronik belegt. Es entstehen neue ehrgeizige Aufgaben, die den Raum für die Entwicklung verwandter Technologien erweitern, die auch auf der theoretischen Mechanik basieren. Gleichzeitig arbeiten Experten in dieser Richtung aktiv an der Optimierung technischer Mittel, unter denen mikromechanische Gyroskope die Basis bilden.
