L'aumento dei requisiti per i sistemi di coordinate richiede lo sviluppo di nuovi principi di navigazione. In particolare, una delle condizioni dettate dalla modernità era l'introduzione di mezzi relativamente indipendenti per misurare la posizione degli oggetti bersaglio. Queste capacità sono fornite da un sistema di navigazione inerziale che elimina la necessità di segnali da radiofari e satelliti.
Panoramica della tecnologia
La navigazione inerziale si basa sulle leggi della meccanica, consentendo di fissare i parametri del movimento dei corpi relativi al quadro di riferimento stabilito. Per la prima volta, questo principio di navigazione ha cominciato ad essere applicato relativamente di recente nelle girobussole navali. Con il miglioramento degli strumenti di misura di questo tipo, sorserouna tecnica che determina i parametri misurati in base alle accelerazioni dei corpi. La teoria del sistema di navigazione inerziale iniziò a prendere forma più vicino agli anni '30. Da quel momento, i ricercatori in questo settore hanno iniziato a prestare maggiore attenzione ai principi di stabilità dei sistemi meccanici. In pratica, questo concetto è abbastanza difficile da implementare, quindi per molto tempo è rimasto solo in forma teorica. Ma negli ultimi decenni, con l'avvento di apparecchiature speciali basate sui computer, gli strumenti di navigazione inerziale sono stati utilizzati attivamente nell'aviazione, nell'ingegneria idrica, ecc.
Componenti del sistema
Gli elementi obbligatori di qualsiasi sistema inerziale sono blocchi di dispositivi di misurazione sensibili e dispositivi informatici. La prima categoria di elementi è rappresentata da giroscopi e accelerometri, mentre la seconda è costituita da apparecchiature informatiche che implementano determinati algoritmi di calcolo. L'accuratezza del metodo dipende in gran parte dalle caratteristiche dei dispositivi sensibili. Ad esempio, dati affidabili consentono di ottenere sistemi di navigazione inerziale solo con giroscopi di precisione in combinazione con accelerometri. Ma in questo caso, l'attrezzatura tecnica presenta un grave inconveniente sotto forma dell'elevata complessità del riempimento elettromeccanico, per non parlare delle grandi dimensioni dell'attrezzatura.
Come funziona il sistema
Il metodo per determinare le coordinate utilizzando il sistema inerziale consiste nell'elaborare i dati sull'accelerazione dei corpi, nonché la lorovelocità angolari. Per questo, ancora una volta, vengono utilizzati elementi sensibili installati direttamente sull'oggetto target, grazie ai quali vengono generate informazioni sulla metaposizione, sull'andamento del movimento, sulla distanza percorsa e sulla velocità. Inoltre, il principio di funzionamento del sistema di navigazione inerziale consente di utilizzare mezzi per stabilizzare e persino controllare automaticamente un oggetto. A tal fine vengono utilizzati sensori di accelerazione lineare con apparecchiature giroscopiche. Con l'aiuto di questi dispositivi, si forma un sistema di report che funziona rispetto alla traiettoria dell'oggetto. In base al sistema di coordinate generato, vengono determinati gli angoli di inclinazione e rotazione. I vantaggi di questa tecnologia includono l'autonomia, la possibilità di automazione e un elevato grado di immunità ai disturbi.
Classificazione dei sistemi di navigazione inerziale
Fondamentalmente, i sistemi di navigazione considerati sono divisi in platform e strapdown (SINS). I primi sono anche chiamati geografici e possono contenere due piattaforme. Uno è fornito da giroscopi ed è orientato nel campo inerziale, e il secondo è controllato da accelerometri e si stabilizza rispetto al piano orizzontale. Di conseguenza, le coordinate vengono determinate utilizzando le informazioni sulla posizione relativa delle due piattaforme. I modelli SINS sono considerati tecnologicamente più avanzati. Il sistema di navigazione inerziale strapdown è privo di svantaggi associati alle limitazioni nell'uso delle piattaforme giroscopiche. Velocità ele posizioni degli oggetti in tali modelli vengono spostate nell'informatica digitale, che è anche in grado di registrare dati sull'orientamento angolare. Il moderno sviluppo dei sistemi SINS mira a ottimizzare gli algoritmi di calcolo senza ridurre l'accuratezza dei dati iniziali.
Metodi per determinare l'orientamento dei sistemi di piattaforme
Non perdere rilevanza e sistemi che funzionano con le piattaforme per determinare i dati iniziali sulla dinamica dell'oggetto. Al momento, i seguenti tipi di modelli di navigazione inerziale su piattaforma sono utilizzati con successo:
- Sistema geometrico. Modello standard con due piattaforme, descritto sopra. Tali sistemi sono estremamente accurati, ma presentano limitazioni nella manutenzione di veicoli altamente manovrabili che operano nello spazio.
- Sistema analitico. Utilizza anche accelerometri e giroscopi, che sono stazionari rispetto alle stelle. I vantaggi di tali sistemi includono la capacità di servire efficacemente oggetti manovrabili come missili, elicotteri e caccia. Ma anche rispetto a un sistema di navigazione inerziale strapdown, i sistemi analitici dimostrano una bassa accuratezza nel determinare i parametri della dinamica di un oggetto.
- Sistema semi-analitico. Fornito da una piattaforma, che si stabilizza continuamente nello spazio dell'orizzonte locale. Questa base ospita un giroscopio e un accelerometro e i calcoli sono organizzati all'esterno della piattaforma di lavoro.
Caratteristiche dei sistemi satellitari inerziali
Questa è una classe promettente di sistemi di navigazione integrati che combinano i vantaggi delle sorgenti di segnale satellitare e dei modelli inerziali considerati. A differenza dei comuni sistemi satellitari, tali sistemi consentono di utilizzare ulteriormente i dati sull'orientamento angolare e di formare algoritmi di posizionamento indipendenti in assenza di segnali di navigazione. L'ottenimento di ulteriori informazioni di geolocalizzazione ci consente di semplificare tecnicamente i modelli degli elementi sensibili, rifiutando apparecchiature costose. I vantaggi del sistema di navigazione satellitare inerziale includono peso ridotto, dimensioni ridotte e schemi di elaborazione dati semplificati. D' altra parte, l'instabilità dei giroscopi MEMS provoca l'accumulo di errori nella determinazione dei dati.
Campi di applicazione dei sistemi inerziali
Tra i potenziali consumatori della tecnologia di navigazione inerziale ci sono rappresentanti di vari settori. Non si tratta solo di astronautica e aviazione, ma anche automobilistica (sistemi di navigazione), robotica (mezzi per controllare le caratteristiche cinematiche), sport (determinazione della dinamica del movimento), medicina e persino elettrodomestici, ecc.
Conclusione
La teoria della navigazione inerziale, il cui concetto iniziò a formarsi nel secolo scorso, oggi può essere considerata come una sezione a tutti gli effetti della meccatronica. Tuttavia, i recenti risultati suggeriscono che il futuro potrebbeappaiono e scoperte più progressive. Ciò è dimostrato dalla stretta interazione dei sistemi di navigazione inerziale con l'informatica e l'elettronica. Appaiono nuovi compiti ambiziosi, ampliando lo spazio per lo sviluppo delle relative tecnologie, basate anche sulla meccanica teorica. Allo stesso tempo, gli esperti in questa direzione stanno lavorando attivamente all'ottimizzazione dei mezzi tecnici, tra cui i giroscopi micromeccanici di base.
