Координаталық жүйелерге қойылатын талаптардың артуы навигацияның жаңа принциптерін әзірлеуді қажет етеді. Атап айтқанда, қазіргі заман талабының бірі нысаналы объектілердің орналасуын өлшеудің салыстырмалы түрде тәуелсіз құралдарын енгізу болды. Бұл мүмкіндіктер радиомаяктар мен спутниктерден келетін сигналдарды қажет етпейтін инерциялық навигация жүйесімен қамтамасыз етілген.
Технологияға шолу
Инерциялық навигация белгіленген санақ жүйесіне қатысты денелердің қозғалысының параметрлерін бекітуге мүмкіндік беретін механика заңдарына негізделген. Алғаш рет навигацияның бұл принципі кеме гирокомпастарында салыстырмалы түрде жақында қолданыла бастады. Осы түрдегі өлшеу құралдарының жетілдірілуімен пайда болдыденелердің үдеулері негізінде өлшенетін параметрлерді анықтайтын әдістеме. Инерциялық навигация жүйесінің теориясы 1930 жылдарға жақын қалыптаса бастады. Осы кезден бастап осы саладағы зерттеушілер механикалық жүйелердің тұрақтылық принциптеріне көбірек көңіл бөле бастады. Іс жүзінде бұл тұжырымдаманы жүзеге асыру өте қиын, сондықтан ұзақ уақыт бойы ол тек теориялық түрде қалды. Бірақ соңғы онжылдықтарда компьютерлерге негізделген арнайы жабдықтың пайда болуымен инерциялық навигация құралдары авиацияда, су шаруашылығында және т.б. белсенді түрде қолданыла бастады.
Жүйе құрамдастары
Кез келген инерциялық жүйенің міндетті элементтері сезімтал өлшеу құрылғылары мен есептеу құрылғыларының блоктары болып табылады. Бірінші санаттағы элементтер гироскоптармен және акселерометрлермен ұсынылған, ал екіншісі - белгілі бір есептеу алгоритмдерін жүзеге асыратын компьютерлік техника. Әдістің дәлдігі көбінесе сезімтал құрылғылардың сипаттамаларына байланысты. Мысалы, сенімді деректер инерциялық навигация жүйелерін акселерометрлермен бірге дәлдіктегі гироскоптармен ғана алуға мүмкіндік береді. Бірақ бұл жағдайда техникалық жабдықтың электромеханикалық толтырудың жоғары күрделілігі түріндегі елеулі кемшілігі бар, жабдықтың үлкен өлшемін айтпағанда.
Жүйе қалай жұмыс істейді
Инерциялық жүйенің көмегімен координаталарды анықтау әдісі денелердің үдеулері туралы мәліметтерді өңдеу, сонымен қатар олардыңбұрыштық жылдамдықтар. Бұл үшін тағы да нысанаға тікелей орнатылған сезімтал элементтер пайдаланылады, соның арқасында мета-позиция, қозғалыс барысы, жүріп өткен қашықтық және жылдамдық туралы ақпарат жасалады. Сонымен қатар, инерциялық навигация жүйесінің жұмыс принципі объектіні тұрақтандыруға және тіпті автоматты түрде басқаруға арналған құралдарды пайдалануға мүмкіндік береді. Осындай мақсаттарда гироскопиялық жабдықпен сызықтық үдеткіш датчиктер қолданылады. Осы құрылғылардың көмегімен объектінің траекториясына қатысты жұмыс істейтін есеп беру жүйесі қалыптасады. Түзілген координаталар жүйесі бойынша көлбеу және айналу бұрыштары анықталады. Бұл технологияның артықшылықтары автономияны, автоматтандыру мүмкіндігін және шуға төзімділіктің жоғары дәрежесін қамтиды.
Инерциялық навигациялық жүйелердің классификациясы
Негізінде қарастырылатын навигациялық жүйелер платформалық және strapdown (SINS) болып бөлінеді. Біріншісі географиялық деп те аталады және екі платформадан тұруы мүмкін. Біреуі гироскоптармен қамтамасыз етілген және инерциялық өрісте бағытталған, ал екіншісі акселерометрлермен басқарылады және көлденең жазықтыққа қатысты тұрақтандырады. Нәтижесінде координаттар екі платформаның өзара орналасуы туралы ақпаратты пайдалана отырып анықталады. SINS үлгілері технологиялық жағынан жетілдірілген болып саналады. Тартылатын инерциялық навигация жүйесі гироплатформаларды пайдаланудағы шектеулерге байланысты кемшіліктерден айырылған. Жылдамдық жәнемұндай модельдердегі объектілердің орналасуы бұрыштық бағдар бойынша деректерді жазуға қабілетті цифрлық есептеулерге ауысады. SINS жүйелерінің заманауи дамуы бастапқы деректердің дәлдігін төмендетпей, есептеу алгоритмдерін оңтайландыруға бағытталған.
Платформа жүйелерінің бағдарын анықтау әдістері
Объектінің динамикасы туралы бастапқы деректерді анықтау үшін платформалармен жұмыс істейтін жүйелер мен өзектілігін жоғалтпаңыз. Қазіргі уақытта платформалық инерциялық навигациялық модельдердің келесі түрлері сәтті жұмыс істейді:
- Геометриялық жүйе. Жоғарыда сипатталған екі платформасы бар стандартты модель. Мұндай жүйелердің дәлдігі өте жоғары, бірақ олардың ғарыш кеңістігінде жұмыс істейтін жоғары маневрлі көліктерге қызмет көрсетуде шектеулері бар.
- Аналитикалық жүйе. Ол сондай-ақ жұлдыздарға қатысты қозғалмайтын акселерометрлер мен гироскоптарды пайдаланады. Мұндай жүйелердің артықшылықтары зымырандар, тікұшақтар және истребительдер сияқты маневрлік объектілерге тиімді қызмет көрсету мүмкіндігін қамтиды. Бірақ тіпті белдіктегі инерциялық навигация жүйесімен салыстырғанда аналитикалық жүйелер объект динамикасының параметрлерін анықтауда төмен дәлдікті көрсетеді.
- Жартылай аналитикалық жүйе. Жергілікті көкжиек кеңістігінде үздіксіз тұрақтанатын бір платформамен қамтамасыз етілген. Бұл базада гироскоп пен акселерометр бар және есептеулер жұмыс платформасынан тыс ұйымдастырылған.
Инерциялық спутниктік жүйелердің ерекшеліктері
Бұл спутниктік сигнал көздерінің және қарастырылатын инерциялық модельдердің артықшылықтарын біріктіретін интеграцияланған навигациялық жүйелердің перспективалы класы. Танымал спутниктік жүйелерден айырмашылығы, мұндай жүйелер бұрыштық бағдар бойынша деректерді қосымша пайдалануға және навигациялық сигналдар болмаған кезде тәуелсіз позициялау алгоритмдерін құруға мүмкіндік береді. Қосымша геолокация ақпаратын алу қымбат жабдықтан бас тарта отырып, сезімтал элементтердің үлгілерін техникалық жеңілдетуге мүмкіндік береді. Инерциялық спутниктік навигация жүйесінің артықшылығына салмағының аздығы, шағын өлшемдері және деректерді өңдеудің жеңілдетілген схемалары жатады. Екінші жағынан, MEMS гироскоптарының тұрақсыздығы деректерді анықтау кезінде қателердің жинақталуына себеп болады.
Инерциялық жүйелердің қолдану өрістері
Инерциялық навигация технологиясының әлеуетті тұтынушыларының арасында әртүрлі салалардың өкілдері бар. Бұл астронавтика мен авиация ғана емес, сонымен қатар автомобиль (навигациялық жүйелер), робототехника (кинематикалық сипаттамаларды басқару құралдары), спорт (қозғалыс динамикасын анықтау), медицина және тіпті тұрмыстық техника және т.б.
Қорытынды
Тұжырымдамасы өткен ғасырда қалыптаса бастаған инерциялық навигация теориясын бүгінде мехатрониканың толыққанды бөлімі ретінде қарастыруға болады. Дегенмен, соңғы жетістіктер болашақтың мүмкін екенін көрсетедіпайда болып, прогрессивті жаңалықтар ашылады. Бұл инерциялық навигациялық жүйелердің информатика және электроникамен тығыз әрекеттесуімен дәлелденеді. Теориялық механикаға негізделген байланысты технологияларды дамыту кеңістігін кеңейтетін жаңа өршіл міндеттер пайда болады. Сонымен бірге, бұл бағыттағы мамандар техникалық құралдарды оңтайландырумен белсенді түрде жұмыс істеуде, олардың ішінде негізгілері микромеханикалық гироскоптар болып табылады.
