Sve veći zahtjevi za koordinatnim sustavima zahtijevaju razvoj novih principa navigacije. Konkretno, jedan od uvjeta koji je diktirala modernost bilo je uvođenje relativno neovisnih sredstava mjerenja položaja ciljanih objekata. Ove mogućnosti pruža inercijski navigacijski sustav koji eliminira potrebu za signalima s radio svjetionika i satelita.
Pregled tehnologije
Inercijalna navigacija temelji se na zakonima mehanike, omogućujući vam da fiksirate parametre kretanja tijela u odnosu na uspostavljeni referentni okvir. Po prvi put, ovaj princip navigacije počeo se primjenjivati relativno nedavno u brodskim žirokompasima. Unaprjeđenjem mjernih instrumenata ove vrste, nastao jetehnika koja određuje mjerene parametre na temelju ubrzanja tijela. Teorija inercijalnog navigacijskog sustava počela se oblikovati bliže 1930-ima. Od tog trenutka istraživači na ovom području počeli su više pažnje posvećivati principima stabilnosti mehaničkih sustava. U praksi je ovaj koncept prilično teško implementirati, pa je dugo vremena ostao samo u teoretskom obliku. No, posljednjih desetljeća, s pojavom posebne opreme temeljene na računalima, inercijski navigacijski alati aktivno se koriste u zrakoplovstvu, vodotehnici itd.
Komponente sustava
Obvezni elementi svakog inercijalnog sustava su blokovi osjetljivih mjernih uređaja i računalnih uređaja. Prvu kategoriju elemenata predstavljaju žiroskopi i akcelerometri, a drugu računalna oprema koja implementira određene algoritme proračuna. Točnost metode uvelike ovisi o karakteristikama osjetljivih uređaja. Na primjer, pouzdani podaci omogućuju dobivanje inercijalnih navigacijskih sustava samo s preciznim žiroskopima u kombinaciji s akcelerometrima. Ali u ovom slučaju, tehnička oprema ima ozbiljan nedostatak u obliku visoke složenosti elektromehaničkog punjenja, a da ne spominjemo veliku veličinu opreme.
Kako sustav funkcionira
Način određivanja koordinata pomoću inercijalnog sustava je obrada podataka o ubrzanju tijela, kao i njihovimkutne brzine. Za to se, opet, koriste osjetljivi elementi instalirani izravno na ciljni objekt, zahvaljujući kojima se generiraju informacije o meta-poziciji, tijeku kretanja, prijeđenoj udaljenosti i brzini. Osim toga, princip rada inercijalnog navigacijskog sustava omogućuje korištenje sredstava za stabilizaciju, pa čak i automatsko upravljanje objektom. U takve se svrhe koriste senzori linearnog ubrzanja s žiroskopskom opremom. Uz pomoć ovih uređaja formira se sustav izvješća koji radi u odnosu na putanju objekta. Prema generiranom koordinatnom sustavu određuju se kutovi nagiba i rotacije. Prednosti ove tehnologije uključuju autonomiju, mogućnost automatizacije i visok stupanj otpornosti na buku.
Klasifikacija inercijalnih navigacijskih sustava
U osnovi, razmatrani navigacijski sustavi podijeljeni su na platformu i strapdown (SINS). Prvi se također nazivaju geografskim i mogu sadržavati dvije platforme. Jedan je osiguran žiroskopima i orijentiran je u inercijskom polju, a drugi se kontrolira akcelerometrima i stabilizira u odnosu na horizontalnu ravninu. Kao rezultat toga, koordinate se određuju korištenjem informacija o relativnom položaju dviju platformi. Modeli SINS smatraju se tehnološki naprednijim. Inercijalni navigacijski sustav s kliznim slojem lišen je nedostataka povezanih s ograničenjima u korištenju žiroplatforma. Brzina ipoložaji objekata u takvim modelima prebačeni su na digitalno računalstvo, koje je također sposobno bilježiti podatke o kutnoj orijentaciji. Suvremeni razvoj SINS sustava ima za cilj optimizirati računske algoritme bez smanjenja točnosti početnih podataka.
Metode za određivanje orijentacije platformskih sustava
Ne gube relevantnost i sustavi koji rade s platformama za određivanje početnih podataka o dinamici objekta. U ovom trenutku uspješno se koriste sljedeći tipovi platformskih inercijskih navigacijskih modela:
- Geometrijski sustav. Standardni model s dvije platforme, koji je gore opisan. Takvi su sustavi vrlo precizni, ali imaju ograničenja u servisiranju visoko manevarskih vozila koja djeluju u svemiru.
- Analitički sustav. Također koristi akcelerometre i žiroskope, koji su nepomični u odnosu na zvijezde. Prednosti takvih sustava uključuju sposobnost učinkovitog opsluživanja manevarskih objekata poput projektila, helikoptera i lovaca. No, čak i u usporedbi s inercijskim navigacijskim sustavom s inercijskim navigacijom, analitički sustavi pokazuju nisku točnost u određivanju parametara dinamike objekta.
- Poluanalitički sustav. Omogućuje ga jedna platforma, koja se kontinuirano stabilizira u prostoru lokalnog horizonta. Ova baza sadrži žiroskop i akcelerometar, a proračuni su organizirani izvan radne platforme.
Značajke inercijalnih satelitskih sustava
Ovo je obećavajuća klasa integriranih navigacijskih sustava koji kombiniraju prednosti izvora satelitskog signala i razmatranih inercijskih modela. Za razliku od popularnih satelitskih sustava, takvi sustavi omogućuju dodatno korištenje podataka o kutnoj orijentaciji i formiranje neovisnih algoritama pozicioniranja u nedostatku navigacijskih signala. Dobivanje dodatnih geolokacijskih podataka omogućuje nam da tehnički pojednostavimo modele osjetljivih elemenata, odbijajući skupu opremu. Prednosti inercijalnog satelitskog navigacijskog sustava uključuju malu težinu, malu veličinu i pojednostavljene sheme obrade podataka. S druge strane, nestabilnost MEMS žiroskopa uzrokuje nakupljanje pogrešaka u određivanju podataka.
Područja primjene inercijalnih sustava
Među potencijalnim potrošačima tehnologije inercijalne navigacije su predstavnici raznih industrija. To nije samo astronautika i zrakoplovstvo, već i automobilizam (navigacijski sustavi), robotika (sredstvo za upravljanje kinematičkim karakteristikama), sport (određivanje dinamike kretanja), medicina, pa čak i kućanski aparati, itd.
Zaključak
Teorija inercijalne navigacije, čiji se koncept počeo formirati u prošlom stoljeću, danas se može smatrati punopravnim dijelom mehatronike. Međutim, nedavna postignuća sugeriraju da budućnost možepojavljuju se i progresivnija otkrića. O tome svjedoči bliska interakcija inercijskih navigacijskih sustava s informatikom i elektronikom. Pojavljuju se novi ambiciozni zadaci koji proširuju prostor za razvoj srodnih tehnologija, također temeljenih na teorijskoj mehanici. Istodobno, stručnjaci u ovom smjeru aktivno rade na optimizaciji tehničkih sredstava, među kojima su osnovna mikromehanički žiroskopi.
