L'augment dels requisits per als sistemes de coordenades requereix el desenvolupament de nous principis de navegació. En particular, una de les condicions dictades per la modernitat va ser la introducció de mitjans relativament independents per mesurar la ubicació dels objectes objectiu. Aquestes capacitats les proporciona un sistema de navegació inercial que elimina la necessitat de senyals de radiobalises i satèl·lits.
Visió general de la tecnologia
La navegació inercial es basa en les lleis de la mecànica, la qual cosa permet fixar els paràmetres del moviment dels cossos en relació amb el marc de referència establert. Per primera vegada, aquest principi de navegació es va començar a aplicar fa relativament poc temps als girocompàs de vaixells. Amb la millora dels instruments de mesura d'aquest tipus, va sorgiruna tècnica que determina els paràmetres mesurats a partir de les acceleracions dels cossos. La teoria del sistema de navegació inercial va començar a prendre forma més a prop dels anys trenta. A partir d'aquest moment, els investigadors d'aquesta àrea van començar a prestar més atenció als principis d'estabilitat dels sistemes mecànics. A la pràctica, aquest concepte és bastant difícil d'implementar, de manera que durant molt de temps es va mantenir només en forma teòrica. Però en les últimes dècades, amb l'aparició d'equips especials basats en ordinadors, les eines de navegació inercial s'han utilitzat activament en l'aviació, l'enginyeria de l'aigua, etc.
Components del sistema
Els elements obligatoris de qualsevol sistema inercial són blocs de dispositius de mesura sensibles i dispositius informàtics. La primera categoria d'elements està representada per giroscopis i acceleròmetres, i la segona és equips informàtics que implementen determinats algorismes de càlcul. La precisió del mètode depèn en gran mesura de les característiques dels dispositius sensibles. Per exemple, les dades fiables permeten obtenir sistemes de navegació inercial només amb giroscopis de precisió juntament amb acceleròmetres. Però en aquest cas, l'equip tècnic té un greu inconvenient en la forma de l' alta complexitat del farciment electromecànic, per no parlar de la gran mida de l'equip.
Com funciona el sistema
El mètode per determinar les coordenades mitjançant el sistema inercial és processar dades sobre l'acceleració dels cossos, així com la sevavelocitats angulars. Per a això, novament, s'utilitzen elements sensibles instal·lats directament sobre l'objecte objectiu, gràcies als quals es genera informació sobre la metaposició, el recorregut del moviment, la distància recorreguda i la velocitat. A més, el principi de funcionament del sistema de navegació inercial permet utilitzar mitjans per estabilitzar i fins i tot controlar automàticament un objecte. Per a aquests propòsits, s'utilitzen sensors d'acceleració lineal amb equipament giroscòpic. Amb l'ajuda d'aquests dispositius, es forma un sistema d'informes que funciona en relació a la trajectòria de l'objecte. Segons el sistema de coordenades generat, es determinen els angles d'inclinació i gir. Els avantatges d'aquesta tecnologia inclouen l'autonomia, la possibilitat d'automatització i un alt grau d'immunitat al soroll.
Classificació dels sistemes de navegació inercial
Bàsicament, els sistemes de navegació considerats es divideixen en plataforma i strapdown (SINS). Els primers també s'anomenen geogràfics i poden contenir dues plataformes. Un és proporcionat per giroscopis i està orientat en el camp inercial, i el segon està controlat per acceleròmetres i s'estabilitza respecte al pla horitzontal. Com a resultat, les coordenades es determinen utilitzant informació sobre la posició relativa de les dues plataformes. Els models SINS es consideren més avançats tecnològicament. El sistema de navegació inercial strapdown no té desavantatges associats a les limitacions en l'ús de les plataformes giratòries. Velocitat iles ubicacions dels objectes en aquests models es traslladen a la informàtica digital, que també és capaç d'enregistrar dades sobre l'orientació angular. El desenvolupament modern dels sistemes SINS pretén optimitzar els algorismes computacionals sense reduir la precisió de les dades inicials.
Mètodes per determinar l'orientació dels sistemes de plataforma
No perdis rellevància i sistemes que funcionen amb plataformes per determinar les dades inicials sobre la dinàmica de l'objecte. En aquests moments, els següents tipus de models de navegació inercial de plataforma funcionen amb èxit:
- Sistema geomètric. Model estàndard amb dues plataformes, que es va descriure anteriorment. Aquests sistemes són molt precisos, però tenen limitacions a l'hora de donar servei a vehicles altament maniobrables que operen a l'espai exterior.
- Sistema analític. També utilitza acceleròmetres i giroscopis, que són estacionaris en relació amb les estrelles. Els avantatges d'aquests sistemes inclouen la capacitat de servir eficaçment objectes maniobrables com míssils, helicòpters i caces. Però fins i tot en comparació amb un sistema de navegació inercial amb corretges, els sistemes analítics demostren poca precisió a l'hora de determinar els paràmetres de la dinàmica d'un objecte.
- Sistema semianalític. Proporcionat per una plataforma, estabilitzant-se contínuament en l'espai de l'horitzó local. Aquesta base allotja un giroscopi i un acceleròmetre, i els càlculs s'organitzen fora de la plataforma de treball.
Característiques dels sistemes de satèl·lit inercial
Aquesta és una classe prometedora de sistemes de navegació integrats que combinen els avantatges de les fonts de senyal de satèl·lit i els models inercials considerats. A diferència dels sistemes de satèl·lit populars, aquests sistemes permeten utilitzar addicionalment dades sobre l'orientació angular i formar algorismes de posicionament independents en absència de senyals de navegació. L'obtenció d'informació addicional de geolocalització ens permet simplificar tècnicament els models d'elements sensibles, rebutjant equips cars. Els avantatges del sistema de navegació per satèl·lit inercial inclouen un pes baix, una mida petita i esquemes de processament de dades simplificats. D' altra banda, la inestabilitat dels giroscopis MEMS provoca l'acumulació d'errors en la determinació de les dades.
Camps d'aplicació dels sistemes inercials
Entre els consumidors potencials de tecnologia de navegació inercial hi ha representants de diverses indústries. No només es tracta d'astronàutica i aviació, sinó també d'automoció (sistemes de navegació), robòtica (mitjans de control de les característiques cinemàtiques), esports (determinació de la dinàmica del moviment), medicina i fins i tot electrodomèstics, etc.
Conclusió
La teoria de la navegació inercial, el concepte de la qual es va començar a formar al segle passat, avui es pot considerar com una secció completa de la mecatrònica. Tanmateix, els èxits recents suggereixen que el futur pot serapareixen i descobriments més progressius. Això s'evidencia per l'estreta interacció dels sistemes de navegació inercial amb la informàtica i l'electrònica. Apareixen noves tasques ambicioses, ampliant l'espai per al desenvolupament de tecnologies relacionades, també basades en la mecànica teòrica. Paral·lelament, experts en aquesta direcció estan treballant activament en l'optimització de mitjans tècnics, entre els quals els bàsics són els giroscopis micromecànics.
