הגברת הדרישות למערכות קואורדינטות מחייבת פיתוח עקרונות ניווט חדשים. בפרט, אחד התנאים שהוכתבו על ידי המודרניות היה הכנסת אמצעים עצמאיים יחסית למדידת מיקומם של חפצי מטרה. יכולות אלו מסופקות על ידי מערכת ניווט אינרציאלית המייתרת את הצורך באותות ממשואות רדיו ולוויינים.
סקירת טכנולוגיה
ניווט אינרציאלי מבוסס על חוקי המכניקה, ומאפשר לך לתקן את הפרמטרים של תנועת גופים ביחס למסגרת הייחוס שנקבעה. לראשונה, עקרון ניווט זה החל להיות מיושם לאחרונה יחסית בג'ירוקומפסים של ספינות. עם השיפור של מכשירי מדידה מסוג זה, התעוררטכניקה הקובעת את הפרמטרים הנמדדים על סמך תאוצות הגופים. התיאוריה של מערכת הניווט האינרציאלית החלה להתגבש קרוב יותר לשנות ה-30. מאותו רגע, חוקרים בתחום זה החלו לשים לב יותר לעקרונות היציבות של מערכות מכניות. בפועל, מושג זה די קשה ליישום, ולכן במשך זמן רב הוא נשאר רק בצורה תיאורטית. אבל בעשורים האחרונים, עם הופעת הציוד המיוחד המבוסס על מחשבים, נעשה שימוש פעיל בכלי ניווט אינרציאלי בתעופה, הנדסת מים וכו'.
רכיבי מערכת
אלמנטים חובה של כל מערכת אינרציאלית הם בלוקים של התקני מדידה רגישים והתקני מחשוב. הקטגוריה הראשונה של אלמנטים מיוצגת על ידי ג'ירוסקופים ומדדי תאוצה, והשנייה היא ציוד מחשב המיישם אלגוריתמי חישוב מסוימים. דיוק השיטה תלוי במידה רבה במאפיינים של המכשירים הרגישים. לדוגמה, נתונים אמינים מאפשרים להשיג מערכות ניווט אינרציאליות רק עם גירוסקופים מסוג דיוק בשילוב עם מדי תאוצה. אבל במקרה זה, לציוד הטכני יש חיסרון רציני בדמות המורכבות הגבוהה של המילוי האלקטרומכני, שלא לדבר על הגודל הגדול של הציוד.
איך המערכת עובדת
השיטה לקביעת קואורדינטות באמצעות מערכת האינרציה היא עיבוד נתונים על האצה של גופים, כמו גם שלהםמהירויות זוויתיות. לשם כך, שוב, נעשה שימוש באלמנטים רגישים המותקנים ישירות על אובייקט המטרה, שבזכותם נוצר מידע על מטה-מיקום, מהלך התנועה, מרחק הנסיעה והמהירות. בנוסף, עקרון הפעולה של מערכת הניווט האינרציאלי מאפשר להשתמש באמצעים לייצוב ואף לשליטה אוטומטית של עצם. למטרות כאלה משתמשים בחיישני האצה ליניאריים עם ציוד ג'ירוסקופי. בעזרת מכשירים אלו נוצרת מערכת דיווח שפועלת ביחס למסלול האובייקט. על פי מערכת הקואורדינטות שנוצרה, זוויות הנטייה והסיבוב נקבעות. היתרונות של טכנולוגיה זו כוללים אוטונומיה, אפשרות לאוטומציה ורמה גבוהה של חסינות נגד רעש.
סיווג של מערכות ניווט אינרציאלי
בעיקרון, מערכות הניווט הנחשבות מחולקות לפלטפורמה ו-strapdown (SINS). הראשונים נקראים גם גיאוגרפיים ועשויים להכיל שתי פלטפורמות. האחד מסופק על ידי ג'ירוסקופים ומכוון בשדה האינרציאלי, והשני נשלט על ידי מדי תאוצה ומתייצב ביחס למישור האופקי. כתוצאה מכך, הקואורדינטות נקבעות באמצעות מידע על המיקום היחסי של שתי הפלטפורמות. דגמי SINS נחשבים למתקדמים יותר מבחינה טכנולוגית. מערכת הניווט האינרציאלית של ה-strapdown נטולת חסרונות הקשורים למגבלות בשימוש ב-gyroplatforms. מהירות ומיקומי האובייקטים במודלים כאלה מועברים למחשוב דיגיטלי, המסוגל גם להקליט נתונים על הכיוון הזוויתי. הפיתוח המודרני של מערכות SINS שואף לייעל אלגוריתמים חישוביים מבלי להפחית את הדיוק של הנתונים הראשוניים.
שיטות לקביעת כיוון מערכות הפלטפורמה
אל תאבד רלוונטיות ומערכות שעובדות עם פלטפורמות כדי לקבוע את הנתונים הראשוניים על הדינמיקה של האובייקט. כרגע, הסוגים הבאים של דגמי ניווט אינרציאלי בפלטפורמה מופעלים בהצלחה:
- מערכת גיאומטרית. דגם סטנדרטי עם שתי פלטפורמות, שתואר לעיל. מערכות כאלה מדויקות מאוד, אך יש להן מגבלות במתן שירות לכלי רכב בעלי יכולת תמרון גבוהה הפועלים בחלל החיצון.
- מערכת אנליטית. הוא משתמש גם במדדי תאוצה ובגירוסקופים, שהם נייחים ביחס לכוכבים. היתרונות של מערכות כאלה כוללים את היכולת לשרת ביעילות עצמים ניתנים לתמרון כמו טילים, מסוקים ולוחמים. אבל אפילו בהשוואה למערכת ניווט אינרציאלית ברצועה, מערכות אנליטיות מדגימות דיוק נמוך בקביעת הפרמטרים של הדינמיקה של אובייקט.
- מערכת חצי אנליטית. מסופק על ידי פלטפורמה אחת, המתייצבת ללא הרף במרחב האופק המקומי. בסיס זה מכיל גירוסקופ ומד תאוצה, והחישובים מאורגנים מחוץ לפלטפורמת העבודה.
תכונות של מערכות לוויין אינרציאליות
זהו מחלקה מבטיחה של מערכות ניווט משולבות המשלבות את היתרונות של מקורות אות לווייניים ומודלים אינרציאליים נחשבים. בניגוד למערכות לווייניות פופולריות, מערכות כאלה מאפשרות להשתמש בנוסף בנתונים על כיוון זוויתי וליצור אלגוריתמי מיקום עצמאיים בהיעדר אותות ניווט. השגת מידע גיאוגרפי נוסף מאפשרת לנו לפשט טכנית את המודלים של אלמנטים רגישים, ולסרב לציוד יקר. היתרונות של מערכת הניווט הלווינית האינרציאלית כוללים משקל נמוך, גודל קטן ותכניות עיבוד נתונים פשוטות. מצד שני, חוסר היציבות של גירוסקופים של MEMS גורם להצטברות של שגיאות בקביעת הנתונים.
שדות יישום של מערכות אינרציאליות
בין הצרכנים הפוטנציאליים של טכנולוגיית ניווט אינרציאלי נמצאים נציגים של תעשיות שונות. זה לא רק אסטרונאוטיקה ותעופה, אלא גם רכב (מערכות ניווט), רובוטיקה (אמצעי שליטה במאפיינים קינמטיים), ספורט (קביעת דינמיקת תנועה), רפואה ואפילו מכשירי חשמל ביתיים וכו'.
מסקנה
תורת הניווט האינרציאלי, שהמושג שלה התחיל להיווצר במאה הקודמת, יכולה להיחשב היום כחלק מן המניין של מכטרוניקה. עם זאת, ההישגים האחרונים מצביעים על כך שהעתיד עשוילהופיע ותגליות מתקדמות יותר. עדות לכך היא האינטראקציה ההדוקה של מערכות ניווט אינרציאליות עם מדעי המחשב ואלקטרוניקה. מופיעות משימות שאפתניות חדשות, המרחיבות את המרחב לפיתוח טכנולוגיות נלוות, המבוססות גם על מכניקה תיאורטית. במקביל, מומחים בכיוון זה עובדים באופן פעיל על אופטימיזציה של אמצעים טכניים, שהבסיסיים ביניהם הם גירוסקופים מיקרו-מכניים.
