CC BY
175
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 629.05
Мустаев А.Ф.
Магистрант факультета авионики, энергетики и инфокоммуникаций Уфимский государственный технический университет
(Россия, г. Уфа)
ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Аннотация: в статье рассматриваются особенности инерциальной навигационной системы, преимущества и недостатки платформенных и бесплатформенных систем, перспективы применения.
Ключевые слова: навигация, навигационная система, инерциальная навигация.
Инерциальная навигация — это метод определения координат, скорости и угловой ориентации объекта на основе измерения и интегрирования его ускорения. Основной особенностью инерциальной навигации (ИНС) является выдача навигационной информации автономно — без привлечения внешних источников информации (сигналов со спутников или радиомаяков).
Из всех навигационных систем инерциальные навигационные системы (ИНС) являются единственными, которые удовлетворяют таким важным требованиям, как универсальность, полная автономность, помехозащищенность и помехоустойчивость. Существующие ИНС обеспечивают более высокую точность навигации по сравнению с воздушно - доплеровскими системами. Помимо вычисления продольной и поперечной координат, ИНС определяют также угловое положение ЛА в выбранной системе координат, то есть курс, крен, тангаж. Угловое положение определяется путем измерения отклонений ЛА от запомненной в ИНС выбранной системы координат. В зависимости от способа моделирования (запоминания), ИНС подразделяются на платформенные и бесплатформенные.
В платформенных ИНС навигационная система координат моделируется.
45
Физически в виде ориентации по трем осям специальной гиростабилизированной платформы (ГСП). ГСП в течение всего рабочего времени сохраняет неизменной ориентацию, заданную в процессе подготовки (выставки) ИНС. Датчики основной информации (акселерометры) устанавливаются на ГСП.
В бесплатформенных ИНС акселерометры устанавливаются непосредственно на ЛА, а опорная система координат моделируется математически. Так как акселерометры вращаются вместе с ЛА, то необходим непрерывный пересчет значений ускорений из связанной с ЛА вращающейся системы координат в опорную неподвижную систему координат. Алгоритмы пересчета требуют, помимо значений ускорений, дополнительную информацию - значения угловых скоростей вращения ЛА. Последние определяются с помощью двухстепенных гироскопов с внутренним кардановым подвесом (так называемых ДНГ). Сложность алгоритмов и большой объем вычислений требуют наличия мощной, быстродействующей и имеющей большой объем памяти бортовой цифровой вычислительной машины (БЦВМ). Бесплатформенные ИНС в настоящее время используются преимущественно на тяжелых маломаневренных ЛА.
Принцип построения элементарной ИНС, определяющий линейные и географические координаты, показан на рисунке 1.
Рисунок 1 - Принцип построения ИНС
Из рисунка видно, что ГСП имеет 3 степени свободы. В узлах подвеса ГСП размещены датчики курса, крена, тангажа (на рис. 1 изображен лишь один из них). Продольная ось ГСП чаще всего ориентируется на север. Линейные координаты ЛА формируются путем двойного интегрирования сигналов акселерометров, а географические - интегрированием сигнала угловой скорости движения ЛА вокруг Земли. Сигнал углового смещения ЛА появляется на выходе датчика угла при любом вращении ЛА вокруг неподвижной оси подвеса ГСП. Собственно, сущность инерциального счисления заключается в измерении с помощью акселерометров, составляющих вектора ускорения центра масс ЛА, обусловленного негравитационными силами, и в последующем двукратном интегрировании этих составляющих с учетом 21 начальных условий и ускорений, вызванных гравитацией, силами инерции Кориолиса и центробежными силами.
Совершенствование методов инерциальной навигации (ИНС) стало одним из условий, сделавших возможными беспосадочные авиаперелеты, полеты в космос, длительные походы подводных лодок. Инерциальная навигационная система (ИНС) - это неотъемлемая часть системы управления летательного аппарата.
Рост уровня интеграции электронных схем позволил по-другому взглянуть на инерциальную навигацию, на смену аналоговым вычислителям пришли компактные цифровые устройства, повышается точность и уменьшаются габариты чувствительных элементов. Современная инерциальная навигационная система - это уже не большой тяжелый ящик, достаточно высокие точности теперь доступны и при малых габаритах системы и чувствительных элементов. В качестве чувствительных элементов инерциальной навигационной системы применяются миниатюрные гироскопы и акселерометры, выполненные по MEMS технологии. Всё это делает ИНС более доступными о позволяет применять её в робототехнике и системах управления БПЛА.
Список литературы:
Михайлов В.В. Анализ полетной информации. Учебное пособие. С.-Петербург, АГА, 1998.
Прилепский В.А. Авиационные приборы: учеб. пособие - Самара: Изд-во Самарского университета, 2016. - 316 с.
Федорова С.М. Автоматизированное управление полетом воздушных судов. Под редакцией. Москва, «Транспорт», 1992.
