افزایش الزامات برای سیستم های مختصات، توسعه اصول جدید ناوبری را ضروری می کند. به ویژه، یکی از شرایط دیکته شده توسط مدرنیته، معرفی ابزارهای نسبتاً مستقل برای اندازه گیری مکان اشیاء هدف بود. این قابلیت‌ها توسط یک سیستم ناوبری اینرسی ارائه می‌شود که نیاز به سیگنال‌های چراغ‌های رادیویی و ماهواره‌ها را از بین می‌برد.
مروری بر فناوری
ناوبری اینرسی مبتنی بر قوانین مکانیک است و به شما امکان می دهد پارامترهای حرکت اجسام را نسبت به چارچوب مرجع تعیین شده ثابت کنید. برای اولین بار، این اصل ناوبری نسبتاً اخیراً در قطب نماهای ژیروسکوپی کشتی ها اعمال شد. با بهبود ابزارهای اندازه گیری از این نوع، به وجود آمدتکنیکی که پارامترهای اندازه گیری شده را بر اساس شتاب اجسام تعیین می کند. تئوری سیستم ناوبری اینرسی نزدیک به 1930 شروع به شکل گیری کرد. از همان لحظه توجه محققان این حوزه به اصول پایداری سیستم های مکانیکی بیشتر شد. در عمل، اجرای این مفهوم بسیار دشوار است، بنابراین برای مدت طولانی فقط به شکل نظری باقی ماند. اما در دهه های اخیر، با ظهور تجهیزات ویژه مبتنی بر رایانه، ابزارهای ناوبری اینرسی به طور فعال در هوانوردی، مهندسی آب و غیره استفاده شده است.
اجزای سیستم
عناصر اجباری هر سیستم اینرسی بلوک های دستگاه های اندازه گیری حساس و دستگاه های محاسباتی هستند. دسته اول عناصر با ژیروسکوپ و شتاب سنج نشان داده می شوند و دسته دوم تجهیزات کامپیوتری هستند که الگوریتم های محاسباتی خاصی را پیاده سازی می کنند. دقت روش تا حد زیادی به ویژگی های دستگاه های حساس بستگی دارد. به عنوان مثال، داده های قابل اعتماد به دست آوردن سیستم های ناوبری اینرسی را تنها با ژیروسکوپ های نوع دقیق در ارتباط با شتاب سنج ها ممکن می سازد. اما در این مورد، تجهیزات فنی از نظر پیچیدگی بالای پرکننده الکترومکانیکی، بدون ذکر اندازه بزرگ تجهیزات، یک اشکال جدی دارند.
چگونه سیستم کار می کند
روش تعیین مختصات با استفاده از سیستم اینرسی پردازش داده های مربوط به شتاب اجسام و همچنین آنهاست.سرعت های زاویه ای برای این کار مجدداً از عناصر حساس نصب شده مستقیماً روی شی مورد نظر استفاده می شود که به لطف آنها اطلاعاتی در مورد موقعیت متا، مسیر حرکت، مسافت طی شده و سرعت تولید می شود. علاوه بر این، اصل عملکرد سیستم ناوبری اینرسی امکان استفاده از وسایلی را برای تثبیت و حتی کنترل خودکار یک جسم فراهم می کند. برای چنین اهدافی از سنسورهای شتاب خطی با تجهیزات ژیروسکوپی استفاده می شود. با کمک این دستگاه ها یک سیستم گزارش تشکیل می شود که نسبت به مسیر حرکت جسم کار می کند. با توجه به سیستم مختصات تولید شده، زوایای شیب و چرخش تعیین می شود. از مزایای این فناوری می توان به خود مختاری، امکان اتوماسیون و ایمنی بالای سر و صدا اشاره کرد.
طبقه بندی سیستم های ناوبری اینرسی
اساساً، سیستم های ناوبری در نظر گرفته شده به پلت فرم و strapdown (SINS) تقسیم می شوند. اولی ها جغرافیایی نیز نامیده می شوند و ممکن است شامل دو پلت فرم باشند. یکی توسط ژیروسکوپ ها ارائه می شود و در میدان اینرسی جهت گیری می شود و دومی توسط شتاب سنج ها کنترل می شود و نسبت به صفحه افقی تثبیت می شود. در نتیجه، مختصات با استفاده از اطلاعات مربوط به موقعیت نسبی دو سکو تعیین می شود. مدل های SINS از نظر فناوری پیشرفته تر در نظر گرفته می شوند. سیستم ناوبری اینرسی strapdown فاقد معایب مرتبط با محدودیت در استفاده از سکوهای ژیروپلتفرم است. سرعت ومکان اشیاء در چنین مدل‌هایی به محاسبات دیجیتالی منتقل می‌شود، که همچنین قادر به ثبت داده‌ها در جهت زاویه‌ای است. هدف توسعه مدرن سیستم‌های SINS بهینه‌سازی الگوریتم‌های محاسباتی بدون کاهش دقت داده‌های اولیه است.
روش های تعیین جهت گیری سیستم های پلت فرم
ارتباط و سیستم هایی را که با پلتفرم ها برای تعیین داده های اولیه در مورد پویایی شی کار می کنند از دست ندهید. در حال حاضر، انواع زیر از مدل‌های ناوبری اینرسی پلت فرم با موفقیت اجرا می‌شوند:
- نظام هندسی. مدل استاندارد با دو پلت فرم که در بالا توضیح داده شد. چنین سیستم‌هایی بسیار دقیق هستند، اما در سرویس‌دهی به وسایل نقلیه با قابلیت مانور بالا که در فضا کار می‌کنند محدودیت‌هایی دارند.
- سیستم تحلیلی. همچنین از شتاب‌سنج‌ها و ژیروسکوپ‌هایی استفاده می‌کند که نسبت به ستاره‌ها ثابت هستند. از مزایای چنین سیستم هایی می توان به قابلیت سرویس دهی موثر به اشیاء قابل مانور مانند موشک، هلیکوپتر و جنگنده اشاره کرد. اما حتی در مقایسه با یک سیستم ناوبری اینرسیال ناوبری، سیستم‌های تحلیلی دقت پایینی در تعیین پارامترهای دینامیک یک جسم نشان می‌دهند.
- سیستم نیمه تحلیلی. ارائه شده توسط یک سکو، به طور مداوم در فضای افق محلی تثبیت می شود. این پایه دارای یک ژیروسکوپ و یک شتاب‌سنج است و محاسبات خارج از سکوی کار سازماندهی می‌شوند.
ویژگی های سیستم های ماهواره ای اینرسی
این یک کلاس امیدوارکننده از سیستم های ناوبری یکپارچه است که مزایای منابع سیگنال ماهواره ای و مدل های اینرسی در نظر گرفته شده را ترکیب می کند. برخلاف سیستم‌های ماهواره‌ای محبوب، چنین سیستم‌هایی امکان استفاده اضافی از داده‌ها در جهت زاویه‌ای و تشکیل الگوریتم‌های موقعیت‌یابی مستقل را در غیاب سیگنال‌های ناوبری فراهم می‌کنند. به دست آوردن اطلاعات اضافی موقعیت جغرافیایی به ما امکان می دهد تا از نظر فنی مدل های عناصر حساس را ساده کنیم و از تجهیزات گران قیمت خودداری کنیم. از مزایای سیستم ناوبری ماهواره ای اینرسی می توان به وزن کم، اندازه کوچک و طرح های ساده پردازش داده ها اشاره کرد. از سوی دیگر، ناپایداری ژیروسکوپ های MEMS باعث انباشتگی خطا در تعیین داده ها می شود.
زمینه های کاربرد سیستم های اینرسی
در میان مصرف کنندگان بالقوه فناوری ناوبری اینرسی، نمایندگان صنایع مختلف هستند. این نه تنها فضانوردی و هوانوردی است، بلکه خودروسازی (سیستم های ناوبری)، رباتیک (وسایل کنترل ویژگی های حرکتی)، ورزش (تعیین دینامیک حرکت)، پزشکی و حتی لوازم خانگی و غیره نیز هست.
نتیجه گیری
نظریه ناوبری اینرسی که مفهوم آن در قرن گذشته شکل گرفت، امروزه می تواند به عنوان یک بخش کامل از مکاترونیک در نظر گرفته شود. با این حال، دستاوردهای اخیر نشان می دهد که آینده ممکن استظهور و اکتشافات مترقی تر. این توسط تعامل نزدیک سیستم های ناوبری اینرسی با علوم کامپیوتر و الکترونیک مشهود است. وظایف جاه طلبانه جدیدی ظاهر می شود که فضای توسعه فناوری های مرتبط را نیز بر اساس مکانیک نظری گسترش می دهد. در عین حال، متخصصان در این راستا فعالانه روی بهینه‌سازی وسایل فنی کار می‌کنند که پایه‌های آن ژیروسکوپ‌های میکرومکانیکی است.
