El aumento de los requisitos para los sistemas de coordenadas exige el desarrollo de nuevos principios de navegación. En particular, una de las condiciones dictadas por la modernidad fue la introducción de medios relativamente independientes para medir la ubicación de los objetos objetivo. Estas capacidades las proporciona un sistema de navegación inercial que elimina la necesidad de señales de radiobalizas y satélites.
Descripción general de la tecnología
La navegación inercial se basa en las leyes de la mecánica, lo que le permite fijar los parámetros del movimiento de los cuerpos en relación con el marco de referencia establecido. Por primera vez, este principio de navegación comenzó a aplicarse hace relativamente poco tiempo en los girocompases de barcos. Con el perfeccionamiento de los instrumentos de medida de este tipo, surgieronuna técnica que determina los parámetros medidos en base a las aceleraciones de los cuerpos. La teoría del sistema de navegación inercial comenzó a tomar forma más cerca de la década de 1930. A partir de ese momento, los investigadores de esta área comenzaron a prestar más atención a los principios de estabilidad de los sistemas mecánicos. En la práctica, este concepto es bastante difícil de implementar, por lo que durante mucho tiempo permaneció solo en forma teórica. Pero en las últimas décadas, con la llegada de equipos especiales basados en computadoras, las herramientas de navegación inercial se han utilizado activamente en aviación, ingeniería hidráulica, etc.
Componentes del sistema
Los elementos obligatorios de cualquier sistema inercial son bloques de dispositivos de medición sensibles y dispositivos informáticos. La primera categoría de elementos está representada por giroscopios y acelerómetros, y la segunda son equipos informáticos que implementan ciertos algoritmos de cálculo. La precisión del método depende en gran medida de las características de los dispositivos sensibles. Por ejemplo, los datos confiables hacen posible obtener sistemas de navegación inercial solo con giroscopios de precisión junto con acelerómetros. Pero en este caso, el equipo técnico tiene un serio inconveniente en forma de la alta complejidad del llenado electromecánico, sin mencionar el gran tamaño del equipo.
Cómo funciona el sistema
El método para determinar coordenadas utilizando el sistema inercial consiste en procesar datos sobre la aceleración de los cuerpos, así como suvelocidades angulares Para ello, nuevamente, se utilizan elementos sensibles instalados directamente en el objeto de destino, gracias a los cuales se genera información sobre la meta-posición, el curso del movimiento, la distancia recorrida y la velocidad. Además, el principio de funcionamiento del sistema de navegación inercial permite utilizar medios para estabilizar e incluso controlar automáticamente un objeto. Para tales fines se utilizan sensores de aceleración lineal con equipo giroscópico. Con la ayuda de estos dispositivos, se forma un sistema de informes que funciona en relación con la trayectoria del objeto. De acuerdo con el sistema de coordenadas generado, se determinan los ángulos de inclinación y rotación. Las ventajas de esta tecnología incluyen la autonomía, la posibilidad de automatización y un alto grado de inmunidad al ruido.
Clasificación de los sistemas de navegación inercial
Básicamente, los sistemas de navegación considerados se dividen en plataforma y strapdown (SINS). Los primeros también se denominan geográficos y pueden contener dos plataformas. Uno es proporcionado por giroscopios y está orientado en el campo de inercia, y el segundo está controlado por acelerómetros y se estabiliza en relación con el plano horizontal. Como resultado, las coordenadas se determinan utilizando información sobre la posición relativa de las dos plataformas. Los modelos SINS se consideran más avanzados tecnológicamente. El sistema de navegación inercial strapdown está desprovisto de desventajas asociadas con las limitaciones en el uso de plataformas giroscópicas. Velocidad ylas ubicaciones de los objetos en dichos modelos se trasladan a la computación digital, que también es capaz de registrar datos sobre la orientación angular. El desarrollo moderno de los sistemas SINS tiene como objetivo optimizar los algoritmos computacionales sin reducir la precisión de los datos iniciales.
Métodos para determinar la orientación de los sistemas de plataforma
No pierdan relevancia los sistemas que funcionan con plataformas para determinar los datos iniciales sobre la dinámica del objeto. Por el momento, los siguientes tipos de modelos de navegación inercial de plataforma funcionan con éxito:
- Sistema geométrico. Modelo estándar con dos plataformas, que se describió anteriormente. Dichos sistemas son muy precisos, pero tienen limitaciones en el servicio de vehículos altamente maniobrables que operan en el espacio exterior.
- Sistema analítico. También utiliza acelerómetros y giroscopios, que son estacionarios en relación con las estrellas. Las ventajas de tales sistemas incluyen la capacidad de servir de manera efectiva a objetos maniobrables como misiles, helicópteros y aviones de combate. Pero incluso en comparación con un sistema de navegación inercial con correa, los sistemas analíticos demuestran una baja precisión en la determinación de los parámetros de la dinámica de un objeto.
- Sistema semianalítico. Proporcionado por una plataforma, estabilizándose continuamente en el espacio del horizonte local. Esta base alberga un giroscopio y un acelerómetro, y los cálculos se organizan fuera de la plataforma de trabajo.
Características de los sistemas de satélites inerciales
Esta es una clase prometedora de sistemas de navegación integrados que combinan las ventajas de las fuentes de señales satelitales y los modelos inerciales considerados. A diferencia de los sistemas satelitales populares, estos sistemas permiten utilizar datos adicionales sobre la orientación angular y formar algoritmos de posicionamiento independientes en ausencia de señales de navegación. La obtención de información adicional de geolocalización nos permite simplificar técnicamente los modelos de elementos sensibles, rechazando costosos equipos. Las ventajas del sistema de navegación por satélite inercial incluyen esquemas de procesamiento de datos simplificados, de tamaño pequeño y de bajo peso. Por otro lado, la inestabilidad de los giroscopios MEMS provoca la acumulación de errores en la determinación de datos.
Campos de aplicación de los sistemas inerciales
Entre los consumidores potenciales de tecnología de navegación inercial se encuentran representantes de varias industrias. No se trata solo de astronáutica y aviación, sino también de automoción (sistemas de navegación), robótica (medios para controlar las características cinemáticas), deportes (determinación de la dinámica del movimiento), medicina e incluso electrodomésticos, etc.
Conclusión
La teoría de la navegación inercial, cuyo concepto comenzó a formarse en el siglo pasado, hoy puede considerarse como una sección completa de mecatrónica. Sin embargo, los logros recientes sugieren que el futuro puedeaparecen descubrimientos más progresivos. Esto se evidencia por la estrecha interacción de los sistemas de navegación inercial con la informática y la electrónica. Aparecen nuevas tareas ambiciosas, ampliando el espacio para el desarrollo de tecnologías relacionadas, también basadas en la mecánica teórica. Al mismo tiempo, los expertos en esta dirección están trabajando activamente en la optimización de los medios técnicos, entre los cuales los básicos son los giroscopios micromecánicos.
