Meningkatnya persyaratan untuk sistem koordinat memerlukan pengembangan prinsip navigasi baru. Secara khusus, salah satu kondisi yang ditentukan oleh modernitas adalah pengenalan alat yang relatif independen untuk mengukur lokasi objek target. Kemampuan ini disediakan oleh sistem navigasi inersia yang menghilangkan kebutuhan sinyal dari suar radio dan satelit.
Ikhtisar teknologi
Navigasi inersia didasarkan pada hukum mekanika, memungkinkan Anda untuk memperbaiki parameter pergerakan benda relatif terhadap kerangka acuan yang ditetapkan. Untuk pertama kalinya, prinsip navigasi ini mulai diterapkan relatif baru-baru ini di gyrocompass kapal. Dengan perbaikan alat ukur jenis ini, munculteknik yang menentukan parameter yang diukur berdasarkan percepatan benda. Teori sistem navigasi inersia mulai terbentuk lebih dekat ke tahun 1930-an. Sejak saat itu, para peneliti di bidang ini mulai lebih memperhatikan prinsip-prinsip stabilitas sistem mekanis. Dalam praktiknya, konsep ini cukup sulit untuk diterapkan, sehingga untuk waktu yang lama tetap hanya dalam bentuk teoretis. Namun dalam beberapa dekade terakhir, dengan munculnya peralatan khusus berbasis komputer, alat navigasi inersia telah digunakan secara aktif dalam penerbangan, teknik air, dll.
Komponen sistem
Elemen wajib dari setiap sistem inersia adalah blok perangkat pengukuran sensitif dan perangkat komputasi. Kategori elemen pertama diwakili oleh giroskop dan akselerometer, dan yang kedua adalah peralatan komputer yang mengimplementasikan algoritma perhitungan tertentu. Keakuratan metode sangat tergantung pada karakteristik perangkat sensitif. Misalnya, data yang andal memungkinkan untuk memperoleh sistem navigasi inersia hanya dengan giroskop tipe presisi bersama dengan akselerometer. Namun dalam hal ini, peralatan teknis memiliki kelemahan serius berupa kompleksitas pengisian elektromekanis yang tinggi, belum lagi ukuran peralatan yang besar.
Cara kerja sistem
Cara menentukan koordinat menggunakan sistem inersia adalah dengan mengolah data percepatan benda, sertakecepatan sudut. Untuk ini, sekali lagi, elemen sensitif yang dipasang langsung pada objek target digunakan, berkat informasi yang dihasilkan tentang posisi meta, arah gerakan, jarak yang ditempuh, dan kecepatan. Selain itu, prinsip pengoperasian sistem navigasi inersia memungkinkan penggunaan sarana untuk menstabilkan dan bahkan secara otomatis mengendalikan suatu objek. Untuk tujuan tersebut, sensor percepatan linier dengan peralatan giroskopik digunakan. Dengan bantuan perangkat ini, sistem laporan terbentuk yang bekerja relatif terhadap lintasan objek. Menurut sistem koordinat yang dihasilkan, sudut kemiringan dan rotasi ditentukan. Keuntungan dari teknologi ini termasuk otonomi, kemungkinan otomatisasi dan tingkat kekebalan kebisingan yang tinggi.
Klasifikasi sistem navigasi inersia
Pada dasarnya, sistem navigasi yang dipertimbangkan dibagi menjadi platform dan strapdown (SINS). Yang pertama juga disebut geografis dan mungkin berisi dua platform. Satu disediakan oleh giroskop dan berorientasi pada bidang inersia, dan yang kedua dikendalikan oleh akselerometer dan menstabilkan relatif terhadap bidang horizontal. Akibatnya, koordinat ditentukan menggunakan informasi tentang posisi relatif kedua platform. Model SINS dianggap lebih maju secara teknologi. Sistem navigasi inersia strapdown tidak memiliki kelemahan terkait dengan keterbatasan dalam penggunaan gyroplatform. Kecepatan danlokasi objek dalam model tersebut digeser ke komputasi digital, yang juga mampu merekam data pada orientasi sudut. Pengembangan modern sistem SINS bertujuan untuk mengoptimalkan algoritma komputasi tanpa mengurangi akurasi data awal.
Metode untuk menentukan orientasi sistem platform
Jangan kehilangan relevansi dan sistem yang bekerja dengan platform untuk menentukan data awal tentang dinamika objek. Saat ini, jenis model navigasi inersia platform berikut berhasil dioperasikan:
- Sistem geometris. Model standar dengan dua platform, yang dijelaskan di atas. Sistem seperti itu sangat akurat, tetapi memiliki keterbatasan dalam melayani kendaraan yang sangat bermanuver yang beroperasi di luar angkasa.
- Sistem analitik. Ia juga menggunakan akselerometer dan giroskop, yang relatif stasioner terhadap bintang-bintang. Keuntungan dari sistem tersebut termasuk kemampuan untuk secara efektif melayani objek bermanuver seperti rudal, helikopter dan pesawat tempur. Tetapi bahkan dibandingkan dengan sistem navigasi inersia strapdown, sistem analitik menunjukkan akurasi yang rendah dalam menentukan parameter dinamika suatu objek.
- Sistem semi-analitis. Disediakan oleh satu platform, terus stabil di ruang cakrawala lokal. Basis ini menampung giroskop dan akselerometer, dan perhitungannya diatur di luar platform kerja.
Fitur sistem satelit inersia
Ini adalah kelas sistem navigasi terintegrasi yang menjanjikan yang menggabungkan keunggulan sumber sinyal satelit dan model inersia yang dipertimbangkan. Tidak seperti sistem satelit populer, sistem semacam itu memungkinkan untuk menggunakan data tambahan pada orientasi sudut dan membentuk algoritme pemosisian independen tanpa adanya sinyal navigasi. Memperoleh informasi geolokasi tambahan memungkinkan kami untuk secara teknis menyederhanakan model elemen sensitif, menolak peralatan mahal. Keuntungan dari sistem navigasi satelit inersia termasuk bobot rendah, ukuran kecil dan skema pemrosesan data yang disederhanakan. Di sisi lain, ketidakstabilan giroskop MEMS menyebabkan akumulasi kesalahan dalam penentuan data.
Bidang penerapan sistem inersia
Di antara konsumen potensial teknologi navigasi inersia adalah perwakilan dari berbagai industri. Ini tidak hanya astronotika dan penerbangan, tetapi juga otomotif (sistem navigasi), robotika (sarana untuk mengendalikan karakteristik kinematik), olahraga (menentukan dinamika gerak), kedokteran dan bahkan peralatan rumah tangga, dll.
Kesimpulan
Teori navigasi inersia, konsep yang mulai terbentuk pada abad terakhir, hari ini dapat dianggap sebagai bagian lengkap dari mekatronik. Namun, pencapaian baru-baru ini menunjukkan bahwa masa depan mungkinmuncul dan penemuan-penemuan yang lebih progresif. Ini dibuktikan dengan interaksi yang erat antara sistem navigasi inersia dengan ilmu komputer dan elektronik. Tugas ambisius baru muncul, memperluas ruang untuk pengembangan teknologi terkait, juga didasarkan pada mekanika teoretis. Pada saat yang sama, para ahli ke arah ini secara aktif bekerja untuk mengoptimalkan sarana teknis, yang dasar di antaranya adalah giroskop mikromekanis.
