Инерциальная навигационная система (ИНС) - это вспомогательная навигационная система, использующая акселерометры и гироскопы для измерения ускорения и угловой скорости объектов, а также компьютеры для непрерывной оценки положения, ориентации и скорости движущихся объектов. Она не нуждается во внешней системе отсчета и часто используется в самолетах, подводных лодках, ракетах и различных космических аппаратах.
Принцип
Инерциальная навигация как минимум включает в себя компьютер и платформу (или модуль), содержащую акселерометр, гироскоп или другие датчики движения. Вначале начальное положение и скорость поступают в ИНС извне (от операторов, GPS-приемников и т.д.). После этого ИНС постоянно обновляет текущее положение и скорость, интегрируя и вычисляя информацию от датчиков движения. Преимущество инерциальной навигации заключается в том, что после задания начальных условий текущее положение, направление и скорость движения могут быть определены без внешней привязки.
Определяя ускорение и угловую скорость системы, инерциальная навигация может определять изменение положения (например, движение на восток или на запад), изменение скорости (величину или направление скорости) и изменение ориентации (вращение вокруг каждой оси). Благодаря тому, что инерциальная навигация не нуждается во внешних ориентирах, она не подвержена внешнему вмешательству или обману.
Гироскоп используется для измерения угловой скорости системы в инерциальной системе отсчета. Приняв в качестве начального условия азимут системы в инерциальной системе отсчета и проинтегрировав диагональную скорость, можно в любой момент времени получить текущее направление движения системы. Это можно представить себе так, как пассажир с завязанными глазами, сидящий в автомобиле, чувствует, что машина поворачивает налево, направо, в гору и вниз. Только на основании этой информации он знает, куда едет машина, но не знает, быстро ли она едет, медленно ли, не скатывается ли на обочину.
Акселерометр используется для измерения линейного ускорения системы в инерциальной системе отсчета, но он может измерять ускорение только относительно направления движения системы (поскольку акселерометр закреплен на системе и вращается вместе с ней, он не знает своего собственного направления). Это можно представить себе так: пассажир с завязанными глазами сжимает сиденье назад, когда автомобиль разгоняется, наклоняется вперед, когда автомобиль тормозит, сжимает сиденье вниз, когда автомобиль разгоняется в гору, и вскакивает с сиденья, когда автомобиль идет в гору. Основываясь только на этой информации, пассажир знает, как автомобиль ускоряется относительно самого себя, то есть вперед, назад, вверх, вниз, влево или вправо, но не знает направления относительно земли.
Однако, отслеживая текущую угловую скорость системы и текущее линейное ускорение, измеренное относительно системы движения, можно определить текущее линейное ускорение системы в системе отсчета. Приняв начальную скорость за начальное условие и применив правильное кинематическое уравнение, можно проинтегрировать инерционное ускорение для получения инерционной скорости системы, а затем, приняв начальное положение за начальное условие, получить инерционное положение путем повторного интегрирования.
Малые погрешности инерциального навигационного датчика со временем накапливаются в большие погрешности, а его погрешность, как правило, пропорциональна времени, поэтому ее необходимо постоянно корректировать. Современная инерциальная навигация использует для коррекции различные сигналы (такие как глобальная система позиционирования и магнитный компас) и применяет кибернетический принцип фильтрации различных сигналов на весовом уровне для обеспечения точности и надежности инерциальной навигации.
Применение
Инерциальная навигация (ИНС) используется в различных движущихся машинах, включая самолеты, подводные лодки, космические челноки и другие транспортные средства и ракеты. Однако стоимость и сложность ограничивают ее применение.
Впервые инерциальная навигация была использована для наведения ракет, и американский ракетостроитель Роберт Годар испытал раннюю гироскопическую систему. Во время Второй мировой войны она была усовершенствована немцем фон Брауном и применена для наведения ракеты V-2. После войны научно-исследовательские институты и сотрудники, такие как Массачусетский технологический институт в США, проводили глубокие исследования в области инерциальной навигации, в результате которых были созданы современные инерциальные навигационные системы для самолетов, ракет, космических челноков и подводных лодок.
Компания Join Sunny предлагает решения в области FOG ins и MEMS ins. Наши высокоэффективные и недорогие противотуманные устройства GSY-FINS-70 хорошо продаются. Если вам нужны дополнительные технические данные и предложения, пожалуйста, обращайтесь к нам!