Инерциальная навигационная система

Аннотация

И. И. Помыкаев - Инерциальная навигационная система. Общие сведения о инерциальных системах

Инерциальная навигационная система система инерциальной навигации, навигационное устройство, в основу работы которого положены классические (ньютоновские) законы механики. В ИНС исходной (главной) системой отсчёта, по отношению к которой производятся инерциальные измерения, служит инерциальная (абсолютная, т. е. неподвижная относительно звёзд) система. Посредством ИНС определяют координаты, скорость, ускорение и др. основные параметры движения объекта (самолёта, ракеты, космического корабля, надводных и подводных судов и др.). ИНС имеют перед другими навигационными системами (см. Радионавигационная система) большие и важные преимущества — универсальность применения, возможность определения основных параметров движения, автономность действия, абсолютную помехозащищенность. Эти качества определили ИНС как наиболее перспективную навигационную систему.

Принцип действия ИНС состоит в моделировании (представлении) поступательного движения объекта, характеризуемого изменением во времени ускорения, скорости и координат, подобным процессом движения воспринимающего элемента (массы) пространственного (трёхкомпонентного) Акселерометра (в общем случае с компенсацией гравитационного ускорения). Уравнение движения воспринимающего элемента в инерциальной системе координат является основным уравнением инерциального метода определения параметров движения; в общем случае имеет вид:

где ω — ускорение, измеряемое акселерометром; rm — сила притяжения единицы массы воспринимающего элемента в точке М (ускорение тяготения).

Сущность инерциального метода состоит в измерении акселерометром исходного параметра (ускорения) и интегрировании основного уравнения: одинарном — для определения скорости, двойном — для определения координат. Ориентирование измерительных осей акселерометров по заданным направлениям производится свободными или управляемыми (по сигналам от акселерометров) гироскопическими устройствами (См. Гироскопические устройства) (гироскопом, гиростабилизатором, гирорамой и др.) или астростабилизаторами, а также сочетанием этих средств. Для интегрирования основного уравнения используются гироскопические, электромеханические и др. Интеграторы. ИНС содержит построитель (инерциальная вертикаль) или вычислитель направления вертикали места. Инерциальная вертикаль является высокоточной вертикалью и не возмущается (не отклоняется от вертикали места) при наличии горизонтальных ускорений.

ИНС различают по ряду признаков: по ориентации направлений осей чувствительности инерциальных измерителей (с произвольной ориентацией, с ориентацией по звёздам, по осям, жестко связанным с объектом, с неизменной ориентацией относительно небесного тела, например Земли, с горизонтальной ориентацией и др.); по способу построения вертикали места (с аналитической, или расчётной, вертикалью, с инерциальным построителем вертикали); по наличию стабилизированной платформы (со стабилизированной гироскопической или астроплатформой, бесплатформенные) и др.

ИНС весьма сложны, дорогостоящи. Срок службы их меньше, чем у обычных гироскопических приборов. Для правильного функционирования ИНС перед стартом объекта требуется ввести начальные данные по координатам пункта старта и скорости, произвести ориентирование инерциальных измерителей. Точность некорректируемых ИНС зависит от времени. Поэтому возможность получения информации от ИНС, удовлетворяющей заданным требованиям, ограничена во времени. Так, за час полёта лучшие образцы ИНС имеют погрешность в определении координат примерно 1,5—5 км. Для уменьшения погрешностей и расширения возможностей использования применяют различные способы коррекции от радионавигационных, радиолокационных и астронавигационных средств.

Рисунок 1 – Блок-схема инерциальной навигационной системы:

Блок-схема инерциальной навигационной системы: 1 — блок инерциальных измерителей и построителей направлений в пространстве (акселерометры и гироскопические устройства), посредством которого реализуется заданная ориентация измерительных осей и с которого выдаётся измерительная информация в вычислитель; 2 — вычислительный блок, в котором осуществляются интегрирование основного уравнения, вычисление необходимых параметров движения, формирование сигналов (в некоторых инерциальных навигационных системах) управления ориентацией инерциальных измерителей и сигналов компенсации систематических погрешностей (ускорения тяготения, поворотного ускорения, от несферичности Земли и др.); 3 — блок времени, из которого в блоки 1, 2, 4 поступают сигналы мирового времени; 4 — блок ввода начальной информации в блоки 1 и 2 для ориентации инерциальных измерителей и интегрирования основного уравнения; А — поступление начальной информации; Б — выдача конечной информации о параметрах движения. Стрелками показаны направления поступления информации.

Список использованной литературы

1. Принципы инерциальной навигации, пер.(перевод) с англ.(английский), под ред. В. А. Боднера, М., 1965; Помыкаев И. И., Инерциальный метод измерения параметров движения летательных аппаратов, М., 1969.