Les exigences croissantes pour les systèmes de coordonnées nécessitent le développement de nouveaux principes de navigation. En particulier, l'une des conditions dictées par la modernité était l'introduction de moyens relativement indépendants de mesure de la localisation des objets cibles. Ces capacités sont fournies par un système de navigation inertielle qui élimine le besoin de signaux provenant de balises radio et de satellites.
Vue d'ensemble de la technologie
La navigation inertielle est basée sur les lois de la mécanique, permettant de fixer les paramètres du mouvement des corps par rapport au référentiel établi. Pour la première fois, ce principe de navigation a commencé à être appliqué relativement récemment dans les gyrocompas des navires. Avec l'amélioration des instruments de mesure de ce type, est apparueune technique qui détermine les paramètres mesurés en fonction des accélérations des corps. La théorie du système de navigation inertielle a commencé à prendre forme vers les années 1930. À partir de ce moment, les chercheurs dans ce domaine ont commencé à accorder plus d'attention aux principes de stabilité des systèmes mécaniques. En pratique, ce concept est assez difficile à mettre en œuvre, il est donc resté longtemps sous une forme théorique. Mais au cours des dernières décennies, avec l'avènement d'équipements spéciaux basés sur des ordinateurs, les outils de navigation inertielle ont été activement utilisés dans l'aviation, l'ingénierie de l'eau, etc.
Composants système
Les éléments obligatoires de tout système inertiel sont des blocs d'appareils de mesure sensibles et des appareils informatiques. La première catégorie d'éléments est représentée par les gyroscopes et les accéléromètres, et la seconde est constituée d'équipements informatiques mettant en œuvre certains algorithmes de calcul. La précision de la méthode dépend largement des caractéristiques des appareils sensibles. Par exemple, des données fiables ne permettent d'obtenir des systèmes de navigation inertielle qu'avec des gyroscopes de type précision associés à des accéléromètres. Mais dans ce cas, l'équipement technique présente un sérieux inconvénient sous la forme de la grande complexité du remplissage électromécanique, sans parler de la grande taille de l'équipement.
Comment fonctionne le système
La méthode de détermination des coordonnées à l'aide du système inertiel consiste à traiter les données sur l'accélération des corps, ainsi que leurvitesses angulaires. Pour cela, encore une fois, des éléments sensibles installés directement sur l'objet cible sont utilisés, grâce auxquels des informations sont générées sur la méta-position, le déroulement du mouvement, la distance parcourue et la vitesse. De plus, le principe de fonctionnement de la centrale de navigation inertielle permet d'utiliser des moyens de stabilisation voire de pilotage automatique d'un objet. À ces fins, des capteurs d'accélération linéaire avec équipement gyroscopique sont utilisés. A l'aide de ces dispositifs, un système de rapport est formé qui fonctionne par rapport à la trajectoire de l'objet. Selon le système de coordonnées généré, les angles d'inclinaison et de rotation sont déterminés. Les avantages de cette technologie incluent l'autonomie, la possibilité d'automatisation et un haut degré d'immunité au bruit.
Classification des systèmes de navigation inertielle
Fondamentalement, les systèmes de navigation considérés sont divisés en plate-forme et sangle (SINS). Les premiers sont aussi appelés géographiques et peuvent contenir deux plates-formes. L'un est fourni par des gyroscopes et s'oriente dans le champ inertiel, et le second est piloté par des accéléromètres et se stabilise par rapport au plan horizontal. En conséquence, les coordonnées sont déterminées à l'aide d'informations sur la position relative des deux plates-formes. Les modèles SINS sont considérés comme plus avancés sur le plan technologique. Le système de navigation inertielle strapdown est dépourvu des inconvénients liés aux limitations d'utilisation des gyroplateformes. Vitesse etles emplacements des objets dans de tels modèles sont déplacés vers l'informatique numérique, qui est également capable d'enregistrer des données sur l'orientation angulaire. Le développement moderne des systèmes SINS vise à optimiser les algorithmes de calcul sans réduire la précision des données initiales.
Méthodes pour déterminer l'orientation des systèmes de plate-forme
Ne perdez pas la pertinence et les systèmes qui fonctionnent avec des plates-formes pour déterminer les données initiales sur la dynamique de l'objet. À l'heure actuelle, les types suivants de modèles de navigation inertielle de plate-forme sont exploités avec succès:
- Système géométrique. Modèle standard avec deux plates-formes, qui a été décrit ci-dessus. De tels systèmes sont très précis, mais ils ont des limites dans l'entretien de véhicules hautement maniables opérant dans l'espace.
- Système analytique. Il utilise également des accéléromètres et des gyroscopes, qui sont stationnaires par rapport aux étoiles. Les avantages de tels systèmes incluent la capacité de desservir efficacement des objets manoeuvrables tels que des missiles, des hélicoptères et des chasseurs. Mais même en comparaison avec un système de navigation inertielle strapdown, les systèmes analytiques démontrent une faible précision dans la détermination des paramètres de la dynamique d'un objet.
- Système semi-analytique. Fourni par une plate-forme, se stabilisant en permanence dans l'espace de l'horizon local. Cette base abrite un gyroscope et un accéléromètre, et les calculs sont organisés en dehors de la plate-forme de travail.
Caractéristiques des systèmes de satellites inertiels
Il s'agit d'une classe prometteuse de systèmes de navigation intégrés qui combinent les avantages des sources de signaux satellitaires et des modèles inertiels considérés. Contrairement aux systèmes satellitaires populaires, ces systèmes permettent d'utiliser en plus des données sur l'orientation angulaire et de former des algorithmes de positionnement indépendants en l'absence de signaux de navigation. L'obtention d'informations de géolocalisation supplémentaires nous permet de simplifier techniquement les modèles d'éléments sensibles, en refusant des équipements coûteux. Les avantages du système de navigation par satellite inertiel comprennent un faible poids, une petite taille et des schémas de traitement de données simplifiés. D'autre part, l'instabilité des gyroscopes MEMS entraîne l'accumulation d'erreurs dans la détermination des données.
Champs d'application des systèmes inertiels
Parmi les consommateurs potentiels de la technologie de navigation inertielle figurent des représentants de diverses industries. Il ne s'agit pas seulement de l'astronautique et de l'aviation, mais aussi de l'automobile (systèmes de navigation), de la robotique (moyens de contrôler les caractéristiques cinématiques), du sport (détermination de la dynamique du mouvement), de la médecine et même des appareils électroménagers, etc.
Conclusion
La théorie de la navigation inertielle, dont le concept a commencé à se former au siècle dernier, peut aujourd'hui être considérée comme une section à part entière de la mécatronique. Cependant, les réalisations récentes suggèrent que l'avenir pourraitapparaissent et des découvertes plus progressives. En témoigne l'interaction étroite des systèmes de navigation inertielle avec l'informatique et l'électronique. De nouvelles tâches ambitieuses apparaissent, élargissant l'espace pour le développement de technologies connexes, également basées sur la mécanique théorique. Dans le même temps, les experts de cette direction travaillent activement à l'optimisation des moyens techniques, dont les principaux sont les gyroscopes micromécaniques.
