O aumento dos requisitos para sistemas de coordenadas exige o desenvolvimento de novos princípios de navegação. Em particular, uma das condições ditadas pela modernidade foi a introdução de meios relativamente independentes de medir a localização dos objetos alvo. Esses recursos são fornecidos por um sistema de navegação inercial que elimina a necessidade de sinais de radiobalizas e satélites.
Visão geral da tecnologia
A navegação inercial é baseada nas leis da mecânica, permitindo fixar os parâmetros do movimento dos corpos em relação ao referencial estabelecido. Pela primeira vez, este princípio de navegação começou a ser aplicado há relativamente pouco tempo em girobússolas de navios. Com o aperfeiçoamento de instrumentos de medição deste tipo, surgiramuma técnica que determina os parâmetros medidos com base nas acelerações dos corpos. A teoria do sistema de navegação inercial começou a tomar forma mais perto da década de 1930. A partir desse momento, pesquisadores dessa área passaram a prestar mais atenção aos princípios de estabilidade de sistemas mecânicos. Na prática, esse conceito é bastante difícil de implementar, então por muito tempo permaneceu apenas na forma teórica. Mas nas últimas décadas, com o advento de equipamentos especiais baseados em computadores, as ferramentas de navegação inercial têm sido usadas ativamente na aviação, engenharia de água, etc.
Componentes do sistema
Elementos obrigatórios de qualquer sistema inercial são blocos de dispositivos de medição sensíveis e dispositivos de computação. A primeira categoria de elementos é representada por giroscópios e acelerômetros, e a segunda são equipamentos de computador que implementam determinados algoritmos de cálculo. A precisão do método depende em grande parte das características dos dispositivos sensíveis. Por exemplo, dados confiáveis permitem obter sistemas de navegação inercial apenas com giroscópios de precisão em conjunto com acelerômetros. Mas, neste caso, o equipamento técnico apresenta uma séria desvantagem na forma da alta complexidade do enchimento eletromecânico, sem falar no grande tamanho do equipamento.
Como o sistema funciona
O método de determinação de coordenadas usando o sistema inercial é processar dados sobre a aceleração dos corpos, bem como suasvelocidades angulares. Para isso, novamente, são utilizados elementos sensíveis instalados diretamente no objeto alvo, graças aos quais são geradas informações sobre a metaposição, curso do movimento, distância percorrida e velocidade. Além disso, o princípio de funcionamento do sistema de navegação inercial possibilita o uso de meios para estabilizar e até controlar automaticamente um objeto. Para tal, são utilizados sensores de aceleração linear com equipamento giroscópico. Com a ajuda desses dispositivos, é formado um sistema de relatório que funciona em relação à trajetória do objeto. De acordo com o sistema de coordenadas gerado, os ângulos de inclinação e rotação são determinados. As vantagens desta tecnologia incluem autonomia, possibilidade de automação e alto grau de imunidade a ruídos.
Classificação dos sistemas de navegação inercial
Basicamente, os sistemas de navegação considerados são divididos em plataforma e strapdown (SINS). Os primeiros também são chamados de geográficos e podem conter duas plataformas. Um é fornecido por giroscópios e é orientado no campo inercial, e o segundo é controlado por acelerômetros e se estabiliza em relação ao plano horizontal. Como resultado, as coordenadas são determinadas usando informações sobre a posição relativa das duas plataformas. Os modelos SINS são considerados mais avançados tecnologicamente. O sistema de navegação inercial strapdown é desprovido de desvantagens associadas a limitações no uso de giroplataformas. Velocidade eas localizações dos objetos em tais modelos são deslocadas para a computação digital, que também é capaz de registrar dados na orientação angular. O moderno desenvolvimento de sistemas SINS visa otimizar algoritmos computacionais sem reduzir a precisão dos dados iniciais.
Métodos para determinar a orientação de sistemas de plataforma
Não perca relevância e sistemas que trabalham com plataformas para determinar os dados iniciais sobre a dinâmica do objeto. No momento, os seguintes tipos de modelos de navegação inercial de plataforma são operados com sucesso:
- Sistema geométrico. Modelo padrão com duas plataformas, que foi descrito acima. Esses sistemas são altamente precisos, mas têm limitações na manutenção de veículos altamente manobráveis que operam no espaço sideral.
- Sistema analítico. Ele também usa acelerômetros e giroscópios, que são estacionários em relação às estrelas. As vantagens de tais sistemas incluem a capacidade de servir efetivamente objetos manobráveis como mísseis, helicópteros e caças. Mas mesmo em comparação com um sistema de navegação inercial, os sistemas analíticos demonstram baixa precisão na determinação dos parâmetros da dinâmica de um objeto.
- Sistema semi-analítico. Fornecido por uma plataforma, estabilizando-se continuamente no espaço do horizonte local. Esta base abriga um giroscópio e um acelerômetro, e os cálculos são organizados fora da plataforma de trabalho.
Recursos de sistemas de satélites inerciais
Esta é uma classe promissora de sistemas de navegação integrados que combinam as vantagens de fontes de sinal de satélite e modelos inerciais considerados. Ao contrário dos sistemas de satélite populares, esses sistemas possibilitam o uso adicional de dados sobre orientação angular e formam algoritmos de posicionamento independentes na ausência de sinais de navegação. A obtenção de informações adicionais de geolocalização nos permite simplificar tecnicamente os modelos de elementos sensíveis, recusando equipamentos caros. As vantagens do sistema de navegação por satélite inercial incluem baixo peso, tamanho pequeno e esquemas de processamento de dados simplificados. Por outro lado, a instabilidade dos giroscópios MEMS causa o acúmulo de erros na determinação dos dados.
Campos de aplicação de sistemas inerciais
Entre os potenciais consumidores de tecnologia de navegação inercial estão representantes de diversas indústrias. Isso não é apenas astronáutica e aviação, mas também automotiva (sistemas de navegação), robótica (meios de controle de características cinemáticas), esportes (determinando a dinâmica do movimento), medicina e até eletrodomésticos, etc.
Conclusão
A teoria da navegação inercial, cujo conceito começou a se formar no século passado, hoje pode ser considerada uma seção completa da mecatrônica. No entanto, conquistas recentes sugerem que o futuro podeaparecem e descobertas mais progressivas. Isso é evidenciado pela estreita interação dos sistemas de navegação inercial com a informática e a eletrônica. Novas tarefas ambiciosas aparecem, ampliando o espaço para o desenvolvimento de tecnologias relacionadas, também baseadas na mecânica teórica. Ao mesmo tempo, especialistas nessa direção estão trabalhando ativamente na otimização dos meios técnicos, entre os quais os giroscópios micromecânicos.
