Yêu cầu ngày càng tăng đối với hệ tọa độ đòi hỏi sự phát triển của các nguyên tắc điều hướng mới. Đặc biệt, một trong những điều kiện quyết định bởi tính hiện đại là sự ra đời của các phương tiện tương đối độc lập để đo vị trí của các đối tượng mục tiêu. Những khả năng này được cung cấp bởi hệ thống định vị quán tính giúp loại bỏ nhu cầu tín hiệu từ các vệ tinh và đèn hiệu vô tuyến.
Tổng quan về công nghệ
Điều hướng quán tính dựa trên quy luật cơ học, cho phép bạn sửa các thông số về chuyển động của các vật thể so với hệ quy chiếu đã thiết lập. Lần đầu tiên, nguyên tắc điều hướng này bắt đầu được áp dụng tương đối gần đây trong các con quay hồi chuyển của tàu. Với sự cải tiến của các dụng cụ đo lường loại này, đã phát sinhmột kỹ thuật xác định các thông số đo được dựa trên gia tốc của các vật thể. Lý thuyết về hệ thống dẫn đường quán tính bắt đầu hình thành từ những năm 1930. Từ thời điểm đó, các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này bắt đầu quan tâm nhiều hơn đến các nguyên tắc ổn định của các hệ thống cơ khí. Trong thực tế, khái niệm này khá khó thực hiện nên trong một thời gian dài nó chỉ ở dạng lý thuyết. Nhưng trong những thập kỷ gần đây, với sự ra đời của các thiết bị đặc biệt dựa trên máy tính, các công cụ dẫn đường quán tính đã được sử dụng tích cực trong ngành hàng không, kỹ thuật đường thủy, v.v.
Thành phần hệ thống
Các yếu tố bắt buộc của bất kỳ hệ thống quán tính nào là các khối thiết bị đo lường và thiết bị tính toán nhạy cảm. Loại phần tử đầu tiên được biểu thị bằng con quay hồi chuyển và gia tốc kế, và loại thứ hai là thiết bị máy tính thực hiện các thuật toán tính toán nhất định. Độ chính xác của phương pháp phần lớn phụ thuộc vào đặc tính của các thiết bị nhạy cảm. Ví dụ: dữ liệu đáng tin cậy giúp chỉ có thể có được hệ thống dẫn đường quán tính với con quay hồi chuyển loại chính xác kết hợp với gia tốc kế. Nhưng trong trường hợp này, thiết bị kỹ thuật có một nhược điểm nghiêm trọng là độ phức tạp cao của quá trình điền đầy cơ điện, chưa kể đến kích thước lớn của thiết bị.
Cách hệ thống hoạt động
Phương pháp xác định tọa độ bằng hệ thống quán tính là xử lý dữ liệu về gia tốc của các vật thể, cũng nhưtốc độ góc. Đối với điều này, một lần nữa, các yếu tố nhạy cảm được cài đặt trực tiếp trên đối tượng mục tiêu được sử dụng, nhờ đó thông tin được tạo ra về vị trí meta, quá trình di chuyển, khoảng cách di chuyển và tốc độ. Ngoài ra, nguyên tắc hoạt động của hệ thống dẫn đường quán tính giúp nó có thể sử dụng các phương tiện để ổn định và thậm chí tự động điều khiển một đối tượng. Với những mục đích như vậy, cảm biến gia tốc tuyến tính với thiết bị con quay hồi chuyển được sử dụng. Với sự trợ giúp của các thiết bị này, một hệ thống báo cáo được hình thành hoạt động liên quan đến quỹ đạo của đối tượng. Theo hệ tọa độ được tạo ra, các góc nghiêng và góc quay được xác định. Những ưu điểm của công nghệ này bao gồm quyền tự chủ, khả năng tự động hóa và khả năng chống ồn ở mức độ cao.
Phân loại hệ thống dẫn đường quán tính
Về cơ bản, các hệ thống định vị được xem xét được chia thành nền tảng và dây đeo (SINS). Trước đây cũng được gọi là địa lý và có thể chứa hai nền tảng. Một được cung cấp bởi con quay hồi chuyển và được định hướng trong trường quán tính, và thứ hai được điều khiển bởi gia tốc kế và ổn định so với mặt phẳng nằm ngang. Kết quả là, các tọa độ được xác định bằng cách sử dụng thông tin về vị trí tương đối của hai nền tảng. Các mô hình SINS được coi là công nghệ tiên tiến hơn. Hệ thống định vị quán tính dây đeo không có nhược điểm liên quan đến hạn chế trong việc sử dụng các hình con quay hồi chuyển. Tốc độ vàvị trí của các đối tượng trong các mô hình như vậy được chuyển sang máy tính kỹ thuật số, nó cũng có khả năng ghi dữ liệu về hướng góc. Sự phát triển hiện đại của các hệ thống SINS nhằm mục đích tối ưu hóa các thuật toán tính toán mà không làm giảm độ chính xác của dữ liệu ban đầu.
Phương pháp xác định định hướng của hệ thống nền tảng
Không làm mất tính liên quan và các hệ thống làm việc với các nền tảng để xác định dữ liệu ban đầu về động thái của đối tượng. Hiện tại, các loại mô hình điều hướng quán tính nền tảng sau đang được vận hành thành công:
- Hệ thống hình học. Mô hình tiêu chuẩn với hai nền tảng, được mô tả ở trên. Những hệ thống như vậy có độ chính xác cao, nhưng chúng có những hạn chế trong việc bảo dưỡng các phương tiện có khả năng cơ động cao hoạt động trong không gian vũ trụ.
- Hệ thống phân tích. Nó cũng sử dụng gia tốc kế và con quay hồi chuyển, chúng đứng yên so với các ngôi sao. Ưu điểm của các hệ thống này bao gồm khả năng phục vụ hiệu quả các đối tượng cơ động như tên lửa, trực thăng và máy bay chiến đấu. Nhưng ngay cả khi so sánh với hệ thống định vị quán tính dây đeo, hệ thống phân tích cho thấy độ chính xác thấp trong việc xác định các thông số động lực học của một đối tượng.
- Hệ thống bán phân tích. Được cung cấp bởi một nền tảng, liên tục ổn định trong không gian của đường chân trời địa phương. Căn cứ này chứa một con quay hồi chuyển và một gia tốc kế, đồng thời các phép tính được tổ chức bên ngoài nền tảng làm việc.
Tính năng của hệ thống vệ tinh quán tính
Đây là một lớp hệ thống định vị tích hợp đầy hứa hẹn kết hợp các ưu điểm của nguồn tín hiệu vệ tinh và được coi là mô hình quán tính. Không giống như các hệ thống vệ tinh phổ biến, các hệ thống như vậy có thể sử dụng thêm dữ liệu về định hướng góc và hình thành các thuật toán định vị độc lập trong trường hợp không có tín hiệu điều hướng. Có được thông tin định vị địa lý bổ sung cho phép chúng tôi đơn giản hóa về mặt kỹ thuật mô hình của các yếu tố nhạy cảm, từ chối thiết bị đắt tiền. Ưu điểm của hệ thống định vị vệ tinh quán tính bao gồm trọng lượng thấp, kích thước nhỏ và sơ đồ xử lý dữ liệu được đơn giản hóa. Mặt khác, sự không ổn định của con quay hồi chuyển MEMS gây ra sự tích tụ các lỗi trong xác định dữ liệu.
Các lĩnh vực ứng dụng của hệ thống quán tính
Trong số những người tiêu dùng tiềm năng của công nghệ dẫn đường quán tính là đại diện của nhiều ngành khác nhau. Đây không chỉ là du hành vũ trụ và hàng không, mà còn là ô tô (hệ thống định vị), người máy (phương tiện điều khiển các đặc tính động học), thể thao (xác định chuyển động), y học và thậm chí cả đồ gia dụng, v.v.
Kết
Lý thuyết điều hướng quán tính, khái niệm bắt đầu hình thành từ thế kỷ trước, ngày nay có thể được coi là một phần chính thức của cơ điện tử. Tuy nhiên, những thành tựu gần đây cho thấy rằng tương lai có thểxuất hiện và nhiều khám phá tiến bộ hơn. Điều này được chứng minh bằng sự tương tác chặt chẽ của hệ thống định vị quán tính với khoa học máy tính và điện tử. Các nhiệm vụ mới đầy tham vọng xuất hiện, mở rộng không gian cho sự phát triển của các công nghệ liên quan, cũng dựa trên cơ học lý thuyết. Đồng thời, các chuyên gia theo hướng này đang tích cực làm việc để tối ưu hóa các phương tiện kỹ thuật, trong đó cơ bản là con quay hồi chuyển vi cơ.
