ข้อกำหนดที่เพิ่มขึ้นสำหรับระบบพิกัดทำให้ต้องมีการพัฒนาหลักการนำทางแบบใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เงื่อนไขหนึ่งที่กำหนดโดยความทันสมัยคือการแนะนำวิธีการวัดตำแหน่งของวัตถุเป้าหมายที่ค่อนข้างอิสระ ความสามารถเหล่านี้จัดทำโดยระบบนำทางเฉื่อยที่ไม่จำเป็นต้องใช้สัญญาณจากวิทยุบีคอนและดาวเทียม
ภาพรวมเทคโนโลยี
การนำทางเฉื่อยเป็นไปตามกฎของกลไก ช่วยให้คุณแก้ไขพารามิเตอร์ของการเคลื่อนที่ของวัตถุที่สัมพันธ์กับกรอบอ้างอิงที่กำหนดไว้ได้ เป็นครั้งแรกที่หลักการเดินเรือนี้เริ่มนำมาใช้ในไจโรเข็มทิศของเรือเมื่อไม่นานนี้ ด้วยการปรับปรุงเครื่องมือวัดประเภทนี้จึงเกิดขึ้นเทคนิคที่กำหนดพารามิเตอร์ที่วัดได้ตามความเร่งของร่างกาย ทฤษฎีของระบบนำทางเฉื่อยเริ่มเป็นรูปเป็นร่างขึ้นใกล้กับช่วงทศวรรษที่ 1930 นับจากนั้นเป็นต้นมา นักวิจัยในพื้นที่นี้เริ่มให้ความสำคัญกับหลักการของความเสถียรของระบบกลไกมากขึ้น ในทางปฏิบัติแนวคิดนี้ค่อนข้างยากที่จะนำไปใช้ดังนั้นจึงยังคงอยู่ในรูปแบบทางทฤษฎีมาเป็นเวลานาน แต่ในช่วงไม่กี่สิบปีที่ผ่านมา ด้วยการถือกำเนิดของอุปกรณ์พิเศษที่ใช้คอมพิวเตอร์ เครื่องมือนำทางเฉื่อยได้ถูกนำมาใช้อย่างแข็งขันในการบิน วิศวกรรมน้ำ ฯลฯ
ส่วนประกอบของระบบ
องค์ประกอบบังคับของระบบเฉื่อยคือบล็อกของอุปกรณ์วัดและอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ที่มีความละเอียดอ่อน องค์ประกอบประเภทแรกแสดงโดยไจโรสโคปและมาตรความเร่ง และองค์ประกอบที่สองคืออุปกรณ์คอมพิวเตอร์ที่ใช้อัลกอริธึมการคำนวณบางอย่าง ความแม่นยำของวิธีการส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับลักษณะของอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อน ตัวอย่างเช่น ข้อมูลที่เชื่อถือได้ทำให้สามารถรับระบบนำทางเฉื่อยได้เฉพาะกับไจโรสโคปชนิดความแม่นยำร่วมกับมาตรความเร่งเท่านั้น แต่ในกรณีนี้ อุปกรณ์ทางเทคนิคมีข้อเสียอย่างร้ายแรงในรูปแบบของความซับซ้อนสูงของการบรรจุแบบไฟฟ้า ไม่ต้องพูดถึงอุปกรณ์ขนาดใหญ่
ระบบทำงานอย่างไร
วิธีการกำหนดพิกัดโดยใช้ระบบเฉื่อยคือการประมวลผลข้อมูลเกี่ยวกับความเร่งของร่างกายรวมถึงความเร็วเชิงมุม ด้วยเหตุนี้ จึงมีการใช้องค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนซึ่งติดตั้งโดยตรงบนวัตถุเป้าหมายด้วยข้อมูลที่สร้างขึ้นเกี่ยวกับตำแหน่งเมตา เส้นทางการเคลื่อนที่ ระยะทางที่เดินทาง และความเร็ว นอกจากนี้ หลักการทำงานของระบบนำทางเฉื่อยยังทำให้สามารถใช้วิธีการในการทำให้เสถียรและควบคุมวัตถุได้โดยอัตโนมัติ เพื่อวัตถุประสงค์ดังกล่าว เซ็นเซอร์ความเร่งเชิงเส้นพร้อมอุปกรณ์ไจโรสโคปิกถูกนำมาใช้ ด้วยความช่วยเหลือของอุปกรณ์เหล่านี้ ระบบรายงานจึงถูกสร้างขึ้นซึ่งสัมพันธ์กับวิถีโคจรของวัตถุ ตามระบบพิกัดที่สร้างขึ้น มุมเอียงและการหมุนจะถูกกำหนด ข้อดีของเทคโนโลยีนี้รวมถึงความเป็นอิสระ ความเป็นไปได้ของระบบอัตโนมัติ และการป้องกันเสียงรบกวนในระดับสูง
การจำแนกประเภทของระบบนำทางเฉื่อย
โดยพื้นฐานแล้ว ระบบนำทางที่พิจารณาจะแบ่งออกเป็นแพลตฟอร์มและสายรัด (SINS) อดีตเรียกอีกอย่างว่าทางภูมิศาสตร์และอาจมีสองแพลตฟอร์ม หนึ่งมีให้โดยไจโรสโคปและมุ่งเน้นไปที่สนามเฉื่อยและที่สองถูกควบคุมโดยมาตรความเร่งและทำให้เสถียรเมื่อเทียบกับระนาบแนวนอน ด้วยเหตุนี้ พิกัดจะถูกกำหนดโดยใช้ข้อมูลเกี่ยวกับตำแหน่งสัมพัทธ์ของทั้งสองแพลตฟอร์ม โมเดล SINS ถือว่ามีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีมากกว่า ระบบนำทางเฉื่อยแบบรัดสายไม่มีข้อเสียที่เกี่ยวข้องกับข้อจำกัดในการใช้ไจโรแพลตฟอร์ม ความเร็วและตำแหน่งของวัตถุในแบบจำลองดังกล่าวจะเปลี่ยนเป็นการคำนวณแบบดิจิทัล ซึ่งสามารถบันทึกข้อมูลในการวางแนวเชิงมุมได้ การพัฒนาระบบ SINS ที่ทันสมัยมีจุดมุ่งหมายเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพอัลกอริธึมการคำนวณโดยไม่ลดความแม่นยำของข้อมูลเริ่มต้น
วิธีการกำหนดทิศทางของระบบแพลตฟอร์ม
อย่าสูญเสียความเกี่ยวข้องและระบบที่ทำงานร่วมกับแพลตฟอร์มเพื่อกำหนดข้อมูลเริ่มต้นเกี่ยวกับไดนามิกของวัตถุ ในขณะนี้ โมเดลการนำทางเฉื่อยของแพลตฟอร์มประเภทต่อไปนี้ใช้งานได้สำเร็จ:
- ระบบเรขาคณิต. รุ่นมาตรฐานที่มีสองแพลตฟอร์ม ซึ่งได้อธิบายไว้ข้างต้น ระบบดังกล่าวมีความแม่นยำสูง แต่มีข้อจำกัดในการให้บริการยานพาหนะที่คล่องแคล่วสูงซึ่งปฏิบัติงานในอวกาศ
- ระบบวิเคราะห์. นอกจากนี้ยังใช้มาตรความเร่งและไจโรสโคปซึ่งอยู่นิ่งเมื่อเทียบกับดวงดาว ข้อดีของระบบดังกล่าว ได้แก่ ความสามารถในการให้บริการวัตถุที่เคลื่อนที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่น ขีปนาวุธ เฮลิคอปเตอร์ และเครื่องบินรบ แต่ถึงแม้จะเปรียบเทียบกับระบบนำทางเฉื่อยแบบรัดสาย ระบบวิเคราะห์ก็แสดงให้เห็นความแม่นยำต่ำในการกำหนดพารามิเตอร์ของไดนามิกของวัตถุ
- ระบบกึ่งวิเคราะห์. ให้บริการโดยแพลตฟอร์มเดียว รักษาเสถียรภาพอย่างต่อเนื่องในพื้นที่ขอบฟ้าท้องถิ่น ฐานนี้มีไจโรสโคปและมาตรความเร่ง และการคำนวณจะถูกจัดระเบียบนอกแพลตฟอร์มการทำงาน
คุณลักษณะของระบบดาวเทียมเฉื่อย
นี่คือคลาสของระบบนำทางแบบบูรณาการที่มีแนวโน้มว่าจะรวมข้อดีของแหล่งสัญญาณดาวเทียมและพิจารณาโมเดลเฉื่อย ต่างจากระบบดาวเทียมที่ได้รับความนิยม ระบบดังกล่าวทำให้สามารถใช้ข้อมูลการวางแนวเชิงมุมเพิ่มเติมและสร้างอัลกอริธึมการกำหนดตำแหน่งอิสระในกรณีที่ไม่มีสัญญาณนำทาง การได้รับข้อมูลตำแหน่งทางภูมิศาสตร์เพิ่มเติมช่วยให้เราลดความซับซ้อนในทางเทคนิคของแบบจำลองขององค์ประกอบที่ละเอียดอ่อน โดยปฏิเสธอุปกรณ์ราคาแพง ข้อดีของระบบนำทางด้วยดาวเทียมเฉื่อย ได้แก่ น้ำหนักเบา ขนาดเล็ก และรูปแบบการประมวลผลข้อมูลที่ง่ายขึ้น ในทางกลับกัน ความไม่เสถียรของไจโรสโคป MEMS ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการกำหนดข้อมูล
สาขาของการประยุกต์ใช้ระบบเฉื่อย
ในกลุ่มผู้บริโภคที่มีศักยภาพของเทคโนโลยีนำทางเฉื่อยเป็นตัวแทนของอุตสาหกรรมต่างๆ นี่ไม่ใช่แค่ด้านอวกาศและการบินเท่านั้น แต่ยังรวมถึงยานยนต์ (ระบบนำทาง) หุ่นยนต์ (หมายถึงการควบคุมลักษณะจลนศาสตร์) กีฬา (การกำหนดพลศาสตร์ของการเคลื่อนไหว) ยารักษาโรค และแม้แต่เครื่องใช้ในครัวเรือน เป็นต้น
สรุป
ทฤษฎีการนำทางเฉื่อย ซึ่งเป็นแนวคิดที่เริ่มก่อตัวขึ้นในศตวรรษที่ผ่านมา ปัจจุบันถือได้ว่าเป็นภาคส่วนเต็มรูปแบบของเมคคาทรอนิกส์ อย่างไรก็ตาม ความสำเร็จล่าสุดชี้ให้เห็นว่าอนาคตอาจปรากฏขึ้นและการค้นพบที่ก้าวหน้ามากขึ้น นี่คือหลักฐานจากการทำงานร่วมกันอย่างใกล้ชิดของระบบนำทางเฉื่อยกับวิทยาการคอมพิวเตอร์และอิเล็กทรอนิกส์ งานที่ทะเยอทะยานใหม่ปรากฏขึ้น ขยายพื้นที่สำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง โดยอิงจากกลศาสตร์เชิงทฤษฎีด้วย ในเวลาเดียวกัน ผู้เชี่ยวชาญในทิศทางนี้กำลังทำงานอย่างแข็งขันในการเพิ่มประสิทธิภาพวิธีการทางเทคนิค โดยพื้นฐานคือไจโรสโคปไมโครเครื่องกล
