Nawigacja inercyjna

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
(Przekierowano z Nawigacja bezwładnościowa)
Skocz do: nawigacja, szukaj

Nawigacja inercyjna, nawigacja bezwładnościowa, nawigacja inercjalna – nawigacja polegająca na pomiarze przyśpieszeń działających na obiekt oraz prędkości kątowych w celu określenia jego orientacji i położenia (jako nawigacja zliczeniowa). Najczęściej stosowana jest do pomiaru orientacji obiektów nieposiadających innych punktów odniesienia (np. wielopunktowego kontaktu z podłożem). Urządzenia tego typu są szeroko używane do stabilizacji, między innymi, statków wodnych, powietrznych i kosmicznych, platform stabilizowanych, platform balansujących (np. Segway HT).

Typy układów nawigacji inercyjnej[edytuj | edytuj kod]

Można wyróżnić dwie podstawowe klasy układów nawigacji bezwładnościowej:

  • bez układów odniesienia
  • z układami odniesienia.

Pierwsze z nich stanowią rozwiązanie historyczne – operator przed uruchomieniem systemu musiał ręcznie wprowadzić ustawienia kątów, położenia i prędkości (dla nawigacji zliczeniowej). Układy tego typu były szczególnie narażone na dryf oraz błąd systematyczny czujników, przez co ich wskazania obarczone były błędem, którego wartość rosła w czasie.

Nowoczesne systemy (AHRS, IMU) posiadają wewnętrzne źródło sygnału odniesienia, pozwalające na ustalenie orientacji początkowej oraz kompensację dryfu oraz błędu systematycznego czujników.

IMU[edytuj | edytuj kod]

IMU (ang. inertial measurement unit) jest jednostką do nawigacji inercyjnej wyposażoną w trzyosiowy żyroskop i trzyosiowy przyśpieszeniomierz. Rozwiązanie to pozwala na dokładne śledzenie orientacji obiektu w dwóch osiach. Pomiar azymutu odbywa się metodą zliczeniową, przez co podatny jest na zjawisko dryfu.

AHRS[edytuj | edytuj kod]

System AHRS (ang. attitude and heading reference system) stanowi uzupełnienie IMU o pomiar pola magnetycznego Ziemi, dzięki czemu układ jest w stanie dokładnie śledzić orientację obiektu we wszystkich trzech osiach.

Urządzenia stosowane do budowy układów nawigacji inercyjnej[edytuj | edytuj kod]

Żyroskop[edytuj | edytuj kod]

Jest to czujnik dostarczający informacji o prędkości kątowej obiektu, stanowiący podstawę działania układu nawigacji bezwładnościowej. Dzięki jego obecności możliwe jest śledzenie zmian orientacji obiektu, a przy znajomości orientacji początkowej także jego orientacji bezwzględnej.

Urządzenia tego typu początkowo były wykonywane mechanicznie jako masywny, obracający się z dużą prędkością wirnik oraz układu śledzącego zmiany jego położenia. Jego zasada działania polegała na wymuszaniu precesji wirnika zgodnie z zasadą wahadła Schulera. Rozwiązania te cechowały się wysoką dokładnością, lecz jednocześnie niską wytrzymałością mechaniczną oraz odpornością na przeciążenia.

Rosnące, wraz z rozwojem techniki rakietowej oraz lotniczej, wymagania stawiane żyroskopom sprawiły, iż opracowano mikroukłady elektromechaniczne cechujące się miniaturowym rozmiarem oraz większą odpornością na przeciążenia – jednak kosztem dokładności i podatności na wpływ temperatury. Układy tego typu chętnie stosowane są do stabilizacji bezzałogowców, ponieważ mają niską wagę i cenę oraz posiadają interfejsy analogowe lub cyfrowe do komunikacji z mikroprocesorami.

Przyśpieszeniomierz[edytuj | edytuj kod]

Jest to czujnik, zwykle mikroukład elektromechaniczny, dostarczający informacji o wypadkowej sile działającej na obiekt. Ze względu na fakt, iż podczas poruszania się obiektu w stanie ustalonym działa na niego jedynie siła grawitacji, jest on chętnie stosowany do pomiaru wektora grawitacji jako układu odniesienia. Pomiary dokonywane przez ten czujnik mogą być także wykorzystywane do nawigacji zliczeniowej.

Magnetometr[edytuj | edytuj kod]

Kolejnym elementem używanym przez jednostki nawigacji bezwładnościowej jest magnetometr, mierzący ziemskie pole magnetyczne, wykonany zazwyczaj także jako układ scalony.