Nawigacja bezwładnościowa

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Nawigacja bezwładnościowa (inercjalna) odmiana nawigacji, polegająca na pomiarze przyspieszeń działających na obiekt oraz prędkości kątowych w celu określenia jego orientacji i położenia(jako nawigacja zliczeniowa). Najczęściej wykorzystywana jest do pomiaru orientacji obiektów nie posiadających innych punktów odniesienia (np. wielopunktowego kontaktu z podłożem). Układy tego typu są szeroko wykorzystywane do stabilizacji m.in. statków powietrznych oraz kosmicznych, platform stabilizowanych, statków wodnych czy platform balansujących(takich jak np. Segway).

Typy układów nawigacji bezwładnościowej[edytuj | edytuj kod]

Można wyróżnić 2 podstawowe klasy układów nawigacji bezwładościowej:

  • bez układów odniesienia
  • z układami odniesienia

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

Nowoczesne układy, takie jak AHRS czy IMU posiadają wewnętrzne źródło sygnału odniesienia, pozwalające na ustalenie orientacji początkowej oraz kompensację dryfu oraz biasu wykorzystywanych sensorów.

IMU[edytuj | edytuj kod]

IMU(ang. Inertial measurent unit) jest odmianą jednoski do nawigacji inercyjnej wyposażonej w 3-osiowy żyroskop i 3-osiowy akcelerometr. Rozwiązanie to pozwala na dokładne śledzenie orientacji obiektu w 2 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 dokłądnie śledzić orientację obektu we wszystkich 3 osiach.

Urządzenia wykorzystywane do budowy układów nawigacji bezwładnościowej[edytuj | edytuj kod]

Żyroskop[edytuj | edytuj kod]

Sensor dostarczający informację o prędkości kątowej obiektu, stanowiący podstawę działania ukłądu nawigacji bezwładnościowej. Dzięki jego obecności możliwe jest śledzenie zmian orietacji 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 rozwiązania MEMS, które charakteryzują się miniaturowym rozmiarem oraz większą odpornością na przeciążenia kosztem dokładności i podatności na wpływ temperatury. Układy tego typu chętnie wykorzystywane są w układach stabilizacji bezzałogowców, gdyż posiadają niską wagę i cenę oraz mają wbudowane interfejsy analogowe bądź cyfrowe do komunikacji z mikroprocesorami.

Akcelerometr[edytuj | edytuj kod]

Sensor dostarczający informacje 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 wykorzystywany do pomiaru wektora grawitacji jako układu odniesienia. Pomiary dostarczane przez ten czujnik mogą zostać także wykorzytane do nawigacji zliczeniowej. Czujnik ten ma zazwyczaj postać układu MEMS.

Magnetometr(Kompas magnetyczny)[edytuj | edytuj kod]

Kolejnym elementem układu odniesienia wykorzystywanym przez jednostki nawigacji bezwładnościowej jest pomiar ziemskiego pola magnetycznego za pomocą magnetometru, wykonanego zazwyczaj także jako układ scalony.