71. Назначение, области применения и типы инерциальных систем навигации.

Инерциальные навигационные системы (ИНС) предназначены для определения координат местоположения ВС, скорости, ускорения, углов крена, тангажа и курса летательного аппарата. (Определение координат - двухкратным интегрированием ускорений.)

По принципу действия инерциальные системы являются системами счисления пути.

Основной первичной информацией в ИНС служат составляющие ускорения центра масс летательного аппарата под действием активных негравитационных сил (т.е из общего ускорения исключаем гравитационное):

,где - абсолютное ускорение объекта;

- гравитационное ускорение.

При известном векторе и измеренном с помощью акселерометров векторе находится вектор абсолютного ускорения .

Интегрирование составляющих с учетом начальных условий, ориентации блока акселерометров и осей навигационной системы координат дает возможность определить скорость и место летательного аппарата.

Любая инерциальная навигационная система должна включать в себя:

• блок акселерометров, измеряющих составляющие вектора ускорения движения центра масс летательного аппарата под действием активных сил в заданной системе координат x y z;

• датчики угловой ориентации (моментов), моделирующие навигационную систему координат или определяющие угловую скорость ее вращения;

• вычислитель навигационной информации;

• задатчики исходных данных.

По способу размещения акселерометров на борту летательного аппарата ИНС подразделяются на платформенные и бесплатформенные.

В платформенных ИНС, получивших наибольшее распространение, блок акселерометров устанавливается на трёхосной гиростабилизированной платформе, плоскость платформы удерживают в плоскости горизонта, а её оси в определённом положении по отношению к северному и восточному направлениям (или к осям прямоугольной системы координат).

Таким образом, гироблок непосредственно задает положение осей навигационной системы координат.

Рис.1. Кинематическая схема гиростабилизированной платформы инерциальной системы:

1-платформа; 2,11,14- гироскопы; 3,12 – коррекционные двигатели; 4,5 – акселерометры; 6 – внутренняя рама карданова подвеса; 7,18 – вторые интеграторы; 8, 16 – первые интеграторы; 9,13,20 – датчики сигналов системы разгрузки; 10 – внешняя рама карданова подвеса; 15,17,19 – двигатели разгрузки (стабилизации).

Рис. 2. Установка двух акселерометров на гироплатформе

Е сли платформа установлена в горизонте неточно, например развернута на угол α вокруг оси О_у и на угол β вокруг оси Ох, то в измерение составляющих вектора скорости будет вноситься ошибка:

(1)

По требованиям точности ИНС ошибка в горизонтировании платформы не должна превышать нескольких угловых минут. Реализовать такое требование с помощью системы маятниковой коррекции не представляется возможным.

Поэтому в ИНС для горизонтирования платформы применяется интегральная коррекция, обеспечивающая необходимую точность. Принцип действия интегральной коррекции рассмотрим на примере одноосного гиростабилизатора (рис. 3).

Рис. 3. Принцип интегральной коррекции

Пусть платформа с акселерометром Ах выставлена в начальный момент времени t_o горизонтально (точнее говоря, нормально вектору ) в точке А. При перемещении платформы над поверхностью Земли в направлении оси O_x из точки А в точку В с абсолютной скоростью V_x(t) вертикаль повернется на угол αв. Чтобы платформа осталась в горизонтальном положении, ее необходимо развернуть на угол α_ПЛ, такой, чтобы для любого момента времени t выполнялось равенство:

или

, где, R - радиус Земли.

Если управлять разворотом платформы за счет прецессии гироскопа, то необходимо обеспечить скорость его прецессии _г(t), равную скорости поворота платформы:

(3)

Для скорости прецессии гироскопа справедливо соотношение

_г(t) = M_к(t)/H

где М_K(t) - коррекционный момент, прикладываемый к гироскопу для обеспечения его прецессии; H - кинетический момент гироскопа. Для выполнения равенства (3) необходимо, чтобы коррекционный момент был пропорционален скорости перемещения платформы, т.е.

М_K(t)=kV_x(t) или _г(t) = kV_x(t)/H (4)

,где k - постоянная величина, характеризующая коэффициенты усиления системы. Подставляя в условие (3) соотношения (4) и (2), получим условие соотношение:

K/H = 1/R

,которое называется условием невозмущаемости гировертикали.

Вывод: Параметры системы выбираются такими, чтобы они представляли собой невозмущаемую гировертикаль с периодом колебаний Т=84,4 мин.