4.Использование инерциальных навигационных систем
Принцип работы инерциальной навигационной системы (ИНС) / Inertial Navigation System (INS) основан на измерении ускорений ВС по осям выбранной системы координат.
Ускорения измеряются устройствами, называемыми акселерометрами.
Ускорение является производной от скорости (характеризует быстроту ее изменения). Соответственно, скорость – это производная расстояния.
Операцией, обратной дифференцированию (взятию производной), является интегрирование. Если измеренное ускорение известно, то после его интегрирования получим скорость. А после интегрирования скорости получим пройденное расстояние и в конечном итоге координаты ВС.
ИНС осуществляют счисление пути в сферической / геодезической системе координат и определяют широту и долготу.
Упрощенная блок-схема инерциального счисления
ИНС можно разделить на две группы:
- использующие гироплатформу (традиционные ИНС);
- не использующие гироплатформу (бесплатформенные ИНС - БИНС).
Первыми в 40-е годы ХХ века были разработаны и на протяжении
пятидесяти лет совершенствовались традиционные INS.
В традиционных ИНС акселерометры установлены на гироплатформе, которая на протяжении всего полета располагается строго горизонтально и ориентирована по направлению истинного меридиана. При этом акселерометры независимо от поворотов ВС всегда ориентированы по осям системы координат, связанной с Землей.
В таких ИНС два акселерометра расположены в горизонтальной плоскости и ориентированы на север и восток. Третий расположен вертикально и ориентирован вверх.
Гироплатформа удерживается в нужном положении с помощью гироскопов – таких же, как и в гироскопических курсовых приборах, но гораздо более точных, имеющих малый собственный уход.
В 80-90-е годы ХХ века стали развиваться БИНС, которые называют системами на «лазерных гироскопах».
С помощью лазерного кольцевого гироскопа (ЛКГ) можно измерить угловую скорость вращения.
В БИНС используется три таких лазерных гироскопа, измеряющих угловые скорости вращения вокруг трех перпендикулярных осей.
Если в любой момент времени известна угловая скорость, то в любой момент можно рассчитать угол, на который повернулась система по сравнению с первоначальным положением (угловая скорость – производная угла поворота). Следовательно, сам угол можно определить путем интегрирования угловой скорости. Эту задачу непрерывно решает вычислитель БИНС.
В БИНС акселерометры жестко закреплены на ВС, ориентированы по его строительным осям и вращаются вместе с ним, измеряя ускорения вдоль осей самолета (вперед, вправо, вверх).
Значения ускорений по осям земной системы координат получаются расчетным путем.
Преимущества ИНС перед другими навигационными системами:
автономность (не требуется наземное оборудование);
может использоваться над всей территорией земного шара;
абсолютная помехозащищенность;
определение всех основных параметров для навигации.
Недостатки инс:
необходимость знания начальных координат;
первоначальная выставка;
возрастание погрешностей счисления со временем полета и вытекающая отсюда необходимость коррекции координат.
Перед началом полета должна быть проведена выставка ИНС.
Для традиционных ИНС она включает:
установку начальных координат;
горизонтирование гироплатформы;
гирокомпасирование гироплатформы.
Эти операции могут занять несколько десятков минут (20-40мин).
Для БИНС она включает:
установку начальных координат;
грубую выставку;
точную выставку.
Горизонтирование – установка гироплатформы в горизонтальное положение (при выставке выполняется автоматически).
Гирокомпасирование заключается в ориентировании гироплатформы по направлению истинного меридиана (при выставке выполняется автоматически).
На этапе грубой выставки БИНС выполняется приближенное определение угловой ориентации блока инерциальных чувствительных элементов (ЧЭ).
На этапе точной выставки БИНС оцениваются ошибки угловой ориентации блока ЧЭ, а также остаточные дрейфы ЧЭ и параметры их динамических моделей.
Для установки начальных координат в сборниках JAM для каждого места стоянки на аэродроме опубликованы его координаты.
