Инерциальная навигационная система
В основе ИНС лежат законы Ньютона, и прежде всего, второй закон, показывающий связь силы и абсолютного ускорения.
Для определения координат ускорение нужно разложить по осям. Эта задача решается с помощью гироскопов. Они помогают нам раскладывать ускорение по осям, а потом его интегрировать. Два обязательных измерительных элемента ИНС: акселерометры и гироскопы. Задача первых – измерить проекции ускорения, в задачу гироскопов – обеспечение требуемой ориентации осей чувствительности акселерометра.
Инерциальная навигационная система – техническое устройство, основанное на использовании законов инерции и включающее в себя акселерометры, гироскопы и вычислительную систему для счисления координат проекций скоростей и параметров ориентации, основываясь на основном уравнении инерциальной навигации.
Тяготение или гравитация, в отличие от силы тяжести, не включает в себя компоненту инерционного характера, обусловленную вращением Земли.
Для того, чтобы работать по законам инерции и строить инерциальные системы, необходимо знать структуру гравитационного поля, в котором работает ИНС.
Для обеспечения проецирования ускорений на координатные оси необходимо ввести базовые системы координат.
В общем случае, для подвижного объекта, располагающегося на вращающейся Земле необходимо знать законы движения Земли в инерциальном пространстве, чтобы разделить движение объекта и движение Земли в этом же пространстве и выделить относительное перемещение объекта. Для случая отсутствия гравитации справедливо решение:
ИНС и вся теория инерциальной навигации построена на классической механике и справедлива только при скоростях, существенно меньше скорости света.
В основе технической реализации инерциальной навигации лежат следующие компоненты: используемые системы координат, математическая модель гравитационного поля, законы движения Земли, законы времени, инерциальные датчики (гироскоп и акселерометр), алгоритмы навигации и ориентации, базирующиеся на втором законе Ньютона и кинематических уравнениях вращения. Для исследования точностных характеристик ИНС используется уравнение ошибок ИНС, позволяющее, не решая основного уравнение инерциальной навигации рассчитывать погрешности на любой заданной траектории в зависимости от ошибок инерциальных датчиков, ошибок начальных условий и неточности модели гравитационного поля.