Онлайн переводчик http://translate.meta.ua
поменять
По-русски

Реферат

ИНЕРЦИАЛЬНАЯ НАВИГАЦИЯ – метод измерения ускорения судна или летательного аппарата и определения его скорости, положения и расстояния, пройденного им от исходной точки, при помощи автономной системы. Системы инерциальной навигации (наведения) вырабатывают навигационную информацию и данные для управления на борту самолетов, ракет, космических аппаратов, морских судов и подлодок.

Теоретические основы инерциальных систем навигации.

Ускорение есть быстрота изменения скорости, а скорость – быстрота изменения положения. Измеряя ускорение движения, можно путем его интегрирования вычислять скорость. Интегрированием же скорости можно определять текущее местоположение (координаты) летательного аппарата или судна. Таким образом, система инерциальной навигации есть система счисления пути.

Ускорение является векторной величиной, которая имеет не только численное значение, но и направление. Следовательно, система датчиков, определяющая ускорение, должна измерять и его величину, и его направление. Акселерометр измеряет величину. Информацию о направлении дают гироскопы, обеспечивающие опорную систему координат для акселерометров.

Акселерометры, измеряя фактическое ускорение, скажем, летательного аппарата, в то же время реагируют на гравитационное поле. Для компенсации этого ускорения система инерциальной навигации вычитает из выходных данных акселерометров вычисленное значение g. Величина g вычисляется как функция местоположения (координат), в частности долготы и широты. Итак, система инерциальной навигации измеряет кажущееся ускорение, в которое входит ускорение свободного падения. Затем она, дважды интегрируя эту величину, находит местоположение.

И наконец, исходя из этого вычисленного местоположения, вычисляет величину g, которая вычитается из кажущегося ускорения. Такая система с обратной связью второго порядка (рис. 1) ведет себя, как генератор колебаний очень низкой частоты в двух ортогональных горизонтальных направлениях.

Период колебаний на уровне моря равен 84 мин; они называются колебаниями Шулера по имени немецкого изобретателя М.Шулера, запатентовавшего в 1908 первый практически пригодный гирокомпас.

Рис. 1. Инерциальная навигационная система навигации с обратной связью.

(Ускорение движения - )

(Модель - )

(Интегрирование - )

(скорость - )

(местоположение - )

Варианты систем инерциальной навигации. В прежних системах инерциальной навигации опорная система координат обеспечивалась установкой акселерометров и гироскопов на стабилизированной платформе в кардановом подвесе. Такой подвес изолировал платформу от поворотов летательного аппарата или судна. Это позволяло удерживать акселерометры в неизменной ориентации относительно Земли при движении объекта. В современных системах инерциальной навигации применяются компьютеры, следящие за ориентацией акселерометров.

Такие системы называются бесплатформенными.

Выходные данные гироскопов поступают непосредственно на компьютер, который вычисляет мгновенное направление акселерометров в опорной системе координат и соответствующие корректирующие сигналы.

Инерциальные приборы. Основными приборами системы инерциальной навигации являются акселерометры и гироскопы. Акселерометр наиболее распространенного вида представляет собой чувствительную массу, связанную с корпусом пружиной того или иного рода. Пружина может быть механической, но чаще всего это электрическое (электромагнитное, электростатическое или пьезоэлектрическое) устройство, которое создает противодействующую силу. При отклонении корпуса (относительно массы), вызванном приложенным ускорением, появляется сигнал.

Электронный усилитель, усилив этот сигнал, создает соответствующую ускорению противодействующую силу пружины (приложенную к массе), которая в системе обратной связи сводит сигнал рассогласования к нулю (рис. 2).

Рис. 2. Акселерометр.

(пружина - )

(датчик отклонения - )

(чувствительная масса - )

(упругий шарнир - )

(усилитель - )

(Выходной сигнал усилителя - ) В системах наведения баллистических ракет и космических летательных аппаратов, где точность определения скорости является критически важной, в качестве противодействующей силы ранее использовалась реакция гироскопа, а ускорение автоматически интегрировалось для нахождения скорости. В обычном механическом гироскопе посредством вращающегося ротора, подобного юле, поддерживается фиксированное направление в пространстве.

Чтобы прибор был достаточно стабилен для целей инерциальной навигации, должны быть исключены трение и другие возмущающие воздействия. Поэтому огромное значение имеют точные расчеты и тщательность изготовления гироскопических приборов. Тем не менее, основной причиной возникновения ошибки в механическом гироскопе является трение в движущихся частях. В последнее время механические гироскопы все чаще заменяются оптическими. Последние особенно подходят для бесплатформенных систем инерциальной навигации.

Оптические гироскопы основаны на принципе Саньяка, названном по имени французского физика С.Саньяка, который в 1913 построил оптический интерферометр для измерения скорости вращения.

По-английски

Abstract

INERTIAL GUIDANCE is a method of measuring of acceleration of ship or aircraft and determination of his speed, position and distance passed to them from an initial point, through the off-line system. The systems of inertial guidance (aiming) produce navigation information and data for a management aboard airplanes, rockets, space vehicles, marine ships and submarines.

Theoretical bases of the inertial systems of navigation.

An acceleration is a quickness of change of speed, and speed, is a quickness of change of position. Measuring the acceleration of motion, it is possible by his integration to calculate speed. It is possible to determine the current location (coordinates) of aircraft or ship integration of speed. Thus, the system of inertial guidance is number of way system.

An acceleration is a vectorial size, that has not only a numeral value but also direction. Consequently, the system of sensors, qualificatory an acceleration, must measure his size, and his direction. An accelerometer measures a size. Information about direction is given by gyroscopes providing the supporting system of coordinates for акселерометров.

Акселерометры, measuring an actual acceleration, say, aircraft, at the same time react on the gravitational field. For indemnification of this acceleration the system of inertial guidance subtracts the calculated value of g from the output data of акселерометров. The size of g is calculated as a function of location (coordinates), in particular longitudes and breadths.

So, the system of inertial guidance measures a seeming acceleration the acceleration of the free falling is included in that. Then it, twice integrating this size, a location finds. And finally, location calculated on this basis, calculates the size of g, that is subtracted from a seeming acceleration. Such system ticker-coil behaves the second order, as a generator of vibrations of very LF is in two ortogonal horizontal directions.

The period of vibrations at the level of sea is equal 84 mines; they are named the vibrations of Cardsharp on the name of the German inventor of M.Cardsharp patenting the first practically suitable gyro-compass in 1908.

Fig. 1. Inertial navigator of navigation ticker-coil.

(Acceleration of motion - )

(Model - )

(Integration - )

(speed - )

(location - )

Variants of the systems of inertial guidance.

In the former systems of inertial guidance the supporting system of coordinates was provided by setting of акселерометров and gyroscopes on a steady-state platform in a gimbal. Such подвес insulated a platform from the turns of aircraft or ship. It allowed to retain акселерометры in an unchanging orientation in relation to Earth at motion of object. Computers tracker after the orientation of акселерометров are used in the modern systems of inertial guidance. Such systems are named бесплатформенными.

Weekend data of gyroscopes act directly on a computer that calculates instantaneous direction of акселерометров in the supporting system of coordinates and corresponding correcting signals.

Inertial devices.

The basic devices of the system of inertial guidance are акселерометры and gyroscopes. An accelerometer of the most widespread kind is the sensible mass related to the corps by the spring of one or another family. A spring can be mechanical, but mostly this electric (electromagnetic, electrostatic or piezoelectric) device that creates a counterforce. At the rejection of corps (in relation to mass), caused by the attached acceleration, a signal appears.

An electronic strengthener, strengthening this signal, creates the corresponding to the acceleration counterforce of spring (attached to mass) that in a reverse communication network takes the signal of рассогласования to the zero (fig. 2).

Fig. 2. Accelerometer.

(spring - )

(sensor of rejection - )

(sensible mass - )

(resilient hinge - )

(strengthener - )

(Output signal of strengthener - )

In the systems of aiming of ballistic rockets and space aircrafts, where exactness of determination of speed is critically important, as a counterforce the reaction of gyroscope was before used, and an acceleration was automatically integrated for being of speed. In an ordinary mechanical gyroscope by means of the revolved rotor similar to the top, the fixed direction is supported in space.

That a device was stable enough for the aims of inertial guidance, a friction and other revolting influences must be eliminated. Therefore exact calculations and care of making of gyroscopic devices have an enormous value. Nevertheless, principal reason of origin of error in a mechanical gyroscope is a friction in locomotive parts. Lately mechanical gyroscopes are all more often replaced by optical. The last especially befit for the strapdown systems of inertial guidance.