Инерциальная система навигации состоит из устройств, методов обработки данных и вычислительных алгоритмов, которые позволяют определять положение конкретного объекта в пространстве и времени. Принцип работы основан на измерении ускорений и угловых скоростей с помощью акселерометров и гироскопов.
Инерциальные навигационные системы делятся на имеющие гиростабилизированную платформу (платформенные — ПИНС) и бесплатформенные (БИНС). В инерциальных системах аналитического типа и акселерометры, и гироскопы неподвижны в корпусе летательного аппарата.
Бесплатформенные инерциальные навигационные системы (БИНС) построены на основе микромеханических акселерометра, гироскопа и магнитометра. БИНС используются для определения параметров ориентации и навигации объекта в пространстве. В них отсутствует гироплатформа, которую необходимо удерживать в требуемом положении.
Спутниковая навигация: GPS, ГЛОНАСС и трилатерация
Спутниковая навигация давно стала важным элементом военного дела. Она обеспечивает точное определение местоположения в любой точке земного шара, используется в системах наведения оружия и средствах целеуказания.
Для определения местоположения объекта необходим минимум 4 спутника. Принцип определения местоположения основан на измерении расстояния от объекта (ГНСС-приемника) до спутников навигационной системы. Расстояние от спутника до объекта можно определить по задержке между отправкой сигнала с данными и его получением ГНСС-приемником. Задержка во времени вычисляется по высокоточным атомным часам, которые стоят на спутниках.
Зная расстояние как минимум до трёх спутников, GPS-приёмник может определить своё местоположение с помощью трилатерации. Если говорить просто, это похоже на рисование кругов на карте, где каждый круг соответствует одному спутнику. Место пересечения этих кругов и есть местоположение приёмника на Земле.
Обе системы (GPS и ГЛОНАСС) разрабатывались для нужд военных ведомств, однако позже они стали доступны для гражданского использования, являясь в настоящее время системами двойного назначения.
Комплексирование: инерциальная + спутниковая навигация
Основой комплексной навигационной системы являются высокоточные инерциальные навигационные системы (ИНС), обычно бесплатформенного типа (БИНС) и спутниковые навигационные системы (СНС). При этом БИНС и СНС работают одновременно, дополняя друг друга.
В режиме навигации определение координат осуществляется инерциальной навигационной системой с коррекцией от спутниковой навигационной системы и дополнительных источников информации. Интеграция инерциальных измерителей и спутниковой навигации является удачным для реализации достоинств и для исключения недостатков составных частей навигационных систем.
Комплексная инерциально-спутниковая навигационная система содержит блок датчиков угловой скорости, блок датчиков линейного ускорения, блок первичной обработки сигналов и навигационный приемник. Это позволяет определять с высокой точностью координат места и параметры движения объекта.
Военные применения: от ракет до беспилотников
Многие стратегические и тактические вооружения страны, такие как самолеты межконтинентальной гражданской авиации, должны полагаться на инерциальную навигационную систему или комбинацию инерциальной навигационной системы и других типов навигационных систем.
ВМС США используют GPS для создания комбинированных инерциально-астронавигационных систем наведения баллистических ракет подводных лодок и уточнения координат подводной лодки в момент перед пуском (для точности наведения). ВВС США используют GPS для оснащения военных летательных аппаратов более точной навигационной аппаратурой и повышения точности нанесения бомбо-штурмовых и ракетных ударов.
Бесплатформенная инерциальная навигационная система БИНС-А обеспечивает получение и выдачу в систему наведения антенн (СНА) данных о местоположении объекта и углов ориентации (азимут, крен, тангаж). БИНС-А представляет собой комплексированное решение на основе навигационного приемника ГЛОНАСС/GPS на базе чипсета GlobalSat MT-5365B.
Преимущества и недостатки: почему используют обе системы
Инерциальные навигационные системы (ИНС) уже более пятидесяти лет входят в состав бортового оборудования большинства самолетов. ИНС относятся к режиму счётной навигации, то есть положение следующей точки вычисляется из положения известной точки в пространстве.
Однако ИНС имеют один недостаток: они накапливают ошибку со временем. Без коррекции от внешних источников (спутников) точность ИНС снижается. Спутниковая навигация, наоборот, не накапливает ошибку, но зависит от наличия сигнала спутников. В условиях глушения GPS или под землей спутниковая навигация не работает.
Комплексирование инерциальной и спутниковой навигации позволяет компенсировать недостатки обеих систем. ИНС обеспечивает непрерывное определение координат даже при отсутствии сигнала спутников, а СНС корректирует накопленную ошибку ИНС.
Итог: почему военным нужны обе системы
Инерциальная система навигации состоит из устройств, методов обработки данных и вычислительных алгоритмов, которые позволяют определять положение объекта в пространстве и времени. Спутниковая навигация обеспечивает точное определение местоположения в любой точке земного шара.
Основой комплексной навигационной системы являются высокоточные инерциальные навигационные системы (ИНС), обычно бесплатформенного типа (БИНС) и спутниковые навигационные системы (СНС). В режиме навигации определение координат осуществляется инерциальной навигационной системой с коррекцией от спутниковой навигационной системы.
Многие стратегические и тактические вооружения должны полагаться на инерциальную навигационную систему или комбинацию инерциальной навигационной системы и других типов навигационных систем. Комплексирование инерциальной и спутниковой навигации позволяет компенсировать недостатки обеих систем и обеспечивает высокую точность наведения.
А что вам известно о подобных системах навигации? Поделитесь в комментариях.