Реферат на тему: Бесплатформенная инерциальная навигационная система

Цель работы

Провести сравнительный анализ принципов работы, ключевых технологий и эффективности бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС) по сравнению с традиционными платформенными ИНС (ПИНС), уделив особое внимание:

Основная идея

Замена громоздкой механической гиростабилизированной платформы в инерциальных навигационных системах (ИНС) компактным блоком твердотельных датчиков (акселерометров и гироскопов) и высокоскоростной вычислительной системой, реализующей функции платформы математически ('виртуальная платформа'), что обеспечивает автономное определение координат, скорости и ориентации объекта в авиации и космонавтике при радикальном снижении габаритов, массы, стоимости и повышении надежности.

Проблема

Проблема заключается в фундаментальном противоречии между необходимостью обеспечения высокой точности автономной навигации в авиации и космонавтике и ограничениями традиционных платформенных инерциальных навигационных систем (ПИНС). Последние, основанные на сложных механических гиростабилизированных платформах, обладают существенными недостатками: большими габаритами и массой, что критично для современных летательных аппаратов и космических систем; высокой стоимостью производства и обслуживания; относительно низкой надежностью из-за наличия подвижных механических элементов, подверженных износу и отказам; сложностью интеграции в бортовые комплексы. Эти ограничения препятствуют широкому внедрению автономной инерциальной навигации в областях, требующих компактности, надежности и экономической эффективности, таких как беспилотная авиация, малые космические аппараты или коммерческая авионика.

Актуальность

Актуальность исследования бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС) обусловлена несколькими ключевыми факторами современного развития технологий и требований рынка: 1) Бурное развитие MEMS-технологий: Прогресс в микроэлектромеханических системах (MEMS) позволил создавать миниатюрные, дешевые и надежные твердотельные акселерометры и гироскопы, составляющие основу БИНС. 2) Рост вычислительных мощностей: Появление высокопроизводительных, компактных и энергоэффективных бортовых вычислителей сделало возможным реализацию сложных алгоритмов 'виртуальной платформы' в реальном времени. 3) Повышенный спрос на автономность: В авиации (особенно БПЛА), космонавтике (нано/пикоспутники), робототехнике и автомобильной промышленности (автономное вождение) существует острая потребность в компактных, надежных и не зависящих от внешних сигналов (GPS/GNSS) навигационных системах. 4) Экономическая эффективность: Стремление снизить стоимость навигационного оборудования при сохранении или улучшении характеристик. 5) Военно-техническое значение: Независимая навигация критически важна для оборонных систем в условиях возможного подавления глобальных спутниковых систем. Реферат актуален как обобщение современных достижений в этой стремительно развивающейся области.

Задачи

1. 1. 1. Раскрыть принципы работы БИНС: Детально описать концепцию 'виртуальной платформы', объяснить, как интеграция данных от твердотельных акселерометров (измеряющих ускорения) и гироскопов (измеряющих угловые скорости) в вычислительной системе позволяет определять координаты, скорость и ориентацию объекта без механической стабилизации.
2. 2. 2. Провести сравнительный анализ эффективности БИНС и ПИНС: Систематически сравнить ключевые характеристики систем: точность определения навигационных параметров (координат, скорости, ориентации), габаритно-массовые показатели, стоимость производства и эксплуатации, надежность, устойчивость к внешним воздействиям, энергопотребление и сложность интеграции. Выявить преимущества и недостатки каждой технологии в контексте применения в авиации и космонавтике.
3. 3. 3. Проанализировать ключевые технологии и алгоритмы: Рассмотреть современные типы и характеристики используемых твердотельных датчиков (MEMS, волоконно-оптические, лазерные гироскопы; MEMS акселерометры). Обзорно представить основные алгоритмы обработки данных БИНС: алгоритмы начальной выставки, численного интегрирования, компенсации инструментальных ошибок датчиков (смещение, масштабный коэффициент), фильтрации (особенно Калмана и его модификаций) для оценки состояния и коррекции накопленных погрешностей в реальном времени.
4. 4. 4. Оценить перспективы и тенденции развития: Проанализировать возможности и направления дальнейшей миниатюризации компонентов БИНС, повышения их точности и надежности. Рассмотреть тенденции интеграции БИНС с другими навигационными системами (спутниковыми, астрокоррекцией, доплеровскими, коррекцией по рельефу местности) в составе интегрированных навигационных комплексов.