Объяснение технологии инерциальной навигации: принципы позиционирования от 1D до 3D

Введение в инерциальную технологию

(2) Принцип инерциальной навигации

Инерциальная навигация - это фундаментальная технология навигации и позиционирования, основанная на законах классической механики Ньютона. Она определяет положение, скорость и ориентацию движущегося объекта путем измерения его ускорения и угловой скорости без опоры на какие-либо внешние опорные сигналы.

Основные соотношения выражаются как:

Где:

• a = вектор ускорения

• v = вектор скорости

• r = вектор положения

• t = время

Посредством непрерывного интегрирования данных об ускорении и угловой скорости, инерциальная навигационная система (ИНС) может вычислять информацию о движении в реальном времени, такую как смещение, скорость и ориентация.

1D (одномерная) навигация

В упрощенном одномерном навигационном сценарии требуется только один акселерометр.
Он измеряет линейное ускорение вдоль одной оси (например, направление движения поезда).

Ключевой принцип:
Интегрируя ускорение один раз, вы получаете скорость; интегрируя скорость еще раз, вы получаете положение.

2D (двумерная) плоская навигация

Для плоского движения, такого как движение поезда или транспортного средства:

• Используются два акселерометра для измерения бокового и продольного ускорений.

• Добавляется гироскоп для измерения угла курса в реальном времени (ориентации).

• Данные об ускорении проецируются на оси X и Y и интегрируются для вычисления скорости и положения в 2D пространстве.

Применения:
Наземные транспортные средства, железнодорожные системы, робототехника, морские суда и другие навигационные системы, требующие отслеживания положения в плоской плоскости.

3D (трехмерная) навигация

Для полной трехмерной навигации:

• Три акселерометра измеряют ускорение вдоль осей X (боковая), Y (продольная) и Z (вертикальная).

• Три гироскопа измеряют угловое движение вокруг каждой из этих осей.

Комбинируя эти шесть датчиков, система может рассчитать полную информацию о 3D движении и ориентации, включая углы крена, тангажа и рысканья.

Основные компоненты:

• Акселерометр (измеряет линейное ускорение)

• Гироскоп (измеряет угловую скорость)

• Монтажная рама с моторами крена, тангажа и азимута

Эта конфигурация формирует основу современных инерциальных измерительных блоков (IMU) и инерциальных навигационных систем (ИНС), используемых в:

• Аэрокосмической отрасли и авиации

• Автономных транспортных средствах

• Кораблях и подводной навигации

• Беспилотных летательных аппаратах (БПЛА)

• Обороне и наведении ракет

• Промышленной робототехнике и картографических системах

• 
• 
•