Інерціальна навігаційна система безпілотного літального апарату

Abstract

Інерціальні навігаційні системи (ІНС) на сьогоднішній день стали ключовою складовою сучасних навігаційних комплексів для рухомих об'єктів. Це пояснюється тим, що ІНС забезпечують повну інформацію про параметри руху, такі як кути курсу, тангажу, крену, а також прискорення, швидкість руху і координати місця розташування об'єкта. Важливою особливістю ІНС є їхня повна автономність, оскільки вони не потребують зовнішньої інформації. Здатність точно визначати кутове положення об'єкта в широкому діапазоні кутів з високою точністю та частотою видачі інформації робить ІНС неперевершеними на сучасному етапі. Цей прогрес у розвитку інерціальних навігаційних систем (ІНС) визначає їх важливість та актуальність у контексті безпілотних літальних апаратів (БПЛА). У сучасних умовах розвитку технологій та авіаційних систем, БПЛА визнаються ключовим елементом для вирішення різноманітних завдань, таких як нагляд, розвідка, моніторинг, та інші додаткові функції. ІНС, вбудовані в БПЛА, стають основною технологічною складовою для забезпечення його точної навігації та стійкості у відсутності зовнішніх вхідних даних. Вони дозволяють літальному апарату визначати своє місцезнаходження, керувати напрямком руху та коригувати траєкторію, надаючи тим самим можливість виконання різноманітних завдань з великою ефективністю та точністю. Зростання конкуренції на ринку БПЛА змушує виробників шукати інноваційні та вдосконалені технології, включаючи вдосконалені ІНС, щоб вивести на ринок продукти вищої якості, що впливає на ціну і час виготовлення потрібного продукту. Інерціальні навігаційні системи (ІНС) відзначаються численними перевагами, зокрема, автономністю у визначенні навігаційних параметрів та високою швидкістю видачі даних. Ці системи здатні вимірювати повний набір навігаційних параметрів, таких як прискорення, швидкість, координати і кути положення об'єкт (курс, крен, тангаж), а також кутові швидкості об'єкта. Незважаючи на ці переваги, існують певні недоліки ІНС, які варто враховувати. Серед них потреба у введенні початкових умов, таких як початкове положення платформи чи об'єкта, і початкових значень швидкості та координат. Також важливо враховувати форму Землі та параметри гравітаційного поля в точці розташування об'єкта. Крім того, ІНС можуть накопичувати помилки з часом, і для їх ефективної роботи необхідна безперервність функціонування. Багато з цих недоліків можливо усунути, і переваги ІНС роблять їх невід'ємною складовою для багатьох застосувань. Хоча існують виклики, пов'язані з точністю та надійністю, переваги цих систем роблять їх безальтернативними у багатьох областях техніки та науки. Чутливі компоненти інерційних навігаційних систем (ІНС) можуть включати акселерометри та гіроскопічні датчики. ІНС поділяються на два типи: платформні та безплатформні. У платформних системах для утримання осей акселерометрів і гіроскопічних датчиків в заданій системі координат використовується гіростабілізована платформа. Незважаючи на успішне використання протягом багатьох десятиліть, платформні системи мають помітні недоліки, такі як високі витрати та складність виготовлення. Натомість у безплатформних інерціальних навігаційних системах (BINS) відсутня гіростабілізована платформа. У такій конфігурації блок гіроскопів і акселерометрів разом з обчислювачем жорстко встановлюється на борту об'єкта. Основними перевагами безплатформних систем є відсутність гіростабілізованої платформи, значно менші витрати та простота конструкції порівняно з платформними системами. Однак недоліком таких систем є складність алгоритмів, необхідних для розрахунку навігаційних параметрів. Проте, з розвитком інформаційно-комп'ютерних технологій можна подолати цей недолік. Ще одним недоліком безплатформних систем є розташування чутливих елементів на корпусі об'єкта, що зробляє їх вразливими до вібрацій. Цю проблему можна вирішити, встановивши чутливі елементи в амортизаційні пристрої. Метою роботи стоїть покращення зчитування переданих даних з датчиків за допомогою фільтрів.