¿Qué es Navegación inercial strapdown?

Los elementos de medición inerciales (giroscopio y acelerómetro) se montan directamente en la aeronave y una computadora convierte la señal de medición en parámetros de navegación. El rápido desarrollo de la tecnología informática electrónica moderna ha creado las condiciones para los sistemas de navegación inercial con correa hacia abajo.

Desde que la gente comenzó a estudiar este nuevo tipo de sistema de navegación a fines de la década de 1950, se ha utilizado con éxito para guiar el reingreso de la nave espacial a la atmósfera.

El sistema de navegación inercial strapdown ha jugado un papel como sistema de respaldo en la nave espacial estadounidense "Apollo". Desde la década de 1970, los sistemas de navegación inercial strapdown se han utilizado en misiles y aviones.

El sistema de navegación inercial Strapdownno se basa en información externa cuando funciona, ni irradia energía al mundo exterior, y no es susceptible a interferencias y daños Es un sistema de navegación autónomo.

Hay dos diferencias principales entre el sistema de navegación inercial strapdown y el sistema de navegación inercial de plataforma: Se omite la plataforma inercial, y el giroscopio y el acelerómetro se instalan directamente en la aeronave, lo que hace que el sistema sea pequeño en tamaño, liviano, de bajo costo y mantenimiento.

Sin embargo, los giroscopios y acelerómetros soportan directamente la vibración, el impacto y el movimiento angular de la aeronave, lo que generará errores dinámicos adicionales. Esto tiene mayores requisitos para giroscopios y acelerómetros.

Es necesario utilizar una computadora para transformar las coordenadas de la señal de aceleración de la aeronave medida por el acelerómetro, y luego realizar cálculos de navegación para obtener los parámetros de navegación requeridos (rumbo, velocidad de tierra, distancia de navegación, ubicación geográfica, etc.).

La siguiente figura muestra el diagrama de bloques principal del sistema de navegación inercial strapdown. Este tipo de sistema necesita realizar una transformación de coordenadas y debe realizar cálculos en tiempo real, por lo que requiere que la computadora tenga una velocidad de operación muy alta y una gran capacidad.

Los sistemas de navegación inercial strapdown se dividen en dos tipos según los diferentes giroscopios utilizados: un tipo utiliza giroscopios de velocidad, como giroscopios flexibles de un solo grado de libertad, giroscopios láser (ver giroscopios), etc., que miden la velocidad angular de la aeronave Este tipo de sistema se denomina sistema de navegación inercial con correas de tipo de velocidad; el otro tipo utiliza un giroscopio de doble grado de libertad, como un giroscopio electrostático, que mide el desplazamiento angular de la aeronave.

Este sistema se llama un sistema de navegación inercial con correas posicionales. El comúnmente conocido como sistema de navegación inercial strapdown se refiere al sistema de navegación inercial strapdown tipo rate.

Transformación matricial y cálculo de la información de actitud y rumbo.La esencia de la navegación inercial es medir la aceleración de la aeronave en relación con el sistema de coordenadas de navegación (como el sistema de coordenadas geográficas) y obtener la distancia de vuelo después de dos integraciones, determinando así la posición de la aeronave.

En el sistema de navegación inercial con correa hacia abajo, se mide la aceleración a lo largo del eje del cuerpo de la aeronave. Por lo tanto, se deben utilizar métodos matemáticos para convertir la señal de aceleración en el eje del sistema de coordenadas del cuerpo en la señal de aceleración de las coordenadas geográficas. sistema.

Los métodos de conversión de coordenadas comúnmente utilizados incluyen el método del ángulo de Euler, el método del coseno de dirección y el método de cuatro elementos. El método del ángulo de Euler utiliza tres ángulos que el sistema de coordenadas dinámico gira alrededor de tres ejes de coordenadas diferentes a su vez en relación con el sistema de coordenadas de referencia para describir la relación de acimut entre ellos.

Estos tres ángulos se llaman ángulos de Euler. El método del coseno de dirección utiliza el coseno de dirección entre los 3 ejes de coordenadas del sistema de coordenadas dinámico y los 3 ejes del sistema de coordenadas de referencia para describir la relación de orientación relativa de los dos sistemas de coordenadas.

El método de cuatro elementos utiliza el vector unitario y el ángulo de rotación en el eje equivalente del sistema de coordenadas dinámico para rotar en relación con el sistema de coordenadas de referencia para formar cuatro elementos para describir la relación de azimut del sistema de coordenadas dinámico en relación con el sistema de coordenadas de referencia.

Con estos tres métodos, se puede calcular la matriz de transformación entre los dos sistemas de coordenadas, se puede realizar la transformación de coordenadas y se puede extraer la información de actitud y rumbo.

La alineación iniciales el valor inicial de los parámetros de navegación dados y se calcula la matriz de transformación en el momento inicial. La señal de aceleración gravitacional medida por el acelerómetro de correa hacia abajo y la señal de velocidad angular de rotación de la tierra medida por el giroscopio de correa hacia abajo pueden ser calculadas por la computadora para obtener la matriz de transformación inicial.

Configuración deredundancia El uso de componentes redundantes para mejorar la confiabilidad del sistema se denomina tecnología de redundancia. En el sistema de navegación inercial strapdown, dado que los elementos inerciales están montados directamente en la aeronave, es ventajoso adoptar la configuración de redundancia.

Para medir la aceleración y la velocidad angular de la aeronave a lo largo de cada eje del sistema de coordenadas, generalmente solo es necesario configurar tres acelerómetros y tres giroscopios de un solo grado de libertad a lo largo de los tres ejes de coordenadas. Pero mientras un componente falle, el sistema no puede funcionar normalmente.

Si 6 acelerómetros y 6 giroscopios de un solo grado de libertad están configurados correctamente en la aeronave, sus posiciones geométricas forman un diseño oblicuo, y luego la computadora se usa para procesar adecuadamente la información de salida de cada componente, incluso si hay 2 acelerómetros y 2 Si el giroscopio de un solo eje está dañado, el sistema aún puede funcionar normalmente, lo que mejora en gran medida la confiabilidad del sistema.