Разоренов Г.Н., Бахрамов Э.А., Титов Ю.Ф. Системы управления летательными аппаратами (2003) (1246774), страница 35
Текст из файла (страница 35)
В самок~ широком смысле этого слова, под иавигацией понимается весь комплекс вопросов, связанных с получением информации о движении объекта управления, начшгая с принципов построения измерительных приборов н закан чивая алгоритмами обработки навигационной информации. Содержание понятия "задача навигации" требует некоторых уточнений. Чаше всего под собственно задачей навигации (или задачей навигации в узком смысле этого слова) понимают задачу определения коорлинат и скорости подвижного объекта, т.е. параметров его поступательного движения. При этом задачу определения прастранствен- 157 ного углового положения объекта управления и, при необходимости, ег угловой скорости н взывают задачей ориентации, Однако ввиду того, чт зти задачи родственны и нередко алгоритмнчсски связаны между сабо( пх можно объединить в одну общую задачу определения параметро вращательио-поступательного движения объекта управления.
Дале термин "задача навигации" будем понимать именно в такол< широко< смысле, вьщеляя при необходимости те части этой задачи, которы состоят в определении параметров поступательного или вращатсльног движения. Для практического решения задач навигации создаются навигацион ные системы, представляющие собой комплекс технических средстя предназначенных для получения первичной навигационной инфорь<ациь ес обработки и преобразованию к виду, удобному лля послсдующег< решения задач управления. Среди больш ого разнообразия существующих навигационных систеь осооое место принадлежит инерциальнь<и наеигациинньи~ сиса<с<им (ИНС).
Наиболее широкое применение ИНС получили па объекта: ракетно-космической техники, особенно на баллистических ракетах, гд они являются единственным источником навигационной информаци< и применяются без привлечения каких-либо корректирующих ил< дублирующих средств. В данном учебнике, посвященном теоретическим основам построенн< СУ баллистических ракет, ИНС рассматривается как одна из фуикцио нальных подсистем СУ, предназначенная для обеспечения иавигациоино< информацией смежных подсистем — наведения и стабилизации. В связь с этим из всего комплекса вопросов, относящихся к проблематик< построения и функционирования ИНС, выделены и рассмотрены дв< группы вопросов: теоретические основы построения ИНС и самого принцип< инерцнальной навигации; .
алгоритмы решения навигационной задачи в различных вариаитаз построения ИНС (в платформенном лля БР и в бесплатформенном для ГЧ). Сл<ежпые вопросы, такие, как варианты комплексирования и приборный состав ИНС, изложены в том объеме, насколько это необходимо для характеристики структуры алгоритмов решения навигационной задачи в различнык схемах измерений. Теоретпческис основы принципа инсрциальной навигации рассмотрены в данном учебнике в более широком плане, чем в существующей литературе по теории ниерциальной навигации. Особое внимание уделено таким фундаментальным положениям механики и физики, как принципы относительности Галилея и Эйнштейна, постулат равенства 158 инертной и гравитационной масс, принцип эквивалентности силы веса и сиз инерции, которыми определяются важнейшие свойства принципа иисршшльной навигации.
Ншрадициоиныи является изложение вопроса о материальном носителе навигационной информации в ИНС, в качестве которого рассматриваются пола сил инерции, существующнс в движущихся телах. В известных руковолствах по теории инерциальной навигации данный вопрос по существу игнорируется, что можно обьяснить тем, что само понятие сил инерции, причины и условия их возникновения, а также вопрос о реальности или фиктивности этих сил до сих иор не получили законченного освещения в механике.
Дискуссионность вопроса о силах инерции нашла отражение в публикациях таких авторитетных ученых, как академиков А!О. Ишли вского (см. [91! и ЛИ. Седова (см. 1! 411, В ленном учебнике в качестве носителя навигационной информации в иисрииальных системах рассматрившотся так называемые иьютоиовы силы инерции, которые возникают как силы противодействия лриложеииыи к телу силам, вызвавшим его ускоренное двн'кение. Прямым слслствием сов местного действия приложенных к телу внешних сил и сил инерции являются внутренние и поверхностные деформации ускоренно движущихся тел, а также сопутству!ощие этим деформациям напряжения. Аналогичные по своей природе деформации и напряжения возникшот во вращающихся телах. Укаэанные деформации могут служить признаком наличия сил инерции и мерой их величины. Действие ннерцпальных измерительных приборов и основана либо на измерении величины деформации упругого подвеса чувствительного элемента в вндс инертной массы.
находящейся в поле ньютоновых сил инерции, либо иа измерении величины восстанавливающей силы, требующейся для исключения деформации подвеса. Другие известные в механике силы инерции, названные А.(О. Ишлинским лаламберовыми и эйлеровыми, появляются в уравнениях динамики при описании движения в непиерциальиых системах отсчета путем формального присвоения наименования силы лополиительным членам этих уравнений, которые имеют размерности сил, но ие являются реальными силами, приложенными к движущемуся телу. Эти силы получкян название фиктивных снл инерции.
Обзор исходных положений цехашгки и физики, л также анализ полей ньюгоновых сил инерции в движущихся телах вынесен в Приложение 2. рекомендуем читателю ознакоэипься с содержанием данного приложения "еред изучением материала главы 2.!. 159 1»ава 2.1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНЕРЦИАЛЬНОИ НАВИГАЦИИ 2.1.1. Класс»»ф»скан»»в навигационных систем, применяемых прн управлении подвижными объектал»»» Навигационные системы принято классифицировать в соответствш с характером и физическими свойствами материального носителс навигационной нифорл»ации в этих системах. По своей пространственно геометрической конфигурации носители навигационной информац»»л могут быть подразделены на нпвигпципниые »ночки, навигационные пинии, иссвссгацссплсслсе сспссравлессия. ссавигацсспсснлсе ппверхэсосслсс и нпвссгацсспннлсс ноля. В качестве навигациовнлсх »пачек используются различные ориентиры иа местности, маяки, небссныс светила (эвездь», планеты, Солнце), положение которых известно с требуемой точностью.
Опвигпс»с»о»сил»»ссс»ссиссл»ссс на поверхности Земли могут служить русла рек, береговые линни л»орей и океанов, линия видимого горизонта, В кослсической навигации в качестве навигационных линий используются края видимых дисков Зел»ли, Луны и планет. Оссвигацссоссссые нас»рак»в»си» могут задаваться парами навигационных точек.
а также могут быть материализованы осями измерительных приборов, ориентированных известным образом в пространстве. Простейшил» таким прибором является магнитный компас, стрелка которого ориентируется вдоль силовой линии магнитного поля Земли. Навигационных»и направлениялш могут служить оптические оси геодезических приборов, эацающ»се опорные направления при ориентировании наместности,осигироскопическихпрнборов,которыестабилиэированы либо в абсолютном пространстве, либо относительно Земли. Примером прибора первого типа является гиростлбилнзироваиная платформа.
а примером прибора второго типа - гироколспас, ось которого ориентируется в плоскости земного мер»шпана и в отличие от стрелки магии пюго компаса, показывавшей направление на геомагнитный полюс, задает направление на географический пол»ос Зол»ли. В качестве навигаииаспсых ппвергсносглей могут использоваться водные поверхности морей и океанов, поверхность земной суши.а в косл»ической навигации — поверхности планет. В отличие от навигационных точек, линий и поверхностей нпвигаципиньсе »сох» трехмериы и имеют пространственно-протяженную структуру.
Раэлича»от естественные физические поля и поля искусственного 160 происхождения. Естес1 веиные физические поля Земли называют геофизическими полями. Ими являются гравитационное и магнитное поля. атмосфера и поле рельефа земной поверхности. К естественным полям относится также поле сил инерции, возникающее в любом теле при его ускоренном движении или вращении. Пнформационные свойства полей сил инерции лежат в основе принципа инерациальной навигации (см. Приложение 2).
Навигационные поля искусственного происхождения образуются с помощью источников злектромагнитного излучения, формируемого в различных диапазонах длин волн (в оптическом диапазоне, в радиоднапазоне, в инфракрасном илн тепловом диапазоне), а также с помощью источников акустических (звуковых) колебаний, распространяющихся в воздушной нли в водной средах. Наиболее информативными являются радионавигационные поля, образуемые сетью наземных радионавигационных пунктов (радиомаяков) и спутниковыми навигационными системалпь В настоящее время созданы спутниковые навигационные системы глобального масштаба, формирующие в окрестности Залп и сплошное радионавигационное поле ("Хатмаг" в США, ГЛОНАСС в России).
Подобные системы позволяют любому потребителю навигационной информации. от пешехода до космического корабля, определять с высокой точностью свои координаты и скорость движения. Наряду с полями излучений в системах навигации используются поля отраженных сигналов. Такие системы получили название локационных (ралзюяокацнонные, акустические локационные системы и др.). В соответствии с физическими свойствами носителей навигационной информации навигационные системы могут быть подразделены на следующие классы: ° системы навигации по наземным ориентирам, системы астронавигации, системы радионавигации, радиолокационные навигационные системы, акустические навигационные системы, ° тепловизионные навигационные системы, .
системы магнитной навигации, рсльефометрическне навигационные системы, ' инерцнальиыс навигационные системы. Данная классификация ие является исчерпывающей. Кроме того, иа практике перечисленные системы могут использоваться в различных комбинациях друг с другом. Так, широкое применение нашли астроинернпальные и радиоинерциальные навигационные системы. Перспектив- ным видом иавигациоиньщ систем являются ииерцпальиые системы, реализующие градиентно-гравитационный метод навигации (см. и.
2.).б). 2.1.2. Содержание принципа инерцллальной навигации, его достоинства и недостатки Песлютря на то что пружинные акселерометры не нашли широкого распространения вследствие ряда свойственных им недостатков и в бортовых навигационных системах применяются приборы, основанные на других принципал их конструктивного исполнения (маятниковые и струнные аксслерометры, гироскопические интеграторы ускорений и др.), схема пружинного вкселеро- Рве,2.Ь Схеиа пруииаиоео аиееперо- иетра !62 Принцип инерциальной навигации по своей сущности достаточно прост и состоит в возлюжности наблюдать факт ускоренного движения объекта навигации и измерять параметры этого движения в абсолютном (инерциальном) пространстве с помощью размещенных иа объекте измерительных приборов, чувствительным элементом которых является инерционная масса, укрепленная в корпусе прибора на упругом подвесе и имеющая возможность смещаться из своего нейтрального положения вследствие ускоренного движения объекта навигации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
