مقدمه

یکسیستم ناوبری اینرسی (INS)یک فناوری ناوبری خودکار است که بر اساس سنسورهای اینرسی مانند ژیروسکوپ‌ها و شتاب‌سنج‌ها استوار است. INS به سیگنال‌های خارجی متکی نیست و پنهان‌کاری بالا، قابلیت ضد تداخل قوی و عملکرد در تمام شرایط آب و هوایی را فراهم می‌کند. این سیستم به طور گسترده در هوافضا، پهپادها، ناوبری دریایی و وسایل نقلیه خودران استفاده می‌شود. درک ناوبری اینرسی با مبانی نظری آن آغاز می‌شود—قوانین حرکت نیوتن.

1. مبانی نظری: سه قانون نیوتن

1.1 قانون اول نیوتن: قانون اینرسی

"یک جسم ساکن، ساکن می‌ماند و یک جسم متحرک به حرکت یکنواخت خود ادامه می‌دهد، مگر اینکه نیروی خارجی بر آن وارد شود."

این قانون، خاصیت اجسام را برای حفظ حالت حرکت خود آشکار می‌کند—اینرسی. INS از این اصل با اندازه‌گیری تغییرات در حرکت حامل در فضای اینرسی برای محاسبه موقعیت، سرعت و وضعیت آن استفاده می‌کند.

1.2 قانون دوم نیوتن: دینامیک

"شتاب یک جسم متناسب با نیروی اعمال شده و متناسب با جرم آن است، یعنی a = F/m."

در ناوبری اینرسی، شتاب‌سنج‌ها بر اساس این قانون عمل می‌کنند و نیروی خاص وارد بر حامل را اندازه‌گیری می‌کنند تا شتاب را محاسبه کنند، که سپس برای به دست آوردن سرعت و جابجایی انتگرال‌گیری می‌شود.

1.3 قانون سوم نیوتن: عمل و عکس‌العمل

"برای هر عمل، یک عکس‌العمل مساوی و مخالف وجود دارد."

این قانون در INS به عنوان کوپل مکانیکی بین سنسورها و حامل ظاهر می‌شود که برای کنترل لرزش، جبران خطا و مدل‌سازی سیستم ضروری است.

2. چارچوب اینرسی: مرجع برای ناوبری

اعتبار قوانین نیوتن نیازمند یک چارچوب مرجع اینرسی است. در INS، چارچوب اینرسی متمرکز بر زمین (ECI) یا چارچوب‌های ناوبری مانند NED معمولاً به عنوان مراجع برای محاسبه مسیر حامل انتخاب می‌شوند.

3. اجزا و فناوری‌های کلیدی INS

یک INS معمولی شامل موارد زیر است:

• IMU (واحد اندازه‌گیری اینرسی): شامل ژیروسکوپ‌های 3 محوره و شتاب‌سنج‌های 3 محوره
• کامپیوتر ناوبری: الگوریتم‌های ناوبری اینرسی را اجرا می‌کند، مانند سیستم ناوبری اینرسی استرپ‌داون (SINS)
• فیلتر کالمن: برای ادغام چند سنسوری و تصحیح خطا

فناوری ناوبری اینرسی یک جزء اصلی از سیستم‌های ناوبری با دقت بالا است. از قوانین نیوتن تا چارچوب‌های اینرسی، و از سنسورها تا الگوریتم‌ها، هر مرحله ادغام عمیقی از فیزیک و مهندسی را منعکس می‌کند. با پیشرفت فناوری MEMS، INS در حال تبدیل شدن به سیستمی کم‌هزینه‌تر، دقیق‌تر و فشرده‌تر است و کاربردهای گسترده‌تری در وسایل نقلیه خودران، رباتیک و دستگاه‌های پوشیدنی هوشمند پیدا می‌کند.

برچسب‌ها / کلیدواژه‌ها

#ناوبری اینرسی #INS #قوانین نیوتن #چارچوب اینرسی #IMU #SINS #وسایل نقلیه خودران #ناوبری پهپاد #MEMS #فیلتر کالمن