توضیح فناوری ناوبری اینرسی: اصول موقعیت‌یابی از ۱ بعدی تا ۳ بعدی

مقدمه‌ای بر فناوری اینرسی

(2) اصل ناوبری اینرسی

ناوبری اینرسی یک فناوری اساسی ناوبری و موقعیت‌یابی است که بر اساس قوانین نیوتن در مکانیک کلاسیک استوار است. این فناوری موقعیت، سرعت و جهت‌گیری یک شی متحرک را با اندازه‌گیری شتاب و سرعت زاویه‌ای آن بدون اتکا به هیچ سیگنال مرجع خارجی تعیین می‌کند.

روابط اساسی به صورت زیر بیان می‌شوند:

که در آن:

• a = بردار شتاب

• v = بردار سرعت

• r = بردار موقعیت

• t = زمان

از طریق انتگرال‌گیری پیوسته از داده‌های شتاب و سرعت زاویه‌ای، یک سیستم ناوبری اینرسی (INS) می‌تواند اطلاعات حرکتی بلادرنگ مانند جابجایی، سرعت و جهت‌گیری را محاسبه کند.

ناوبری 1 بعدی (یک بعدی)

در یک سناریوی ناوبری یک بعدی ساده شده، فقط یک شتاب‌سنج مورد نیاز است.
این شتاب خطی را در امتداد یک محور (به عنوان مثال، جهت حرکت یک قطار) اندازه‌گیری می‌کند.

اصل کلیدی:
با یک بار انتگرال‌گیری از شتاب، سرعت را به دست می‌آورید؛ با یک بار دیگر انتگرال‌گیری از سرعت، موقعیت را به دست می‌آورید.

ناوبری 2 بعدی (دو بعدی) مسطح

برای حرکت مسطح مانند حرکت قطار یا وسیله نقلیه:

• دو شتاب‌سنج برای اندازه‌گیری شتاب‌های جانبی و طولی استفاده می‌شوند.

• یک ژیروسکوپ برای اندازه‌گیری زاویه جهت‌یابی بلادرنگ (جهت‌گیری) اضافه می‌شود.

• داده‌های شتاب بر روی محورهای X و Y تصویر می‌شوند و برای محاسبه سرعت و موقعیت در فضای 2 بعدی انتگرال‌گیری می‌شوند.

کاربردها:
وسایل نقلیه زمینی، سیستم‌های ریلی، رباتیک، کشتی‌های دریایی و سایر سیستم‌های ناوبری که نیاز به ردیابی موقعیت در یک صفحه مسطح دارند.

ناوبری 3 بعدی (سه بعدی)

برای ناوبری کامل سه بعدی:

• سه شتاب‌سنج شتاب را در امتداد محورهای X (جانبی), Y (طولی) و Z (عمودی) اندازه‌گیری می‌کنند.

• سه ژیروسکوپ حرکت زاویه‌ای را در اطراف هر یک از این محورها اندازه‌گیری می‌کنند.

ترکیب این شش حسگر به سیستم اجازه می‌دهد تا اطلاعات کامل حرکت و جهت‌گیری 3 بعدی را محاسبه کند، از جمله زوایای چرخش، گام و انحراف.

اجزای اصلی:

• شتاب‌سنج (اندازه‌گیری شتاب خطی)

• ژیروسکوپ (اندازه‌گیری سرعت زاویه‌ای)

• قاب نصب با موتورهای چرخش، گام و آزیموت

این پیکربندی اساس واحدهای اندازه‌گیری اینرسی (IMUs) و سیستم‌های ناوبری اینرسی (INS) مدرن را تشکیل می‌دهد که در موارد زیر استفاده می‌شوند:

• هوافضا و هوانوردی

• وسایل نقلیه خودران

• کشتی‌ها و ناوبری زیر آب

• پهپادها (UAVs)

• دفاع و هدایت موشک

• رباتیک صنعتی و سیستم‌های نقشه‌برداری

• 
• 
•