Tìm hiểu về hệ thống dẫn đường quán tính (INS)

Hiện nay la bàn quang học được biết đến như một sản phẩm của công nghệ dẫn đường này.
Như ta đã biết hiện nay có các công nghệ dẫn đường:
1. Pilotage – Dẫn đường dùng mục tiêu (hàng hải mục tiêu bờ)
2. Dead reckoning – Dẫn đường dự đoán (hàng hải dự đoán)
3. Celestial navigation – Dẫn đường thiên văn (hàng hải thiên văn)
4. Radio navigation – Dẫn đường vô tuyến (hàng hải vô tuyến)
5. Inertial navigation – Dẫn đường quán tính (hàng hải quán tính).
Trong những phương pháp này thì bốn phương pháp đầu thì nhiều người học hàng hải chắc hẳn đã rất quen thuộc. Tuy nhiên, phương pháp thứ năm (dẫn đường quán tính) chắc hẳn rất it người biết tới vì đây là một phương pháp mới. Phương pháp này ít sử dụng cho tàu thủy mà chủ yếu sử dụng để dẫn đường máy bay, tên lửa đạn đạo và tàu ngầm. Phương pháp này được áp dụng lần đầu vào những năm 50 của thế kỉ XX trong lĩnh vực quân sự.

Tìm hiểu về hệ thống dẫn đường quán tính (INS) Hnh1-1
Hình 2.4 Bộ dẫn đường quán tính IRBM 53 của Pháp
Strapdown là một trong ba công nghệ mà hệ thống dẫn đường quán tính áp dụng. Hệ thống dẫn đường quán tính là một công cụ sử dụng máy tính và các cảm biến di chuyển để truy vị trí, xu hướng và tốc độ một cách liên tục.
Kháiquát:
Hệ thống có khả năng hoạt động độc lập cho phép xác định vị trí, vận tốc và cao độ của vật thể.
Tìm hiểu về hệ thống dẫn đường quán tính (INS) Hnh2-1

Hình 2.5 Sơ đồ khối của INS
Đầu vào của INS là bộ 3 cảm biến vận tốc góc cho phép xác định được vận tốc góc nghiêng, góc chúi, góc hướng cùng với cảm biến gia tốc. Các giá trị cảm biến gia tốc được hiệu chỉnh với vận tốc quay của Trái đất và gia tốc trọng trường nhằm xác định vị trí và vận tốc của vật thể
Nhược điểm của INS:
Có nhiều loại sai số trong các hệ thống INS và chủ yếu là do các cảm biến quán tính gây nên. Liệt kê một số lỗi gây ra bởi các cảm biến gia tốc và vận tốc góc:

-Lỗi vị trí khi lắp đặt cảm biến: gây sai góc nghiêng, góc chúi và góc hướng
-Độ lệch (offset) của cảm biến gia tốc: Lối ra cảm biến gia tốc sẽ bị lệch đi một giá trị không đổi. Giá trị này lại thay đổi mỗi khi tắt / bật thiết bị.
-Hiện tượng lệch và trôi của cảm biến vận tốc góc (do tác động của nhiệt độ): Vật thể không chuyển động nhưng vẫn có vận tốc góc không đổi
-Nhiễu ngẫu nhiên: Lỗi ngẫu nhiên trong đo lường

Những lỗi trong đo gia tốc và vận tốc góc sẽ dẫn tới các lỗi tăng dần khi xác định vị trí và vận tốc của vật thể bay (do việc lấy tích phân). Các lỗi tăng dần này được gọi là lỗi dẫn đường. Có thể nhận thấy chắc chắn rằng hệ thống dẫn đường quán tính không thể hoạt động tự trị được mà phải được kết hợp với một hệ thống khác.
Sự kết hợp giữa GPS và INS – Hệ thống dẫn đường tích hợp GPS/INS
Hệ thống dẫn đường quán tính INS có 2 ưu điểm nổi bật khi so sánh với các hệ thống dẫn đường khác là khả năng hoạt động tự trị và độ chính xác cao trong những khoảng thời gian ngắn. Lỗi nghiêm trọng nhất của hệ thống INS là do các cảm biến quán tính gây ra. Chính vì thế trong những ứng dụng thời gian dài thì hệ thống INS thường sử dụng với các hệ thống hỗ trợ khác như hệ thống dẫn đường vô tuyến (Loran, Omega và Tacan), hệ thống dẫn đường vệ tinh (GPS, GLONASS và Transit), JTIDS, DME…
Các hệ thống này hoạt động ổn định theo thời gian và vì thế cần tích hợp INS và các hệ thống hỗ trợ này. Sự kết hợp GPS và INS là lý tưởng nhất vì hai hệ thống này có khả năng bù trừ nhau hiệu quả. Trái tim của hệ thống tích hợp này chính là bộ lọc tối ưu Kalman.
Vai trò chính của GPS đó là cung cấp chính xác các thông số vị trí và vận tốc của vật thể bay. GPS có thể được sử dụng để hỗ trợ cho các hệ thống dẫn đường khác mà tiêu biểu là sự kết hơp GPS / INS.

Có hai cấu trúc GPS hỗ trợ INS là xử lý theo kiểu vòng mở và vòng đóng. Cấu trúc vòng mở cho phép thực thi dễ dàng hơn nhưng cấu trúc vòng kín lại cho kết quả chính xác hơn.
Tìm hiểu về hệ thống dẫn đường quán tính (INS) Hnh3

Hình 2.6 Bộ dẫn đường tích hợp GPS/INS
Bộ lọc Kalman là bộ lọc số nhiều lối vào và nhiều lối ra, cho phép ước lượng tối ưu các trạng thái của hệ thống theo thời gian thực khi các đầu vào bị nhiễu tác động. Các lỗi vận tốc trên hệ tọa độ dẫn đường, các lỗi góc nghiêng. Tín hiệu từ GPS được dùng để ước lượng các lỗi trong INS và triệt thoái các lỗi này tối đa.
(Nguồn : Trích từ luận văn tốt nghiệp của mình)

INS là một hệ thống dẫn đường khá mới đối với thế giới còn với VN thì rất ít người biết đến. Trong tương lai nó sẽ thay thế các hệ thống dẫn đường cổ điển bởi độ chính xác cao và làm việc độc lậpHiện nay la bàn quang học được biết đến như một sản phẩm của công nghệ dẫn đường này.Như ta đã biết hiện nay có các công nghệ dẫn đường:1. Pilotage – Dẫn đường dùng mục tiêu (hàng hải mục tiêu bờ)2. Dead reckoning – Dẫn đường dự đoán (hàng hải dự đoán)3. Celestial navigation – Dẫn đường thiên văn (hàng hải thiên văn)4. Radio navigation – Dẫn đường vô tuyến (hàng hải vô tuyến)5. Inertial navigation – Dẫn đường quán tính (hàng hải quán tính).Trong những phương pháp này thì bốn phương pháp đầu thì nhiều người học hàng hải chắc hẳn đã rất quen thuộc. Tuy nhiên, phương pháp thứ năm (dẫn đường quán tính) chắc hẳn rất it người biết tới vì đây là một phương pháp mới. Phương pháp này ít sử dụng cho tàu thủy mà chủ yếu sử dụng để dẫn đường máy bay, tên lửa đạn đạo và tàu ngầm. Phương pháp này được áp dụng lần đầu vào những năm 50 của thế kỉ XX trong lĩnh vực quân sự.Hình 2.4 Bộ dẫn đường quán tính IRBM 53 của PhápStrapdown là một trong ba công nghệ mà hệ thống dẫn đường quán tính áp dụng. Hệ thống dẫn đường quán tính là một công cụ sử dụng máy tính và các cảm biến di chuyển để truy vị trí, xu hướng và tốc độ một cách liên tục.Kháiquát:Hệ thống có khả năng hoạt động độc lập cho phép xác định vị trí, vận tốc và cao độ của vật thể.Hình 2.5 Sơ đồ khối của INSĐầu vào của INS là bộ 3 cảm biến vận tốc góc cho phép xác định được vận tốc góc nghiêng, góc chúi, góc hướng cùng với cảm biến gia tốc. Các giá trị cảm biến gia tốc được hiệu chỉnh với vận tốc quay của Trái đất và gia tốc trọng trường nhằm xác định vị trí và vận tốc của vật thểNhược điểm của INS:Có nhiều loại sai số trong các hệ thống INS và chủ yếu là do các cảm biến quán tính gây nên. Liệt kê một số lỗi gây ra bởi các cảm biến gia tốc và vận tốc góc:-Lỗi vị trí khi lắp đặt cảm biến: gây sai góc nghiêng, góc chúi và góc hướng-Độ lệch (offset) của cảm biến gia tốc: Lối ra cảm biến gia tốc sẽ bị lệch đi một giá trị không đổi. Giá trị này lại thay đổi mỗi khi tắt / bật thiết bị.-Hiện tượng lệch và trôi của cảm biến vận tốc góc (do tác động của nhiệt độ): Vật thể không chuyển động nhưng vẫn có vận tốc góc không đổi-Nhiễu ngẫu nhiên: Lỗi ngẫu nhiên trong đo lườngNhững lỗi trong đo gia tốc và vận tốc góc sẽ dẫn tới các lỗi tăng dần khi xác định vị trí và vận tốc của vật thể bay (do việc lấy tích phân). Các lỗi tăng dần này được gọi là lỗi dẫn đường. Có thể nhận thấy chắc chắn rằng hệ thống dẫn đường quán tính không thể hoạt động tự trị được mà phải được kết hợp với một hệ thống khác.Sự kết hợp giữa GPS và INS – Hệ thống dẫn đường tích hợp GPS/INSHệ thống dẫn đường quán tính INS có 2 ưu điểm nổi bật khi so sánh với các hệ thống dẫn đường khác là khả năng hoạt động tự trị và độ chính xác cao trong những khoảng thời gian ngắn. Lỗi nghiêm trọng nhất của hệ thống INS là do các cảm biến quán tính gây ra. Chính vì thế trong những ứng dụng thời gian dài thì hệ thống INS thường sử dụng với các hệ thống hỗ trợ khác như hệ thống dẫn đường vô tuyến (Loran, Omega và Tacan), hệ thống dẫn đường vệ tinh (GPS, GLONASS và Transit), JTIDS, DME…Các hệ thống này hoạt động ổn định theo thời gian và vì thế cần tích hợp INS và các hệ thống hỗ trợ này. Sự kết hợp GPS và INS là lý tưởng nhất vì hai hệ thống này có khả năng bù trừ nhau hiệu quả. Trái tim của hệ thống tích hợp này chính là bộ lọc tối ưu Kalman.Vai trò chính của GPS đó là cung cấp chính xác các thông số vị trí và vận tốc của vật thể bay. GPS có thể được sử dụng để hỗ trợ cho các hệ thống dẫn đường khác mà tiêu biểu là sự kết hơp GPS / INS.Có hai cấu trúc GPS hỗ trợ INS là xử lý theo kiểu vòng mở và vòng đóng. Cấu trúc vòng mở cho phép thực thi dễ dàng hơn nhưng cấu trúc vòng kín lại cho kết quả chính xác hơn.Hình 2.6 Bộ dẫn đường tích hợp GPS/INSBộ lọc Kalman là bộ lọc số nhiều lối vào và nhiều lối ra, cho phép ước lượng tối ưu các trạng thái của hệ thống theo thời gian thực khi các đầu vào bị nhiễu tác động. Các lỗi vận tốc trên hệ tọa độ dẫn đường, các lỗi góc nghiêng. Tín hiệu từ GPS được dùng để ước lượng các lỗi trong INS và triệt thoái các lỗi này tối đa.(Nguồn : Trích từ luận văn tốt nghiệp của mình)

Rate this post
Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments