Traagheidsnavigatie
Van Wikipedia
Traagheidsnavigatie is een methode van plaatsbepaling die gebaseerd is op het meten van de bewegingen van een voertuig. Een groot voordeel is dat het niet afhankelijk is van externe factoren. Het eerste traagheidsnavigatiesystemen werd toegepast in de jaren 50 op de USS Nautilus SSN571, de eerste nucleaire onderzeeër. Traagheidsnavigatie wordt toegepast in raketten, vliegtuigen, schepen en bij routenavigatiesystemen.[1][2]
Inhoud |
[bewerk] Werking
Als de snelheid van een voertuig bekend is, kan de afstand berekend worden aan de hand van de tijdsduur. De snelheid verandert echter continu. Dit kan ondervangen worden door de versnellingen die optreden te meten. Er zijn zes vrijheidsgraden:
drie rotaties:
- Slingeren (roll) (rotatie rond de langsscheepse as)
- Stampen (pitch) (rotatie rond de dwarsscheepse as)
- Gieren (yaw) (rotatie rond de verticale as)
drie lineaire bewegingen:
- Schrikken (surge) (langsscheepse beweging)
- Verzetten (sway) (dwarsscheepse beweging)
- Dompen (heave) (op- en neergaande beweging)
Doordat elk instrument een fout heeft, zal gedurende het verstrijken van de tijd de onnauwkeurigheid van een traagheidsnavigatiesysteem toenemen. Door het te combineren met andere plaatsbepalingssystemen kan deze fout gereduceerd worden.
[bewerk] Cardanisch opgehangen gyro-gestabiliseerde platformen
Bij een aantal systemen worden lineaire versnellingsmeters op een cardanisch opgehangen gyro-gestabiliseerd platform geplaatst. Meestal worden twee gyroscopen in een rechte hoek ten opzichte van elkaar geplaatst. Door de precessie van deze gyroscopen zal het platform de neiging mee te draaien met het voertuig weerstaan.
De drie rotaties kunnen gemeten worden aan de assen van de cardanische ophanging. De lineaire versnellingen kunnen eenvoudig opgeteld worden, aangezien de richting hiervan niet verandert.
Het nadeel hiervan is dat er gebruik wordt gemaakt van kostbare mechanische precisieonderdelen. Deze ondervinden slijtage en een groot gevaar is het optreden van gimbal lock. Hierbij kunnen de gyroscopen de rotatiesnelheid niet opvangen, waardoor één of meer ringen van de cardanische ophanging meedraaien. Het primaire navigatiesysteem van de raketten van het Apolloprogramma maakte gebruik van een 3-assen gyro-gestabiliseerd platform voor de Apollo Guidance Computer. Manoeuvres moesten voorzichtig uitgevoerd worden om gimbal lock te voorkomen.
[bewerk] Gyro-gestabiliseerde platformen met hydrostatische lagers
Door het platform op te hangen in hydrostatische - of vloeistof - lagers, kan het probleem van gimbal lock ondervangen worden. Met relatief simpele computers kan een systeem met hoge precisie gemaakt worden.
[bewerk] Vast bevestigde systemen
Doordat computers steeds kleiner en sneller werden, verviel de noodzaak om platformen cardanisch op te hangen. Door de rotaties te meten, kunnen de lineaire bewegingen gecorrigeerd worden voor richtingsveranderingen. Dit vereist duizenden updates per seconde, wat voor moderne computers geen enkel probleem is. De rotaties worden vaak gemeten met behulp van ring laser gyro's. Met behulp van een Kalman-filter worden uitschieters uitgedempt.
