Бесплатформенные Инерциальные Навигационные Системы

ООО «Беспроводка» представляет широкую линейку бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС) на базе микроэлектромеханических систем (МЭМС, MEMS) и волоконно-оптических гироскопов (ВОГ) для решения задач навигации, ориентации и стабилизации в том числе в условиях отсутствия сигналов со спутников ГЛОНАСС / GPS, например, внутри помещений, в сложных географических условиях или при подавлении этих сигналов.

Преимущества:

• Российская разработка и производство

• Различные точностные характеристики: от 10-100  º/ч (микромеханика) до 0,005-10  º/ч (волоконная оптика)

• Различные варианты исполнения: от встраиваемого бескорпусного до защищенного герметичного в антивандальном исполнении для применения в  условиях экстремальных ударных воздействий

• Возможность доработок под специфические требования заказчиков и отдельных проектов, а также интеграция «под ключ» с уже эксплуатируемым оборудованием и системами

• Уникальные точностные, массогабаритные и ценовые характеристики, по сравнению с и без того немногочисленными конкурентами

Некоторые варианты применения инерциальных систем:

• Обеспечение информацией о координатах объекта при отказе спутниковых систем: спецтранспорт (МВД, МО, МЧС и т.д.), перевозка людей, опасных и ценных грузов, автоматическое определение аварийных и опасных ситуаций по характеру движения объекта…

• Обеспечение измерения перемещений сотрудника в любом положении тела, в том числе при перемещении ползком, обеспечение точного позиционирования сотрудника в помещениях при неработающей спутниковой системе, обнаружение «нехарактерных» движений сотрудника

• Автоматизация управления беспилотных летательных систем

• Управление наземными автоматизированными платформами для работы в условиях опасных для человека

• Управление морскими платформами, манипуляторами и механизмами подверженными внешним возмущениям (качка, течения)

• Системы обнаружения «закладок» в дорожном (железнодорожном) полотне

• Системы стабилизации линий визирования или подсветки

• Системы стабилизации диаграммы направленности антенн мобильных систем спутникового телевидения, интернета, телефонной связи

• Высокоточное направленное бурение с точностью не хуже 1м на 1 км

• Диагностика трубопроводов при помощи БПЛА и диагностических внутритрубных снарядов

• Множество других вариантов применения, где требуется решение задач оперативного управления,  навигации, ориентации и стабилизации

• В настоящее время осуществляется финальный этап разработки низкостоймостного микроБИНС для массового применения с терминалами ГЛОНАСС / GPS в составе систем мониторинга транспорта.

Специалисты нашей компании готовы приехать для подробной презентации линейки инерциальных навигационных систем, обсуждения конктерных стоящих задач перед Вашей организацией и для предложения оптимального индивидуального варианта её решения.

Метод навигации (определения координат и параметров движения различных объектов — судов, самолётов, транспортных средств, бойцов, робототехники, ракет, беспилотных летательных аппаратов и др.) и управления их движением, основанный на свойствах инерции тел, являющийся автономным, то есть не требующим наличия внешних ориентиров или поступающих извне сигналов

Немного теории

Классы точности систем (ошибки при работе в автономном режиме).

ИНС с середины прошлого века являются штатным оборудованием подвижных объектов и в зависимости от точности в автономном режиме работы  по уровню 2σ (95 %) подразделяются на системы:

• высокой (0,4…1,85 км/ч), (приведённый дрейф 1,85/6371 = 0,0003 рад/ч =  0,016гр/ч)
• средней (1,85…5,5 км/ч), (приведённый дрейф 5,5/6371 = 0,00086 рад/ч =  0,05гр/ч)
• и низкой (5,5…37 км/ч) точности. (приведённый дрейф 37/6371 = 0,006 рад/ч =  0,4гр/ч)
• не автономные….

По способу моделирования инерциальной системы координат различают ИНС:

• с физическим моделированием осей системы координат (с использованием трехосной гиростабилизированной платформы)платформенные (механические системы);

• с математическим моделированием осей координат (с использованием бесплатформенного блока чувствительных элементов)бесплатформенные (твёрдотельные).

СТРУКТУРА БИНС, чувствительные элементы.

Общее название — ИНС – инерциальная навигационная система. Частное название — БИНС – бесплатформенная инерциальная навигационная система (подчёркивает отсутствие следящей платформы).

Основа ИНС (БИНС) это БЧЭ (блок чувствительных элементов) — состоящий из 3-х ортогонально расположенных гироскопов (датчиков угловой скорости) и 3-х ортогонально расположенных акселерометров.

В настоящее время в гироскопической технике можно выделить пять основных технологий, обеспечивающих потребности массового потребителя:

• динамически настраиваемые гироскопы (ДНГ)  — УСТАРЕВШАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, НИЗКИЙ РЕСУРС, НИЗКАЯ ПРОЧНОСТЬ…
• кольцевые лазерные гироскопы (КЛГ),  — ВЫСОКАЯ СТОИМОСТЬ, НИЗКАЯ СЕРИЙНОПРИГОДНОСТЬ, НИЗКИЙ РЕСУРС.
• волоконно-оптические гироскопы (ВОГ),
• волновые твердотельные гироскопы (ВТГ),
• микромеханические гироскопы (ММГ).
• электростатические гироскопы (ЭСГ) – СВЕРХВЫСОКОТОЧНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ (ВЫСОКАЯ СТОИМОСТЬ)

Оптимальным решением по параметру цена-точность:

• для систем  средней и высокой точности являются ВОГ с замкнутым контуром (ВОГ волоконнооптический гироскоп), приведённый дрейф 0,003-0,1 градусов в час.
• для систем низкой точности – ВОГ с разомкнутым контуром, приведённый дрейф 0,1 – 5 градусов в час,
• для малогабаритных низкостоймостных решений имеющих контур коррекции от GPS – микромеханика, приведённый дрейф 15 – 100 градусов в час.

ГК «Беспроводка» предлагает линейку БИНС российской разработки и производства с использованием всех трёх типов гироскопических датчиков для различных областей применений.

1) Системы средней и повышенной точности  – наиболее дорогостоящие в линейке — предназначены в основном для решения задачи автономной навигации с привлечением минимума внешней информации – в основном на этапе включения (требуется указать широту места включения прибора).

2) Системы низкой точности  – малогабаритная система ВОГ, предназначена для стабилизации оборудования на высокомобильных объектах (оптических, антенных систем, контура управления БПЛА, обеспечения устойчивости управляемых объектов) , кратковременного резервирования спутниковых навигационных систем в условиях плохого приёма спутникового сигнала.

3) Малогабаритные низкостоймостные системы  предназначены для резервирования спутниковых приёмников, также могут применяться для решения задач стабилизации и обеспечения устойчивости в контурах управления.

Коррекция БИНС.

Коррекцию по внешним датчикам применяют во всех случаях когда ошибки счисления координат инерциальным способом уступают ошибкам счисления с применением дополнительного датчика. Для примера автономная система с ошибкой по координате 10м за час работы должна иметь дрейфы не хуже 0,0001гр/ч. Поскольку стоимость навигационных систем с гироскопами данного класса точности превышает 700000$ на данном этапе мы их рассматривать не будем. И чётко зафиксируем целесообразность использования режима коррекции по внешней информации в системах низкого среднего и в том числе высокого класса точности (по крайней мере для наземных применений).

Датчики для коррекции БИНС:

Автономные: датчики скорости (пройденного пути)

• Для воздушных объектов это датчики системы воздушных сигналов (абсолютной скорости).
• Для морских систем – ЛАГ.
• Для наземной техники датчик пройденного пути.
• Для пешехода датчик шага.

Не автономные СНС – Спутниковая навигационная система  является недорогим датчиком позволяющим получить максимальный объём высокоточной навигационной информации по очень низкой стоимости. Главный недостаток этого датчика отсутствие автономности – пропадание навигационных решений во многих условиях эксплуатации. Сегодня в мире эксплуатируются 3 глобальные спутниковые системы ГЛОНАСС, ГАЛИЛЕО, GPS (Россия, Евросоюз, США соответственно ). В ближайшие 10 лет ожидается появление ещё как минимум 2-х глобальных систем работающих в интересах ИНДИИ и КИТАЯ.

Комплексирование систем навигации

К достоинствам комбинированных систем навигации можно отнести:

• повышение точности;
• способность осуществлять коррекцию траектории движения,
• способность осуществлять коррекцию ошибок датчиков БИНС в пуске;

Основная цель коррекции (комплексирования)

• уменьшить время автономной работы БИНС, а значит уменьшить накопленные за это время ошибки,
• оценить ошибки первичных датчиков в пуске (устраняется влияние внешних факторов), а значит повысить точность работы БИНС в пуске.

Для системы с ошибками автономной работы 1км за час, при подключении датчика пройденного пути и получении корректирующей информации с частотой один раз в секунду, ошибки снижаются пропорционально времени автономной работы. Допустимая постоянная времени коррекции определяется надёжностью (шумом, ошибками измерений) применённого датчика для коррекции.

Информационное взаимодействие БИНС:

• протокол информационного обена,
• комплексирования со спутником,
• комплексирование с колёсным датчиком

у всех БИНС идентичны, и при переходе от одного класса изделий к другому не потребуют больших затрат на адаптациию (программную стыковку).