В последнее время в этой области достигнуты большие успехи. Пионером и лидером в сфере инерциальных систем навигации( ИСН) всегда были США, им и принадлежит первый практический вариант такой системы, которая была разработана в начале 60-х годов. Эта ИСН была испытана во время перелета в Лос-Анджелес, в течение которого при помощи нее осуществлялось автоматическое управление самолетом. Система, включающая в себя обслуживающую ЭВМ, состояла из нескольких ящиков внушительных размеров, занявших почти весь салон самолета. Наиболее уязвимым местом ИНС долгое время являлись механические гироскопы, применение которых требовало значительных энергозатрат( 50 – 100 Вт), а также обусловливало большую массу изделия( свыше 5 кг). Положение дел сильно изменило применение лазерных гироскопов, где нет вращения механических частей. В России лидером в этой области является НИИ « Полюс », его лучшие модули лазерных гироскопов весят не более 3 кг и потребляют не более 30 Вт мощности. Однако геоинерциальный блок с акселерометрами потребляет уже 50 Вт мощности и имеет массу 8,5 кг. Учитывая важность инерциальных систем навигации, агентством передовых оборонных исследований( DARPA, США) была поставлена задача создания ИНС нового поколения. Впечатляющих успехов добились ученые Мичиганского университета, создавшие геоинерциальный блок( 3 гироскопа, 3 акселерометра и мастер-часы), помещающийся на одноцентовой монете. К сожалению, никакие технические данные изделия не приводятся, но сама разработка вошла в число лучших разработок DARPA за 2013 год. Предшествующая и конкурентноспособная разработка DARPA в этой области( 2012 год) – геоинерциальные блоки на базе маятника Фуко, имеющие несколько большие размеры – около 10 см 3. Были представлены три варианта: от Мичиганского университета, университета
Джорджии и Калифорнийского университета.
Инерциальное навигационное устройство, созданное учеными Мичиганского университета
Лазерный гироинерциальный блок АИС-402, разработанный НИИ « Полюс » зовании данных по аномальному магнитному полю( АМП) и батиметрии районов плавания.
Рассмотрим принципы навигации автономного необитаемого подводного аппарата по геофизическим полям( в процессе работы АНПА выполняет магнитную и батиметрическую съемку, тем самым пополняя базы данных и увеличивая точность последующих работ). Основной принцип навигации АНПА по геофизическим полям состоит в возможности динамического восстановления и корректировки маршрута движения такого аппарата по результатам сопоставления измеряемых в процессе движения полей и их предсказанных эталонных значений.
Технически это осуществляется с помощью расчета бортовым компьютером значений поля – признака вдоль заданного маршрута миссии автономного необитаемого подводного аппарата по заложенной в его память цифровой карте, полученной по результатам всех предшествующих исследований в районе работ( рис. 1 а). Составление таких эталонных карт осуществляется с помощью разработанного авторами специального математического обеспечения, позволяющего сводить воедино и с высокой точностью данные, полученные в разное время, разными измерительными системами и с разных платформ. В свою
очередь, такая цифровая карта позволяет с высокой точностью рассчитывать вдоль заданного маршрута миссии АНПА( рис. 1 а, синяя линия), предсказанные эталонные значения поля-признака( рис. 1 б, синяя линия), а также полный набор его градиентов. Во время осуществления реальной миссии АНПА( рис. 1 а, красная линия) выполняет измерения поля-признака с помощью бортовой измерительной системы( рис. 1 б, красная линия). Сопоставление этих данных с эталонными, взятыми из исходно заложенной в память компьютера подводного аппарата цифровой карты аномального магнитного поля района работ, позволяет решить задачу восстановления истинного маршрута движения АНПА посредством разработанного алгоритма, использующего итерационный процесс для решения системы уравнений невязок( рис. 2).
В уравнениях невязок используются рассчитанные по цифровой карте плоские, а при необходимости и вертикальный, градиенты поля. Маршрут движения АНПА разбивается на последовательность контрольных точек, для которых осуществляется расчет траектории истинного движения аппарата и его коррекция( рис. 3). Измеренные в результате выполнения миссии АНПА значения могут использоваться для переувязки данных по площади
42 Морские информационно-управляющие системы, 2014 / No. 3( 6)