Giới thiệu

Một Hệ thống dẫn đường quán tính (INS) là một công nghệ dẫn đường tự động dựa trên cảm biến quán tính như con quay hồi chuyển và gia tốc kế. INS không dựa vào tín hiệu bên ngoài, cung cấp khả năng tàng hình cao, khả năng chống nhiễu mạnh và hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết. Nó được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, UAV, hàng hải và xe tự hành. Việc hiểu về dẫn đường quán tính bắt đầu với nền tảng lý thuyết của nó—Định luật Newton về chuyển động.

1. Cơ sở lý thuyết: Ba định luật Newton

1.1 Định luật Newton thứ nhất: Định luật quán tính

"Một vật ở trạng thái nghỉ sẽ tiếp tục ở trạng thái nghỉ, và một vật chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động đều trừ khi có một lực bên ngoài tác dụng lên nó."

Định luật này tiết lộ tính chất của các vật thể trong việc duy trì trạng thái chuyển động của chúng—quán tính. INS sử dụng nguyên tắc này bằng cách đo những thay đổi trong chuyển động của vật mang trong không gian quán tính để tính toán vị trí, vận tốc và tư thế của nó.

1.2 Định luật Newton thứ hai: Động lực học

"Gia tốc của một vật tỷ lệ thuận với lực tác dụng và tỷ lệ nghịch với khối lượng của nó, tức là a = F/m."

Trong dẫn đường quán tính, gia tốc kế dựa trên định luật này, đo lực riêng tác dụng lên vật mang để tính toán gia tốc, sau đó được tích phân để có được vận tốc và độ dịch chuyển.

1.3 Định luật Newton thứ ba: Tác dụng và Phản ứng

"Với mỗi hành động, luôn có một phản ứng bằng và ngược chiều."

Định luật này thể hiện trong INS dưới dạng sự kết hợp cơ học giữa các cảm biến và vật mang, điều này rất cần thiết để kiểm soát rung động, bù sai số và mô hình hóa hệ thống.

2. Khung quán tính: Tham chiếu cho dẫn đường

Tính hợp lệ của các định luật Newton đòi hỏi một khung tham chiếu quán tính. Trong INS, khung Quán tính tâm Trái đất (ECI) hoặc các khung dẫn đường như NED thường được chọn làm tham chiếu để tính toán quỹ đạo của vật mang.

3. Các thành phần và công nghệ chính của INS

Một INS điển hình bao gồm:

• IMU (Đơn vị đo quán tính): bao gồm con quay hồi chuyển 3 trục và gia tốc kế 3 trục
• Máy tính dẫn đường: chạy các thuật toán dẫn đường quán tính, chẳng hạn như Hệ thống dẫn đường quán tính Strapdown (SINS)
• Bộ lọc Kalman: để kết hợp đa cảm biến và hiệu chỉnh lỗi

Công nghệ dẫn đường quán tính là một thành phần cốt lõi của các hệ thống dẫn đường có độ chính xác cao hiện đại. Từ Định luật Newton đến khung quán tính, và từ cảm biến đến thuật toán, mỗi bước đều phản ánh sự tích hợp sâu sắc của vật lý và kỹ thuật. Với sự tiến bộ của công nghệ MEMS, INS đang trở nên ít tốn kém hơn, chính xác hơn và nhỏ gọn hơn, tìm thấy các ứng dụng rộng rãi hơn trong xe tự hành, robot và thiết bị đeo thông minh.

Thẻ / Từ khóa

#Dẫn đường quán tính #INS #Định luật Newton #Khung quán tính #IMU #SINS #Xe tự hành #Dẫn đường UAV #MEMS #Bộ lọc Kalman