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水下潜艇惯性导航是如何运作的

作者:admin  更新时间:2017-07-17
惯性导航不仅可以在无人机上使用,对于军事领域,飞机,船舶,陆用车辆,还是导弹,惯性导航设备都是核心设备之一。这是惯性导航具有不依赖外界信息,进行完全自主导航的特性所决定的(不像GPS,无线电导航那样需要外界的无线电信号),本文介绍水下潜艇惯性导航的运作方式。
水下潜艇惯性导航是如何运作的
  惯性导航系统(INS)是被动的自备导航系统,基于惯性和陀螺仪原理。INS通过对测出的(潜艇)加速度二重积分确定了航位推算定位。
  INS于1944年首次用于德国火箭。对于水下导航, 1958年INS首次用于美国核潜艇USS Nautilus的北极区冰下航行。INS由稳定平台,加速器,积分器和计算机组成。还有一个单元用于消除加速表登记过的加速度,该加速度不包含在潜艇的真实运行中。稳定的平台确保精确的水平位置和加速表通过回转仪正确的定向。
  加速表是用于测量加速度的工具。加速度是指速度的改变。2个加速表对于水面航行就足够了,也就是,一个物体在2个维度内运动。潜艇在3个维度下运动,且因此对于潜艇导航而言3个加速器是必要的,2个加速器导向南北轴和东西轴,1个导向地球中点。加速器决定了在特定方向某物体的加速度,该特定方向也被称为加速表测量轴。加速器内部置有传感器块(也就是测量传感器)。大体上,传感器块被浸在液体中,与该液体一并位于加速器柱体内部。
  潜艇速度的任何改变会产生加速器内部测量传感器位置的改变。这种位置的改变转换成电压并发送到积分器。
  积分器是为实现数值积分而设的装置。在INS中积分器对潜艇的加速度进行积分(由加速器测得)前得到潜艇真实速度。通过对积分器速度的积分得到潜艇已行驶里程。所有数据(信息)输入计算机:开始或最后的精确定位,陀螺仪轴向偏离的纠错和(第2次积分后)南北轴方向、东西轴方向和指向地球中点方向的已行驶里程。已行驶里程有地理坐标(经纬)的差分。
  通过所有的数据,计算机得到潜艇的地理位置。INS的误差随时间而增加,不随已行驶里程而变化。因此,INS在很长的一段时间里并不是完全自备的。INS要求通过其它导航系统如水声导航系统,卫星导航系统等提供控制和纠错。
  水下潜艇惯性导航的优点在于它不需要任何外部信息。由于INS不转换任何能量,不接收任何外部信号,系统保持隐秘。INS不需要任何其它的导航单元如陀螺罗盘,日志等。INS独立获得海流速度,船只(潜艇)的真实航道和已行驶里程。