Инерциальная навигационная система (INS) использует инерционные датчики для измерения изменений в движении, что помогает определить скорость, ориентацию и положение объекта.

IMU, компонент инерциальной навигационной системы, состоит из таких датчиков, как акселерометры, гироскопы и иногда магнитометры.

Более подробная информация:

• Акселерометры измеряют ускорение объекта, отслеживая его изменяющуюся скорость.
• Гироскопы обнаруживают изменения угловой скорости.
• Магнитометры оценивают силу и направление магнитного поля Земли, определяя ориентацию относительно магнитного севера. Система корректирует несоответствие между истинным севером и магнитным севером. Однако источники магнитных помех могут повлиять на точность магнитометра в большинстве транспортных средств.

У каждого из этих датчиков есть ограничения, но в сочетании они работают лучше. Измеряя эти три датчика, инерциальная навигационная система рассчитывает пройденное расстояние и курс.

Инерциальная навигационная система измеряет:

• Подача
• Рулон
• Заголовок

ИНС также включает в себя приемник GNSS, добавляющий еще один датчик. Это обеспечивает абсолютное положение, а не относительное. Хотя только ИНС может определить положение относительно инерциальной системы отсчета, ее сочетание с ГНСС обеспечивает точное глобальное положение.

Инерциальная навигационная система является автономной и не нуждается в спутниковых сигналах или базовых станциях для определения местоположения.

GNSS использует спутниковую информацию для определения местоположения. Он широко используется в гражданских, коммерческих и оборонных приложениях, хотя на его работу могут влиять атмосферные условия и многолучевое распространение. Сигналам GNSS также могут препятствовать туннели или намеренно создавать помехи посредством глушения и подделки, особенно в военных сценариях.

При совместном использовании эти две системы обеспечивают высокоточное позиционирование, а инерциальная навигационная система сохраняет точность в условиях отсутствия GNSS, улучшая качество навигационных данных GNSS.

ИНС включает в себя блок инерциальных измерений (IMU) и вычислительный блок. Начиная с известного положения и ориентации (инерциальная система отсчета), IMU отслеживает изменения скорости и вращения, отправляя необработанные данные в вычислительный блок INS, который затем точно определяет новое положение и ориентацию.

Инерциальные навигационные системы надежно предоставляют данные о местоположении. Они варьируются от легких МЭМС (микроэлектромеханических систем) до динамических волоконно-оптических гироскопов (FOG) и современных цифровых волоконно-оптических гироскопов (DFOG).

INS особенно полезна в условиях, когда GNSS (глобальная навигационная спутниковая система) недоступна. Работа GNSS может быть нарушена в туннелях или под водой. Он также может страдать от многолучевого распространения или атмосферных помех. Хотя для навигации по телефону это незначительная проблема, точное позиционирование имеет решающее значение для аэросъемки или оборонных приложений.

Сочетание INS с GNSS более надежно, поскольку INS снижает вероятность ошибок, с которыми может столкнуться только GNSS. INS может эффективно работать без связи с базовой станцией, что делает ее пригодной там, где GNSS неточна или недоступна.

Различные инерциальные навигационные системы предлагают разные уровни точности.

Высококачественные ИНС, использующие оптоволоконные гироскопы (FOG), имеют точность до нескольких сантиметров и подходят для аэрокосмических исследований, АНПА и оборонных приложений. В отличие от GNSS, INS невосприимчива к помехам или спуфингу, поскольку не зависит от внешних источников, таких как спутники или базовые станции. GuideNav также предлагает экономичные INS на базе MEMS для приложений с меньшими требованиями к точности. 

Калибровка INS гарантирует, что результаты выходных сигналов датчика будут точными и согласованными в заданных условиях эксплуатации. Калибровка включает сравнение выходных данных INS со справочной информацией и корректировку коэффициентов коэффициента эффективности для их соответствия.

Выходная мощность INS может варьироваться в зависимости от нескольких факторов, таких как:

• Температура – ​​влияет на выходной сигнал INS в диапазоне температур.
• Источники систематических ошибок от акселерометров и гироскопов, в том числе:
  • Смещение датчика
  • Масштабный коэффициент выхода датчика
  • Поперечная чувствительность датчика
  • Несоосность оси датчика
  • Чувствительность MEMS-гироскопа G
• Магнитное поле . На устройства INS с магнитометрами для определения курса могут влиять изменения магнитного поля (например, железные предметы или магниты, вызывающие статические помехи). Эта ошибка обычно калибруется после установки ИНС в окончательное положение на транспортном средстве для учета источников статических магнитных помех. Все продукты GuideNav имеют встроенное программное обеспечение для магнитной калибровки, позволяющее решить эту проблему.

Калибровка INS включает в себя такое оборудование, как температурные камеры, столы нивелирования, таблицы норм и подвесы. Все продукты GuideNav перед отправкой калибруются, тестируются и соответствуют соответствующим отраслевым стандартам.

Датчики INS подразделяются на пять классов производительности , в основном на основе характеристик гироскопа.

Хотя INS также использует акселерометры и магнитометры, уровень производительности в первую очередь определяется стоимостью гироскопа и его производительностью. Производительность INS на основе MEMS варьируется от потребительского до тактического уровня, но достижения в области MEMS и технологий объединения данных подтолкнули производительность INS на основе MEMS к тактическому уровню высокого класса.

Класс производительности: Потребительский

• Стабильность смещения гироскопа: более 20 °/ч
• Стоимость: $
• Примеры применения: обнаружение движения
• Сенсорная технология: МЭМС

Класс производительности: Промышленный/Тактический

• Стабильность смещения гироскопа: 5 – 20 °/ч
• Стоимость: $$
• Примеры применения: робототехника 
• Сенсорная технология: на основе MEMS

Уровень производительности: Высококлассный тактический

• Стабильность смещения гироскопа: 0,1–5 °/ч.
• Стоимость: $$$
• Примеры применения: автономные системы
• Технология датчика: MEMS/FOG (волоконно-оптический гироскоп)/RLG (кольцевой лазерный гироскоп)

Уровень производительности: Навигация

• Стабильность смещения гироскопа: 0,01 – 0,1 °/ч
• Стоимость: $$$$
• Примеры применения: навигация самолета
• Сенсорная технология: FOG/RLG

Уровень эффективности: Стратегический

• Стабильность смещения гироскопа: 0,0001 – 0,01 °/ч
• Стоимость: $$$$$
• Сенсорная технология: FOG/RLG