5 книг о том, что такое инерциальная навигация
Инерциальная навигация — комплексная техническая дисциплина, объединяющая различные области знания и посвященная методам счисления пути как одному из возможных способов (наряду с астрономической и спутниковой навигацией) определения положения объекта в пространстве. Суть счисления пути заключается в вычислении изменения координат относительно начального положения объекта за счет знания ускорения (скорости) и ее направления.
Инерциальные навигационные системы нашли свое применение в авиации, подводных и надводных кораблях, космических аппаратах и прочих движущихся объектах, которым нужно с высокой точностью знать свое местоположение.
Ранее навигационные системы строились на основе гиростабилизированной платформы. Сейчас такие системы остались только в объектах, требующих особой точности навигации в условиях, когда коррекция координат невозможна (например, на подводных аппаратах, до которых не достают сигналы спутниковых навигационнных систем). Для массовых применений (например, в авиации) в настоящий момент используются бесплатформенные системы (БИНС).
Для полноценного освоения материала, представленного в книгах, читателю стоит вспомнить или освоить основы современной физики, теоретической механики, линейной алгебры, теории вероятности и математической статистики.
Александр Юльевич Ишлинский — знаменитый ученый-механик, внесший большой вклад в развитие теории инерциальной навигации. Эта книга — лучший способ познакомиться с классическими основами инерциальной навигации и связанными с ними задачами гироскопии и определения ориентации. В монографии подробно, «по существу» излагаются собственно теоретические основы инерциальной навигации и поведения чувствительных элементов навигационных систем (гироскопов, гиромаятников, гиростабилизаторов, гирокомапсов, гироскопических и других измерителей кажущегося ускорения).
В качестве альтернативы этой основополагающей книге можно порекомендовать не менее основательные работы П. В. Бромберга и В. Д. Андреева.
Инерциальные навигационные системы строятся на основе специфических чувствительных элементов, позволяющих измерять параметры движения объекта относительно инерциального пространства. В этом учебнике для ВУЗов авторы из Тульского государственного университета и Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» приводят теорию и особенности функционирования большинства типов современных гироскопических датчиков: классических гироскопов с вращающимся ротором, волновых твердотельных гироскопов, микромеханических вибрационных гироскопов, лазерных и волоконно-оптических гироскопах. Эта информация, безусловно, будет очень полезна для более глубокого понимания функционирования инерциальных навигационных систем различного назначения.
Алгоритмы современных инерциальных навигационных систем представляют собой набор математических методов, примененных к проблеме счисления пути. В книге авторов из Московского государственного университета приводятся математические основы, необходимые для построения актуальных навигационных систем — как полностью автономных, так и корректируемых с помощью внешних источников информации (например, спутниковой навигационной системы GPS).
Пол Сэвэдж является одним из крупнейших мировых специалистов в области инерциальной навигации. Его книга содержит обширную теоретическую и практическую информацию по всем вопросам построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем. Единственным минусом является отсутствие перевода на русский язык. Однако людям, владеющим английским, книга позволит разобраться в мельчайших особенностях алгоритмов и станет незаменимым подспорьем в деле. Как правило, специалисты в области навигации обращаются к ней как к надежному справочнику, в котором обязательно найдется нужная информация. Например, понадобилось вам учесть в вашем алгоритме коническое движение — смотрите у Сэвэджа, а там есть и физика возникновения эффекта, и вывод формул, и численные примеры.
Олег Степанович Салычев, профессор российского МГТУ им. Баумана и канадского Университета в Калгари, выпустил книгу, которая без лишнего углубления в теорию позволяет освоить знания, необходимые для построения полностью функционирующей современной навигационной системы. Особенность данной книги заключается в её прикладной направленности, более характерной для зарубежной литературы. В целом издание можно охарактеризовать фразой «бери и делай», т. е. она буквально позволяет начинающему навигатору взять недорогой микромеханический датчик и написать для него алгоритмы обработки, которые реализуют инерциальную навигацию. Даже если все получится сразу, все равно будет весело.