strapdowntyyppiset

Strapdowntyyppiset (strapdown-tyyppiset) järjestelmät ovat inertiaalisen navigoinnin (INS) laitteita, joissa anturit – tyypillisesti kolmen akselin gyroskoopit ja kolmen akselin kiihtyvyysmittarit sekä usein magnetometri – on kiinnitetty suoraan laitteen runkoon eikä keila- tai gimbaliin. Tämä mahdollistaa pienemmän, kevyemmän ja vähemmän liikkuvien osien sisältävän rakenteen sekä paremman luotettavuuden.

Toimintaperiaate perustuu reaaliaikaiseen asennon estimointiin. Anturit mittaavat kulmanopeuksia ja kiihtyvyyksiä, ja asento lasketaan integroimalla gyroskooppien tuottama kulmanopeus sekä muuntamalla kiihtyvyysmittareiden signaalit navigointikehykseen. Koska mittaukset ovat alttiita virheille ja viivästymisiä aiheuttaville buasillisuuksille, asennon estimointi toteutetaan käyttämällä rotaatiomalleja (esim. quaternioinit tai rotaatiomatriisit) ja usein Kalman-suodatinta antureiden virheiden, kuten gyrosin biasin, kompensoimiseksi. Gravitaation vaikutus poistetaan oikealla asennon ratkaisulla ennen nopeuden ja sijainnin integrointia.

Historia ja kehitys: strapdown-tekniikka yleistyi 1980-luvulta eteenpäin, kun digitaaliset prosessorit ja kehittyneet sensorit tarjosivat riittävästi laskentatehoa reaaliaikaiseen asennon estimointiin ilman mekaanisia gimbaliä. Se on sittemmin vakiinnuttanut asemansa sekä ilmailussa että merenkulussa sekä robotiikassa.

Edut ja haasteet: strapdown-INS on kompakti, ei liikkuvia osia ja halvempia huoltaa sekä kuormittaa vähemmän, mutta se vaatii huomattavaa laskentatehoa, tarkkaa kalibrointia ja vakauden ylläpitoa anturivirheiden sekä nopean liikkeen aiheuttaman epävarmuuden hallitsemiseksi. Usein se täydentyy ulkoisilla signaaleilla (GNSS, magnetometreillä) driftin minimoimiseksi.

Käyttökohteet: ilmailu, meriliikenne, ohjus- ja avaruustekniikka, autonomiset ajoneuvot sekä teollisen mittaus- ja robotiikkasovellukset.