treghetsnavigasjon

Systemet vil måle akselerasjon og vinkelakselerasjon i et treakset koordinatsystem. Basert på dette kan man kontinuerlig beregne en farkost sin posisjon og kurs.
Treghetsnavigasjon
Lisens: CC BY SA 3.0
Treghetssystemet Sagem Sigma-40 finnes på mange millitære fartøy. Systemet har en drift på 1 nautisk mil pr. døgn.
Nøyaktighet
Lisens: CC BY SA 3.0
I større sivile fly vil det være treghetsnavigasjonssystemer (IRS) som en del av flyets integrerte Flight Management System. Her fra et Airbus rutefly.
Flight management system
Lisens: CC BY SA 3.0
Integrert i moderne høy-ende gyrokompass (t.h.) og GNSS-mottagere (t.v.) kan det være enklere former for treghetssystemer som bidrar med posisjon, selv om GNSS-signaler skulle falle bort i korte perioder.
Integrert INS
Lisens: CC BY SA 3.0

Artikkelstart

Et treghetsnavigasjonssystem er et navigasjonssystem som er uavhengig av ytre signaler. Systemet er basert på måling av bevegelsen til en farkost over tid. Hvis man kjenner utgangsposisjon vil man dermed alltid kunne beregne farkostens posisjon. Bevegelsen blir målt av akselerometre og gyroer, og systemets presisjon er gitt av disse.

Et treghetsnavigasjonssystem vil gi informasjon om posisjon, hastighet, akselerasjon, kurs og orientering. Det kan benyttes på jorden, i luften, i rommet, samt under vann. Systemet ble først benyttet i V2-rakettene under andre verdenskrig, og har senere i hovedsak blitt benyttet i militære navigasjons- og våpensystemer, samt i større sivile fly.

Historikk og grunnleggende prinsipp

Treghetsnavigasjon er basert på fysiske lover som var forstått allerede på 1600-tallet, men det fikk ingen praktisk betydning før under andre verdenskrig, da de ble brukt i de tyske V2-rakettene fra 1944. Gradvis ble også systemene videreutviklet for også å kunne benyttes i ubåter i neddykket tilstand, og treghetsnavigasjon gjorde det mulig for atomubåten USS Nautilus å seile under nordpolisen i 1958. Nå er systemene også vanlig i sivil luftfart, og det er vanlig at større rutefly har tre uavhengige treghetssystemer, hvor det benyttes et vektet gjennomsnitt av de tre. I fly benyttes gjerne begrepet IRS (Inertial Reference System).

Det grunnleggende prinsippet er basert på akselerometre som måler hastighetsvariasjoner, som så kan brukes til beregning av hastighet og tilbakelagt distanse (dobbeltintegrasjon over tidsintervallet). Videre har man gyrosystemer som bidrar til å definere retningen til akselerasjonene, som da matematisk kan betraktes som vektorer. I treghetsnavigasjon vil det være vanlig å definere tre retninger; nord, øst og vertikalt. Dermed kan man navigere etter tilnærmet samme metode som bestikkregningskip i tre dimensjoner, da forutsatt at utgangsposisjon er kjent. Systemet vil så fortløpende beregne breddegrad, lengdegrad og høyde/dybde. Innen romfart vil andre former for koordinatsystemer kunne benyttes.

Siden systemet ikke har behov for ytre signaler, vil treghetsnavigasjon være svært robust, og ikke sårbare for jamming og lignende. Treghetsnavigasjon har derfor blitt et viktig og vanlig system for forskjellige militære anvendelser, og ofte brukes den engelske forkortelsen INS (Inertial Navigation System).

Instrumentutvikling og nøyaktighet

I systemene som ble utviklet fremover mot 1980-tallet var det vanlig å benytte mekaniske gyrosystemer og da plassere akselerometre på stabiliserte plattformer. Utvikling av kraftigere datamaskiner, avansert matematikk og laserbaserte gyrosystemer gjør at treghetssystemene nå er faste i farkostene der de benyttes, såkalte strapdown-systemer.

Selv om sensorene som benyttes gradvis har blitt perfeksjonerte presisjonsinstrumenter vil nøyaktigheten avta lineært med tiden, og det er vanlig å oppgi presisjon som tiden det tar for en avdrift (feil) på én nautisk mil – altså en tidsavhengig feil som ofte kalles drift. Systemer med liten drift vil være relativt kostbare, og det er derfor vanlig at systemene kalibreres mot GNSS-systemer med jevne mellomrom.

I tillegg til store og komplekse militære systemer kommer det stadig enklere varianter med lavere krav til nøyaktighet. Dette kan være gyrokompass, GNSS-systemer og mobiltelefoner som har integrerte akselerometre som bidrar til posisjonsberegning når satellittsignalene mistes i korte perioder. Man snakker da om perioder på noen minutter og kanskje opp mot en time – eksempelvis i tuneller og lignende, hvor satellittsignaler blokkeres. Treghetsnavigasjon vil få stadig større betydning som supplement i utviklingen av robuste satellittnavigasjonssystemer.

Les mer i Store norske leksikon

Litteratur

  • Kjerstad, Norvald (2019). Elektroniske og akustiske navigasjonssystemer. Fagbokforlaget.

Kommentarer (2)

skrev Lars Mæhlum

Ser at IMU - Inertial Measurement Unit - brukes om selve gyro-/akselerometerenheten, også på norsk. Men IMU gir ikke treff i leksikonet. Bør det komme inn her på en eller annen måte?

svarte Børje Forssell

Jeg skal skrive om hele artikkelen og da også ta hensyn til denne kommentaren.

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg