Hệ thống dẫn đường quán tính (INS) ngày càng được sử dụng phổ biến trong quá trình khảo sát thủy đạc. Hệ thống dẫn đường quán tính hoạt động dực trên định luật Newton với 2 quá trình chính là cảm biến quán tính và tính toán thủy đạc. Trong bài viết dưới đây, Đất Hợp sẽ giúp bạn đọc hiểu chi tiết hơn về quá trình hoạt động của hệ thống này.
Định nghĩa về hệ thống dẫn đường quán tính (INS)
Hệ thống dẫn đường quán tính (Inertial Navigation System – INS) là một hệ thống tự động sử dụng các cảm biến quán tính như gia tốc kế (accelerometers) và con quay hồi chuyển (gyroscopes) để xác định vị trí, vận tốc, và hướng di chuyển của một vật thể (ví dụ: máy bay, tàu thủy, tên lửa, xe tự hành, v.v.) mà không cần tín hiệu từ bên ngoài như GPS hoặc đài phát sóng.
Hệ thống dẫn đường quán tính sử dụng các cảm biến quán tính như gia tốc kế và con quay hồi chuyển.
Hệ thống dẫn đường quán tính (INS) hoạt động như thế nào?
Hệ thống dẫn đường quán tính hoạt động dựa trên nguyên tắc của định luật chuyển động của Newton và bao gồm hai quá trình chính: cảm biến quán tính và tính toán quỹ đạo.
– Cảm biến quán tính
- Gia tốc kế (Accelerometers): Đo gia tốc tuyến tính theo các trục không gian X, Y, Z. Khi phương tiện di chuyển, gia tốc kế sẽ ghi nhận các thay đổi về tốc độ và hướng. Từ các phép đo này, hệ thống có thể xác định được vận tốc của phương tiện trong từng khoảng thời gian nhất định.
- Con quay hồi chuyển (Gyroscopes): Đo tốc độ quay (góc quay) quanh các trục không gian. Thiết bị này giúp xác định hướng di chuyển (attitude/orientation) của phương tiện, cho phép hệ thống biết được nó đang quay theo chiều nào và bao nhiêu độ. Thông tin này rất quan trọng để hiệu chỉnh các phép đo gia tốc và duy trì tính chính xác trong việc xác định vị trí.
– Tính toán quỹ đạo
Tính vận tốc: Từ các phép đo gia tốc thu được từ gia tốc kế, hệ thống INS sẽ tính toán vận tốc bằng cách thực hiện phép tích phân theo thời gian. Điều này có nghĩa là nó cộng dồn các giá trị gia tốc theo khoảng thời gian để xác định tốc độ di chuyển hiện tại của phương tiện.
Tính vị trí: Khi đã có vận tốc, hệ thống tiếp tục tính toán vị trí bằng cách thực hiện phép tích phân lần thứ hai. Điều này có nghĩa là nó sẽ lấy vận tốc và tính toán quãng đường đã đi trong một khoảng thời gian nhất định, từ đó xác định vị trí mới của phương tiện.
Hiệu chỉnh hướng di chuyển: Dữ liệu từ con quay hồi chuyển được sử dụng để xác định hướng di chuyển, giúp hiệu chỉnh các phép đo gia tốc. Việc này đảm bảo rằng các phép đo về gia tốc là chính xác và phù hợp với hướng mà phương tiện đang di chuyển.
Bộ xử lý trung tâm: Tất cả các thông tin từ cảm biến quán tính được gửi về bộ xử lý trung tâm, nơi thực hiện các tính toán cần thiết và cập nhật liên tục các thông số về vị trí, vận tốc và phương hướng theo thời gian thực. Bộ xử lý này đảm bảo rằng hệ thống luôn có thông tin chính xác và kịp thời để điều khiển phương tiện.
Cấu tạo bên trong của một hệ thống dẫn đường quán tính.
Một số thiết bị dẫn đường quán tính (INS) tiêu biểu
| Thiết bị dẫn đường quán tính INS | Hình ảnh | Thông số kỹ thuật nổi bật | Ứng dụng |
| Thiết bị dẫn đường quán tính INS Certus Evo |  |
Lắc dọc và lắc ngang: 0.03°. Hướng: 0.05°. Định vị RTK: 10mm. Con quay hồi chuyển MEMS: 0.2°/giờ. Tốc độ cập nhật: Lên đến 1000Hz. |
Trên không: UAV, UAV LiDAR. Trên mặt đất: Ổn định Gimbal, giám sát kết cấu, điều hướng xe. Hàng hải: Điều hướng AUV, điều hướng ROV, thủy văn. |
| Thiết bị dẫn đường quán tính INS Boreas A70 |  |
Lắc dọc lắc ngang: 0.01°. La bàn con quay FOG: 0.01°/hr. Hướng la bàn con quay: 0.1°. Con quay hồi chuyển: 2 phút. Năm bảo hành: 3. |
Trên không: Khảo sát độ chính xác cao, ổn định Gimbal, UAV. Trên mặt đất: Phương tiện tự động, đào hầm và khai thác mỏ, quan trắc công trình. Trên biển: Điều hướng dưới biển, giám sát cơ sở hạ tầng, thủy văn. |
| Thiết bị dẫn đường quán tính INS Boreas A90 |  |
Lắc dọc lắc ngang: 0.005°. La bàn còn quay FOG: 0.001 °/hr. Hướng la bàn con quay: 0.01°. Con quay hồi chuyển: 2 phút. Năm bảo hành: 3. |
Trên không: Khảo sát độ chính xác cao, ổn định Gimbal, UAV. Trên mặt đất: Phương tiện tự động, đào hầm và khai thác mỏ, quan trắc công trình. Trên biển: Điều hướng dưới biển, giám sát cơ sở hạ tầng, thủy văn. |
Hy vọng rằng qua bài viết trên, bạn đọc đã hiểu thêm về hệ thống dẫn đường quán tính và cách hoạt động của hệ thống này. Hiện nay, các hệ thống dẫn đường quán tính đang được cung cấp tại Công ty TNHH Đất Hợp. Để được tư vấn và hỗ trợ thêm thông tin chi tiết về các hệ thống dẫn đường quán tính, hãy gọi đến HOTLINE 0903 825 125 ngay hôm nay!
>>> Xem thêm: Lợi ích của hệ thống dẫn đường quán tính INS so với cảm biến chuyển động MRU
