„Умелият моряк за себе си е спокоен.“

Публикацията е посветена на избора на оптимална безрамкова инерционна навигационна система (БИНС) за движещ се обект въз основа на оценката на индекса на качеството. Установено е, че съвременните домашни БИНС имат малка разлика в оценката на индекса на качеството, поради леко разминаване в техните основни технически характеристики.

Инерционната навигационна система (INS – Inertial Navigation System) за морски подвижни обекти е автономна система, която определя позицията, ориентацията (курса, наклона) и скоростта на кораба, използвайки измервания от сензори, без да разчита на външни референции като GPS/GNSS. Тя е критична за работа в условия на заглушаване на сателитни сигнали, подводна навигация и високодинамични операции.
Най-високата стойност на оценката на показателя за качество в рамките на приетата класация на изследваните системи се наблюдава за БИНС „Делта“, произведен от АО „Концерн“ Централен изследователски институт „Електроприбор“.

Инерционна навигационна система (ИНС) е устройство, което включва инерционни сензори (акселерометри и жироскопи) и въз основа на техните показания генерира информация за позицията, ориентацията и параметрите на движение на обект.
Инерционната навигационна система (БИНС) е инерционна навигационна система, в която не се използва жиростабилизирана платформа за инсталиране на инерционни сензори.

Ефективността на съвременните средства за водене на въоръжена борба зависи основно от точното познаване на координатите както на собствените сили, така и на тези на противника. Това е една от причините икономически развитите страни да харчат милиарди долари за внедряване и поддържане на глобални навигационни спътникови системи.
В резултат на технологичното съперничество при създаването на национални глобални спътникови системи за координатно-времево позициониране се появиха NAVSTAR в САЩ, GLONASS в Русия, Galileo и редица други регионални системи в Европа. Опитът от съвременните войни и военни конфликти обаче показа, че наличието на собствена глобална спътникова навигационна система не гарантира постигането на военно превъзходство над противника.
Въпреки факта, че сателитната навигационна система в реално време осигурява непрекъснато високо точно определяне на координатите на самолети, кораби, ракети и наземна бронирана техника, съвременните средства за радио електронно противодействие (РЕП), високо точни оръжия, диверсионни сили и средства позволяват врагът да унищожи космически кораб, да изкриви или потисне полезен сигнал на входа на приемника-индикатор, да има разрушителен ефект върху елементите на наземната инфраструктура на спътниковата навигационна система.
Независимо от степента на достъпност на информацията, получена от сателитна навигационна система за поддържане на непрекъснато генериране и доставка на навигационни данни до потребителите, мобилните обекти са оборудвани с автономни инерционни навигационни системи (ИНС). Въз основа на принципите на тяхната работа, ИНС са шумоустойчиви, не се влияят от средствата от арсенала на източници на навигационна информация за радио електронна борба. Една от разновидностите на ИНС – БИНС намери своето широко приложение във военното дело.

Смята се, че разчитането на съвременната военна техника на автономни БИНС е гаранция за нейната боеспособност в условията на радио електронна война, а по-нататъшното усъвършенстване на БИНС е един от приоритетите на отбранителната индустрия.
На руския пазар има десетки образци на БИНС, изградени на базата на лазерни, фиброоптични, вълнови твърдотелни, микромеханични и други видове жироскопи. Кой от жироскопите в дизайна на БИНС е най-подходящ за решаване на задачите, пред които е изправен движещ се обект, се определя от изискванията на потребителя, главно към точността на генерираните навигационни параметри, към характеристиките на теглото и размера, консумацията на енергия и цената. По този начин, ако потребителят има избор, тогава има смисъл да се сравняват техническите характеристики и цената на съществуващите БИНС. Най-добра ще бъде системата, която има най-голям брой технически характеристики, които удовлетворяват потребителя при минимална цена.

Може да изглежда, че формулираният по-горе проблем с избора може да бъде решен въз основа на просто сравнение на техническите характеристики и разходите на конкурентни системи. Въпреки това, със значителен брой системи и техните технически характеристики, е трудно да се направи това, без да се използва специален метод.
В съответствие с метода за избор на оптимална цена и качество на системата за насочване и стабилизиране на морски обекти е необходимо да се класират показателите за качество на изследваните системи според степента на важност. В същото време за надводни, подводни и необитаеми автономни движещи се обекти класирането на показателите за качество може да бъде различно.
При липса на надеждни навигационни данни от сателитни навигационни системи, основният навигационен параметър, генериран от БИНС (много важен), са координатите на движещ се обект, които осигуряват позиционирането на обекта с декларираната точност за определен период от време.

Вторите по важност са: точността на изработка на курса, ъглите на крена и диферента, както и времето, през което БИНС е готова за работа.
Точността на генериране на ъглите на крена и диферента оказва косвено влияние върху координатите на текущото местоположение на обекта.
По-маловажни параметри на БИНС са неговите тегловно-габаритни характеристики и консумация на енергия. При оценката на показателите за качество показателят за разходите БИНС не беше взет предвид, тъй като той може да бъде променен от производителя, за да повиши привлекателността на своя продукт на пазара.
Техническите характеристики на БИНС са взети от отворени източници: ръководства за експлоатация, официални уебсайтове на производителите, рекламни брошури (виж таблица 1).
Индивидуалните технически параметри отсъстваха в източниците и бяха взети като средни стойности от цялата серия от оценени продукти.

Таблица 1. Основни технически характеристики и индекс на качеството на домашните БИНС

Забележка:
Опк𝒊𝒊𝒊𝒊 е отделен индикатор за качество на отделна основна техническа характеристика на БИНС;
Пк𝒊𝒊 е индикатор за качеството на БИНС като цяло.
Резултатът от изчисляването на индекса на качеството на вътрешните БИНС е представен в таблица 2.

Таблица 2. Резултатът от изчисляването на индекса на качеството на вътрешните БИНС

Анализът е даден в табл. 2 на резултата от изчислението показаха:
– най-високата стойност на оценката на показателя за качество се наблюдава за БИНС „Делта“ (Пкi = 0,66), произведен от АО „Концерн“ Централен изследователски институт „Електроприбор“ (оптималена БИНС) поради най-ниския процент на нарастване на грешката на координатите на кораба, а за БИНС 2М-С-01 (Пкi = 0,65), произведена от NPK Elektrooptika LLC поради малката маса и автономната работа на системата през деня при скорост на нарастване на пределната грешка на позицията, която не надвишава 1,85 km/h ;
– оценки на показателя за качество на БИНС от типа „Кама“ на ПАО „ННПК“ (с изключение на „Кама-НС-ВК“), типовете „Бемол“ и „Ладога“ от АО Концерн „Централен изследователски институт Електроприбор“ и БИНС S500MOOO NPK “Optolink” са в тесен диапазон от 0,47–0,56, което се дължи на леко разминаване в основните им технически характеристики;
– значително влияние върху избора на оптималена БИНС може да окаже нейната цена и индивидуални параметри, които са от най-голямо значение при инсталирането на БИНС на конкретен носител.

Анализът на постигнатата точност на изработване на курса, ъглите на крена и диферента, както и времето на готовност на системата за работа показва, че по-нататъшно техническо усъвършенстване на БИНС в тази посока е малко вероятно. В същото време продължителността на автономната работа на БИНС (без корекция от средства за високоточно позициониране) за 5-6 часа днес вече не може да се счита за приемлива. Един от начините за повишаване на точността на автономното генериране на координатите на местоположението на надводния кораб според данните от БИНС може да бъде автоматизирането на непрекъснатото отчитане на дрейфа (сноса) на кораба от вятъра и въздействието върху него на сумарния вектор от теченията (вятър, постояно, приливо – отливно).
Заключения
1. При липса на сигнали от спътникови навигационни и радионавигационни системи ИНС (БИНС) са основният източник на непрекъсната навигационна информация за местоположението на движещ се обект в пространството.
2. Анализът на вътрешните БИНС показва, че след преминаване към автономен режим на работа, според техните основни технически характеристики, те позволяват да предоставят на потребителя навигационна информация за неговото местоположение в рамките на 5–24 часа. Въпреки това, продължителността на автономната работа на БИНС (без корекция от средства за високоточно позициониране) за 5-6 часа днес вече не може да се счита за приемлива.
3. Изборът на оптималния БИНС може да бъде значително повлиян от неговата цена и индивидуалните параметри, които са от най-голямо значение при инсталирането на БИНС на конкретен носител.
4. Най-високата стойност на оценката на показателя за качество в рамките на приетата класация на основните технически характеристики на изследваните системи се наблюдава в БИНС „Делта“, произведен от АО „Концерн“ Централен изследователски институт „Електроприбор“ (оптимална БИНС).