Inertiasuunnistus

Inertiasuunnistus (engl. Inertial reference system, IRS) on navigointimenetelmä, joka perustuu kiihtyvyyksien mittaukseen. Menetelmää käytetään lentokoneissa, sukellusveneissä, ohjuksissa, raketeissa, avaruusaluksissa ja kenttätykistön mittausjärjestelmissä. Inertiasuunnistuksessa mittalaitteelle annetaan tarkka lähtöpaikka, minkä jälkeen mitataan laitteen kokemaa kiihtyvyyttä. Paikka voidaan sen jälkeen laskea kinematiikan perusyhtälöiden avulla kiihtyvyyttä integroimalla. Finnair lensi ensimmäisenä kaupallisena lentoyhtiönä Atlantin yli inertiasuunnistuksen avulla 15. toukokuuta 1969 DC-8-62CF-koneellaan. Aiemmin näillä lennoilla tarvittiin ihmissuunnistajaa, joka Finnairilla käytti mm. LORAN-C-järjestelmää sekä ruudukko- ja tähtisuunnistusta. Tämä oli tosin Finnairin käytäntönä vain pienen hetken, sillä sen DC-8:t oli alusta alkaen varustettu inertialaittein, joiden koeaikana suunnistajaa käytettiin. Suunnistajan lupakirjan suoritti yhteensä seitsemän suomalaista vuosina 1959–1965^[1]. Lupakirjatyyppinä se on edelleen (2023) olemassa, mutta hyvin harvinainen.^[2] Inertiasuunnistuslaitteet ovat harvoin poikkeuksin olleet Atlantin ilmatilassa pakollisia 29. joulukuuta 1977 lähtien^[3], minkä lisäksi valtaosassa Atlantin ilmatilaa on edellytetty GPS:ää vuodesta 2016.^[4][5]

Teoria

Kun tunnetaan aluksen kokema kiihtyvyys ajan funktiona ${\displaystyle \mathbf {a} (t)}$, alkunopeus ${\displaystyle \mathbf {v} _{0}}$ ja lähtöpaikka ${\displaystyle \mathbf {x} _{0}}$ hetkellä ${\displaystyle t_{0}}$, kulloinenkin paikkavektori ${\displaystyle \mathbf {x} (t)}$ saadaan kaavasta^lähde?

${\displaystyle \mathbf {x} (t)=\mathbf {x} _{0}+\mathbf {v} _{0}(t-t_{0})+\int _{t'=t_{0}}^{t}dt'\int _{t''=t_{0}}^{t'}dt''\mathbf {a} (t'')}$.

Inertiasuunnistuksen tarkkuus heikkenee liikkeen kestäessä pitkään. Käytännössä tarkkuus on kymmenien–satojen metrien luokkaa, mikä on riittävä tarkkuus lentokoneille tai riittävän voimakasta hyötykuormaa kantaville ohjuksille. Tykistön tulenjohdolle tarkkuus on juuri ja juuri riittävä.

Nollanopeuspäivityksellä päivitetään kiihtyvyysintegrointia varten tieto pysähtymisestä. Käytännössä tämä onnistuu helpoimmin maan pinnalla liikkuvassa inertiapaikannuksessa, joka voidaan pysäyttää nollanopeuspäivitystä varten. Kun tehdään nollanopeuspäivitys hetkellä ${\displaystyle t_{1}}$, saadaan tieto, että

${\displaystyle \mathbf {v} (t_{1})=\mathbf {v_{0}} +\int _{t'=t_{0}}^{t_{1}}dt'\mathbf {a} (t)=\mathbf {0} }$.

Tätä voidaan puolestaan käyttää apuna integroitaessa paikkakoordinaattia. Ohjukselle tai lentokoneelle, joita ei voida pysäyttää nollanopeuskorjausta varten, nollanopeuskorjaus voidaan tehdä esimerkiksi mittaamalla niiden nopeus tutkalla ja ilmoittamalla tämä tieto radioitse ohjukselle.

Aikaisemmin kiihtyvyysanturit vakavoitiin koordinaattiakselien suuntaisiksi nopeasti pyörivien hyrrien eli gyroskooppien avulla, mutta uusissa järjestelmissä hyödynnetään lasergyroskooppeja. Lasergyroskoopissa ei ole liikkuvia osia, vaan mittaukset tehdään tutkimalla valon aallonpituuksien muutoksia aluksen liikkuessa.

Katso myös

• Navigointi
• GPS

Lähteet

1. Kar Air kilta: Kar-Airin matkassa maailmalle Kar Air kilta. 2.1.2023. Viitattu 6.1.2023.
2. Certification: Flight Navigator www.onetonline.org. Viitattu 6.1.2023.
3. EURNAT meeting 1975 icao.int.
4. Pulliainen, Mikko: Finnairista tuli valtamerinavigoinnin teknologinen pioneeri puoli vuosisataa sitten – "J***lauta tarkka vehe" Tekniikka&Talous. Viitattu 2.12.2021.
5. Mark Zee 22 January, 2016 February 2nd, 2016: Did you know MNPS is over? Meet HLA, the new North Atlantic Airspace. International Ops 2021 – OPSGROUP. 22.1.2016. Viitattu 2.12.2021. (englanti)

Aiheesta muualla

• Artikkeli aiheesta Hallen hävittäjäsivulla (Arkistoitu – Internet Archive)