Haben heutige Flugzeuge noch INS (Inertial Navigation System)?

Kurze Antwort

Flugzeuge verwenden immer noch Trägheitsnavigationssysteme, weil INS autonom ist, keine externe Unterstützung benötigt, um zu funktionieren, mehr Informationen liefert und kurzfristig genauer ist als ein GNSS. Es ist nicht geplant, die Nutzung einzustellen.

Im Gegensatz dazu ist INS für bestimmte Operationen erforderlich. Beispielsweise kann die B787 nicht ohne mindestens einen IRU-Mitarbeiter geflogen werden. Siehe B787 Master Minimum Equipment List MMEL , Pos. 21-01-01 Seite 182.

Die übliche Lösung für die Flugnavigation ist die Verwendung von INS, die häufig von GNSS aktualisiert werden, um Drift einzudämmen, solange das GNSS-Signal verfügbar, genau und zuverlässig ist (professionelle GNSS-Empfänger können ihre Zuverlässigkeit bestimmen ).

^{Fusion von GPS/INS-Sensoren, Quelle}

Einzelheiten

Während INS mehrere Nachteile hat, nämlich anfängliche Ausrichtungszeit und Drift, hat es auch einzigartige Fähigkeiten:

• INS ist autonom, die Position wird ohne externe kooperative Unterstützung bestimmt.

• Die INS-Position kann 1.000 Mal pro Sekunde aktualisiert werden.

• INS liefert Positionsinformationen wie GNSS, aber auch Orientierung (Attitude), Rotationsrate und damit verbundene Beschleunigungen. Kurzfristig sind diese Daten sehr genau. Beispielsweise verwendet der Gierdämpfer Momentanbewegungsdaten, um dem Holländerrollen entgegenzuwirken.

• INS liefert die wahre Nordrichtung.

Andererseits globale Navigationssatellitensysteme ( GNSS ):

• Im Gegensatz zu Trägheitsnavigationssystemen ( INS ) sind sie von vielen Faktoren abhängig, um zu funktionieren, darunter Raumfahrzeuge, Bodenstationen, Antennen oder Sonnenaktivität.

• GNSS-Signale können behindert, verändert oder gestört werden.

• GNSS wird aufgrund der zum Extrahieren und Verarbeiten des schwachen GNSS-Funksignals erforderlichen umfangreichen Berechnungen langsam aktualisiert (z. B. einmal oder 10 Mal pro Sekunde, dh in Schritten von mehr als 20 m für ein Verkehrsflugzeug mit Mach 0,85).

• Das bekannteste GNSS, das amerikanische Navstar GPS, ist ein militärisches System, das von der US Air Force finanziert und verwaltet wird.

• Während GPS für zivile Zwecke immer genau ist, muss daran erinnert werden, dass das US-Verteidigungsministerium diesbezüglich keine Garantie gibt. Die Navstar GPS-Betriebsspezifikationen für SPS (zivilen) Dienst erlauben 72 Minuten pro Tag (2σ / 95. Perzentil) mit einem DOP > 3, das heißt mehr als 17 m horizontal und 37 m vertikal . Während dieser 72 Minuten ist der Fehler unbegrenzt.

Im Bereich der Luftfahrt werden GNSS und INS immer mehr mit Luftdaten und Magnetometern gekoppelt, das nennt man Daten-/Sensorfusion , um das Beste aus jedem System herauszuholen, Ergebnisse abzugleichen und Sensorausfälle zu erkennen.

Als Beispiel aus dem Alltag: Ohne einen Trägheitssensor im Auto „GPS-Empfänger“ (genauer: ein GPS-gestütztes Navigationssystem) wäre das Navigationssystem im Kreisverkehr hilflos. Die augenblickliche Genauigkeit des GPS-Empfängers, seine geringe Aktualisierungsfrequenz und sein Mangel an Orientierungserfassung würden ihn daran hindern, die tatsächliche Position und die nächste Ausfahrt aus dem Kreisverkehr korrekt abzuleiten.

Um die spezifische Frage zur 787 zu beantworten, ja.

Laut diesem Artikel

Übersicht über die Avionik der Boeing 787

Rockwell Collins liefert das Flugdeck-Anzeigesystem, Pilotensteuerungen .... Erdreferenzsystem (Trägheitsnavigation). ...

Im allgemeineren Sinne hat so ziemlich alles große Flugzeug (soweit ich weiß) immer noch eine INS-Einheit. Dies kann am Alter des Flugzeugs liegen, da es einfach aus einer Zeit stammt, in der es auf dem neuesten Stand war. Im neueren Fall werden sie immer noch verwendet, um die GPS-Genauigkeit zu überprüfen . Weitere Informationen finden Sie in dieser Antwort (und gefährlich nahem Dupe).

Absolut. Sowohl interkontinentale Zivilflugzeuge als auch Militärflugzeuge sind mit GNSS-aktualisierten Festkörper-INS-Systemen ausgestattet, die Ringlaserkreisel zur Positionserkennung und Navigation verwenden.

Moderne Flugzeuge verfügen über ein „Trägheitsreferenzsystem“, das aus Gyroskopen und Beschleunigungsmessern besteht und zur Versorgung aller Systeme verwendet wird, die diese Daten benötigen.

Die Lage, ihre Änderungsrate und Beschleunigungen (vertikale Beschleunigung ist Flächenbelastung, seitliche Beschleunigung nähert sich Seitenschlupf) werden verwendet für:

• Attitude Indicator, offensichtlich.
• Auch Kursanzeige.
• Pitch-and-Roll-Flughüllenschutz bei Flugzeugen, die damit ausgestattet sind (Aribus ab A320, Boeing ab 777 und einige andere).
• Autopilot und Gierdämpfer. Höhe und Kurs reagieren zu langsam auf Änderungen der Steuereingabe, daher benötigen diese Modi auch Fluglage und Beschleunigungen als Zwischenreferenzen.
• Fluggesetze. Bei Airbus wählt sogar die manuelle Steuerung die Flächenbelastung und die Rollrate aus, und die tatsächliche Ruderauslenkung wird vom Computer berechnet, sodass die Flächenbelastung (vertikale Beschleunigung) und die Fluglagewerte benötigt werden.

Die Stelle ist integriert. Dies bedeutet, dass sich im Laufe der Zeit Fehler ansammeln. Es gibt jedoch nie einen großen Fehler über kurze Zeit. Es kann auch mit hoher Geschwindigkeit aktualisiert werden, normalerweise 100 bis 1000 Mal pro Sekunde.

Andererseits sammelt GNSS (z. B. GPS) keine Fehler, da es sich bei der nächsten Messung nicht auf die vorherige Messung verlässt, aber es hat eine langsamere Aktualisierungsrate, normalerweise nur 1 pro Sekunde, und es oszilliert um die tatsächliche Position mit variable Fehlergröße, deren Größe nur begrenzt geschätzt werden kann.

Daher bietet die Kombination der beiden Systeme einige Vorteile:

• INS interpoliert die Position und bietet dem Autopiloten eine höhere Aktualisierungsrate, sodass er der definierten Route genauer folgen kann.
• Da jedes System unterschiedliche Arten von Fehlern aufweist, bietet der Querverweis eine höhere Genauigkeit als jedes System allein.
• INS bietet Fallback für den Fall, dass GNSS (das aus externen Gründen ausfallen oder an Genauigkeit verlieren kann) ausfällt. Dies ist besonders wichtig, wenn Verfahren der erforderlichen Navigationsleistung (RNP) geflogen werden. Diese befinden sich an Orten mit begrenzter Bodenfreiheit wie engen Tälern. Wenn GNSS ausfällt, lässt das INS genug Zeit, um sicher aus dem Gelände zu klettern (und umzuleiten), bevor es zu viele Fehler ansammelt.