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] Merkittävä vaikutus Finnairin edelläkävijäasemaan inertiasuunnistuksen käyttäjänä oli tuolloisella pääjohtajalla Gunnar Korhosella sekä lentotoiminnanjohtaja Olli Puhakalla, jotka onnistuivat saamaan Yhdysvaltain puolustusministeriöltä tuolloin paljolti kokeellista teknologiaa yhtiön käyttöön. Motiivi oli lähinnä rahallinen, sillä Korhonen halusi eroon kalliista suunnistajista^[3]. Inertiasuunnistuslaitteet ovat harvoin poikkeuksin olleet Atlantin ilmatilassa pakollisia 29. joulukuuta 1977 lähtien^[4], minkä lisäksi valtaosassa Atlantin ilmatilaa on edellytetty GPS:ää vuodesta 2016.^[5][6]

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