Кафедра информационно-навигационных систем
Кафедра информационно-навигационные системы является одной из старейших кафедр Университета ИТМО. На кафедре осуществляется подготовка специалистов широкого профиля в области современных систем управления движением и навигации различных классов объектов.
В 30-е годы XX века отечественная промышленность приступила к созданию основных навигационных приборов: гирокомпасов, лагов, эхолотов. В связи с этим в 1934 году рядом предприятий и организаций было внесено предложение о подготовке необходимых кадров инженеров. Летом 1936 года ВСНХ СССР было принято решение об организации в ЛИТМО на факультете точной механики кафедры навигационные приборы. С 1937/38 учебного года на кафедре была начата подготовка специалистов.
В разработке профиля кафедры навигационных приборов принимали участие видные ученые и специалисты промышленности, в том числе действительный член АН СССР Крылов Алексей Николаевич, профессора Кудревич Борис Иванович, Ухов Константин Сергеевич, доцент Иконников Д.Н., инженеры Блиок М.М., Шиф М.А. и многие другие. С 1938 по 1941 год кафедру возглавлял профессор Шишелов Лаврентий Павлович. В 1940 году состоялся первый выпуск инженеров по навигационным приборам.
В сентябре 1937 года заведующим лабораторией кафедры навигационных приборов был назначен Ильин Петр Алексеевич. Он окончил ЛИТМО в 1931 году в числе первых выпускников и, приобретя опыт работы на производстве, в 1936 году поступил в аспирантуру. С этого момента вся его деятельность была связана с кафедрой и направлена на совершенствование учебного процесса. Благодаря его активной деятельности и связям с промышленностью, лаборатория была оснащена современными навигационными приборами, а учебный процесс обеспечен необходимыми учебными пособиями.
На время эвакуации института, в период блокады Ленинграда, лабораторное оборудование кафедры оставалось в осажденном городе и было сохранено. Поэтому сразу по возвращении студентов на кафедре были возобновлены занятия.
С 1945 по 1962 год кафедру возглавляет крупный ученый в области навигации, гидрографии, штурманских приборов профессор К.С. Ухов. При нем в 1956 году в связи с изменением номенклатуры специальностей кафедра была переименована в кафедру гироскопические и навигационные приборы. Чтобы удовлетворить потребности промышленности, в эти годы на кафедре обучается 4–5 групп студентов. Специалисты, подготавливаемые кафедрой, должны были иметь конструкторско-технологический уклон и хорошо знать основы производства и эксплуатации приборов. В середине XX века основными чувствительными элементами навигационных приборов были электромеханические гироскопы в карданном подвесе и маятники, которые относятся к высоко прецизионным устройствам. Достаточно отметить, что ротор гироскопа вращается со скоростью 20–30 тысяч оборотов в минуту, а вредные моменты трения в опорах карданного подвеса должны быть на уровне 10–5 Н*м. Маятники, работая в широком диапазоне линейных ускорений и при действии вибраций, должны были иметь чувствительность порядка 10–6 – 10–7 м/с. Такие требования к конструкции могли быть удовлетворены только на основе высокоразвитой технологической базы. В 1940-ых годах профессором К.С. Уховым при поддержке академика А.Н. Крылова и профессора Б.И. Кудревича была основана научно-педагогическая школа «Навигационные приборы». Основное направление научной и практической деятельности школы — прикладная теория гироскопических приборов и устройств.
Совместно с Всесоюзным маркшейдерским институтом под руководством профессора П.А. Ильина был разработан и изготовлен (1948–1950) первый в стране образец маркшейдерского гирокомпаса, послужившего прототипом для разработки последующих наземных гирокомпасов. Работа была удостоена Государственной премии СССР. В 1960 году коллектив кафедры под научным руководством профессора К.С. Ухова совместно с ЦНИИ Морского флота закончил разработку и изготовление гирокомпаса МГК-1 для торговых судов. Опытный образец гирокомпаса был передан для освоения в судостроительную промышленность.
Выполнение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ способствовало научному росту коллектива кафедры и повышению уровня подготовки студентов. Успешно защитили кандидатские, а впоследствии докторские диссертации Богданович Михаил Митрофанович, Слив Эля Израилевич, Сергеев Марк Антонович, Каракашев Владимир Александрович, Кошляков Владимир Николаевич. В это же время выпущены учебники: К.С. Ухов «Навигация» (Л: Водтрансиздат,1954) и М.М. Богданович, П.А. Ильин «Гироскопические приборы и устройства» (Л: Судпромгиз, 1961), а также монография М.М. Богдановича, В.С. Мочалина, П.А. Ильина «Элементы теории навигационных гироскопических приборов» (М: Морской транспорт, 1956), широко используемые студентами и специалистами промышленности.
С 1963 по 1970 год кафедрой заведует главный инженер Ленинградского научно-производственного объединения «Азимут» профессор Фармаковский Сергей Федорович. Коллектив кафедры укрепляет и расширяет связи с промышленностью. К чтению лекций привлекаются к.т.н., старший научный сотрудник П.И. Малеев, к.т.н., старший научный сотрудник Ю.С. Луковатый, к.т.н., капитан 2-го ранга К.Г. Вахитов и другие.
В гироскопическом приборостроении получают развитие газовые опоры как в осях подвеса, так и в качестве главных опор ротора гироскопа. На кафедре гироскопических и навигационных приборов разрабатываются теоретические основы расчета и проектирования газодинамических подшипников. Научный руководитель исследовательских работ – доцент В.Н. Дроздович. Результаты использованы в НПО «Азимут» и других организациях. По ним защищены 2 кандидатские диссертации и опубликована монография В.Н. Дроздовича «Газодинамические подшипники» (Л.: Машиностроение, 1976). В книге рассмотрены особенности процесса газовой смазки, указаны перспективы использования и приведены примеры газодинамических подшипников в приборах и машинах.
В 1970 году заведующим кафедрой «Гироскопических и навигационных приборов» (с 1973 г. — кафедра бортовых приборов управления) избирается по конкурсу профессор Сергеев Марк Антонович. Наиболее значительными работами в этот период является создание совместно с ЛО ИЗМИР АН СССР под научным руководством профессора М.А. Сергеева комплекса бортовых приборов и наземного оборудования для глобального магнитного картографирования территории СССР. Изготовленный в ЛИТМО комплекс для измерения вектора магнитного поля Земли был установлен на самолете ИЛ-72 и прошел успешную эксплуатацию. Технические решения защищены 5 авторскими свидетельствами на изобретения.
Обслуживание комплекса в полетах и камеральную обработку полученной информации осуществляли сотрудники научно-исследовательской лаборатории астроориентации, созданной при кафедре гироскопических и навигационных приборов и возглавляемой старшим научным сотрудником Владимиром Ивановичем Ющенко. Исполнители работ защитили 4 кандидатские диссертации. В научно-технической литературе опубликовано более 30 статей и тезисов докладов по теме выполненных работ. В выполнении НИР активное участие принимали аспиранты и студенты кафедры. Полученные результаты студенты использовали при курсовом и дипломном проектировании. Исследования студентов, проводившиеся в студенческом научном обществе по этой тематике, были отмечены дипломами 1-ой степени на Всесоюзных конкурсах студенческих научных работ.
С 1982 по 1991 годы кафедру возглавлял профессор Каракашев Владимир Александрович. На кафедре разрабатываются новые учебные планы, совершенствуется преподавание дисциплин, большое внимание уделяется внедрению в учебный процесс вычислительной техники. Преподаватели кафедры проходят переподготовку и повышение квалификации в области вычислительной техники.
Следует отметить, что внедрение вычислительной техники в гироскопические технологии сыграло существенную роль в развитии навигационных систем на новом уровне. Это позволило разработать математические модели детерминированных и случайных погрешностей чувствительных элементов и использовать их при обработке информации в оптимальном фильтре Калмана. Кроме того, применение фильтра Калмана обеспечило решение задачи комплексирования различных источников первичной информации. При этом требования к точностным характеристикам гироскопов и акселерометром могут быть несколько снижены. Это послужило толчком к дальнейшему развитию таких чувствительных элементов как динамически настраиваемые гироскопы и твердотельные волновые гироскопы. Как прецизионные механические элементы эти гироскопы для проектирования и изготовления требуют использования самых современных технологий точного приборостроения.
В настоящее время с 1991 года кафедрой руководит директор ГНЦ РФ — ЦНИИ «Электроприбор», действительный член Российской академии наук (РАН), доктор технических наук, профессор Пешехонов Владимир Григорьевич. Академик В.Г. Пешехонов является научным руководителем и главным конструктором большого числа важнейших разработок в области морского приборостроения, автором более 100 научных трудов, членом Научного совета РАН по проблемам управления движением и навигацией, председателем секции автономной навигации и чувствительных элементов. В 1990-ых годах в университете им основана научно-педагогическая школа «Интегрированные системы навигации и управления», задачи которой — разработка теоретических основ и программно-математического обеспечения построения интегрированных систем навигации и управления различными классами подвижных объектов.
Одним из основных направлений исследований является решение фундаментальных проблем обеспечения требуемой точности интегрированных систем ориентации и навигации, в которых используются микромеханические инерциальные элементы, занимающие область низких точностей (класс точности ниже 1–10 градус/час и 10–3 g, соответственно). Принципиальной особенностью этих датчиков является использование при их производстве материалов и технологий современной твердотельной микроэлектроники. Используемая технология обеспечивает массовое производство и, как следствие этого, низкую стоимость микромеханических датчиков.
Микромеханические гироскопы, как правило, строятся по схеме камертона. Принцип их действия заключается в миниатюризации конструкции, использовании высокодобротных неметаллических материалов (таких, как монокристаллический кремний, плавленый кварц), технологий фотолитографии и диффузионного травления. Вибрации возбуждаются либо пьезоэлектрическим элементом, либо микродвигателем электростатического типа. Датчики съема и преобразования полезного сигнала и другие встроенные элементы цепей управления также выполняются на основе современной микроэлектронной технологии.
Некоторые результаты этих исследований нашли отражение в учебнике В.Г. Пешехонова и др. «Навигация и управление движением судов» (СПб: Элмор, 2002) и в учебном пособии Анучина Олега Николаевича и Емельянцева Геннадия Ивановича «Бесплатформенные инерциальные системы навигации и ориентации» (СПб: ВВМУ имени Фрунзе, 2001).
С 1995 года кафедра перешла на подготовку специалистов по направлению 652300 — «Системы управления движением и навигация» и к выпуску инженеров по специальности 181200 — «Приборы и системы ориентации, навигации и стабилизации». Объектами профессиональной деятельности инженера по этой специальности являются основанные на различных физических принципах приборы и системы, измеряющие перемещения, скорости и ускорения морских подвижных объектов и образующие интегрированные навигационно-управляющие комплексы судов и кораблей различного назначения, а также комплексы пространственной ориентации и стабилизации информационно-измерительной аппаратуры на их борту.
В соответствии с произошедшими изменениями в научной и педагогической деятельности кафедры в апреле 2003 года кафедра получила свое современное наименование — она была переименована в кафедру информационно-навигационных систем. С 2004/2005 учебного года студенты и преподаватели кафедры включены в межвузовскую программу целевой интенсивной подготовки специалистов, которая реализуется на базе ЦНИИ «Электроприбор». В 2008 году кафедра реорганизована в базовую кафедру при Государственном научном центре Российской Федерации ЦНИИ "Электроприбор". В декабре 2008 года сам ЦНИИ Электроприбор был преобразован в ОАО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор".
Исторический материал подготовил заместитель заведующего кафедрой ИНС профессор Серегин Валерий Васильевич.
В ноябре 2012 года кафедра широко отметила юбилей — 75 лет своего создания и деятельности. В честь этого события в серии книг "Университет ИТМО. Годы и люди" была подготовлена и вышла в свет книга — 75 лет кафедре информационно-навигационных систем / Под общей редакцией академика В.Г. Пешехонова. — СПб: СПбНИУ ИТМО, 2012. — 298 с. - Серия книг "Университет ИТМО: Годы и люди". Часть шестая. Книга посвящена юбилею кафедры информационно-навигационных систем.