Mis on inertsiaalne navigeerimine?
Inertsiaalse navigatsiooni alused
Inertsiaalse navigatsiooni põhiprintsiibid on sarnased teiste navigeerimismeetodite omadega. See tugineb põhiteabe, sealhulgas algse asukoha, esialgse orientatsiooni, liikumise suuna ja orientatsiooni igal hetkel hankimisele ning nende andmete järkjärgulisele integreerimisele (analoogselt matemaatiliste integreerimistoimingutega), et määrata täpselt kindlaks navigeerimisparameetrid, nagu orientatsioon ja asukoht.
Andurite roll inertsiaalses navigatsioonis
Liikuva objekti praeguse orientatsiooni (hoiaku) ja asukohateabe saamiseks kasutavad inertsiaalsed navigatsioonisüsteemid kriitiliste andurite komplekti, mis koosnevad peamiselt kiirendusmõõturitest ja güroskoopidest. Need andurid mõõdavad kandja nurkkiirust ja kiirendust inertsiaalses võrdlusraamis. Seejärel andmed integreeritakse ja töödeldakse aja jooksul, et saada teavet kiiruse ja suhtelise asukoha kohta. Seejärel muudetakse see teave koos algse asukohaandmetega navigatsioonikoordinaatide süsteemiks, mis kulmineerub kandja praeguse asukoha määramisega.
Inertsiaalsete navigatsioonisüsteemide tööpõhimõtted
Inertsiaalsed navigatsioonisüsteemid töötavad iseseisvate sisemiste suletud ahelaga navigatsioonisüsteemidena. Nad ei tugine reaalajas välistele andmete värskendustele, et parandada vead kandja liikumise ajal. Sellisena sobib üks inertsiaalne navigatsioonisüsteem lühiajalisteks navigeerimisülesanneteks. Pikaajaliste toimingute puhul tuleb see kombineerida teiste navigatsioonimeetoditega, näiteks satelliitnavigatsioonisüsteemidega, et perioodiliselt parandada kogunenud sisemisi vigu.
Inertsiaalse navigatsiooni varjatavus
Kaasaegsetes navigatsioonitehnoloogiates, sealhulgas taevanavigatsioonis, satelliitnavigatsioonis ja raadionavigatsioonis, paistab inertsiaalne navigatsioon silma kui autonoomne. See ei kiirga signaale väliskeskkonnale ega sõltu taevaobjektidest ega välistest signaalidest. Järelikult pakuvad inertsiaalsed navigatsioonisüsteemid kõrgeimat varjatavust, muutes need ideaalseks rakenduste jaoks, mis nõuavad ülimat konfidentsiaalsust.
Inertsiaalse navigatsiooni ametlik definitsioon
Inertsiaalne navigatsioonisüsteem (INS) on navigatsiooniparameetrite hindamise süsteem, mis kasutab anduritena güroskoope ja kiirendusmõõtureid. Güroskoopide väljundil põhinev süsteem loob navigatsioonikoordinaatide süsteemi, kasutades samal ajal kiirendusmõõturite väljundit kandja kiiruse ja asukoha arvutamiseks navigatsioonikoordinaatide süsteemis.
Inertsiaalse navigatsiooni rakendused
Inertsiaalne tehnoloogia on leidnud laiaulatuslikke rakendusi erinevates valdkondades, sealhulgas lennundus, lennundus, merendus, naftauuringud, geodeesia, okeanograafilised uuringud, geoloogiline puurimine, robootika ja raudteesüsteemid. Täiustatud inertsiaalsete andurite tulekuga on inertsiaaltehnoloogia laiendanud oma kasulikkust autotööstusele ja meditsiinilistele elektroonikaseadmetele ja muudele valdkondadele. See laienev rakenduste ulatus rõhutab inertsiaalse navigatsiooni üha olulisemat rolli paljude rakenduste jaoks ülitäpse navigeerimise ja positsioneerimise võimaluste pakkumisel.
Inertsiaalse juhtimise põhikomponent:Fiiberoptiline güroskoop
Fiiberoptiliste güroskoopide tutvustus
Inertsiaalsed navigatsioonisüsteemid sõltuvad suuresti oma põhikomponentide täpsusest ja täpsusest. Üks sellistest komponentidest, mis on nende süsteemide võimalusi oluliselt suurendanud, on fiiberoptiline güroskoop (FOG). FOG on kriitiline andur, mis mängib kandja nurkkiiruse märkimisväärse täpsusega mõõtmisel keskset rolli.
Fiiberoptilise güroskoopi kasutamine
FOG-id töötavad Sagnaci efekti põhimõttel, mis hõlmab laserkiire jagamist kaheks eraldi teeks, võimaldades sellel liikuda vastassuundades mööda mähitud fiiberoptilist silmust. Kui FOG-ga varustatud kandur pöörleb, on kahe tala liikumisaja erinevus võrdeline kanduri pöörlemise nurkkiirusega. Seda viivitust, mida nimetatakse Sagnaci faasinihkeks, mõõdetakse seejärel täpselt, võimaldades FOG-l anda täpseid andmeid kandja pöörlemise kohta.
Fiiberoptilise güroskoopi põhimõte hõlmab valguskiire kiirgamist fotodetektorist. See valguskiir läbib siduri, sisenedes ühest otsast ja väljudes teisest otsast. Seejärel liigub see läbi optilise ahela. Kaks eri suundadest tulevat valguskiirt sisenevad silmusesse ja loovad pärast ringi tiirlemist koherentse superpositsiooni. Tagasitulev valgus siseneb uuesti valgusdioodi (LED), mida kasutatakse selle intensiivsuse tuvastamiseks. Kuigi fiiberoptilise güroskoopi põhimõte võib tunduda lihtne, seisneb kõige olulisem väljakutse kahe valguskiire optilise tee pikkust mõjutavate tegurite kõrvaldamises. See on kiudoptiliste güroskoopide väljatöötamisel üks kriitilisemaid probleeme.
1: superluminestsentsdiood 2: fotodetektori diood
3.valgusallika sidur 4.fiiberrõnga sidur 5.optical fiber ring
Fiiberoptiliste güroskoopide eelised
FOG-id pakuvad mitmeid eeliseid, mis muudavad need inertsiaalsetes navigatsioonisüsteemides hindamatuks. Need on tuntud oma erakordse täpsuse, töökindluse ja vastupidavuse poolest. Erinevalt mehaanilistest güroskoopidest ei ole FOG-idel liikuvaid osi, mis vähendab kulumisohtu. Lisaks on need põrutus- ja vibratsioonikindlad, mistõttu on need ideaalsed nõudlikes keskkondades, nagu kosmose- ja kaitserakendused.
Fiiberoptiliste güroskoopide integreerimine inertsiaalsesse navigatsiooni
Inertsiaalsed navigatsioonisüsteemid sisaldavad oma suure täpsuse ja töökindluse tõttu üha enam FOG-sid. Need güroskoobid tagavad orientatsiooni ja asukoha täpseks määramiseks vajalikud nurkkiiruse mõõtmised. Integreerides FOG-id olemasolevatesse inertsiaalsetesse navigatsioonisüsteemidesse, saavad operaatorid kasu paremast navigeerimistäpsusest, eriti olukordades, kus on vaja ülimat täpsust.
Fiiberoptiliste güroskoopide rakendused inertsiaalses navigatsioonis
FOG-ide kaasamine on laiendanud inertsiaalsete navigatsioonisüsteemide rakendusi erinevates valdkondades. Lennunduses ja lennunduses pakuvad FOG-ga varustatud süsteemid täpseid navigatsioonilahendusi õhusõidukitele, droonidele ja kosmosesõidukitele. Neid kasutatakse laialdaselt ka merenavigatsioonis, geoloogilistes uuringutes ja täiustatud robootikas, mis võimaldab neil süsteemidel töötada parema jõudluse ja töökindlusega.
Fiiberoptiliste güroskoopide erinevad konstruktsioonivariandid
Fiiberoptilisi güroskoope on erineva konstruktsiooniga, millest valdav on praegu inseneri valdkonda sisenev.suletud ahelaga polarisatsiooni säilitav fiiberoptiline güroskoop. Selle güroskoopi tuumaks onpolarisatsiooni säilitav fiibersilmus, mis koosneb polarisatsiooni säilitavatest kiududest ja täpselt kujundatud raamistikust. Selle silmuse konstruktsioon hõlmab neljakordset sümmeetrilist mähismeetodit, mida täiendab ainulaadne tihendusgeel, et moodustada tahkis-kiudsilmuse pool.
Peamised omadusedPolarisatsiooni säilitav fiiberoptika Gyro mähis
▶ Ainulaadne raamistiku kujundus:Güroskoobi silmustel on omanäoline raamistik, mis mahutab hõlpsalt erinevat tüüpi polarisatsiooni säilitavaid kiude.
▶ Neljakordne sümmeetriline mähistehnika:Neljakordne sümmeetriline kerimistehnika minimeerib Shupe'i efekti, tagades täpsed ja usaldusväärsed mõõtmised.
▶ Täiustatud tihendusgeeli materjal:Täiustatud tihendusgeelmaterjalide kasutamine koos ainulaadse kõvenemistehnikaga suurendab vastupidavust vibratsioonile, muutes need güroskoobi silmused ideaalseks kasutamiseks nõudlikes keskkondades.
▶ Kõrge temperatuuri koherentsuse stabiilsus:Güroskoobi silmustel on kõrge temperatuuri koherentsuse stabiilsus, mis tagab täpsuse isegi erinevates temperatuuritingimustes.
▶Lihtsustatud kerge raamistik:Güroskoobi silmused on konstrueeritud sirgjoonelise, kuid kerge raamistikuga, mis tagab suure töötlemise täpsuse.
▶Järjepidev kerimisprotsess:Mähisprotsess jääb stabiilseks, kohandudes erinevate fiiberoptiliste güroskoopide täppisnõuetega.
Viide
Groves, PD (2008). Sissejuhatus inertsiaalsesse navigeerimisse.Navigatsiooni ajakiri, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H. ja Niu, X. (2019). Inertsiaalsete andurite tehnoloogiad navigatsioonirakenduste jaoks: tehnika tase.Satelliitnavigatsioon, 1(1), 1-15.
Woodman, ELT (2007). Sissejuhatus inertsiaalsesse navigatsiooni.Cambridge'i Ülikool, arvutilabor, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R. ja Laumond, JP (1985). Positsioonide viitamine ja järjepidev maailma modelleerimine mobiilsetele robotitele.In Proceedings of the 1985 IEEE International Conference on Robotics and Automation(2. kd, lk 138–145). IEEE.
Kas vajate tasuta konsultatsiooni?
MÕNED MINU PROJEKTID
ÄGEDAD TÖÖD, MILLELE OLEN KAASA ANDnud. UHKELT!
