Mis on inertsiaalne navigeerimine?
Inertsiaalse navigeerimise põhialused
Inertsiaalse navigeerimise aluspõhimõtted sarnanevad teiste navigeerimismeetodite omadega. See tugineb põhiteabe, sealhulgas algse positsiooni, algse orientatsiooni, liikumise suuna ja orientatsiooni omandamisele igal hetkel ning nende andmete järk -järgult integreerimisel (analoogsed matemaatiliste integratsioonioperatsioonidega), et täpselt kindlaks määrata navigeerimisparameetrid, näiteks orientatsioon ja positsioon.
Andurite roll inertsiaalses navigeerimisel
Liikuva objekti praeguse orientatsiooni (suhtumise) ja positsioonide saamiseks kasutavad inertsiaalsed navigatsioonisüsteemid kriitiliste andurite komplekti, mis koosneb peamiselt kiirendusmõõturitest ja güroskoopidest. Need andurid mõõdavad kanduri nurkkiirust ja kiirendust inertsiaalses võrdlusraamis. Seejärel integreeritakse andmed aja jooksul kiiruse ja suhtelise positsiooni teabe saamiseks. Seejärel muudetakse see teave koos algse positsiooni andmetega navigeerimise koordinaatsüsteemiks, kulmineerudes kandja praeguse asukoha määramisega.
Inertsiaalse navigatsioonisüsteemide toimimispõhimõtted
Inertsiaalsed navigeerimissüsteemid töötavad iseseisvate, suletud ahela navigatsioonisüsteemidena. Nad ei tugine vedaja liikumise ajal vigade parandamiseks reaalajas väliste andmete värskendustele. Sellisena sobib üks inertsiaalne navigatsioonisüsteem lühiajaliste navigeerimisülesannete jaoks. Pikaajaliste toimingute jaoks tuleb see ühendada muude navigeerimismeetoditega, näiteks satelliidipõhised navigatsioonisüsteemid, et perioodiliselt korrigeerida kogunenud sisevigu.
Inertsiaalse navigeerimise varjamine
Kaasaegsetes navigatsioonitehnoloogiates, sealhulgas taevalik navigeerimine, satelliitnavigeerimine ja raadio navigeerimine, paistab inertsiaalne navigeerimine autonoomseks. See ei eralda signaale väliskeskkonnale ega sõltuta taevaobjektidest ega välistest signaalidest. Järelikult pakuvad inertsiaalsed navigatsioonisüsteemid kõige rohkem varjata, muutes need ideaalseks rakenduste jaoks, mis nõuavad ülimalt konfidentsiaalsust.
Inertsiaalse navigeerimise ametlik määratlus
Inertsiaalne navigatsioonisüsteem (INS) on navigeerimisparameetri hindamissüsteem, mis kasutab anduritena güroskoope ja kiirendusmõõtureid. Güroskoopide väljundil põhinev süsteem loob navigeerimise koordinaatsüsteemi, kasutades samal ajal kiirendusmõõturite väljundit kandja kiiruse ja asukoha arvutamiseks navigeerimise koordinaatsüsteemis.
Inertsiaalse navigeerimise rakendused
Inertsiaalne tehnoloogia on leidnud laiaulatuslikke rakendusi erinevates valdkondades, sealhulgas lennunduse, lennunduse, merenduse, naftauurimise, geodeesia, okeanograafiliste uuringute, geoloogilise puurimise, robootika ja raudteesüsteemide osas. Täiustatud inertsiaalsete andurite tulekuga on inertsiaalne tehnoloogia laiendanud selle kasulikkust autotööstusele ja meditsiiniliste elektroonikaseadmetele muu hulgas. See laienev rakenduste ulatus rõhutab inertsiaalse navigeerimise üha keskset rolli, pakkudes paljude rakenduste jaoks ülitäpset navigeerimist ja positsioneerimisvõimalusi.
Inertsiaalse juhendamise põhikomponent:Kiudoptiline güroskoop
Sissejuhatus kiudoptilistesse güroskoopidesse
Inertsiaalsed navigatsioonisüsteemid tuginevad suuresti nende põhikomponentide täpsusele ja täpsusele. Üks selline komponent, mis on nende süsteemide võimalusi märkimisväärselt suurendanud, on kiudoptiline güroskoop (FOG). Udu on kriitiline andur, millel on keskne roll kandja nurkkiiruse mõõtmisel märkimisväärse täpsusega.
Kiudoptiline güroskoobi toiming
Udud toimivad Sagnaci efekti põhimõttel, mis hõlmab laserkiire jagamist kaheks eraldi teeks, võimaldades sellel liikuda vastassuundades mööda mähitud kiudoptilist silmust. Kui uduga manustatud kandur pöörleb, on kahe tala vahelise sõiduaja erinevus võrdeline kandja pöörlemise nurkkiirusega. See ajaline viivitus, mida nimetatakse Sagnaci faasi niheks, mõõdetakse seejärel täpselt, võimaldades udu anda täpseid andmeid kandja pöörlemise kohta.
Kiudoptilise güroskoobi põhimõte hõlmab fotodetektorist valguse kiirgust. See kerge tala läbib siduri, sisenedes ühest otsast ja väljudes teisest. Seejärel liigub see läbi optilise silmuse. Kaks valguskiire, mis pärinevad eri suundadest, sisenevad silmusesse ja lõpetage pärast ringi tiirutamist ühtne superpositsioon. Tagasipöördumine siseneb uuesti valgust kiirgavasse dioodi (LED), mida kasutatakse selle intensiivsuse tuvastamiseks. Ehkki kiuoptilise güroskoobi põhimõte võib tunduda sirgjooneline, on kõige olulisem väljakutse kahe valguskiire optilise tee pikkust mõjutavate tegurite kõrvaldamisel. See on üks kriitilisemaid probleeme, millega silmitsi seisab kiudoptiliste güroskoopide arendamisel.
1 ： Superluminestsentsdiood 2 ： Photodetektori diood
3. Valgustage lähteühendus 4.kiudude kuke 5. Optilise kiudaine rõngas
Kiudoptiliste güroskoopide eelised
Udud pakuvad mitmeid eeliseid, mis muudavad need inertsiaalsetes navigatsioonisüsteemides hindamatuks. Nad on tuntud oma erakordse täpsuse, töökindluse ja vastupidavuse poolest. Erinevalt mehaanilistest gürosest puuduvad ududel liikuvad osad, vähendades kulumisriski. Lisaks on need vastupidavad šokile ja vibratsioonile, muutes need ideaalseks nõudlikes keskkondades nagu lennundus- ja kaitserakendused.
Kiudoptiliste güroskoopide integreerimine inertsiaalsesse navigeerimisse
Inertsiaalsed navigatsioonisüsteemid hõlmavad üha enam udu nende suure täpsuse ja töökindluse tõttu. Need güroskoobid pakuvad olulisi nurkkiiruse mõõtmisi, mis on vajalikud orientatsiooni ja asendi täpseks määramiseks. Udude integreerides olemasolevatesse inertsiaalsesse navigatsioonisüsteemi, saavad operaatorid kasu paremast navigeerimise täpsusest, eriti olukordades, kus on vaja äärmist täpsust.
Kiudoptiliste güroskoopide rakendused inertsiaalses navigeerimisel
Udude kaasamine on laiendanud inertsiaalsete navigatsioonisüsteemide rakendusi erinevates domeenides. Lennunduses ja lennunduses pakuvad ududega varustatud süsteemid täpseid navigeerimislahendusi lennukitele, droonidele ja kosmoselaevadele. Neid kasutatakse ulatuslikult ka merenduses navigeerimisel, geoloogilistes uuringutes ja arenenud robootikates, mis võimaldavad neil süsteemidel toimida suurenenud jõudluse ja töökindlusega.
Kiudoptiliste güroskoopide erinevad struktuursed variandid
Kiudoptilised güroskoobid on erinevates struktuurilistes konfiguratsioonides, kusjuures domineeriv on praegu inseneri valdkondaSuletud ahela polarisatsiooni hooldatav kiudoptiline güroskoop. Selle güroskoobi keskmes onpolarisatsiooni hooldatav kiudaine silm, koosneb polarisatsiooni hooldavatest kiududest ja täpselt kujundatud raamistikust. Selle silmuse konstruktsioon hõlmab neljakordset sümmeetrilist mähise meetodit, millele on lisatud ainulaadne tihendusgeel, et moodustada tahkis-kiudude silmuse mähis.
Peamised funktsioonidPolarisatsiooni hooldav kiudoptiline Gyro mähis
▶ Ainulaadne raamistiku kujundus:Güroskoobi silmustel on eristatav raamistiku kujundus, mis mahutab hõlpsalt erinevat tüüpi polarisatsiooni hooldavaid kiude.
▶ Neljakordne sümmeetriline mähistehnika:Neljakordne sümmeetriline mähistehnika minimeerib shupe efekti, tagades täpsed ja usaldusväärsed mõõtmised.
▶ Kaugendatud tihendusgeeli materjal:Täiustatud tihendusgeeli materjalide kasutamine koos ainulaadse kõvenemistehnikaga suurendab vibratsiooni vastupanu, muutes need güroskoobi silmused ideaalseks rakendusteks nõudlikes keskkondades.
▶ Kõrge temperatuuriga sidususe stabiilsus:Güroskoobi silmustel on kõrge temperatuuriga sidusus, tagades täpsuse isegi erinevates termilistes tingimustes.
▶ Lihtsustatud kerge raamistik:Güroskoobi silmused on konstrueeritud sirgjoonelise, kuid kerge raamistikuga, mis tagab töötlemise suure täpsuse.
▶ järjepidev mähiseprotsess:Möödaprotsess püsib stabiilsena, kohanedes mitmesuguste täppisjuhiste optiliste güroskoopide nõuetega.
Viide
Groves, PD (2008). Sissejuhatus inertsiaalsesse navigeerimisse.Ajakiri Navigation, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019). Inertsiaalsed andurid navigeerimisrakenduste jaoks: nüüdisaeg.Satelliitnavigeerimine, 1(1), 1-15.
Woodman, OJ (2007). Sissejuhatus inertsiaalsesse navigeerimisse.Cambridge'i ülikool, arvutilabor, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R., ja Laumond, JP (1985). Positsiooni viitamine ja järjepidev maailma modelleerimine mobiilrobotite jaoks.1985. aasta IEEE rahvusvahelise robootika ja automatiseerimise konverentsi toimetises(2. köide, lk 138-145). IEEE.
Kas vajate tasuta konsulatsiooni?
Mõned minu projektid
Vinged teosed, millele olen aidanud. Uhkesti!
