Mis on inertsiaalne navigatsioon?
Inertsiaalse navigatsiooni põhitõed
Inertsiaalse navigatsiooni põhiprintsiibid sarnanevad teiste navigatsioonimeetodite omadega. See tugineb võtmeteabe, sealhulgas algpositsiooni, algorientatsiooni, liikumise suuna ja orientatsiooni hankimisele igal ajahetkel ning nende andmete järkjärgulisele integreerimisele (analoogselt matemaatiliste integreerimistoimingutega), et täpselt määrata kindlaks navigatsiooniparameetrid, näiteks orientatsioon ja asukoht.
Andurite roll inertsiaalses navigatsioonis
Liikuva objekti praeguse orientatsiooni (asendi) ja asukoha teabe saamiseks kasutavad inertsiaalsed navigatsioonisüsteemid kriitiliste andurite komplekti, mis koosneb peamiselt kiirendusmõõturitest ja güroskoopidest. Need andurid mõõdavad kanduri nurkkiirust ja kiirendust inertsiaalses taustsüsteemis. Seejärel integreeritakse ja töödeldakse andmeid aja jooksul, et tuletada kiiruse ja suhtelise asukoha teave. Seejärel teisendatakse see teave koos esialgsete asukoha andmetega navigatsioonikoordinaatsüsteemi, mille tulemuseks on kanduri praeguse asukoha määramine.
Inertsiaalsete navigatsioonisüsteemide tööpõhimõtted
Inertsiaalsed navigatsioonisüsteemid toimivad iseseisvate, sisemiste suletud ahelaga navigatsioonisüsteemidena. Need ei tugine reaalajas väliste andmete värskendustele, et parandada vedaja liikumise ajal tekkivaid vigu. Seega sobib üks inertsiaalne navigatsioonisüsteem lühiajalisteks navigatsiooniülesanneteks. Pikaajaliste toimingute puhul tuleb see kombineerida teiste navigatsioonimeetoditega, näiteks satelliitpõhiste navigatsioonisüsteemidega, et perioodiliselt korrigeerida kogunenud sisemisi vigu.
Inertsiaalse navigatsiooni varjatavus
Kaasaegsetes navigatsioonitehnoloogiates, sealhulgas taevakehade navigatsioonis, satelliitnavigatsioonis ja raadionavigatsioonis, paistab inertsiaalne navigatsioon silma autonoomsena. See ei kiirga signaale väliskeskkonnale ega sõltu taevakehadest ega välistest signaalidest. Seetõttu pakuvad inertsiaalsed navigatsioonisüsteemid kõrgeimat varjatavust, mistõttu on need ideaalsed rakenduste jaoks, mis nõuavad äärmist konfidentsiaalsust.
Inertsiaalse navigatsiooni ametlik määratlus
Inertsiaalne navigatsioonisüsteem (INS) on navigatsiooniparameetrite hindamissüsteem, mis kasutab anduritena güroskoope ja kiirendusmõõtureid. Süsteem loob güroskoopide väljundi põhjal navigatsioonikoordinaatsüsteemi, kasutades samal ajal kiirendusmõõturite väljundit kanduri kiiruse ja asukoha arvutamiseks navigatsioonikoordinaatsüsteemis.
Inertsiaalse navigatsiooni rakendused
Inertsiaaltehnoloogia on leidnud laialdasi rakendusi erinevates valdkondades, sealhulgas lennunduses, lennunduses, merenduses, nafta uurimisel, geodeesias, okeanograafilistes uuringutes, geoloogilises puurimises, robootikas ja raudteesüsteemides. Täiustatud inertsiaalandurite tulekuga on inertsiaaltehnoloogia laiendanud oma kasulikkust muu hulgas autotööstusele ja meditsiinielektroonikaseadmetele. See laienev rakenduste ulatus rõhutab inertsiaalnavigatsiooni üha olulisemat rolli suure täpsusega navigatsiooni- ja positsioneerimisvõimaluste pakkumisel paljudele rakendustele.
Inertsiaalse juhtimise põhikomponent:Kiudoptiline güroskoop
Sissejuhatus kiudoptilistesse güroskoopidesse
Inertsiaalsed navigatsioonisüsteemid sõltuvad suuresti oma põhikomponentide täpsusest ja korrektsusest. Üks selline komponent, mis on nende süsteemide võimekust märkimisväärselt suurendanud, on fiiberoptiline güroskoop (FOG). FOG on kriitilise tähtsusega andur, millel on keskne roll laengukandja nurkkiiruse mõõtmisel märkimisväärse täpsusega.
Kiudoptilise güroskoobi tööpõhimõte
FOG-id toimivad Sagnaci efekti põhimõttel, mis hõlmab laserkiire jagamist kaheks eraldi teeks, võimaldades sellel liikuda vastassuundades mööda mähitud fiiberoptilist silmust. Kui FOG-iga ümbritsetud laengukandja pöörleb, on kahe kiire liikumisaja erinevus proportsionaalne laengukandja pöörlemise nurkkiirusega. Seda ajanihet, mida nimetatakse Sagnaci faasinihkeks, mõõdetakse seejärel täpselt, mis võimaldab FOG-il anda laengukandja pöörlemise kohta täpseid andmeid.
Kiudoptilise güroskoobi põhimõte seisneb valguskiire kiirgamises fotodetektorist. See valguskiir läbib siduri, siseneb ühest otsast ja väljub teisest. Seejärel liigub see läbi optilise silmuse. Kaks eri suundadest tulevat valguskiirt sisenevad silmusesse ja moodustavad pärast ringlemist koherentse superpositsiooni. Tagasi tulev valgus siseneb uuesti valgusdioodi (LED), mida kasutatakse selle intensiivsuse mõõtmiseks. Kuigi kiudoptilise güroskoobi põhimõte võib tunduda lihtne, seisneb kõige olulisem väljakutse tegurite kõrvaldamises, mis mõjutavad kahe valguskiire optilise tee pikkust. See on üks olulisemaid probleeme, millega kiudoptiliste güroskoopide väljatöötamisel silmitsi seistakse.
1: üliluminestsentsdiood 2: fotodetektori diood
3. valgusallika sidur 4.kiudrõnga sidur 5. optilise kiu rõngas
Kiudoptiliste güroskoopide eelised
FOG-idel on 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 kulumise ohtu. Lisaks on nad vastupidavad löökidele ja vibratsioonile, mistõttu sobivad need ideaalselt nõudlikesse keskkondadesse, näiteks lennundus- ja kaitserakendustesse.
Kiudoptiliste güroskoopide integreerimine inertsiaalsesse navigatsiooni
Inertsiaalsed navigatsioonisüsteemid kaasavad üha enam FOG-e nende suure täpsuse ja töökindluse tõttu. Need güroskoobid pakuvad olulisi nurkkiiruse mõõtmisi, mis on vajalikud orientatsiooni ja asukoha täpseks määramiseks. FOG-ide integreerimisega olemasolevatesse inertsiaalsetesse navigatsioonisüsteemidesse saavad operaatorid kasu paremast navigatsioonitäpsusest, eriti olukordades, kus on vaja äärmist täpsust.
Kiudoptiliste güroskoopide rakendused inertsiaalses navigatsioonis
FOG-ide kaasamine on laiendanud inertsiaalsete navigatsioonisüsteemide rakendusi erinevates valdkondades. Lennunduses ja lennunduses pakuvad FOG-idega varustatud süsteemid täpseid navigatsioonilahendusi õhusõidukitele, droonidele ja kosmoselaevadele. Neid kasutatakse laialdaselt ka merenavigatsioonis, geoloogilistes uuringutes ja täiustatud robootikas, mis võimaldab neil süsteemidel töötada parema jõudluse ja töökindlusega.
Kiudoptiliste güroskoopide erinevad struktuurivariandid
Kiudoptilised güroskoobid on saadaval erinevates konstruktsioonilistes konfiguratsioonides, millest domineeriv on praegu inseneriteaduste valdkonda sisenevSuletud ahelaga polarisatsiooni säilitav kiudoptiline güroskoopSelle güroskoobi keskmes onpolarisatsiooni säilitav kiudsilmus, mis koosneb polarisatsiooni säilitavatest kiududest ja täpselt konstrueeritud raamistikust. Selle silmuse konstruktsioon hõlmab neljakordselt sümmeetrilist mähisemeetodit, mida täiendab ainulaadne tihendusgeel tahkiskiudsilmuse mähise moodustamiseks.
Peamised omadusedPolarisatsiooni säilitav kiudoptiline Gyro mähis
▶ Ainulaadne raamistiku disain:Güroskoobi silmustel on iseloomulik raamistiku disain, mis sobib hõlpsalt erinevat tüüpi polarisatsiooni säilitavate kiududega.
▶Neljakordne sümmeetriline mähise tehnika:Neljakordselt sümmeetriline mähisetehnika minimeerib Shupe'i efekti, tagades täpsed ja usaldusväärsed mõõtmised.
▶Täiustatud tihendusgeelmaterjal:Täiustatud tihendusgeeli materjalide kasutamine koos ainulaadse kõvenemistehnikaga suurendab vastupidavust vibratsioonile, muutes need güroskoobisilmused ideaalseks kasutamiseks nõudlikes keskkondades.
▶Kõrge temperatuuri koherentsuse stabiilsus:Güroskoobi silmused näitavad kõrget temperatuuri koherentsusstabiilsust, tagades täpsuse isegi erinevates temperatuuritingimustes.
▶Lihtsustatud kerge raamistik:Güroskoobi silmused on konstrueeritud lihtsa, kuid kerge raamistikuga, mis tagab kõrge töötlemistäpsuse.
▶ Järjepidev kerimisprotsess:Mähimisprotsess jääb stabiilseks, kohandudes erinevate täppis-kiudoptiliste güroskoopide nõuetega.
Viide
Groves, PD (2008). Sissejuhatus inertsiaalsesse navigatsiooni.Navigatsiooni ajakiri, 61(1), lk 13–28.
El-Sheimy, N., Hou, H. ja Niu, X. (2019). Inertsiaalandurite tehnoloogiad navigatsioonirakendustes: tipptase.Satelliitnavigatsioon, 1(1), 1–15.
Woodman, OJ (2007). Sissejuhatus inertsiaalsesse navigatsiooni.Cambridge'i Ülikool, Arvutilabor, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R. ja Laumond, JP (1985). Mobiilrobotite positsioonide viitamine ja järjepidev maailma modelleerimine.1985. aasta IEEE rahvusvahelise robootika ja automatiseerimise konverentsi materjalides(2. köide, lk 138–145). IEEE.
Vajad tasuta konsultatsiooni?
MÕNED MINU PROJEKTIDEST
VINGED TÖÖD, MILLELE MA OLEN UHKUSEGA PANUSTANUD!
