Kas ir inerciālā navigācija?
Inerciālās navigācijas pamati
Inerciālās navigācijas pamatprincipi ir līdzīgi citu navigācijas metožu principiem.Tas balstās uz galvenās informācijas iegūšanu, tostarp sākotnējo pozīciju, sākotnējo orientāciju, kustības virzienu un orientāciju katrā brīdī, un pakāpenisku šo datu integrēšanu (analoģiski matemātiskās integrācijas operācijām), lai precīzi noteiktu navigācijas parametrus, piemēram, orientāciju un pozīciju.
Sensoru loma inerciālajā navigācijā
Lai iegūtu informāciju par kustīga objekta pašreizējo orientāciju (attieksmi) un atrašanās vietu, inerciālās navigācijas sistēmas izmanto kritisko sensoru komplektu, kas galvenokārt sastāv no akselerometriem un žiroskopiem.Šie sensori mēra nesēja leņķisko ātrumu un paātrinājumu inerciālā atskaites sistēmā.Pēc tam dati tiek integrēti un laika gaitā apstrādāti, lai iegūtu informāciju par ātrumu un relatīvo pozīciju.Pēc tam šī informācija tiek pārveidota navigācijas koordinātu sistēmā kopā ar sākotnējās pozīcijas datiem, kas beidzas ar pārvadātāja pašreizējās atrašanās vietas noteikšanu.
Inerciālo navigācijas sistēmu darbības principi
Inerciālās navigācijas sistēmas darbojas kā autonomas, iekšējas slēgta cikla navigācijas sistēmas.Tie nepaļaujas uz reāllaika ārējiem datu atjauninājumiem, lai labotu kļūdas pārvadātāja kustības laikā.Kā tāda viena inerciālā navigācijas sistēma ir piemērota īslaicīgiem navigācijas uzdevumiem.Ilgstošām darbībām tas ir jāapvieno ar citām navigācijas metodēm, piemēram, satelītu navigācijas sistēmām, lai periodiski labotu uzkrātās iekšējās kļūdas.
Inerciālās navigācijas noslēpjamība
Mūsdienu navigācijas tehnoloģijās, tostarp debesu navigācijā, satelītnavigācijā un radionavigācijā, inerciālā navigācija izceļas kā autonoma.Tas neizstaro signālus ārējai videi un nav atkarīgs no debess objektiem vai ārējiem signāliem.Līdz ar to inerciālās navigācijas sistēmas piedāvā visaugstāko noslēpjamības līmeni, padarot tās ideāli piemērotas lietojumprogrammām, kurām nepieciešama vislielākā konfidencialitāte.
Oficiālā inerciālās navigācijas definīcija
Inerciālā navigācijas sistēma (INS) ir navigācijas parametru novērtēšanas sistēma, kurā kā sensori tiek izmantoti žiroskopi un akselerometri.Sistēma, kuras pamatā ir žiroskopu izvade, izveido navigācijas koordinātu sistēmu, vienlaikus izmantojot akselerometru izvadi, lai aprēķinātu nesēja ātrumu un pozīciju navigācijas koordinātu sistēmā.
Inerciālās navigācijas pielietojumi
Inerciālā tehnoloģija ir atradusi plašu pielietojumu dažādās jomās, tostarp aviācijā, aviācijā, jūrniecībā, naftas izpētē, ģeodēzijā, okeanogrāfiskajos pētījumos, ģeoloģiskajā urbšanā, robotikā un dzelzceļa sistēmās.Līdz ar progresīvu inerciālo sensoru parādīšanos inerciālā tehnoloģija ir paplašinājusi savu lietderību automobiļu rūpniecībā un medicīnas elektroniskajās ierīcēs, kā arī citās jomās.Šis paplašinātais lietojumu klāsts uzsver inerciālās navigācijas arvien svarīgāko lomu augstas precizitātes navigācijas un pozicionēšanas iespēju nodrošināšanā daudzām lietojumprogrammām.
Inerciālās vadības pamatkomponents:Optisko šķiedru žiroskops
Ievads optisko šķiedru žiroskopos
Inerciālās navigācijas sistēmas lielā mērā ir atkarīgas no to galveno komponentu precizitātes un precizitātes.Viens no šādiem komponentiem, kas ir ievērojami uzlabojis šo sistēmu iespējas, ir optisko šķiedru žiroskops (FOG).FOG ir kritisks sensors, kam ir galvenā loma pārvadātāja leņķiskā ātruma mērīšanā ar ievērojamu precizitāti.
Optisko šķiedru žiroskopa darbība
FOG darbojas pēc Sagnac efekta principa, kas ietver lāzera stara sadalīšanu divos atsevišķos ceļos, ļaujot tam pārvietoties pretējos virzienos pa satītu optiskās šķiedras cilpu.Kad nesējs, kas iestrādāts ar FOG, griežas, starpība ceļā starp diviem stariem ir proporcionāla nesēja griešanās leņķiskajam ātrumam.Šī laika aizkave, kas pazīstama kā Sagnac fāzes nobīde, pēc tam tiek precīzi izmērīta, ļaujot FOG nodrošināt precīzus datus par nesēja rotāciju.
Optisko šķiedru žiroskopa princips ietver gaismas stara izstarošanu no fotodetektora.Šis gaismas stars iet caur savienotāju, ieejot no viena gala un izejot no otra.Pēc tam tas pārvietojas caur optisko cilpu.Divi gaismas stari, kas nāk no dažādiem virzieniem, nonāk cilpā un pēc riņķošanas pabeidz saskaņotu superpozīciju.Atgrieztā gaisma atkārtoti nonāk gaismas diodē (LED), ko izmanto, lai noteiktu tās intensitāti.Lai gan optiskās šķiedras žiroskopa princips var šķist vienkāršs, visnozīmīgākais izaicinājums ir novērst faktorus, kas ietekmē divu gaismas staru optiskā ceļa garumu.Šī ir viena no vissvarīgākajām problēmām, ar ko saskaras optisko šķiedru žiroskopu izstrāde.
1: superluminiscējošā diode 2: fotodetektora diode
3.gaismas avota savienotājs 4.šķiedru gredzena savienotājs 5.optiskās šķiedras gredzens
Optisko šķiedru žiroskopu priekšrocības
FOG piedāvā vairākas priekšrocības, kas padara tās nenovērtējamas inerciālās navigācijas sistēmās.Tie ir slaveni ar savu izcilo precizitāti, uzticamību un izturību.Atšķirībā no mehāniskajiem žiroskopiem, FOG nav kustīgu daļu, kas samazina nodiluma risku.Turklāt tie ir izturīgi pret triecieniem un vibrācijām, padarot tos ideāli piemērotus prasīgām vidēm, piemēram, kosmosa un aizsardzības lietojumiem.
Optisko šķiedru žiroskopu integrācija inerciālajā navigācijā
Inerciālās navigācijas sistēmas to augstās precizitātes un uzticamības dēļ arvien vairāk iekļauj FOG.Šie žiroskopi nodrošina būtiskus leņķiskā ātruma mērījumus, kas nepieciešami precīzai orientācijas un pozīcijas noteikšanai.Integrējot FOG esošajās inerciālās navigācijas sistēmās, operatori var gūt labumu no uzlabotas navigācijas precizitātes, īpaši situācijās, kad nepieciešama ārkārtēja precizitāte.
Optisko šķiedru žiroskopu pielietojums inerciālajā navigācijā
FOG iekļaušana ir paplašinājusi inerciālo navigācijas sistēmu pielietojumu dažādās jomās.Aviācijā un aviācijā ar FOG aprīkotas sistēmas piedāvā precīzus navigācijas risinājumus lidmašīnām, droniem un kosmosa kuģiem.Tās tiek plaši izmantotas arī jūras navigācijā, ģeoloģiskajos pētījumos un progresīvā robotikā, ļaujot šīm sistēmām darboties ar uzlabotu veiktspēju un uzticamību.
Dažādi optisko šķiedru žiroskopu strukturālie varianti
Optisko šķiedru žiroskopiem ir dažādas strukturālas konfigurācijas, no kurām dominējošā pašlaik ir inženierzinātņu jomā.slēgta cikla polarizāciju uzturošs optisko šķiedru žiroskops.Šī žiroskopa pamatā irpolarizāciju uzturoša šķiedras cilpa, kas ietver polarizāciju uzturošās šķiedras un precīzi izstrādātu karkasu.Šīs cilpas konstrukcija ietver četrkārtīgu simetrisko tinumu metodi, kas papildināta ar unikālu blīvēšanas želeju, lai izveidotu cietvielu šķiedras cilpas spoli.
Galvenās iezīmesPolarizāciju uzturoša optiskā šķiedra Gyro spole
▶ Unikāls ietvara dizains:Žiroskopa cilpām ir īpašs karkasa dizains, kas viegli pielāgojas dažāda veida polarizāciju uzturošām šķiedrām.
▶ Četrkārtīga simetriskā tinuma tehnika:Četrkārtīgā simetriskā tinuma tehnika samazina Shupe efektu, nodrošinot precīzus un uzticamus mērījumus.
▶ Uzlabots blīvējuma gēla materiāls:Uzlabotu blīvēšanas gēla materiālu izmantošana apvienojumā ar unikālu cietēšanas paņēmienu uzlabo izturību pret vibrācijām, padarot šīs žiroskopa cilpas ideāli piemērotas lietošanai prasīgās vidēs.
▶ Augstas temperatūras saskaņotības stabilitāte:Žiroskopa cilpas uzrāda augstas temperatūras saskaņotības stabilitāti, nodrošinot precizitāti pat dažādos termiskajos apstākļos.
▶ Vienkāršots vieglais ietvars:Žiroskopa cilpas ir konstruētas ar vienkāršu, taču vieglu karkasu, kas garantē augstu apstrādes precizitāti.
▶ Konsekvents uztīšanas process:Uztīšanas process saglabājas stabils, pielāgojoties dažādu precizitātes optisko šķiedru žiroskopu prasībām.
Atsauce
Groves, PD (2008).Ievads inerciālajā navigācijā.Navigācijas žurnāls, 61(1), 13.-28.
El-Sheimy, N., Hou, H. un Niu, X. (2019).Inerciālo sensoru tehnoloģijas navigācijas lietojumiem: jaunākais līmenis.Satelīta navigācija, 1(1), 1.–15.
Woodman, OV (2007).Ievads inerciālajā navigācijā.Kembridžas Universitāte, Datoru laboratorija, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R. un Laumond, JP (1985).Pozīciju atsauce un konsekventa pasaules modelēšana mobilajiem robotiem.In Proceedings of the 1985 IEEE International Conference on Robotics and Automation(2. sēj., 138.-145. lpp.).IEEE.
Nepieciešama bezmaksas konsultācija?
DAŽI NO MANIEM PROJEKTIEM
SUPERĪGI DARBI, KUROS ES ESMU IEGULDĪJUMS.LEPNI!
