Kas ir inerciāla navigācija?
Inerciālās navigācijas pamati
Inerciālās navigācijas pamatprincipi ir līdzīgi citu navigācijas metožu principiem. Tas ir atkarīgs no galvenās informācijas iegūšanas, ieskaitot sākotnējo stāvokli, sākotnējo orientāciju, kustības virzienu un orientāciju katrā brīdī un pakāpeniski integrēt šos datus (analogi matemātiskās integrācijas operācijām), lai precīzi noteiktu navigācijas parametrus, piemēram, orientāciju un stāvokli.
Sensoru loma inerciālajā navigācijā
Lai iegūtu kustīga objekta pašreizējo orientāciju (attieksmi) un pozīcijas informāciju, inerciālās navigācijas sistēmas izmanto kritisko sensoru kopumu, kas galvenokārt sastāv no akselerometriem un žiroskopiem. Šie sensori mēra leņķisko ātrumu un nesēja paātrinājumu inerciālajā atskaites rāmī. Pēc tam dati laika gaitā tiek integrēti un apstrādāti, lai iegūtu ātrumu un relatīvā stāvokļa informāciju. Pēc tam šī informācija tiek pārveidota par navigācijas koordinātu sistēmu kopā ar sākotnējās pozīcijas datiem, kuru kulminācija ir pārvadātāja pašreizējās atrašanās vietas noteikšana.
Inerciālo navigācijas sistēmu darbības principi
Inerciālās navigācijas sistēmas darbojas kā patstāvīgas, iekšējās slēgtās navigācijas sistēmas. Viņi nepaļaujas uz reāllaika ārējiem datu atjauninājumiem, lai labotu kļūdas pārvadātāja kustības laikā. Kā tāda, viena inerciāla navigācijas sistēma ir piemērota īstermiņa navigācijas uzdevumiem. Lai periodiski labotu uzkrātās iekšējās kļūdas, ilgtermiņa operācijām tas jāapvieno ar citām navigācijas metodēm, piemēram, uz satelītu balstītām navigācijas sistēmām.
Inerciālās navigācijas slēptība
Mūsdienu navigācijas tehnoloģijās, ieskaitot debess navigāciju, satelīta navigāciju un radio navigāciju, inerciālā navigācija izceļas kā autonomi. Tas ne parādās signālus ārējai videi, nedz atkarīgs no debess objektiem vai ārējiem signāliem. Līdz ar to inerciālās navigācijas sistēmas piedāvā visaugstāko slēpšanas līmeni, padarot tās ideālas lietojumprogrammām, kurām nepieciešama vislielākā konfidencialitāte.
Inerciālās navigācijas oficiālā definīcija
Inerciālā navigācijas sistēma (INS) ir navigācijas parametru novērtēšanas sistēma, kurā sensori izmanto žiroskopus un akselerometrus. Sistēma, pamatojoties uz žiroskopu izvadi, 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 lietojumu dažādās jomās, ieskaitot kosmisko aviāciju, aviāciju, jūrnieku, naftas izpēti, ģeodēziju, okeanogrāfijas apsekojumus, ģeoloģisko urbšanu, robotiku un dzelzceļa sistēmas. Ar progresīvu inerciālo sensoru parādīšanos inerciālā tehnoloģija starp citām jomām ir paplašinājusi savu lietderību automobiļu rūpniecībā un medicīniskajās elektroniskajās ierīcēs. Šis paplašinošais lietojumprogrammu apjoms uzsver arvien lielāku inerciālās navigācijas lomu, nodrošinot augstas precizitātes navigācijas un pozicionēšanas iespējas daudzām lietojumprogrammām.
Inerciālo norādījumu galvenā sastāvdaļa:Optiskā šķiedras žiroskops
Ievads optisko šķiedru žiroskopos
Inerciālās navigācijas sistēmas lielā mērā paļaujas uz to galveno komponentu precizitāti un precizitāti. Viena no šādām sastāvdaļām, kas ievērojami uzlabojusi šo sistēmu iespējas, ir optiskās šķiedras žiroskops (migla). Migla ir kritisks sensors, kam ir galvenā loma nesēja leņķa ātruma mērīšanā ar ievērojamu precizitāti.
Optiskā šķiedras žiroskopa darbība
Miglas darbojas pēc SAGNAC efekta principa, kas ietver lāzera staru sadalīšanu divos atsevišķos ceļos, ļaujot tai ceļot pretējos virzienos pa satrauktu optiskās šķiedras cilpu. Kad nesējs, kas iestrādāts ar miglu, griežas, pārvietošanās laika starpība starp abām sijām ir proporcionāla nesēja rotācijas leņķiskajam ātrumam. Pēc tam precīzi izmērīta šī laika kavēšanās, kas pazīstama kā Sagnac fāzes maiņa, ļaujot miglai sniegt precīzus datus par nesēja rotāciju.
Optiskā žiroskopa šķiedras princips ietver gaismas staru izstarošanu no fotodetektora. Šis gaismas stars iziet cauri savienotājam, ieejot no viena gala un izejot no otra. Pēc tam tas pārvietojas pa optisko cilpu. Divas gaismas staras, kas nāk no dažādiem virzieniem, nonāk cilpā un pēc riņķošanas aizpilda koherentu superpozīciju. Atgrieztā gaisma atkārtoti ievada gaismas diodi (LED), ko izmanto, lai noteiktu tās intensitāti. Kaut arī optiskā žiroskopa šķiedras princips var šķist vienkāršs, visnozīmīgākais izaicinājums ir faktoru novēršanai, kas ietekmē divu gaismas staru optiskā ceļa garumu. Šī ir viena no viskritiskākajām problēmām, ar kuru saskaras optisko žiroskopu attīstībā.
1 ： Superluminiscējoša diode 2 ： Photodetector diode
3.Light Source Coupler 4.šķiedru gredzena savienotājs 5. optisks šķiedru gredzens
Optisko žiroskopu priekšrocības
Miglas piedāvā vairākas priekšrocības, kas padara tās nenovērtējamas inerciālās navigācijas sistēmās. Viņi ir slaveni ar savu izcilo precizitāti, uzticamību un izturību. Atšķirībā no mehāniskiem žirosiem, miglām nav kustīgu detaļu, samazinot nodiluma un asaru risku. Turklāt tie ir izturīgi pret šoku un vibrāciju, padarot tos ideālus vajadzīgai videi, piemēram, kosmosa un aizsardzības lietojumprogrammām.
Optisko žiroskopu integrācija inerciālajā navigācijā
Inerciālās navigācijas sistēmas arvien vairāk iekļauj miglas to augstās precizitātes un uzticamības dēļ. Šie žiroskopi nodrošina būtiskus leņķa ātruma mērījumus, kas nepieciešami precīzai orientācijas un stāvokļa noteikšanai. Integrējot miglas esošajās inerciālajās navigācijas sistēmās, operatori var gūt labumu no uzlabotas navigācijas precizitātes, īpaši situācijās, kad nepieciešama ārkārtēja precizitāte.
Optisko žiroskopu pielietojums inerciālajā navigācijā
Miglu iekļaušana ir paplašinājusi inerciālo navigācijas sistēmu pielietojumu dažādās jomās. Aviācijas un aviācijā ar miglu aprīkotās sistēmas piedāvā precīzus navigācijas risinājumus gaisa kuģiem, droniem un kosmosa kuģim. Tos plaši izmanto arī jūrniecības navigācijā, ģeoloģiskos apsekojumos un uzlabotajā robotikā, ļaujot šīm sistēmām darboties ar uzlabotu veiktspēju un uzticamību.
Dažādi optisko šķiedru žiroskopu strukturālie varianti
Optisko žiroskopu šķiedru giroskopi ir dažādās strukturālajās konfigurācijās, un dominējošais pašlaik ienāk inženierzinātņu jomā irSlēgta cilpas polarizācijas uzturošais optiskās šķiedras žiroskopsApvidū Šī žiroskopa pamatā irPolarizācijas uzturošā šķiedru cilpa, kas satur polarizācijas uzturošās šķiedras un precīzi izstrādātu ietvaru. Šīs cilpas būvniecība ietver četrkārtīgu simetrisku tinuma metodi, ko papildina unikāls blīvēšanas želeja, lai veidotu cietvielu šķiedru cilpas spoli.
Galvenās iezīmesPolarizācijas uzturēšanas optiskā šķiedra GYro spole
▶ unikālais ietvara dizains:Žiroskopa cilpām ir raksturīgs ietvara dizains, kas viegli pielāgo dažāda veida polarizācijas uzturošās šķiedras.
▶ Četrkārtīga simetriska tinuma tehnika:Četrkārtīga simetriskā tinuma tehnika samazina Shupe efektu, nodrošinot precīzus un uzticamus mērījumus.
▶ Papildu blīvēšanas gēla materiāls:Progresīvu blīvēšanas gēla materiālu izmantošana apvienojumā ar unikālu sacietēšanas paņēmienu uzlabo izturību pret vibrācijām, padarot šīs žiroskopa cilpas ideālas lietojumiem prasīgā vidē.
▶ Augstas temperatūras koherences stabilitāte:Žiroskopa cilpām ir augstas temperatūras koherences stabilitāte, nodrošinot precizitāti pat dažādos termiskos apstākļos.
▶ Vienkāršots viegls ietvars:Žiroskopa cilpas ir izstrādātas ar vienkāršu, bet vieglu sistēmu, garantējot augstu apstrādes precizitāti.
▶ Konsekvents tinuma process:Tinuma process joprojām ir stabils, pielāgojoties dažādu precīzu optisko žiroskopu prasībām.
Atsauce
Groves, PD (2008). Ievads inerciālajā navigācijā.Navigācijas žurnāls, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019). Inerciālās sensoru tehnoloģijas navigācijas lietojumprogrammām: modernākie.Satelīta navigācija, 1(1), 1-15.
Vudmens, OV (2007). Ievads inerciālajā navigācijā.Kembridžas universitāte, datoru laboratorija, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R., & Laumond, JP (1985). Pozīcijas atsauce un konsekventa pasaules modelēšana mobilajiem robotiem.1985. gada IEEE Starptautiskās robotikas un automatizācijas konferences materiālos(2. sējums, 138.-145. Lpp.). IEEE.
Nepieciešama bezmaksas konsulācija?
Daži no maniem projektiem
Lieliski darbi, uz kuriem esmu veicinājis. Lepni!
