Što je inercijalna navigacija?
Osnove inercijalne navigacije
Temeljni principi inercijalne navigacije slični su principima drugih navigacijskih metoda.Oslanja se na prikupljanje ključnih informacija, uključujući početni položaj, početnu orijentaciju, smjer i orijentaciju gibanja u svakom trenutku, i postupnu integraciju tih podataka (analogno matematičkim integracijskim operacijama) za precizno određivanje navigacijskih parametara, kao što su orijentacija i položaj.
Uloga senzora u inercijalnoj navigaciji
Za dobivanje trenutne orijentacije (položaja) i informacija o položaju pokretnog objekta, inercijski navigacijski sustavi koriste skup kritičnih senzora koji se prvenstveno sastoje od akcelerometara i žiroskopa.Ovi senzori mjere kutnu brzinu i ubrzanje nosača u inercijalnom referentnom okviru.Podaci se zatim integriraju i obrađuju tijekom vremena kako bi se dobile informacije o brzini i relativnom položaju.Naknadno se te informacije transformiraju u navigacijski koordinatni sustav, zajedno s podacima o početnom položaju, što kulminira određivanjem trenutne lokacije nosača.
Principi rada inercijalnih navigacijskih sustava
Inercijalni navigacijski sustavi rade kao samostalni, unutarnji zatvoreni navigacijski sustavi.Oni se ne oslanjaju na vanjska ažuriranja podataka u stvarnom vremenu za ispravljanje pogrešaka tijekom kretanja nosača.Kao takav, jedan inercijski navigacijski sustav prikladan je za kratkotrajne navigacijske zadatke.Za dugotrajne operacije, mora se kombinirati s drugim navigacijskim metodama, kao što su satelitski navigacijski sustavi, kako bi se povremeno ispravile akumulirane unutarnje pogreške.
Prikrivenost inercijalne navigacije
U modernim navigacijskim tehnologijama, uključujući nebesku navigaciju, satelitsku navigaciju i radio navigaciju, inercijalna navigacija se ističe kao autonomna.Ne emitira signale vanjskom okruženju niti ovisi o nebeskim objektima ili vanjskim signalima.Posljedično, inercijski navigacijski sustavi nude najvišu razinu skrivenosti, što ih čini idealnim za primjene koje zahtijevaju najveću povjerljivost.
Službena definicija inercijalne navigacije
Inercijalni navigacijski sustav (INS) je sustav za procjenu navigacijskih parametara koji koristi žiroskope i akcelerometre kao senzore.Sustav, temeljen na izlazu žiroskopa, uspostavlja navigacijski koordinatni sustav dok koristi izlaz akcelerometara za izračunavanje brzine i položaja nosača u navigacijskom koordinatnom sustavu.
Primjene inercijalne navigacije
Inercijalna tehnologija pronašla je široku primjenu u različitim područjima, uključujući zrakoplovstvo, zrakoplovstvo, pomorstvo, istraživanje nafte, geodeziju, oceanografska istraživanja, geološka bušenja, robotiku i željezničke sustave.S pojavom naprednih inercijalnih senzora, inercijalna tehnologija proširila je svoju upotrebljivost na automobilsku industriju i medicinske elektroničke uređaje, među ostalim područjima.Ovaj sve veći opseg primjena naglašava sve veću ključnu ulogu inercijalne navigacije u pružanju visokoprecizne navigacije i mogućnosti pozicioniranja za mnoštvo aplikacija.
Temeljna komponenta inercijalnog navođenja:Žiroskop s optičkim vlaknima
Uvod u optičke žiroskope
Inercijski navigacijski sustavi uvelike se oslanjaju na točnost i preciznost svojih osnovnih komponenti.Jedna takva komponenta koja je značajno poboljšala mogućnosti ovih sustava je optički žiroskop (FOG).FOG je kritičan senzor koji igra ključnu ulogu u mjerenju kutne brzine nosača s izuzetnom točnošću.
Rad optičkog žiroskopa
FOGs rade na principu Sagnac efekta, koji uključuje dijeljenje laserske zrake u dvije odvojene putanje, dopuštajući joj da putuje u suprotnim smjerovima duž zamotane petlje od optičkih vlakana.Kada se nosač, ugrađen u FOG, okreće, razlika u vremenu putovanja između dviju zraka proporcionalna je kutnoj brzini rotacije nosača.Ovo vremensko kašnjenje, poznato kao Sagnacov fazni pomak, zatim se precizno mjeri, omogućujući FOG-u da pruži točne podatke o rotaciji nosača.
Princip optičkog žiroskopa uključuje emitiranje snopa svjetlosti iz fotodetektora.Ova svjetlosna zraka prolazi kroz spojnicu, ulazi s jednog kraja i izlazi s drugog.Zatim putuje kroz optičku petlju.Dvije zrake svjetlosti, koje dolaze iz različitih smjerova, ulaze u petlju i dovršavaju koherentnu superpoziciju nakon što kruže okolo.Povratno svjetlo ponovno ulazi u svjetleću diodu (LED), koja se koristi za otkrivanje njegovog intenziteta.Dok se princip optičkog žiroskopa može činiti jednostavnim, najveći izazov leži u uklanjanju čimbenika koji utječu na duljinu optičkog puta dviju svjetlosnih zraka.Ovo je jedan od najkritičnijih problema s kojima se suočavamo u razvoju optičkih žiroskopa.
1: superluminiscentna dioda 2：fotodetektorska dioda
3.spojnica izvora svjetla 4.vlaknasta prstenasta spojnica 5.prsten od optičkog vlakna
Prednosti optičkih žiroskopa
MAGLE nude nekoliko prednosti koje ih čine neprocjenjivim u inercijskim navigacijskim sustavima.Poznati su po svojoj iznimnoj točnosti, pouzdanosti i trajnosti.Za razliku od mehaničkih žiroskopa, FOG nema pokretnih dijelova, čime se smanjuje rizik od habanja.Osim toga, otporni su na udarce i vibracije, što ih čini idealnim za zahtjevna okruženja kao što su zrakoplovne i obrambene primjene.
Integracija optičkih žiroskopa u inercijalnu navigaciju
Inercijski navigacijski sustavi sve više uključuju FOGs zbog svoje visoke preciznosti i pouzdanosti.Ovi žiroskopi pružaju ključna mjerenja kutne brzine potrebna za točno određivanje orijentacije i položaja.Integriranjem FOG-ova u postojeće inercijalne navigacijske sustave, operateri mogu imati koristi od poboljšane točnosti navigacije, posebno u situacijama kada je potrebna ekstremna preciznost.
Primjena optičkih žiroskopa u inercijskoj navigaciji
Uključivanje FOG-ova proširilo je primjene inercijskih navigacijskih sustava u raznim domenama.U zrakoplovstvu i svemiru, sustavi opremljeni FOG-om nude precizna navigacijska rješenja za zrakoplove, dronove i svemirske letjelice.Također se intenzivno koriste u pomorskoj navigaciji, geološkim istraživanjima i naprednoj robotici, omogućujući ovim sustavima rad s poboljšanim performansama i pouzdanošću.
Različite strukturne varijante optičkih žiroskopa
Žiroskopi s optičkim vlaknima dolaze u različitim strukturnim konfiguracijama, a prevladavajući je onaj koji trenutno ulazi u područje inženjerstvaoptički žiroskop zatvorene petlje s održavanjem polarizacije.Srž ovog žiroskopa jevlaknasta petlja koja održava polarizaciju, koji se sastoji od vlakana koja održavaju polarizaciju i precizno dizajniranog okvira.Konstrukcija ove petlje uključuje metodu četverostrukog simetričnog namotavanja, nadopunjenu jedinstvenim brtvenim gelom za formiranje zavojnice petlje čvrstog vlakna.
Ključne značajkeSvjetlovodna vlakna koja održavaju polarizaciju Gyro Zavojnica
▶Jedinstveni dizajn okvira:Žiroskopske petlje imaju prepoznatljiv dizajn okvira koji s lakoćom prihvaća različite vrste vlakana koja održavaju polarizaciju.
▶Tehnika četverostrukog simetričnog namotavanja:Tehnika četverostrukog simetričnog namotavanja smanjuje Shupe efekt, osiguravajući precizna i pouzdana mjerenja.
▶Napredni gel materijal za brtvljenje:Korištenje naprednih brtvenih gel materijala, u kombinaciji s jedinstvenom tehnikom stvrdnjavanja, povećava otpornost na vibracije, čineći ove žiroskopske petlje idealnim za primjenu u zahtjevnim okruženjima.
▶Stabilnost koherencije pri visokim temperaturama:Žiroskopske petlje pokazuju stabilnost visoke temperature koherentnosti, osiguravajući točnost čak i u različitim toplinskim uvjetima.
▶Pojednostavljeni lagani okvir:Petlje žiroskopa izrađene su s jednostavnim, ali laganim okvirom, jamčeći visoku preciznost obrade.
▶Dosljedan postupak namotavanja:Proces namotavanja ostaje stabilan, prilagođavajući se zahtjevima različitih preciznih optičkih žiroskopa.
Referenca
Groves, PD (2008).Uvod u inercijalnu navigaciju.Časopis za navigaciju, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H. i Niu, X. (2019).Tehnologije inercijskih senzora za navigacijske aplikacije: najsuvremenije.Satelitska navigacija, 1(1), 1-15.
Woodman, OJ (2007).Uvod u inercijalnu navigaciju.Sveučilište Cambridge, Računalni laboratorij, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R. i Laumond, JP (1985).Referenciranje položaja i dosljedno modeliranje svijeta za mobilne robote.U zborniku radova IEEE međunarodne konferencije o robotici i automatizaciji iz 1985(Svezak 2, str. 138-145).IEEE.
Trebate besplatne konzultacije?
NEKI OD MOJIH PROJEKATA
SJAJNA DJELA KOJIMA SAM DOPRINOSIO.PONOSNO!
