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 kretanja u svakom trenutku, te progresivnu integraciju tih podataka (analogno matematičkim operacijama integracije) kako bi se precizno odredili navigacijski parametri, poput orijentacije i položaja.
Uloga senzora u inercijalnoj navigaciji
Za dobivanje informacija o trenutnoj orijentaciji (stavu) i položaju objekta u pokretu, inercijalni 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 sustavu. Podaci se zatim integriraju i obrađuju tijekom vremena kako bi se dobile informacije o brzini i relativnom položaju. Nakon toga, te se informacije transformiraju u navigacijski koordinatni sustav, zajedno s početnim podacima o položaju, što kulminira određivanjem trenutne lokacije nosača.
Principi rada inercijskih navigacijskih sustava
Inercijalni navigacijski sustavi rade kao samostalni, unutarnji navigacijski sustavi zatvorene petlje. Ne oslanjaju se na ažuriranja vanjskih podataka u stvarnom vremenu kako bi ispravili pogreške tijekom kretanja nosača. Kao takav, jedan inercijalni navigacijski sustav prikladan je za kratkotrajne navigacijske zadatke. Za dugotrajne operacije mora se kombinirati s drugim navigacijskim metodama, poput satelitskih navigacijskih sustava, kako bi se periodično ispravljale akumulirane unutarnje pogreške.
Prikrivanje inercijalne navigacije
U modernim navigacijskim tehnologijama, uključujući nebesku navigaciju, satelitsku navigaciju i radionavigaciju, inercijalna navigacija ističe se kao autonomna. Ne emitira signale u vanjski okoliš niti ovisi o nebeskim objektima ili vanjskim signalima. Posljedično, inercijalni navigacijski sustavi nude najvišu razinu prikrivenosti, što ih čini idealnim za primjene koje zahtijevaju najveću povjerljivost.
Službena definicija inercijalne navigacije
Inercijski 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 istovremeno koristi izlaz akcelerometara za izračunavanje brzine i položaja nosača u navigacijskom koordinatnom sustavu.
Primjena inercijalne navigacije
Inercijalna tehnologija pronašla je široku primjenu u raznim područjima, uključujući zrakoplovstvo, zrakoplovstvo, pomorstvo, istraživanje nafte, geodeziju, oceanografska istraživanja, geološko bušenje, robotiku i željezničke sustave. Pojavom naprednih inercijalnih senzora, inercijalna tehnologija proširila je svoju korisnost na automobilsku industriju i medicinske elektroničke uređaje, među ostalim područjima. Ovaj rastući opseg primjene naglašava sve ključniju ulogu inercijalne navigacije u pružanju visokopreciznih navigacijskih i pozicionirajućih mogućnosti za mnoštvo primjena.
Osnovna komponenta inercijalnog navođenja:Žiroskop s optičkim vlaknima
Uvod u optičke žiroskope
Inercijalni navigacijski sustavi uvelike se oslanjaju na točnost i preciznost svojih ključnih komponenti. Jedna takva komponenta koja je značajno poboljšala mogućnosti ovih sustava je optički žiroskop (FOG). FOG je ključni senzor koji igra ključnu ulogu u mjerenju kutne brzine nosača s izvanrednom točnošću.
Rad optičkog žiroskopa
FOG-ovi rade na principu Sagnacovog efekta, koji uključuje dijeljenje laserske zrake na dvije odvojene putanje, omogućujući joj da putuje u suprotnim smjerovima duž spiralne optičke petlje. Kada se nosač, ugrađen u FOG, rotira, razlika u vremenu putovanja između dvije zrake proporcionalna je kutnoj brzini rotacije nosača. Ovo vremensko kašnjenje, poznato kao Sagnacov fazni pomak, zatim se precizno mjeri, što omogućuje FOG-u da pruži točne podatke o rotaciji nosača.
Princip rada optičkog žiroskopa uključuje emitiranje svjetlosne zrake iz fotodetektora. Ova svjetlosna zraka prolazi kroz spojnik, ulazi s jednog kraja i izlazi s drugog. Zatim putuje kroz optičku petlju. Dvije svjetlosne zrake, koje dolaze iz različitih smjerova, ulaze u petlju i nakon kruženja dovršavaju koherentnu superpoziciju. Povratna svjetlost ponovno ulazi u svjetleću diodu (LED), koja se koristi za detekciju njezinog intenziteta. Iako se princip rada optičkog žiroskopa može činiti jednostavnim, najveći izazov leži u uklanjanju čimbenika koji utječu na duljinu optičkog puta dviju svjetlosnih zraka. Ovo je jedno od najkritičnijih pitanja s kojima se suočavamo u razvoju optičkih žiroskopa.
1: superluminiscentna dioda 2: fotodetektorska dioda
3. spojnik izvora svjetlosti 4.spojnica vlaknastih prstenova 5. optički vlaknasti prsten
Prednosti optičkih žiroskopa
FOG-ovi nude nekoliko prednosti koje ih čine neprocjenjivima u inercijalnim navigacijskim sustavima. Poznati su po svojoj iznimnoj točnosti, pouzdanosti i izdržljivosti. Za razliku od mehaničkih žiroskopa, FOG-ovi nemaju pokretnih dijelova, što smanjuje rizik od habanja. Osim toga, otporni su na udarce i vibracije, što ih čini idealnim za zahtjevna okruženja poput zrakoplovnih i obrambenih primjena.
Integracija optičkih žiroskopa u inercijalnu navigaciju
Inercijalni navigacijski sustavi sve više uključuju FOG-ove (foto žiroskope) zbog njihove visoke preciznosti i pouzdanosti. Ovi žiroskopi pružaju ključna mjerenja kutne brzine potrebna za točno određivanje orijentacije i položaja. Integracijom FOG-ova u postojeće inercijalne navigacijske sustave, operateri mogu imati koristi od poboljšane točnosti navigacije, posebno u situacijama gdje je potrebna ekstremna preciznost.
Primjena optičkih žiroskopa u inercijalnoj navigaciji
Uključivanje FOG-ova proširilo je primjenu inercijalnih navigacijskih sustava u raznim područjima. U zrakoplovstvu i zrakoplovstvu, sustavi opremljeni FOG-om nude precizna navigacijska rješenja za zrakoplove, dronove i svemirske letjelice. Također se široko koriste u pomorskoj navigaciji, geološkim istraživanjima i naprednoj robotici, omogućujući tim sustavima rad s poboljšanim performansama i pouzdanošću.
Različite strukturne varijante optičkih žiroskopa
Žiroskopi s optičkim vlaknima dolaze u različitim strukturnim konfiguracijama, a dominantna konfiguracija koja trenutno ulazi u područje inženjerstva ježiroskop s optičkim vlaknima zatvorene petlje za održavanje polarizacijeU srži ovog žiroskopa jeoptička petlja koja održava polarizaciju, koji se sastoji od vlakana koja održavaju polarizaciju i precizno dizajniranog okvira. Konstrukcija ove petlje uključuje metodu četverostrukog simetričnog namatanja, dopunjenu jedinstvenim gelom za brtvljenje kako bi se formirala zavojnica od vlakana u čvrstom stanju.
Ključne značajkeOptičko vlakno s održavanjem polarizacije Gyro zavojnica
▶Jedinstveni dizajn okvira:Žiroskopske petlje imaju prepoznatljiv dizajn okvira koji s lakoćom prilagođava različite vrste vlakana koja održavaju polarizaciju.
▶Tehnika četverostrukog simetričnog namotavanja:Tehnika četverostrukog simetričnog namotavanja minimizira Shupeov efekt, osiguravajući precizna i pouzdana mjerenja.
▶Napredni materijal za brtvljenje u obliku gela:Upotreba naprednih gel materijala za brtvljenje, u kombinaciji s jedinstvenom tehnikom stvrdnjavanja, povećava otpornost na vibracije, što ove žiroskopske petlje čini idealnim za primjenu u zahtjevnim okruženjima.
▶Koherentna stabilnost pri visokim temperaturama:Žiroskopske petlje pokazuju visoku temperaturnu koherentnu stabilnost, osiguravajući točnost čak i u različitim toplinskim uvjetima.
▶Pojednostavljeni lagani okvir:Žiroskopske petlje su konstruirane s jednostavnim, ali laganim okvirom, što jamči visoku preciznost obrade.
▶Dosljedan proces namotavanja:Proces namatanja 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 inercijalnih senzora za navigacijske primjene: trenutno stanje tehnike.Satelitska navigacija, 1(1), 1-15.
Woodman, OJ (2007). Uvod u inercijalnu navigaciju.Sveučilište u Cambridgeu, Računalni laboratorij, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R. i Laumond, JP (1985). Referenciranje položaja i konzistentno modeliranje svijeta za mobilne robote.U Zborniku radova s IEEE-ove međunarodne konferencije o robotici i automatizaciji iz 1985.(Svezak 2, str. 138-145). IEEE.
Trebate besplatne konzultacije?
NEKI OD MOJIH PROJEKATA
ODLIČNI RADOVI KOJIMA SAM SUDJELOVAO. PONOSNO!
