Što je inercijalna navigacija?
Osnove inercijalne plovidbe
Temeljna načela inercijalne navigacije slična su onima drugih navigacijskih metoda. Oslanja se na stjecanje ključnih podataka, uključujući početni položaj, početnu orijentaciju, smjer i orijentaciju gibanja u svakom trenutku i progresivno integriranje tih podataka (analogno matematičkim integracijskim operacijama) kako bi se precizno odredila navigacijski parametri, poput orijentacije i položaja.
Uloga senzora u inercijalnoj navigaciji
Da bi se dobila trenutna orijentacija (stav) i informacije o položaju pokretnog objekta, inercijalni navigacijski sustavi koriste skup kritičnih senzora, prvenstveno koji se sastoji od akcelerometara i žiroskopa. Ovi senzori mjere kutnu brzinu i ubrzanje nosača u inercijalnom referentnom okviru. Podaci se zatim integriraju i obrađuju s vremenom kako bi se dobili podaci o brzini i relativnim položajima. Nakon toga, ove se informacije pretvaraju u navigacijski koordinatni sustav, u kombinaciji s početnim podacima o položaju, koji su kulminirali u određivanju trenutnog mjesta nosača.
Načela rada inercijalnih navigacijskih sustava
Inercijalni navigacijski sustavi djeluju kao samostalni, unutarnji navigacijski sustavi zatvorene petlje. Ne oslanjaju se na vanjska ažuriranja podataka u stvarnom vremenu kako bi ispravili pogreške tijekom pokreta prijevoznika. Kao takav, jedan inercijalni 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 ispravljalo nakupljene unutarnje pogreške.
Skrivenost inercijalne navigacije
U modernim navigacijskim tehnologijama, uključujući nebesku navigaciju, satelitsku navigaciju i radio navigaciju, inercijalna navigacija ističe se kao autonomna. Ni emitira signale u vanjsko okruženje niti ovisi o nebeskim objektima ili vanjskim signalima. Slijedom toga, inercijalni navigacijski sustavi nude najvišu razinu prikrivanja, što ih čini idealnim za aplikacije koje zahtijevaju najveću povjerljivost.
Službena definicija inercijalne navigacije
Inercijalni navigacijski sustav (INS) je sustav za procjenu navigacijskog parametra koji kao senzore koristi žiroskope i akcelerometre. Sustav, temeljen na izlazu žiroskopa, uspostavlja sustav koordinata za navigaciju, koristeći izlaz akcelerometra za izračunavanje brzine i položaja nosača u sustavu koordinata navigacije.
Primjene inercijalne navigacije
Inercijalna tehnologija pronašla je široku primjenu u različitim domenama, uključujući zrakoplovstvo, zrakoplovstvo, pomorsko, istraživanje nafte, geodesiju, oceanografske ankete, geološko bušenje, robotiku i željezničke sustave. Pojavom naprednih inercijalnih senzora, inercijalna tehnologija proširila je svoju korisnost na automobilsku industriju i medicinske elektroničke uređaje, između ostalih područja. Ovaj proširivi opseg aplikacija naglašava sve glavnu ulogu inercijalne navigacije u pružanju mogućnosti navigacije i pozicioniranja visoke preciznosti za mnoštvo primjena.
Temeljna komponenta inercijalnih vodstva:Vlaknasti optički žiroskop
Uvod u optičke žiroskope
Inercijalni navigacijski sustavi uvelike se oslanjaju na točnost i preciznost njihovih temeljnih komponenti. Jedna takva komponenta koja je značajno poboljšala mogućnosti ovih sustava je vlaknasti optički žiroskop (FOG). Magla je kritični senzor koji igra ključnu ulogu u mjerenju kutne brzine nosača s izvanrednom točnošću.
Operacija optičkog žiroskopa vlakana
Maglice djeluju na načelu efekta Sagnaca, koji uključuje dijeljenje laserske zrake na dvije odvojene staze, omogućujući mu da putuje u suprotnim smjerovima duž optičke petlje zavojnice. Kad se nosač, ugrađen u maglu, okreće, razlika u vremenu putovanja između dviju greda proporcionalna je kutnoj brzini rotacije nosača. Ovo vremensko kašnjenje, poznato kao SAGNAC fazni pomak, tada se precizno mjeri, omogućujući magli da pruži točne podatke o rotaciji nosača.
Princip vlaknastih optičkih žiroskopa uključuje emitiranje snopa svjetlosti iz fotodetektora. Ovaj svjetlosni snop prolazi kroz spojnik, ulazeći s jednog kraja i izlazi iz drugog. Zatim putuje kroz optičku petlju. Dvije zrake svjetlosti, koje dolaze iz različitih smjerova, ulaze u petlju i završe koherentnu superpoziciju nakon kruženja. Svjetlost koja se vraća ponovno ulazi u diodu (LED) koja se emitira svjetlost (LED), koja se koristi za otkrivanje njegovog intenziteta. Iako se princip optičkog žiroskopa može činiti izravnim, najznačajniji izazov leži u uklanjanju čimbenika koji utječu na optičku duljinu puta dviju svjetlosnih zraka. Ovo je jedno od najkritičnijih pitanja s kojima se suočava u razvoju optičkih žiroskopa.
1: Superluminescentna dioda 2: Fotodetektor dioda
3. Spajanje izvora 4.spojnica vlakana 5.Optički prsten vlakana
Prednosti vlaknastih optičkih žiroskopa
Maglice nude nekoliko prednosti koje ih čine neprocjenjivim u inercijalnim navigacijskim sustavima. Poznati su po svojoj izuzetnoj točnosti, pouzdanosti i trajnosti. Za razliku od mehaničkih žiro, magle nemaju pokretne dijelove, smanjujući rizik od habanja. Uz to, otporni su na udarce i vibracije, što ih čini idealnim za zahtjevna okruženja poput zrakoplovnih i obrambenih aplikacija.
Integracija optičkih žiroskopa u inercijalnoj navigaciji
Inercijalni navigacijski sustavi sve više uključuju magle zbog njihove visoke preciznosti i pouzdanosti. Ovi žiroskopi daju ključna mjerenja kutne brzine potrebna za točno određivanje orijentacije i položaja. Integrirajući magle u postojeće inercijalne navigacijske sustave, operateri mogu imati koristi od poboljšane točnosti navigacije, posebno u situacijama kada je potrebna ekstremna preciznost.
Primjene optičkih žiroskopa u inercijalnoj navigaciji
Uključivanje FOG -a proširilo je primjenu inercijalnih navigacijskih sustava u različitim domenama. U zrakoplovstvu i zrakoplovstvu, sustavi opremljeni za maglu nude precizna navigacijska rješenja za zrakoplove, dronove i svemirske letjelice. Također se široko koriste u pomorskoj navigaciji, geološkim istraživanjima i naprednim robotikama, omogućujući tim sustavima da rade s poboljšanim performansama i pouzdanošću.
Različite strukturne varijante optičkih žiroskopa
Vlaknasti optički žiroskopi dolaze u različitim strukturnim konfiguracijama, a prevladavajući je trenutno ulazi u područje inženjerstvaPolarizacijski optički giroskop zatvorene petlje za polarizaciju. U srži ovog žiroskopa jepetlja za polarizacijsko održavanje vlakana, sastoji se od vlakana koji održavaju polarizaciju i precizno dizajnirani okvir. Konstrukcija ove petlje uključuje četverostruku simetričnu metodu namotavanja, nadopunjenu jedinstvenim gelom za brtvljenje kako bi se stvorio zavojnica od vlakana od čvrstog stanja.
Ključne značajkePolarizacijsko održavanje optičkih vlakana gyro zavojnica
▶ Jedinstveni dizajn okvira:Petlje žiroskopa sadrže karakterističan okvirni dizajn koji s lakoćom sadrži različite vrste vlakana za održavanje polarizacije.
▶ četverostruka simetrična tehnika namota:Četverostruka simetrična tehnika namota minimizira Shupe efekt, osiguravajući precizna i pouzdana mjerenja.
▶ Napredni materijal za brtvljenje gel:Zapošljavanje naprednih materijala za brtvljenje gela, u kombinaciji s jedinstvenom tehnikom stvrdnjavanja, povećava otpornost na vibracije, čineći ove petlje žiroskopa idealnim za primjenu u zahtjevnim okruženjima.
▶ Stabilnost koherencije visoke temperature:Petlje žiroskopa pokazuju stabilnost koherencije visoke temperature, osiguravajući točnost čak i u različitim toplinskim uvjetima.
▶ Pojednostavljeni lagani okvir:Petlje žiroskopa izrađene su izravnim, ali laganim okvirom, jamčeći visoku preciznost obrade.
▶ Dosljedan postupak namotavanja:Proces namota 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., & Niu, X. (2019). Inercijalne senzore Tehnologije za navigacijske primjene: stanje u umjetnosti.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). Pozicija pozicija i dosljedno svjetsko modeliranje za mobilne robote.U Zbornik radova iz Međunarodne konferencije IEEE iz 1985. o robotici i automatizaciji(Vol. 2, str. 138-145). IEEE.
Trebate besplatnu konzulaciju?
Neki od mojih projekata
Strašna djela kojima sam pridonio. PONOSNO!
