Kaj je inercialna navigacija?
Osnove inercialne navigacije
Temeljna načela inercialne navigacije so podobna drugim navigacijskim metodam. Zanaša se na pridobivanje ključnih informacij, vključno z začetnim položajem, začetno orientacijo, smerjo in orientacijo gibanja v vsakem trenutku ter postopoma integriranje teh podatkov (analogno operacijam matematične integracije), da natančno določajo navigacijske parametre, kot sta orientacija in položaj.
Vloga senzorjev pri inercialni navigaciji
Za pridobitev trenutne orientacije (odnosa) in informacij o položaju premikajočega se predmeta inercialni navigacijski sistemi uporabljajo nabor kritičnih senzorjev, ki so sestavljeni predvsem iz pospeška merilnikov in žiroskopov. Ti senzorji merijo kotno hitrost in pospeševanje nosilca v inercialnem referenčnem okviru. Podatki se nato sčasoma integrirajo in obdelujejo, da se izpeljejo hitrosti in relativne informacije o položaju. Nato se te informacije spremenijo v navigacijski koordinatni sistem v povezavi s podatki o začetnem položaju, ki je vrhunec pri določanju trenutne lokacije nosilca.
Načela obratovanja inercialnih navigacijskih sistemov
Inercialni navigacijski sistemi delujejo kot samostojni, notranji navigacijski sistemi z zaprto zanko. Ne zanašajo se na posodobitve zunanjih podatkov v realnem času, da bi popravili napake med gibanjem prevoznika. Kot tak je en sam inercialni navigacijski sistem primeren za kratkoročne navigacijske naloge. Za dolgotrajne operacije ga je treba kombinirati z drugimi navigacijskimi metodami, kot so satelitski navigacijski sistemi, da občasno popravijo nakopičene notranje napake.
Prikritost inercialne navigacije
V sodobnih navigacijskih tehnologijah, vključno s nebesno navigacijo, satelitsko navigacijo in radijskim navigacijo, inercialna navigacija izstopa kot samostojna. Niti oddaja signalov zunanjemu okolju niti ni odvisen od nebesnih predmetov ali zunanjih signalov. Posledično inercialni navigacijski sistemi ponujajo najvišjo raven prikritosti, zaradi česar so idealni za aplikacije, ki zahtevajo največjo zaupnost.
Uradna opredelitev inercialne navigacije
Inercialni navigacijski sistem (INS) je sistem za ocenjevanje navigacijskega parametra, ki kot senzorje uporablja žiroskope in pospešene merilnike. Sistem, ki temelji na izhodu žiroskopov, vzpostavlja navigacijski koordinatni sistem, medtem ko uporablja izhod pospeška merilnikov za izračun hitrosti in položaja nosilca v navigacijskem koordinatnem sistemu.
Aplikacije inercialne navigacije
Inercialna tehnologija je našla obsežne aplikacije na različnih področjih, vključno z vesoljsko, letalstvom, pomorsko, raziskovanjem nafte, geodezijo, oceanografskimi raziskavami, geološkimi vrtanjem, robotiko in železniškimi sistemi. S pojavom naprednih inercialnih senzorjev je inercialna tehnologija med drugimi področji razširila svojo uporabnost na avtomobilsko industrijo in medicinske elektronske naprave. Ta razširjeni obseg aplikacij poudarja vse bolj ključno vlogo inercialne navigacije pri zagotavljanju visoko natančnih navigacijskih in pozicioniranih zmogljivosti za množico aplikacij.
Jedrna komponenta inercialnih napotkov:Fiber optični žiroskop
Uvod v optične giroskope vlaken
Inercialni navigacijski sistemi se močno zanašajo na natančnost in natančnost njihovih temeljnih komponent. Ena takšnih komponent, ki je znatno povečala zmogljivosti teh sistemov, je optični žiroskop (FOG). Megla je kritični senzor, ki ima ključno vlogo pri merjenju kotne hitrosti nosilca z izjemno natančnostjo.
Operacija optičnega žiroskopa vlaken
Megle delujejo po načelu SAGNAC Effect, ki vključuje cepitev laserskega žarka na dve ločeni poti, kar omogoča, da potuje v nasprotnih smereh vzdolž zavojene optične zanke. Ko se nosilec, vgrajen z meglo, vrti, je razlika v času potovanja med obema žarkoma sorazmerna z kotno hitrostjo rotacije nosilca. Ta časovna zamuda, znana kot SAGNAC fazni premik, se nato natančno izmeri, kar omogoča meglo, da zagotovi natančne podatke o rotaciji nosilca.
Načelo optičnega žiroskopa vlaken vključuje oddajanje žarka svetlobe iz fotodetektorja. Ta svetlobni žarek preide skozi spenjač, vstopi z enega konca in izstopi iz drugega. Nato potuje skozi optično zanko. Dva žarka svetlobe, ki izhajata iz različnih smeri, vstopita v zanko in po krogu naokoli dokončata skladno superpozicijo. Vrnilna svetloba ponovno vstopi v svetlobno diodo (LED), ki se uporablja za zaznavanje njegove intenzivnosti. Medtem ko se načelo optičnega žiroskopa lahko zdi enostavno, je najpomembnejši izziv v odpravljanju dejavnikov, ki vplivajo na optično dolžino poti obeh svetlobnih žarkov. To je eno najbolj kritičnih vprašanj, s katerimi se soočajo pri razvoju optičnih žiroskopov vlaken.
1: Superluminescentna dioda 2: Dioda fotodetektorja
3. Osvetlitev izvora 4.Vlaknasto obročki 5. optični prstan iz vlaken
Prednosti optičnih žiroskopov vlaken
Megle ponujajo več prednosti, zaradi katerih so v inercialnih navigacijskih sistemih neprecenljive. Znani so po svoji izjemni natančnosti, zanesljivosti in trajnosti. Za razliko od mehanskih žiros, megle nimajo gibljivih delov, kar zmanjšuje tveganje za obrabo. Poleg tega so odporni na šok in vibracije, zaradi česar so idealni za zahtevna okolja, kot so vesoljske in obrambne aplikacije.
Integracija optičnih žiroskopov vlaken v inercialno navigacijo
Inercialni navigacijski sistemi vse pogosteje vključujejo megle zaradi visoke natančnosti in zanesljivosti. Ti žiroskopi zagotavljajo ključne meritve kotne hitrosti, potrebne za natančno določanje orientacije in položaja. Z vključevanjem megle v obstoječe inercialne navigacijske sisteme lahko operaterji izkoristijo izboljšano natančnost navigacije, zlasti v situacijah, ko je potrebna ekstremna natančnost.
Uporaba optičnih žiroskopov v inercialni navigaciji
Vključitev megle je razširila aplikacije inercialnih navigacijskih sistemov na različnih področjih. V vesoljskem in letalstvu sistemi, opremljeni z megli, ponujajo natančne navigacijske rešitve za letala, drone in vesoljska plovila. Ogromno se uporabljajo v pomorski navigaciji, geoloških raziskavah in napredni robotiki, kar omogoča, da te sisteme delujejo z izboljšano zmogljivostjo in zanesljivostjo.
Različne strukturne različice optičnih žiroskopov vlaken
Fiber optični žiroskopi so v različnih konstrukcijskih konfiguracijah, prevladujoči, ki trenutno vstopa v področje inženiringa, jeOptični žiroskop vlaken za zaprto zanko polarizacije za zaprto zanko. V središču tega žiroskopa jePolarizacijsko zanko za vzdrževanje vlaken, ki obsega vlakna za vzdrževanje polarizacije in natančno zasnovan okvir. Konstrukcija te zanke vključuje štirikratno simetrično metodo navijanja, dopolnjeno z edinstvenim tesnilnim gelom, da tvori tuljavo za zanko iz trdne vlaken.
Ključne značilnostiPolarizacijska vlakna za vzdrževanje g optika gyro tuljava
▶ UNIGIDNO OBLIKOVANJE:Zanke žiroskopa imajo značilno okvirno zasnovo, ki z lahkoto sprejema različne vrste vlaken, ki vzdrževajo polarizacijo.
▶ Štirikratna tehnika simetričnega navijanja:Štirikratna simetrična tehnika navijanja zmanjša učinek Shupe, kar zagotavlja natančne in zanesljive meritve.
▶ Napredno tesnjenje gel materiala:Uporaba naprednih materialov za tesnjenje gela v kombinaciji z edinstveno tehniko strjevanja povečuje odpornost na vibracije, zaradi česar so te žiroskopske zanke idealne za aplikacije v zahtevnih okoljih.
▶ Stabilnost skladnosti visoke temperature:Zanke žiroskopa imajo visoko temperaturno koherenčno stabilnost, kar zagotavlja natančnost tudi v različnih toplotnih pogojih.
▶ Poenostavljeni lahki okvir:Zanke žiroskopa so zasnovane z preprostim, a lahkim okvirom, kar zagotavlja visoko natančnost obdelave.
▶ Dosleden postopek navijanja:Postopek navijanja ostaja stabilen, prilagaja se zahtevam različnih natančnih vlaknin optičnih žiroskopov.
Sklic
Groves, PD (2008). Uvod v inercialno navigacijo.Časopis za navigacijo, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019). Tehnologije inercialnih senzorjev za navigacijske aplikacije: najsodobnejša.Satelitska navigacija, 1(1), 1-15.
Woodman, OJ (2007). Uvod v inercialno navigacijo.Univerza v Cambridgeu, računalniški laboratorij, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R., & Laumond, JP (1985). Navajanje položaja in dosledno svetovno modeliranje mobilnih robotov.V Zborniku mednarodne konference IEEE o robotiki in avtomatizaciji iz leta 1985(Vol. 2, str. 138-145). Ieee.
Potrebujete brezplačno zaužitje?
Nekaj mojih projektov
Super dela, do katerih sem prispeval. Ponosno!
