Kas yra inercinė navigacija?
Inercinės navigacijos pagrindai
Pagrindiniai inercinės navigacijos principai yra panašūs į kitų navigacijos metodų principus. Jie remiasi pagrindinės informacijos, įskaitant pradinę padėtį, pradinę orientaciją, judėjimo kryptį ir orientaciją kiekvienu momentu, gavimu ir šių duomenų laipsnišku integravimu (analogiškai matematinėms integravimo operacijoms), siekiant tiksliai nustatyti navigacijos parametrus, tokius kaip orientacija ir padėtis.
Jutiklių vaidmuo inercinėje navigacijoje
Norint gauti judančio objekto dabartinę orientaciją (padėtis) ir padėties informaciją, inercinės navigacijos sistemos naudoja kritinių jutiklių rinkinį, kurį daugiausia sudaro akselerometrai ir giroskopai. Šie jutikliai matuoja nešiklio kampinį greitį ir pagreitį inercinėje atskaitos sistemoje. Duomenys integruojami ir apdorojami laikui bėgant, kad būtų gauta greičio ir santykinės padėties informacija. Vėliau ši informacija kartu su pradiniais padėties duomenimis transformuojama į navigacijos koordinačių sistemą, o tai baigiasi nešiklio dabartinės vietos nustatymu.
Inercinių navigacijos sistemų veikimo principai
Inercinės navigacijos sistemos veikia kaip savarankiškos, vidinės uždaros kilpos navigacijos sistemos. Jos nesiremia realaus laiko išorinių duomenų atnaujinimais, kad ištaisytų klaidas nešiklio judėjimo metu. Todėl viena inercinė navigacijos sistema tinka trumpalaikėms navigacijos užduotims. Ilgalaikėms operacijoms ji turi būti derinama su kitais navigacijos metodais, pavyzdžiui, palydovinėmis navigacijos sistemomis, kad periodiškai būtų ištaisytos susikaupusios vidinės klaidos.
Inercinės navigacijos paslepiamumas
Šiuolaikinėse navigacijos technologijose, įskaitant dangaus navigaciją, palydovinę navigaciją ir radijo navigaciją, inercinė navigacija išsiskiria kaip autonominė. Ji neskleidžia signalų į išorinę aplinką ir nėra priklausoma nuo dangaus objektų ar išorinių signalų. Todėl inercinės navigacijos sistemos pasižymi aukščiausiu paslėptumo lygiu, todėl idealiai tinka taikymams, kuriems reikalingas didžiausias konfidencialumas.
Oficialus inercinės navigacijos apibrėžimas
Inercinė navigacijos sistema (INS) yra navigacijos parametrų įvertinimo sistema, kurioje kaip jutikliai naudojami giroskopai ir akselerometrai. Sistema, pagrįsta giroskopų išvestimi, sukuria navigacijos koordinačių sistemą, o akselerometrų išvestis apskaičiuoja nešiklio greitį ir padėtį navigacijos koordinačių sistemoje.
Inercinės navigacijos taikymas
Inercinės technologijos yra plačiai pritaikytos įvairiose srityse, įskaitant kosmoso, aviacijos, jūrų, naftos žvalgybos, geodezijos, okeanografinių tyrimų, geologinio gręžimo, robotikos ir geležinkelių sistemų tyrimus. Atsiradus pažangiems inerciniams jutikliams, inercinės technologijos pritaikomumas išplėtė automobilių pramonę, medicinos elektronikos prietaisus ir kitas sritis. Ši besiplečianti taikymo sritis pabrėžia vis svarbesnį inercinės navigacijos vaidmenį užtikrinant didelio tikslumo navigacijos ir padėties nustatymo galimybes daugeliui sričių.
Inercinio valdymo pagrindinis komponentas:Šviesolaidinis giroskopas
Įvadas į šviesolaidinius giroskopus
Inercinės navigacijos sistemos labai priklauso nuo jų pagrindinių komponentų tikslumo ir preciziškumo. Vienas iš tokių komponentų, kuris žymiai pagerino šių sistemų galimybes, yra šviesolaidinis giroskopas (FOG). FOG yra labai svarbus jutiklis, atliekantis pagrindinį vaidmenį matuojant nešiklio kampinį greitį nepaprastai tiksliai.
Šviesolaidinio giroskopo veikimas
FOG veikia Sagnaco efekto principu, kai lazerio spindulys padalijamas į du atskirus kelius, leidžiančius jam judėti priešingomis kryptimis išilgai susuktos šviesolaidinės kilpos. Kai nešėjas, įterptas į FOG, sukasi, dviejų spindulių judėjimo laiko skirtumas yra proporcingas nešėjo sukimosi kampiniam greičiui. Šis laiko uždelsimas, vadinamas Sagnaco fazės poslinkiu, yra tiksliai išmatuojamas, todėl FOG gali pateikti tikslius duomenis apie nešėjo sukimąsi.
Šviesolaidinio giroskopo principas apima šviesos spindulio skleidimą iš fotodetektoriaus. Šis šviesos spindulys praeina per jungiklį, įeina iš vieno galo ir išeina iš kito. Tada jis keliauja per optinę kilpą. Du šviesos spinduliai, sklindantys iš skirtingų krypčių, patenka į kilpą ir, apskrieję ratu, sudaro koherentinę superpoziciją. Grįžtanti šviesa vėl patenka į šviesos diodą (LED), kuris naudojamas jo intensyvumui matuoti. Nors šviesolaidinio giroskopo principas gali atrodyti paprastas, didžiausias iššūkis yra pašalinti veiksnius, turinčius įtakos dviejų šviesos spindulių optinio kelio ilgiui. Tai vienas iš svarbiausių klausimų, su kuriais susiduriama kuriant šviesolaidinius giroskopus.
1: superliuminescencinis diodas 2: fotodetektoriaus diodas
3. šviesos šaltinio jungiklis 4.pluošto žiedo jungtis 5. optinio pluošto žiedas
Šviesolaidinių giroskopų privalumai
Židinių giroskopai (FOG) pasižymi keliais privalumais, dėl kurių jie neįkainojami inercinėse navigacijos sistemose. Jie garsėja išskirtiniu tikslumu, patikimumu ir ilgaamžiškumu. Skirtingai nuo mechaninių giroskopų, FOG neturi judančių dalių, todėl sumažėja nusidėvėjimo rizika. Be to, jie yra atsparūs smūgiams ir vibracijai, todėl idealiai tinka sudėtingoms aplinkoms, tokioms kaip aviacijos ir kosmoso bei gynybos reikmės.
Šviesolaidinių giroskopų integravimas į inercinę navigaciją
Dėl didelio tikslumo ir patikimumo inercinės navigacijos sistemose vis dažniau naudojami kampiniai greičiai (FOG). Šie giroskopai atlieka svarbiausius kampinio greičio matavimus, reikalingus tiksliam orientacijos ir padėties nustatymui. Integruodami FOG į esamas inercinės navigacijos sistemas, operatoriai gali pasinaudoti patobulintu navigacijos tikslumu, ypač tais atvejais, kai būtinas ypatingas tikslumas.
Šviesolaidinių giroskopų taikymas inercinėje navigacijoje
Įtraukus inercines navigacijos sistemas (FOG), jų taikymas įvairiose srityse išsiplėtė. Kosmoso ir aviacijos pramonėje FOG sistemos siūlo tikslius navigacijos sprendimus orlaiviams, dronams ir erdvėlaiviams. Jos taip pat plačiai naudojamos jūrų navigacijoje, geologiniuose tyrimuose ir pažangioje robotikoje, todėl šios sistemos veikia užtikrindamos didesnį našumą ir patikimumą.
Skirtingi šviesolaidinių giroskopų struktūriniai variantai
Šviesolaidiniai giroskopai būna įvairių struktūrinių konfigūracijų, o vyraujanti šiuo metu inžinerijos srityje yraUždaros kilpos poliarizaciją palaikantis šviesolaidinis giroskopasŠio giroskopo šerdis yrapoliarizaciją palaikanti pluošto kilpa, sudaryta iš poliarizaciją palaikančių pluoštų ir tiksliai suprojektuoto karkaso. Šios kilpos konstrukcija apima keturgubą simetrišką vyniojimo metodą, papildytą unikaliu sandarinimo geliu, kad būtų suformuota kietakūnė pluošto kilpos spiralė.
Pagrindinės savybėsPoliarizaciją palaikantis šviesolaidinis Gyro ritė
▶Unikalus karkaso dizainas:Giroskopo kilpos pasižymi išskirtiniu karkaso dizainu, kuris lengvai talpina įvairių tipų poliarizaciją palaikančius pluoštus.
▶Keturių kartų simetriško vyniojimo technika:Keturis kartus simetriška vyniojimo technika sumažina Šupo efektą, užtikrindama tikslius ir patikimus matavimus.
▶Pažangi sandarinimo gelio medžiaga:Pažangių sandarinimo gelio medžiagų ir unikalios kietėjimo technikos panaudojimas padidina atsparumą vibracijai, todėl šios giroskopo kilpos idealiai tinka naudoti sudėtingoje aplinkoje.
▶Aukštos temperatūros koherencijos stabilumas:Giroskopo kilpos pasižymi aukštu temperatūros koherencijos stabilumu, užtikrindamos tikslumą net esant skirtingoms temperatūros sąlygoms.
▶Supaprastinta lengva sistema:Giroskopo kilpos sukonstruotos naudojant paprastą, bet lengvą konstrukciją, užtikrinančią aukštą apdorojimo tikslumą.
▶Nuoseklus vyniojimo procesas:Apvijos procesas išlieka stabilus, prisitaikant prie įvairių tiksliųjų šviesolaidinių giroskopų reikalavimų.
Nuoroda
Groves, PD (2008). Įvadas į inercinę navigaciją.Navigacijos žurnalas, 61(1), 13–28.
El-Sheimy, N., Hou, H. ir Niu, X. (2019). Inercinių jutiklių technologijos navigacijos taikymams: pažangiausias pasiekimas.Palydovinė navigacija, 1(1), 1–15.
Woodman, OJ (2007). Įvadas į inercinę navigaciją.Kembridžo universitetas, Kompiuterių laboratorija, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R. ir Laumond, JP (1985). Padėties nustatymas ir nuoseklus pasaulio modeliavimas mobiliesiems robotams.1985 m. IEEE tarptautinės robotikos ir automatizavimo konferencijos pranešimų medžiaga(2 tomas, p. 138–145). IEEE.
Reikia nemokamos konsultacijos?
KELETAS MANO PROJEKTŲ
NUOSTABŪS DARBAI, PRIE KURIŲ PRIDĖJAU. SU DIDŽIUOJAMĖS!
