Čo je inerciálna navigácia?
Základy zotrvačnej navigácie
Základné princípy zotrvačnej navigácie sú podobné tým iným navigačným metódam. Spolieha sa na získanie kľúčových informácií vrátane počiatočnej polohy, počiatočnej orientácie, smeru a orientácie pohybu v každom okamihu a progresívnej integrácie týchto údajov (analogických operácií matematickej integrácie) s cieľom presne určiť navigačné parametre, ako je orientácia a poloha.
Úloha senzorov v zotrvačnej navigácii
Na získanie súčasnej orientácie (postoja) a informácie o polohe pohybujúceho sa objektu využívajú inerciálne navigačné systémy súbor kritických senzorov, ktoré sa predovšetkým pozostávajú z akcelerometrov a gyroskopov. Tieto senzory merajú uhlovú rýchlosť a zrýchlenie nosiča v inerciálnom referenčnom rámci. Údaje sa potom integrujú a spracovávajú v priebehu času, aby sa odvodili informácie o rýchlosti a relatívnej polohe. Následne sa tieto informácie transformujú do systému navigačných súradníc v spojení s údajmi o počiatočnej polohe, čo vyvrcholilo stanovením aktuálneho umiestnenia nosiča.
Princípy prevádzky zotrvačných navigačných systémov
Inerciálne navigačné systémy fungujú ako samostatné navigačné systémy s vnútornou uzavretou slučkou. Nespoliehajú sa na aktualizácie externých údajov v reálnom čase, aby sa počas pohybu operátora opravili chyby. Ako taký je jeden zotrvačný navigačný systém vhodný pre krátkodobé navigačné úlohy. Pre dlhodobé operácie sa musí kombinovať s inými navigačnými metódami, ako sú napríklad satelitné navigačné systémy, aby sa pravidelne opravili akumulované vnútorné chyby.
Utajeteľnosť zotrvačnej navigácie
V moderných navigačných technológiách, vrátane nebeskej navigácie, satelitnej navigácie a rádiovej navigácie, je zotrvačná navigácia ako autonómna. Nevyniví signály do vonkajšieho prostredia, ani nezávisí od nebeských objektov alebo externých signálov. V dôsledku toho inerciálne navigačné systémy ponúkajú najvyššiu úroveň utajeteľnosti, vďaka čomu sú ideálne pre aplikácie, ktoré si vyžadujú maximálnu dôvernosť.
Oficiálna definícia zotrvačnej navigácie
Inerciálny navigačný systém (INS) je systém odhadu navigačných parametrov, ktorý ako senzory používa gyroskopy a akcelerometre. Systém na základe výstupu gyroskopov vytvára systém navigačných súradníc a zároveň využíva výstup akcelerometrov na výpočet rýchlosti a polohy nosiča v systéme navigačného súradnice.
Aplikácie zotrvačnej navigácie
Inertial Technology našla rozsiahle aplikácie v rôznych doménach, vrátane letectva, letectva, námorného, ropného prieskumu, geodézy, oceánografických prieskumov, geologického vŕtania, robotiky a železničných systémov. S príchodom pokročilých inerciálnych senzorov zotrvačná technológia rozšírila svoju užitočnosť na automobilový priemysel a lekárske elektronické zariadenia, okrem iného. Tento rozširujúci sa rozsah aplikácií zdôrazňuje čoraz kľúčovej úlohe zotrvačnej navigácie pri poskytovaní vysoko presných navigačných a umiestnenia pre množstvo aplikácií.
Základná zložka zotrvačného vedenia:Gyroskop z optického vlákna
Úvod do vlákien z optických gyroskopov
Zotrónové navigačné systémy sa výrazne spoliehajú na presnosť a presnosť svojich základných komponentov. Jednou z takýchto zložiek, ktorá významne vylepšila schopnosti týchto systémov, je gyroskop optického vlákna (FOG). FOG je kritický senzor, ktorý hrá kľúčovú úlohu pri meraní uhlovej rýchlosti nosiča s pozoruhodnou presnosťou.
Prevádzka gyroskopu z optického vlákna
Hmly fungujú na princípe efektu SAGNAC, ktorý zahŕňa rozdelenie laserového lúča na dve samostatné dráhy, čo mu umožňuje cestovať opačnými smermi pozdĺž stočenej slučky optických vlákien. Keď sa nosič vložený do hmly otáča, rozdiel v čase cesty medzi dvoma lúčmi je úmerný uhlovej rýchlosti rotácie nosiča. Toto časové oneskorenie, známe ako fázový posun SAGNAC, sa potom meria presne, čo umožňuje hmlu poskytovať presné údaje týkajúce sa rotácie nosiča.
Princíp gyroskopu z optického vlákna zahŕňa emitovanie lúča svetla z fotodetektora. Tento svetelný lúč prechádza spojkou, vstupuje z jedného konca a vychádza z druhého. Potom prechádza optickou slučkou. Dva lúče svetla, pochádzajúce z rôznych smerov, vstúpia do slučky a po krúžení okolo dokončte koherentnú superpozíciu. Vracajúce sa svetlo znovu vstúpi do diódy emitujúcej svetlo (LED), ktorá sa používa na detekciu jeho intenzity. Zatiaľ čo princíp gyroskopu z optického vlákna sa môže zdať jednoduchý, najvýznamnejšia výzva spočíva v eliminujúcich faktoroch, ktoré ovplyvňujú dĺžku optickej dráhy dvoch svetelných lúčov. Toto je jeden z najdôležitejších problémov, ktorým čelí vývoj gyroskopov z optických vlákien.
1 ： Superluminiscenčná dióda 2 ： Photodetektor diódy
3. Svetlý zdrojový spojček 4.spojka vlákna 5. OPTICKÝ Vláknitý prsteň
Výhody gyroskopov z optických vlákien
Hmly ponúkajú niekoľko výhod, vďaka ktorým sú neoceniteľné v zotrvačných navigačných systémoch. Sú známe svojou výnimočnou presnosťou, spoľahlivosťou a trvanlivosťou. Na rozdiel od mechanických gyros, hmly nemajú pohyblivé časti, čím sa znižujú riziko opotrebenia. Okrem toho sú odolné voči šoku a vibráciám, vďaka čomu sú ideálne pre náročné prostredie, ako sú letecké a obranné aplikácie.
Integrácia gyroskopov z optických vlákien do zotrvačnej navigácie
Zotrónové navigačné systémy stále viac začleňujú hmly z dôvodu ich vysokej presnosti a spoľahlivosti. Tieto gyroskopy poskytujú rozhodujúce merania uhlovej rýchlosti potrebné na presné stanovenie orientácie a polohy. Integráciou hmly do existujúcich inerciálnych navigačných systémov môžu operátori ťažiť zo zlepšenej presnosti navigácie, najmä v situáciách, keď je potrebná extrémna presnosť.
Aplikácie gyroskopov z optických vlákien pri zotrvačnej navigácii
Zahrnutie hmly rozšírilo aplikácie zotrvačných navigačných systémov v rôznych doménach. V leteckom a letectve ponúkajú systémy vybavené hmly presné navigačné riešenia pre lietadlá, bezpilotné lietadlá a kozmickú loď. Sú tiež rozsiahle používané v námornej navigácii, geologických prieskumoch a pokročilých robotikách, čo umožňuje týmto systémom fungovať so zvýšenou výkonnosťou a spoľahlivosťou.
Rôzne štrukturálne varianty gyroskopov z optických vlákien
Gyroskopy z optických vlákien sa dodávajú v rôznych štrukturálnych konfiguráciách, pričom prevládajúcom v súčasnosti vstupuje do oblasti inžinierstvaGyroskop optického vlákna s uzavretou slučkou. Jadrom tohto gyroskopu jeslučka vlákien na polarizáciu, zahŕňajúce vlákna zamerané na polarizáciu a presne navrhnutý rámec. Konštrukcia tejto slučky zahŕňa štvornásobnú metódu symetrického vinutia, doplnenú jedinečným tesniacim gélom, aby sa vytvorila cievka slučky vlákien v tuhom stave.
Kľúčové vlastnostiPolarizačné optické vlákna G Giber Gkotúč
▶ Unikátny rámcový dizajn:Slučky gyroskopu majú výrazný rámec, ktorý ľahko prispôsobuje rôzne typy vlákien na polarizáciu.
▶ Štvornásobná symetrická technika vinutia:Štvornásobná symetrická technika vinutia minimalizuje efekt Shupe, čím zabezpečuje presné a spoľahlivé merania.
▶ Advanced tesniaci gélový materiál:Použitie pokročilých tesniacich gélových materiálov v kombinácii s jedinečnou technikou vytvrdzovania zvyšuje odolnosť voči vibráciám, vďaka čomu sú tieto gyroskopické slučky ideálne pre aplikácie v náročných prostrediach.
▶ Stabilita koherencie s vysokou teplotou:Gyroskopové slučky vykazujú koherenčnú stabilitu s vysokou teplotou a zabezpečujú presnosť aj v rôznych tepelných podmienkach.
▶ Zjednodušený ľahký rámec:Slučky gyroskopu sú navrhnuté priamym, ale ľahkým rámcom, ktorý zaručuje vysokú presnosť spracovania.
▶ Konzistentný proces vinutia:Proces vinutia zostáva stabilný a prispôsobuje sa požiadavkám rôznych gyroskopov z optických vlákien.
Referencia
Groves, PD (2008). Úvod do zotrvačnej navigácie.The Journal of Navigation, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019). Technológie inerciálnych senzorov pre navigačné aplikácie: STRUČNÉ.Satelitná navigácia, 1(1), 1-15.
Woodman, OJ (2007). Úvod do zotrvačnej navigácie.University of Cambridge, Computer Laboratory, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R., & Laumond, JP (1985). Odkazovanie na pozíciu a konzistentné svetové modelovanie pre mobilné roboty.V zborníku z medzinárodnej konferencie IEEE z roku 1985 o robotike a automatizácii(Zväzok 2, str. 138-145). IEEE.
Potrebujete bezplatnú konzuláciu?
Niektoré z mojich projektov
Úžasné diela, ku ktorým som prispel. Hrdo!
