Mi az inerciális navigáció?
Az inerciális navigáció alapjai
Az inerciális navigáció alapelvei hasonlóak más navigációs módszerekéhez. A kulcsfontosságú információk megszerzésére támaszkodik, beleértve a kezdeti pozíciót, a kezdeti tájolást, a mozgás irányát és tájolását minden pillanatban, és ezeket az adatokat fokozatosan integrálja (a matematikai integrációs műveletekhez hasonlóan), hogy pontosan meghatározza a navigációs paramétereket, például a tájolást és a pozíciót.
Az érzékelők szerepe az inerciális navigációban
A mozgó objektum aktuális tájolásának (attitűdjének) és helyzetének meghatározásához az inerciális navigációs rendszerek kritikus érzékelőket alkalmaznak, amelyek elsősorban gyorsulásmérőkből és giroszkópokból állnak. Ezek az érzékelők a hordozó szögsebességét és gyorsulását mérik inerciális referenciakeretben. Az adatokat ezután integrálják és idővel feldolgozzák a sebességre és a relatív helyzetre vonatkozó információk származtatása érdekében. Ezt követően ezt az információt a kiindulási helyzetadatokkal együtt a navigációs koordináta-rendszerbe alakítják, ami a hordozó aktuális helyzetének meghatározásában csúcsosodik ki.
Az inerciális navigációs rendszerek működési elvei
Az inerciális navigációs rendszerek önálló, belső, zárt hurkú navigációs rendszerekként működnek. Nem támaszkodnak a valós idejű külső adatfrissítésekre a hordozó mozgása során fellépő hibák kijavításához. Mint ilyen, egyetlen inerciális navigációs rendszer alkalmas rövid távú navigációs feladatokra. Hosszú távú műveleteknél más navigációs módszerekkel, például műholdas navigációs rendszerekkel kell kombinálni a felhalmozódott belső hibák időszakos kijavítása érdekében.
Az inerciális navigáció elrejthetősége
A modern navigációs technológiákban, beleértve az égi navigációt, a műholdas navigációt és a rádiónavigációt, az inerciális navigáció autonómként tűnik ki. Nem bocsát ki jeleket a külső környezet felé, és nem függ égi objektumoktól vagy külső jelektől. Következésképpen az inerciális navigációs rendszerek a legmagasabb szintű elrejthetőséget kínálják, így ideálisak a legnagyobb bizalmasságot igénylő alkalmazásokhoz.
Az inerciális navigáció hivatalos meghatározása
Az Inerciális Navigációs Rendszer (INS) egy navigációs paraméter-becslő rendszer, amely giroszkópokat és gyorsulásmérőket használ szenzorként. A giroszkópok kimenetén alapuló rendszer egy navigációs koordináta-rendszert hoz létre, miközben a gyorsulásmérők kimenetét használja fel a hordozó sebességének és helyzetének kiszámításához a navigációs koordináta-rendszerben.
Az inerciális navigáció alkalmazásai
Az inerciális technológia széles körű alkalmazásokat talált a legkülönbözőbb területeken, beleértve a repülést, a repülést, a tengerészetet, a kőolajkutatást, a geodéziát, az oceanográfiai felméréseket, a geológiai fúrásokat, a robotikát és a vasúti rendszereket. A fejlett inerciális érzékelők megjelenésével az inerciális technológia kiterjesztette hasznosságát többek között az autóiparra és az orvosi elektronikai eszközökre. Ez a bővülő alkalmazási kör hangsúlyozza az inerciális navigáció egyre meghatározóbb szerepét a nagy pontosságú navigációs és helymeghatározási képességek biztosításában számos alkalmazás számára.
Az inerciális vezetés alapvető összetevője:Száloptikai giroszkóp
Bevezetés a száloptikai giroszkópokba
Az inerciális navigációs rendszerek nagymértékben támaszkodnak alapvető összetevőik pontosságára és precizitására. Az egyik ilyen alkatrész, amely jelentősen javította e rendszerek képességeit, a Fiber Optic Giroscope (FOG). A FOG egy kritikus érzékelő, amely kulcsfontosságú szerepet játszik a hordozó szögsebességének figyelemre méltó pontosságú mérésében.
Száloptikai giroszkóp működése
A FOG-ok a Sagnac-effektus elvén működnek, amely magában foglalja a lézersugarat két külön útra osztva, lehetővé téve, hogy ellentétes irányban haladjon egy tekercselt optikai hurok mentén. Amikor a FOG-ba ágyazott hordozó forog, a két nyaláb közötti utazási idő különbsége arányos a hordozó forgásának szögsebességével. Ezt az időkésleltetést, amelyet Sagnac fáziseltolásnak neveznek, pontosan megmérik, lehetővé téve a FOG számára, hogy pontos adatokat közöljön a vivő forgásával kapcsolatban.
A száloptikai giroszkóp elve fénysugarat bocsát ki egy fotodetektorból. Ez a fénysugár egy csatolón halad át, az egyik végéről belépve a másik végéből kilépve. Ezután egy optikai hurkon halad át. Két különböző irányból érkező fénysugár belép a hurokba, és körkörös körözés után koherens szuperpozíciót hajt végre. A visszatérő fény újra belép egy fénykibocsátó diódába (LED), amely az intenzitásának érzékelésére szolgál. Bár a száloptikai giroszkóp elve egyszerűnek tűnik, a legnagyobb kihívás a két fénysugár optikai úthosszát befolyásoló tényezők kiküszöbölésében rejlik. Ez az egyik legkritikusabb probléma a száloptikai giroszkópok fejlesztése során.
1: szuperlumineszcens dióda 2: fotodetektor dióda
3.fényforrás csatoló 4.szálgyűrűs csatoló 5.optikai szál gyűrű
A száloptikai giroszkópok előnyei
A FOG-ok számos előnnyel rendelkeznek, amelyek felbecsülhetetlen értékűek az inerciális navigációs rendszerekben. Kivételes pontosságukról, megbízhatóságukról és tartósságukról híresek. A mechanikus giroszkópokkal ellentétben a FOG-oknak nincs mozgó alkatrésze, ami csökkenti a kopás és elhasználódás kockázatát. Ezenkívül ellenállnak az ütéseknek és a vibrációnak, így ideálisak olyan igényes környezetekhez, mint a repülési és védelmi alkalmazások.
Száloptikai giroszkópok integrálása az inerciális navigációba
Az inerciális navigációs rendszerek nagy pontosságuk és megbízhatóságuk miatt egyre gyakrabban tartalmaznak FOG-okat. Ezek a giroszkópok biztosítják a döntő szögsebesség méréseket, amelyek a tájolás és helyzet pontos meghatározásához szükségesek. A FOG-oknak a meglévő inerciális navigációs rendszerekbe való integrálásával a kezelők a jobb navigációs pontosság előnyeit élvezhetik, különösen olyan helyzetekben, ahol rendkívüli pontosságra van szükség.
Száloptikai giroszkópok alkalmazásai az inerciális navigációban
A FOG-ok bevonása kiterjesztette az inerciális navigációs rendszerek alkalmazási körét a különböző területeken. Az űrhajózásban és a repülésben a FOG-mal felszerelt rendszerek precíz navigációs megoldásokat kínálnak repülőgépek, drónok és űrhajók számára. Széles körben használják a tengeri navigációban, a geológiai felmérésekben és a fejlett robotikában is, lehetővé téve, hogy ezek a rendszerek fokozott teljesítménnyel és megbízhatósággal működjenek.
A száloptikai giroszkópok különböző szerkezeti változatai
A száloptikai giroszkópok különféle szerkezeti konfigurációkban kaphatók, amelyek közül jelenleg a mérnöki tudomány területére a domináns azárt hurkú polarizációt fenntartó száloptikai giroszkóp. Ennek a giroszkópnak a magja apolarizációt fenntartó szálhurok, amely polarizációt fenntartó szálakat és pontosan megtervezett vázat tartalmaz. Ennek a huroknak a felépítése négyszeres szimmetrikus tekercselési eljárást foglal magában, amelyet egyedi tömítőgéllel egészítenek ki, hogy szilárdtestszálas huroktekercset képezzenek.
Főbb jellemzőiPolarizációt fenntartó száloptika Gyro tekercs
▶Egyedi keretkialakítás:A giroszkóp hurkok jellegzetes vázszerkezettel rendelkeznek, amely könnyedén alkalmazkodik a különböző típusú polarizációt fenntartó szálakhoz.
▶Négyszeres szimmetrikus tekercselési technika:A négyszeres szimmetrikus tekercselési technika minimálisra csökkenti a Shupe hatást, pontos és megbízható mérést biztosítva.
▶Speciális tömítőgél anyag:A fejlett tömítőgél anyagok alkalmazása az egyedülálló kötési technikával kombinálva növeli a rezgésekkel szembeni ellenállást, így ezek a giroszkóp hurkok ideálisak az igényes környezetben történő alkalmazásokhoz.
▶ Magas hőmérsékleti koherencia-stabilitás:A giroszkóp hurkok magas hőmérsékleti koherencia-stabilitást mutatnak, biztosítva a pontosságot még változó hőviszonyok között is.
▶Egyszerűsített Lightweight Framework:A giroszkóp hurkokat egyszerű, mégis könnyű vázzal tervezték, ami nagy feldolgozási pontosságot garantál.
▶Konzisztens tekercselési folyamat:A tekercselési folyamat stabil marad, alkalmazkodva a különféle precíziós száloptikai giroszkópok követelményeihez.
Referencia
Groves, PD (2008). Bevezetés az inerciális navigációba.The Journal of Navigation, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H. és Niu, X. (2019). Inerciális szenzortechnológiák navigációs alkalmazásokhoz: a legkorszerűbb.Műholdas navigáció, 1(1), 1-15.
Woodman, HL (2007). Bevezetés az inerciális navigációba.Cambridge-i Egyetem, Számítógépes Laboratórium, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R. és Laumond, JP (1985). Pozícióhivatkozás és következetes világmodellezés mobil robotokhoz.In Proceedings of the 1985 IEEE International Conference on Robotics and Automation(2. kötet, 138-145. o.). IEEE.
Ingyenes konzultációra van szüksége?
NÉHÁNY PROJEKTEM
FEJLESZTŐ MUNKÁK, AMELYEKHEZ MEGJÁRULOK. BÜSZKÉN!
