Mi az inerciális navigáció?
Az inerciális navigáció alapjai
Az inerciális navigáció alapelvei hasonlóak más navigációs módszerek alapelveihez. A kulcsinformációk, többek között a kezdeti pozíció, a kezdeti orientáció, a mozgás iránya és tájolása minden pillanatban történő megszerzésén, valamint ezen adatok fokozatos integrálásán (a matematikai integrációs műveletekhez hasonlóan) alapul, hogy pontosan meghatározzák a navigációs paramétereket, például az orientációt és a pozíciót.
Az érzékelők szerepe az inerciális navigációban
Egy mozgó tárgy aktuális tájolási (helyzetbeli) és pozícióinformációinak megszerzéséhez az inerciális navigációs rendszerek kritikus érzékelők egy készletét használják, amelyek elsősorban gyorsulásmérőkből és giroszkópokból állnak. Ezek az érzékelők a vivő szögsebességét és gyorsulását mérik egy inerciális vonatkoztatási rendszerben. Az adatokat ezután integrálják és idővel feldolgozzák, hogy sebesség- és relatív pozícióinformációkat nyerjenek. Ezt követően ezeket az információkat a kezdeti pozícióadatokkal együtt átalakítják a navigációs koordinátarendszerbe, ami a vivő aktuális helyének meghatározásában csúcsosodik ki.
Inerciális navigációs rendszerek működési alapelvei
Az inerciális navigációs rendszerek önálló, belső, zárt hurkú navigációs rendszerként működnek. Nem támaszkodnak valós idejű külső adatfrissítésekre a hordozó mozgása közbeni hibák kijavításához. Mint ilyen, egyetlen inerciális navigációs rendszer alkalmas rövid időtartamú navigációs feladatokra. Hosszú időtartamú műveletekhez 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 autonóm jellegével tűnik ki. Sem jeleket nem bocsát ki a külső környezetbe, és nem függ az égitestektől vagy külső jelektől. Következésképpen az inerciális navigációs rendszerek a legmagasabb szintű elrejthetőséget kínálják, így ideálisak a legnagyobb titoktartást igénylő alkalmazásokhoz.
Az inerciális navigáció hivatalos definíciója
Az inerciális navigációs rendszer (INS) egy navigációs paraméterek becslő rendszer, amely giroszkópokat és gyorsulásmérőket használ érzékelőként. A rendszer a giroszkópok kimenetén alapulva létrehoz egy navigációs koordinátarendszert, miközben a gyorsulásmérők kimenetét felhasználva kiszámítja a vivő sebességét és helyzetét a navigációs koordinátarendszerben.
Az inerciális navigáció alkalmazásai
Az inerciális technológia széleskörű alkalmazásokat talált a legkülönfélébb területeken, beleértve a repülőgépipart, 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 az autóiparra és az orvosi elektronikai eszközökre, többek között. Az alkalmazások bővülő köre kiemeli az inerciális navigáció egyre fontosabb szerepét a nagy pontosságú navigációs és pozicionálási képességek biztosításában számos alkalmazás számára.
Az inerciális irányítás központi eleme:Száloptikai giroszkóp
Bevezetés a száloptikai giroszkópokba
Az inerciális navigációs rendszerek nagymértékben támaszkodnak alapvető komponenseik pontosságára és precizitására. Az egyik ilyen komponens, amely jelentősen javította ezen rendszerek képességeit, a száloptikás giroszkóp (FOG). A FOG egy kritikus fontosságú érzékelő, amely kulcsszerepet játszik a vivőanyag szögsebességének figyelemre méltó pontosságú mérésében.
Száloptikás giroszkóp működése
A FOG-ok a Sagnac-effektus elvén működnek, ami azt jelenti, hogy a lézersugarat két különálló útvonalra osztják, lehetővé téve, hogy az ellentétes irányokban haladjon egy tekercselt optikai szálon. Amikor a FOG-ba ágyazott vivő forog, a két nyaláb közötti haladási idő különbsége arányos a vivő forgásának szögsebességével. Ezt az időbeli késleltetést, amelyet Sagnac-fáziseltolódásnak neveznek, ezután pontosan mérik, lehetővé téve a FOG számára, hogy pontos adatokat szolgáltasson a vivő forgásáról.
A száloptikás giroszkóp elve egy fénysugár kibocsátását jelenti egy fotodetektorból. Ez a fénysugár egy csatolón halad át, az egyik végén belép, a másikon pedig kilép. Ezután egy optikai hurokon halad át. Két, különböző irányokból érkező fénysugár lép be a hurokba, és miután körbekerül, koherens szuperpozíciót hoz létre. A visszatérő fény visszatér egy fénykibocsátó diódába (LED), amelyet az intenzitásának mérésére használnak. Bár a száloptikás giroszkóp elve egyszerűnek tűnhet, a legnagyobb kihívás a két fénysugár optikai úthosszát befolyásoló tényezők kiküszöbölése. Ez az egyik legkritikusabb probléma a száloptikás giroszkópok fejlesztése során.
1: szuperlumineszcens dióda 2: fotodetektor dióda
3. fényforrás-csatoló 4.szálas gyűrűs csatlakozó 5. optikai szálas gyűrű
A száloptikai giroszkópok előnyei
Az inerciális navigációs rendszerekben felbecsülhetetlen értékűek az FOG-ok. Kivételes pontosságukról, megbízhatóságukról és tartósságukról ismertek. A mechanikus giroszkópokkal ellentétben az FOG-oknak nincsenek mozgó alkatrészeik, ami csökkenti a kopás és elhasználódás kockázatát. Ezenkívül ellenállnak az ütéseknek és a rezgéseknek, így ideálisak olyan igényes környezetekhez, mint a repülőgépipar és a védelmi alkalmazások.
Száloptikás giroszkópok integrációja az inerciális navigációban
Az inerciális navigációs rendszerek egyre inkább tartalmaznak FOG-okat (szálkás, szögletes giroszkópokat) nagy pontosságuk és megbízhatóságuk miatt. Ezek a giroszkópok biztosítják a pontos orientáció és pozíció meghatározásához szükséges kulcsfontosságú szögsebesség-méréseket. A FOG-ok meglévő inerciális navigációs rendszerekbe való integrálásával az üzemeltetők profitálhatnak a navigáció pontosságának javulásából, különösen olyan helyzetekben, ahol rendkívüli pontosságra van szükség.
Száloptikás giroszkópok alkalmazásai inerciális navigációban
Az inerciális navigációs rendszerek (FOG-ok) alkalmazása számos területen kiterjesztette az inerciális navigációs rendszerek alkalmazási körét. A repülőgépiparban és a repülésben az FOG-okkal felszerelt rendszerek precíz navigációs megoldásokat kínálnak repülőgépek, drónok és űrhajók számára. Széles körben használják őket a tengeri navigációban, a geológiai felmérésekben és a fejlett robotikában is, lehetővé téve ezeknek a rendszereknek a fokozott teljesítményt és megbízhatóságot.
Száloptikai giroszkópok különböző szerkezeti változatai
A száloptikás giroszkópok különféle szerkezeti konfigurációkban kaphatók, amelyek közül a jelenleg a mérnöki tudományok világába belépő legelterjedtebb azárt hurkú polarizációt fenntartó optikai giroszkópEnnek a giroszkópnak a lényege apolarizációt megőrző szálhurok, polarizációt megőrző szálakból és egy precízen megtervezett keretből áll. Ennek a huroknak a felépítése négyszeresen szimmetrikus tekercselési módszert foglal magában, amelyet egy egyedi tömítőgél egészít ki, hogy egy szilárdtest szálhurok tekercset képezzen.
Főbb jellemzőiPolarizációt megőrző száloptika Gyro tekercs
▶Egyedi keretrendszer-kialakítás:A giroszkóp hurkok jellegzetes vázkialakítással rendelkeznek, amely könnyedén befogadja a különféle polarizációt megőrző szálakat.
▶Négyszeres szimmetrikus tekercselési technika:A négyszeresen szimmetrikus tekercselési technika minimalizálja a Shupe-effektust, biztosítva a pontos és megbízható méréseket.
▶Fejlett tömítőgél anyag:A fejlett tömítőgél anyagok alkalmazása az egyedi kikeményedési technikával kombinálva fokozza a rezgésállóságot, így ezek a giroszkóp hurkok ideálisak igényes környezetben való alkalmazásokhoz.
▶Magas hőmérsékletű koherencia-stabilitás:A giroszkóp hurkok magas hőmérsékleti koherencia stabilitást mutatnak, biztosítva a pontosságot még változó hőmérsékleti viszonyok között is.
▶Egyszerűsített könnyűszerkezetes keretrendszer:A giroszkóp hurkok egyszerű, mégis könnyű vázzal készültek, garantálva a nagy feldolgozási pontosságot.
▶Konzisztens tekercselési folyamat:A tekercselési folyamat stabil marad, alkalmazkodva a különféle precíziós száloptikás giroszkópok követelményeihez.
Referencia
Groves, PD (2008). Bevezetés az inerciális navigációba.A Navigáció folyóirata, 61(1), 13–28.
El-Sheimy, N., Hou, H. és Niu, X. (2019). Inerciális érzékelő technológiák navigációs alkalmazásokhoz: a legmodernebb megoldások.Műholdas navigáció, 1(1), 1–15.
Woodman, OJ (2007). Bevezetés az inerciális navigációba.Cambridge-i Egyetem, Számítógépes Laboratórium, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R. és Laumond, JP (1985). Pozícióhivatkozás és konzisztens világmodellezés mobil robotokhoz.Az 1985-ös IEEE Nemzetközi Robotikai és Automatizálási Konferencia anyagaiban(2. kötet, 138–145. oldal). IEEE.
Ingyenes konzultációra van szüksége?
NÉHÁNY PROJEKTEM
NAGYSZERŰ MUNKÁK, AMELYEKHEZ KÖZREMŰKÖDTEM. BÜSZKÉN VAGYOK!
