Mikä on inertianavigointi?
Inertianavigoinnin perusteet
Inertianavigoinnin perusperiaatteet ovat samankaltaisia kuin muiden navigointimenetelmien periaatteet.Se perustuu tärkeimpien tietojen hankkimiseen, mukaan lukien alkusijainti, alkuperäinen suunta, liikkeen suunta ja suunta kullakin hetkellä, ja näiden tietojen asteittainen integrointi (analogisesti matemaattisten integrointitoimintojen kanssa) navigointiparametrien, kuten suunnan ja sijainnin, määrittämiseksi tarkasti.
Antureiden rooli inertianavigaatiossa
Liikkuvan kohteen nykyisen asennon (asenteen) ja sijaintitietojen saamiseksi inertianavigointijärjestelmät käyttävät sarjaa kriittisiä antureita, jotka koostuvat pääasiassa kiihtyvyysmittareista ja gyroskoopeista.Nämä anturit mittaavat kantoaallon kulmanopeutta ja kiihtyvyyttä inertiaalisessa vertailukehyksessä.Tiedot integroidaan ja käsitellään ajan mittaan nopeus- ja suhteellisten sijaintitietojen saamiseksi.Myöhemmin tämä tieto muunnetaan navigointikoordinaattijärjestelmään yhdessä alkusijaintitietojen kanssa, mikä huipentuu kantoaallon nykyisen sijainnin määrittämiseen.
Inertianavigointijärjestelmien toimintaperiaatteet
Inertiaaliset navigointijärjestelmät toimivat itsenäisinä, sisäisinä suljetun silmukan navigointijärjestelminä.Ne eivät luota reaaliaikaisiin ulkoisiin tietopäivityksiin korjatakseen virheitä kantajan liikkeen aikana.Sellaisenaan yksi inertianavigointijärjestelmä soveltuu lyhytkestoisiin navigointitehtäviin.Pitkäkestoisissa toimissa se on yhdistettävä muihin navigointimenetelmiin, kuten satelliittipohjaisiin navigointijärjestelmiin, kertyneiden sisäisten virheiden korjaamiseksi säännöllisesti.
Inertianavigoinnin piilottavuus
Nykyaikaisissa navigointitekniikoissa, mukaan lukien taivaallinen navigointi, satelliittinavigointi ja radionavigointi, inertianavigointi erottuu itsenäisenä.Se ei lähetä signaaleja ulkoiseen ympäristöön eikä ole riippuvainen taivaankappaleista tai ulkoisista signaaleista.Tästä syystä inertianavigointijärjestelmät tarjoavat korkeimman tason piilottavuuden, mikä tekee niistä ihanteellisia sovelluksiin, jotka vaativat äärimmäistä luottamuksellisuutta.
Inertianavigoinnin virallinen määritelmä
Inertial Navigation System (INS) on navigointiparametrien arviointijärjestelmä, joka käyttää antureina gyroskooppeja ja kiihtyvyysmittareita.Gyroskooppien ulostuloon perustuva järjestelmä muodostaa navigointikoordinaattijärjestelmän samalla, kun se käyttää kiihtyvyysmittareiden tulosta laskeakseen kantoaallon nopeuden ja sijainnin navigointikoordinaattijärjestelmässä.
Inertianavigoinnin sovellukset
Inertiateknologia on löytänyt laaja-alaisia sovelluksia monilla aloilla, mukaan lukien ilmailu, ilmailu, merenkulku, öljyn etsintä, geodesia, valtameritutkimukset, geologinen poraus, robotiikka ja rautatiejärjestelmät.Kehittyneiden inertia-anturien myötä inertiateknologia on laajentanut käyttökelpoisuuttaan muun muassa autoteollisuudessa ja lääketieteellisissä elektroniikkalaitteissa.Tämä laajeneva sovellusalue korostaa inertianavigoinnin yhä tärkeämpää roolia korkean tarkkuuden navigointi- ja paikannusominaisuuksien tarjoamisessa monille sovelluksille.
Inertiaohjauksen ydinkomponentti:Kuituoptinen gyroskooppi
Johdatus kuituoptisiin gyroskooppeihin
Inertiaaliset navigointijärjestelmät ovat vahvasti riippuvaisia ydinkomponenttien tarkkuudesta ja tarkkuudesta.Yksi tällainen komponentti, joka on merkittävästi parantanut näiden järjestelmien ominaisuuksia, on kuituoptinen gyroskooppi (FOG).FOG on kriittinen anturi, jolla on keskeinen rooli kantajan kulmanopeuden mittaamisessa huomattavalla tarkkuudella.
Kuituoptisen gyroskoopin toiminta
FOG:t toimivat Sagnac-ilmiön periaatteella, joka sisältää lasersäteen jakamisen kahteen erilliseen polkuun, jolloin se voi kulkea vastakkaisiin suuntiin käämittyä valokuitusilmukkaa pitkin.Kun FOG:lla upotettu kannatin pyörii, kahden säteen välinen kulkuaikaero on verrannollinen kantolaitteen pyörimiskulmanopeuteen.Tämä aikaviive, joka tunnetaan nimellä Sagnac-vaihesiirto, mitataan sitten tarkasti, jolloin FOG voi tarjota tarkat tiedot kantoaallon pyörimisestä.
Kuituoptisen gyroskoopin periaate sisältää valonsäteen lähettämisen fotodetektorista.Tämä valonsäde kulkee kytkimen läpi, tulee sisään toisesta päästä ja poistuu toisesta.Sitten se kulkee optisen silmukan läpi.Kaksi eri suunnista tulevaa valonsädettä astuu silmukkaan ja muodostaa koherentin superposition kiertämisen jälkeen.Palautuva valo palaa valoa emittoivaan diodiin (LED), jota käytetään sen voimakkuuden havaitsemiseen.Vaikka kuituoptisen gyroskoopin periaate saattaa tuntua yksinkertaiselta, merkittävin haaste on eliminoida tekijät, jotka vaikuttavat kahden valonsäteen optisen polun pituuteen.Tämä on yksi kriittisimmistä ongelmista kuituoptisten gyroskooppien kehittämisessä.
1: superluminesoiva diodi 2: valontunnistindiodi
3.valonlähdeliitin 4.kuiturengasliitin 5. optinen kuitu rengas
Kuituoptisten gyroskooppien edut
FOG:t tarjoavat useita etuja, jotka tekevät niistä korvaamattomia inertianavigointijärjestelmissä.Ne ovat tunnettuja poikkeuksellisesta tarkkuudestaan, luotettavuudestaan ja kestävyydestään.Toisin kuin mekaanisissa gyroskoopeissa, FOG:issa ei ole liikkuvia osia, mikä vähentää kulumisriskiä.Lisäksi ne kestävät iskuja ja tärinää, mikä tekee niistä ihanteellisia vaativiin ympäristöihin, kuten ilmailu- ja puolustussovelluksiin.
Kuituoptisten gyroskooppien integrointi inertialavigointiin
Inertiaaliset navigointijärjestelmät sisältävät yhä enemmän FOG:ita niiden suuren tarkkuuden ja luotettavuuden vuoksi.Nämä gyroskoopit tarjoavat tärkeitä kulmanopeusmittauksia, joita tarvitaan suunnan ja sijainnin tarkkaan määrittämiseen.Integroimalla FOG:t olemassa oleviin inertianavigointijärjestelmiin käyttäjät voivat hyötyä paremmasta navigoinnin tarkkuudesta erityisesti tilanteissa, joissa tarvitaan äärimmäistä tarkkuutta.
Kuituoptisten gyroskooppien sovellukset inertianavigaatiossa
FOG:ien sisällyttäminen on laajentanut inertianavigointijärjestelmien sovelluksia eri aloilla.Ilmailu- ja ilmailualalla FOG:lla varustetut järjestelmät tarjoavat tarkkoja navigointiratkaisuja lentokoneille, droneille ja avaruusaluksille.Niitä käytetään myös laajalti merenkulun navigoinnissa, geologisissa tutkimuksissa ja edistyneessä robotiikassa, mikä mahdollistaa näiden järjestelmien toiminnan tehostetulla ja luotettavammalla.
Kuituoptisten gyroskooppien erilaiset rakennevaihtoehdot
Kuituoptisia gyroskooppeja on erilaisia rakenteellisia kokoonpanoja, joista vallitseva tällä hetkellä tekniikan alalle on tulossasuljetun silmukan polarisaatiota ylläpitävä valokuitugyroskooppi.Tämän gyroskoopin ytimessä onpolarisaatiota ylläpitävä kuitusilmukka, joka koostuu polarisaatiota ylläpitävistä kuiduista ja tarkasti suunnitellusta rungosta.Tämän silmukan rakentamiseen liittyy nelinkertainen symmetrinen käämitysmenetelmä, jota täydentää ainutlaatuinen tiivistysgeeli solid-state kuitusilmukkakelan muodostamiseksi.
Tärkeimmät ominaisuudetPolarisaatiota ylläpitävä kuituoptiikka Gyro kela
▶ Ainutlaatuinen kehyssuunnittelu:Gyroskoopin silmukoissa on erottuva runkorakenne, johon mahtuu helposti erilaisia polarisaatiota ylläpitäviä kuituja.
▶Nelinkertainen symmetrinen käämitystekniikka:Nelinkertainen symmetrinen käämitystekniikka minimoi Shupe-ilmiön varmistaen tarkat ja luotettavat mittaukset.
▶Kehittynyt tiivistysgeelimateriaali:Kehittyneiden tiivistysgeelimateriaalien käyttö yhdistettynä ainutlaatuiseen kovetustekniikkaan parantaa tärinänkestävyyttä, mikä tekee näistä gyroskooppisilmukaista ihanteellisia sovelluksiin vaativissa ympäristöissä.
▶Korkean lämpötilan koherenssin vakaus:Gyroskoopin silmukat osoittavat korkean lämpötilan koherenssin vakautta, mikä varmistaa tarkkuuden myös vaihtelevissa lämpöolosuhteissa.
▶ Yksinkertaistettu kevyt kehys:Gyroskoopin silmukat on suunniteltu suoraviivaisella mutta kevyellä rungolla, mikä takaa korkean käsittelytarkkuuden.
▶ Yhdenmukainen kelausprosessi:Käämitysprosessi pysyy vakaana ja mukautuu erilaisten tarkkuuskuituoptisten gyroskooppien vaatimuksiin.
Viite
Groves, PD (2008).Johdatus inertialavigointiin.The Journal of Navigation, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019).Inertia-anturiteknologiat navigointisovelluksiin: uusinta tekniikkaa.Satelliittinavigointi, 1(1), 1-15.
Woodman, EUVL (2007).Johdatus inertialavigointiin.Cambridgen yliopisto, tietokonelaboratorio, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R., & Laumond, JP (1985).Paikkaviittaus ja johdonmukainen maailmanmallinnus mobiiliroboteille.Proceedings of the 1985 IEEE International Conference on Robotics and Automation(Vide 2, s. 138-145).IEEE.
Tarvitsetko ilmaisen konsultaation?
JOITAKIN PROJEKTEISTANI
MAHTAVAA TYÖTÄ, JOIHIN OLEN OSALLISTUNUT.YLPEÄSTI!
