Mikä on inertiaalinen navigointi?
Inertianavigoinnin perusteet
Inertiaalisen navigoinnin perusperiaatteet ovat samanlaisia kuin muiden navigointimenetelmien periaatteet. Se perustuu avaintietojen hankkimiseen, mukaan lukien alkuperäinen sijainti, alkuperäinen suuntaus, liikkeen suunnan ja suuntauksen suunta ja integroida nämä tiedot asteittain (analoginen matemaattisten integraatiooperaatioiden kanssa) määrittämään tarkasti navigointiparametrit, kuten suunta ja sijainti.
Anturien rooli inertiaalisessa navigointissa
Liikkuvan esineen nykyisen suuntauksen (asenteen) ja sijaintitiedon saamiseksi inertiaaliset navigointijärjestelmät käyttävät joukko kriittisiä antureita, jotka koostuvat pääasiassa kiihtyvyysmittareista ja gyroskoopeista. Nämä anturit mittaavat kantoaalton kulmanopeuden ja kiihtyvyyden inertiaalisessa referenssikehyksessä. Tiedot integroidaan ja käsitellään sitten ajan myötä nopeuden ja suhteellisen sijaintitiedon saamiseksi. Myöhemmin nämä tiedot muutetaan navigointikoordinaattijärjestelmään yhdessä alkuperäisen sijaintitiedon kanssa, joka huipentuu kantoaallon nykyisen sijainnin määrittämiseen.
Inertianavigointijärjestelmien toimintaperiaatteet
Inertiaaliset navigointijärjestelmät toimivat itsenäisinä, sisäisinä suljettuina navigointijärjestelminä. He eivät luota reaaliaikaisten ulkoisten tietojen päivityksiin virheiden korjaamiseksi operaattorin liikkeen aikana. Sellaisenaan yksi inertiaalinen navigointijärjestelmä sopii lyhytaikaiseen navigointitehtäviin. Pitkän keston operaatioissa se on yhdistettävä muihin navigointimenetelmiin, kuten satelliittipohjaisiin navigointijärjestelmiin, kertyneiden sisäisten virheiden korjaamiseksi säännöllisesti.
Inertianavigoinnin piilottavuus
Nykyaikaisissa navigointikiöissä, mukaan lukien taivaallinen navigointi, satelliittinavigointi ja radionavigointi, inertiaalinen navigointi erottuvat itsenäisistä. Se ei säteile signaaleja ulkoiseen ympäristöön eikä riippuu taivaallisista esineistä tai ulkoisista signaaleista. Tämän seurauksena inertiaaliset navigointijärjestelmät tarjoavat korkeimman piilotettavuuden, mikä tekee niistä ihanteellisia sovelluksiin, jotka vaativat erittäin luottamuksellisuutta.
Inertianavigaation virallinen määritelmä
Inertiaalinen navigointijärjestelmä (INS) on navigointiparametrien estimointijärjestelmä, joka käyttää antureina gyroskooppeja ja kiihtyvyysmittareita. Gyroskooppien tulosteen perustuva järjestelmä muodostaa navigointikoordinaattijärjestelmän hyödyntäen samalla kiihtyvyysmittarien lähtöä laskemaan operaattorin nopeus ja sijainti navigointikoordinaattijärjestelmässä.
Inertianavigoinnin sovellukset
Inertiaalitekniikka on löytänyt laaja-alaisia sovelluksia eri alueilla, mukaan lukien ilmailu-, ilmailu-, meri-, öljytutkimus-, geodeesia-, merografiset tutkimukset, geologinen poraus, robotiikka ja rautatiejärjestelmät. Edistyneiden inertiaalianturien myötä inertiaalitekniikka on laajentanut hyödyllisyyttään autoteollisuuteen ja lääketieteellisiin elektronisiin laitteisiin muun muassa. Tämä sovellusten laajeneva laajuus korostaa inertiaalisen navigoinnin yhä tärkeämpää roolia tarjoamalla tarkkaa navigointia ja paikannusominaisuuksia monille sovelluksille.
Inertiaalisten ohjauksen ydinkomponentti:Kuituoptinen gyroskooppi
Johdanto kuituoptisiin gyroskooppeihin
Inertiaaliset navigointijärjestelmät luottavat voimakkaasti niiden ydinkomponenttien tarkkuuteen ja tarkkuuteen. Yksi tällainen komponentti, joka on parantunut merkittävästi näiden järjestelmien ominaisuuksia, on kuituoptinen gyroskooppi (sumu). Sumu on kriittinen anturi, jolla on keskeinen rooli kantajan kulmanopeuden mittaamisessa huomattavalla tarkkuudella.
Kuituoptinen gyroskooppin toiminta
Sumut toimivat Sagnac -vaikutuksen periaatteessa, johon sisältyy lasersäteen jakaminen kahteen erilliseen polkuun, jolloin se voi kulkea vastakkaisiin suuntiin kelatun kuituoptisen silmukan varrella. Kun sumuun upotettu kantoaalto pyörii, kahden säteen välisen matka -ajan ero on verrannollinen kantoaaltokierron kulmanopeuteen. Tämä aikaviive, joka tunnetaan nimellä Sagnac -vaihesiirto, mitataan sitten tarkasti, mikä mahdollistaa sumun tarjoamaan tarkkoja tietoja kantoaallon pyörimisestä.
Kuituoptisen gyroskoopin periaatteeseen sisältyy valonsäteen säteily valodetektorista. Tämä valonsäde kulkee kytkimen läpi, joka tulee toisesta päästä ja poistuu toisesta. Sitten se kulkee optisen silmukan läpi. Kaksi valonsädettä, jotka tulevat eri suunnista, tulevat silmukkaan ja suorita johdonmukainen superpositio kiertämisen jälkeen. Paluuvalo palaa valoa säteilevälle diodille (LED), jota käytetään sen voimakkuuden havaitsemiseen. Vaikka kuituoptisen gyroskoopin periaate voi tuntua suoraviivaiselta, merkittävin haaste on kahden valonsäteen optisen polun pituuteen vaikuttavien tekijöiden eliminointi. Tämä on yksi kriittisimmistä kysymyksistä, jotka kohtaavat kuituoptisten gyroskooppien kehittämisessä.
1 ： Superluminesencent diodi 2 ： Photodeteektoridiodi
3.Light -lähteen kytkentä 4.kuidunrengaskappuri 5.optinen kuiturengas
Kuituoptisten gyroskooppien edut
Sumut tarjoavat useita etuja, jotka tekevät niistä korvaamattomia inertiaalisissa navigointijärjestelmissä. He ovat tunnettuja poikkeuksellisen tarkkuuden, luotettavuuden ja kestävyyden vuoksi. Toisin kuin mekaaniset gyrot, sumuissa ei ole liikkuvia osia, mikä vähentää kulumisen riskiä. Lisäksi ne ovat vastustuskykyisiä iskuille ja tärinälle, mikä tekee niistä ihanteellisia vaativiin ympäristöihin, kuten ilmailu- ja puolustussovelluksiin.
Kuituoptisten gyroskooppien inertointi inertiaaliseen navigointiin
Inertiaaliset navigointijärjestelmät sisältävät yhä enemmän sumua niiden suuren tarkkuuden ja luotettavuuden vuoksi. Nämä gyroskoopit tarjoavat tärkeät kulmanopeuden mittaukset, joita tarvitaan suunnan ja aseman tarkkaan määrittämiseen. Integroimalla sumut olemassa oleviin inertiaalisten navigointijärjestelmiin, operaattorit voivat hyötyä parannetusta navigointitarkkuudesta, etenkin tilanteissa, joissa on tarpeen äärimmäisen tarkkuuden.
Kuituoptisten gyroskooppien sovellukset inertianavigoinnissa
Sumujen sisällyttäminen on laajentanut inertiaalisten navigointijärjestelmien sovelluksia eri verkkotunnuksilla. Ilmailu- ja ilmailu- ja ilmailussa sumua varustetut järjestelmät tarjoavat tarkkoja navigointiratkaisuja lentokoneisiin, drooneihin ja avaruusaluksiin. Niitä käytetään myös laajasti merinäköalalla, geologisissa tutkimuksissa ja edistyneessä robotiikassa, mikä mahdollistaa näiden järjestelmien toiminnan parannetun suorituskyvyn ja luotettavuuden avulla.
Kuituoptisten gyroskooppien erilaiset rakenteelliset variantit
Kuituoptiset gyroskoopit ovat erilaisissa rakenteellisissa kokoonpanoissa, ja hallitseva nykyinen tekniikan valtakunnat ovatsuljetun silmukan polarisaation ylläpitävä kuituoptinen gyroskooppi. Tämän gyroskoopin ytimessä onPolarisaation ylläpitävä kuidun silmukkakäsittää polarisaation ylläpitäviä kuituja ja tarkasti suunniteltuja kehyksiä. Tämän silmukan rakentamiseen sisältyy nelinkertainen symmetrinen käämitysmenetelmä, jota täydennetään ainutlaatuisella tiivistysgeelillä kiinteän tilan kuidun silmukkakelan muodostamiseksi.
Keskeiset piirteetPolarisaation ylläpitävä kuituoptinen Gyro -kela
▶ Ainutlaatuinen kehyssuunnittelu:Gyroskooppisilmukoilla on erottuva kehyssuunnittelu, joka mahtuu helposti erityyppisiin polarisaatiota ylläpitäviin kuiduihin.
▶ Nelinkertainen symmetrinen käämitystekniikka:Nelinkertainen symmetrinen käämitystekniikka minimoi shupe -vaikutuksen varmistaen tarkkoja ja luotettavia mittauksia.
▶ Advanced Sealing Gel -materiaali:Edistyneiden tiivistysgeelimateriaalien käyttö yhdistettynä ainutlaatuiseen kovetustekniikkaan parantaa tärinänkestävyyttä, mikä tekee näistä gyroskooppisilmukoista ihanteellisia sovelluksia vaativissa ympäristöissä.
▶ Korkean lämpötilan koherenssin vakaus:Gyroskooppisilmukoilla on korkea lämpötilan koherenssin stabiilisuus, mikä varmistaa tarkkuuden jopa vaihtelevissa lämpöolosuhteissa.
▶ Yksinkertaistettu kevyt kehys:Gyroskooppisilmukot on suunniteltu suoraviivaisella, mutta kevyellä kehyksellä, mikä takaa korkean prosessointitarkkuuden.
▶ Johdonmukainen käämitysprosessi:Käämitysprosessi pysyy vakaana, mukautuen erilaisten tarkkuuskuitu -gyroskooppien vaatimuksiin.
Viite
Groves, PD (2008). Johdatus inertiaaliseen navigointiin.The Journal of Navigation, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019). Inertiaalianturiteknologiat navigointisovelluksiin: huipputeknologia.Satelliittinavigointi, 1(1), 1-15.
Woodman, OJ (2007). Johdatus inertiaaliseen navigointiin.Cambridgen yliopisto, tietokonelaboratorio, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R., ja Laumond, JP (1985). Aseman viittaus ja johdonmukainen maailmanmallinnus mobiiliroboteille.IEEE: n kansainvälisen robotiikan ja automaation kansainvälisen konferenssin 1985 julkaisussa(Osa 2, s. 138-145). IEEE.
Tarvitsetko ilmaisen konsulaation?
Jotkut projekteistani
Mahtavia teoksia, joihin olen osallistunut. Ylpeästi!
