Mikä on inertianavigointi?
Inertianavigoinnin perusteet
Inertianavigoinnin perusperiaatteet ovat samankaltaisia kuin muiden navigointimenetelmien. Se perustuu keskeisten tietojen, kuten lähtöasennon, lähtöasennon, liikkeen suunnan ja asennon kullakin hetkellä, hankkimiseen ja näiden tietojen asteittaiseen integrointiin (analogisesti matemaattisten integrointioperaatioiden kanssa) navigointiparametrien, kuten suunnan ja sijainnin, tarkaksi määrittämiseksi.
Antureiden rooli inertianavigoinnissa
Liikkuvan kohteen nykyisen suunnan (asennon) ja sijainnin määrittämiseksi inertianavigointijärjestelmät käyttävät joukkoa kriittisiä antureita, jotka koostuvat pääasiassa kiihtyvyysantureista ja gyroskoopeista. Nämä anturit mittaavat kantoaallon kulmanopeutta ja kiihtyvyyttä inertiakoordinaatistossa. Tiedot integroidaan ja käsitellään ajan kuluessa nopeus- ja suhteellisen sijainnin määrittämiseksi. Tämän jälkeen nämä tiedot muunnetaan navigointikoordinaatistoon yhdessä alkuperäisten sijaintitietojen kanssa, mikä huipentuu kantoaallon nykyisen sijainnin määrittämiseen.
Inertianavigointijärjestelmien toimintaperiaatteet
Inertianavigointijärjestelmät toimivat itsenäisinä, sisäisinä suljetun silmukan navigointijärjestelminä. Ne eivät ole riippuvaisia reaaliaikaisista ulkoisista datapäivityksistä korjatakseen virheitä kantoaluksen liikkeen aikana. Sellaisenaan yksi inertianavigointijärjestelmä soveltuu lyhytaikaisiin navigointitehtäviin. Pitkäkestoisissa toiminnoissa se on yhdistettävä muihin navigointimenetelmiin, kuten satelliittipohjaisiin navigointijärjestelmiin, kertyneiden sisäisten virheiden korjaamiseksi säännöllisesti.
Inertianavigoinnin kätkettävissäolo
Nykyaikaisissa navigointiteknologioissa, kuten taivaannavigointi, satelliittinavigointi ja radionavigointi, inertianavigointi erottuu autonomisena järjestelmänä. Se ei lähetä signaaleja ulkoiseen ympäristöön eikä ole riippuvainen taivaankappaleista tai ulkoisista signaaleista. Näin ollen inertianavigointijärjestelmät tarjoavat korkeimman mahdollisen kätkettävyyden, mikä tekee niistä ihanteellisia sovelluksiin, jotka vaativat äärimmäistä luottamuksellisuutta.
Inertianavigoinnin virallinen määritelmä
Inertianavigointijärjestelmä (INS) on navigointiparametrien arviointijärjestelmä, joka käyttää gyroskooppeja ja kiihtyvyysantureita antureina. Järjestelmä muodostaa gyroskooppien lähtötietojen perusteella navigointikoordinaatistossa olevan järjestelmän, joka laskee kantoaallon nopeuden ja sijainnin navigointikoordinaatistossa.
Inertianavigoinnin sovellukset
Inertiateknologialla on laajat sovellukset eri aloilla, kuten ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, ilmailussa, merenkulussa, öljynetsinnässä, geodesiassa, merentutkimustutkimuksissa, geologisessa porauksessa, robotiikassa ja rautatiejärjestelmissä. Edistyneiden inertia-antureiden myötä inertiateknologian käyttö on laajentunut autoteollisuuteen ja lääketieteellisiin elektronisiin laitteisiin muiden alojen ohella. Tämä laajeneva sovellusalue korostaa inertianavigoinnin yhä keskeisempää roolia erittäin tarkkojen navigointi- ja paikannusominaisuuksien tarjoamisessa monille eri sovelluksille.
Inertiaohjauksen ydinosa:Kuituoptinen gyroskooppi
Johdatus kuituoptisiin gyroskooppeihin
Inertianavigointijärjestelmät ovat erittäin riippuvaisia ydinkomponenttiensa tarkkuudesta ja täsmällisyydestä. Yksi tällainen komponentti, joka on merkittävästi parantanut näiden järjestelmien ominaisuuksia, on kuituoptinen gyroskooppi (FOG). FOG on kriittinen anturi, jolla on keskeinen rooli kantoaallon kulmanopeuden mittaamisessa huomattavalla tarkkuudella.
Kuituoptisen gyroskoopin toiminta
FOG-elementit toimivat Sagnac-ilmiön periaatteella, jossa lasersäde jaetaan kahteen erilliseen reittiin, jolloin se voi kulkea vastakkaisiin suuntiin kierrettyä valokuitusilmukkaa pitkin. Kun FOG-elementtiin upotettu kantoaalto pyörii, säteiden välinen kulkuaikaero on verrannollinen kantoaallon pyörimiskulmaan. Tämä viive, joka tunnetaan Sagnac-vaihesiirtona, mitataan sitten tarkasti, minkä ansiosta FOG pystyy tarjoamaan tarkkaa tietoa kantoaallon pyörimisestä.
Kuituoptisen gyroskoopin periaatteessa valonsäde lähetetään fotodetektorista. Tämä valonsäde kulkee kytkimen läpi, saapuu sisään toisesta päästä ja poistuu toisesta. Sitten se kulkee optisen silmukan läpi. Kaksi eri suunnista tulevaa valonsädettä saapuu silmukkaan ja kiertäessään sitä muodostavat koherentin superposition. Palaava valo palaa valodiodiin (LED), jota käytetään sen intensiteetin mittaamiseen. Vaikka kuituoptisen gyroskoopin periaate saattaa vaikuttaa yksinkertaiselta, merkittävin haaste on poistaa tekijät, jotka vaikuttavat kahden valonsäteen optiseen reittiin. Tämä on yksi kriittisimmistä ongelmista kuituoptisten gyroskooppien kehittämisessä.
1: superluminesoiva diodi 2: valoilmaisindiodi
3. valonlähteen kytkin 4.kuiturengasliitin 5. optinen kuiturengas
Kuituoptisten gyroskooppien edut
FOG-gyroskoopit tarjoavat useita etuja, jotka tekevät niistä korvaamattomia inertianavigointijärjestelmissä. Ne ovat tunnettuja poikkeuksellisesta tarkkuudestaan, luotettavuudestaan ja kestävyydestään. Toisin kuin mekaanisissa gyroskoopeissa, FOG-gyroskoopeissa ei ole liikkuvia osia, mikä vähentää kulumisriskiä. Lisäksi ne kestävät iskuja ja tärinää, joten ne sopivat erinomaisesti vaativiin ympäristöihin, kuten ilmailu- ja puolustussovelluksiin.
Kuituoptisten gyroskooppien integrointi inertianavigointiin
Inertianavigointijärjestelmissä käytetään yhä enemmän kulmanopeusgyroskooppeja (FOG) niiden suuren tarkkuuden ja luotettavuuden vuoksi. Nämä gyroskoopit tarjoavat ratkaisevan tärkeät kulmanopeusmittaukset, joita tarvitaan tarkkaan suunnan ja sijainnin määrittämiseen. Integroimalla FOGit olemassa oleviin inertianavigointijärjestelmiin operaattorit voivat hyötyä parantuneesta navigointitarkkuudesta, erityisesti tilanteissa, joissa tarvitaan äärimmäistä tarkkuutta.
Kuituoptisten gyroskooppien sovellukset inertianavigoinnissa
Inertianavigointijärjestelmien (FOG) käyttöönotto on laajentanut inertianavigointijärjestelmien sovelluksia useille eri aloille. Ilmailu- ja avaruusalalla FOG-varustetut järjestelmät tarjoavat tarkkoja navigointiratkaisuja lentokoneille, droneille ja avaruusaluksille. Niitä käytetään myös laajasti merinavigoinnissa, geologisissa tutkimuksissa ja edistyneessä robotiikassa, mikä mahdollistaa näiden järjestelmien toiminnan parannetulla suorituskyvyllä ja luotettavuudella.
Kuituoptisten gyroskooppien erilaiset rakenteelliset variantit
Kuituoptisia gyroskooppeja on saatavilla erilaisina rakenteellisina kokoonpanoina, joista vallitseva on tällä hetkellä tekniikan alan kärjessä.suljetun silmukan polarisaatiota ylläpitävä kuituoptinen gyroskooppiTämän gyroskoopin ytimessä onpolarisaatiota ylläpitävä kuitusilmukka, joka koostuu polarisaatiota ylläpitävistä kuiduista ja tarkasti suunnitellusta rungosta. Tämän silmukan rakentamiseen kuuluu nelinkertaisesti symmetrinen käämitysmenetelmä, jota täydentää ainutlaatuinen tiivistysgeeli kiinteän kuitusilmukan muodostamiseksi.
Tärkeimmät ominaisuudetPolarisaatiota ylläpitävä kuituoptiikka Gyro-kela
▶Ainutlaatuinen kehyssuunnittelu:Gyroskooppisilmukoissa on erottuva kehysrakenne, joka sopii helposti erityyppisille polarisaatiota ylläpitäville kuiduille.
▶Neljä kertaa symmetrinen käämitystekniikka:Nelinkertainen symmetrinen käämitystekniikka minimoi Shupe-ilmiön, mikä varmistaa tarkat ja luotettavat mittaukset.
▶Edistyksellinen tiivistysgeelimateriaali:Edistyksellisten tiivistysgeelimateriaalien käyttö yhdistettynä ainutlaatuiseen kovettumistekniikkaan parantaa tärinänkestävyyttä, mikä tekee näistä gyroskooppisilmukoista ihanteellisia vaativiin ympäristöihin.
▶Korkean lämpötilan koherenssistabiilius:Gyroskooppisilmukat ovat erittäin lämpötilakoherenssinkestäviä, mikä varmistaa tarkkuuden myös vaihtelevissa lämpötiloissa.
▶Yksinkertaistettu kevytkehys:Gyroskooppisilmukat on suunniteltu yksinkertaisella mutta kevyellä rakenteella, mikä takaa korkean prosessointitarkkuuden.
▶Johdonmukainen kelausprosessi:Käämitysprosessi pysyy vakaana ja mukautuu erilaisten tarkkuuskuituoptisten gyroskooppien vaatimuksiin.
Viite
Groves, PD (2008). Johdatus inertianavigointiin.Navigointilehti, 61(1), 13–28.
El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019). Inertia-anturiteknologiat navigointisovelluksissa: nykytekniikka.Satelliittinavigointi, 1(1), 1–15.
Woodman, OJ (2007). Johdatus inertianavigointiin.Cambridgen yliopisto, tietokonelaboratorio, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R., & Laumond, JP (1985). Paikkatietojen analysointi ja johdonmukainen maailman mallintaminen mobiiliroboteille.Vuoden 1985 IEEE:n kansainvälisen robotiikka- ja automaatiokonferenssin julkaisuissa(Vuosikerta 2, sivut 138–145). IEEE.
Tarvitsetko ilmaisen konsultaation?
JOITAKIN PROJEKTTEJANI
MAHTAVIA TEOKSIA, JOIHIN OLEN OSALLISTUNUT. YLPEÄNÄ!
