Наука та дослідження

Рішення для компонентів FOG

Що таке інерціальна навігація?

Основи інерціальної навігації

Фундаментальні принципи інерціальної навігації схожі на принципи інших методів навігації. Вона базується на отриманні ключової інформації, включаючи початкове положення, початкову орієнтацію, напрямок та орієнтацію руху в кожен момент часу, та поступовому інтегруванні цих даних (аналогічно математичним операціям інтегрування) для точного визначення параметрів навігації, таких як орієнтація та положення.

Роль датчиків в інерціальній навігації

Для отримання інформації про поточну орієнтацію (положення) та положення рухомого об'єкта, інерціальні навігаційні системи використовують набір критично важливих датчиків, що складаються переважно з акселерометрів та гіроскопів. Ці датчики вимірюють кутову швидкість та прискорення носія в інерціальній системі відліку. Потім дані інтегруються та обробляються з часом для отримання інформації про швидкість та відносне положення. Згодом ця інформація перетворюється в навігаційну систему координат разом з початковими даними про положення, що призводить до визначення поточного місцезнаходження носія.

Принципи роботи інерціальних навігаційних систем

Інерціальні навігаційні системи працюють як автономні внутрішні навігаційні системи із замкнутим циклом. Вони не покладаються на оновлення зовнішніх даних у режимі реального часу для виправлення помилок під час руху носія. Таким чином, одна інерціальна навігаційна система підходить для короткочасних навігаційних завдань. Для тривалих операцій її необхідно поєднувати з іншими методами навігації, такими як супутникові навігаційні системи, для періодичного виправлення накопичених внутрішніх помилок.

Прихованість інерціальної навігації

У сучасних навігаційних технологіях, включаючи небесне спостереження, супутникову навігацію та радіонавігацію, інерціальна навігація виділяється як автономна. Вона не випромінює сигнали в зовнішнє середовище і не залежить від небесних об'єктів чи зовнішніх сигналів. Отже, інерціальні навігаційні системи пропонують найвищий рівень прихованості, що робить їх ідеальними для застосувань, що вимагають максимальної конфіденційності.

Офіційне визначення інерціальної навігації

Інерціальна навігаційна система (ІНС) – це система оцінки навігаційних параметрів, яка використовує гіроскопи та акселерометри як датчики. Система, що базується на виході гіроскопів, встановлює навігаційну систему координат, використовуючи вихід акселерометрів для обчислення швидкості та положення носія в навігаційній системі координат.

Застосування інерціальної навігації

Інерціальна технологія знайшла широке застосування в різних галузях, включаючи аерокосмічну, авіаційну, морську, нафтогазову, геодезію, океанографічні дослідження, геологічне буріння, робототехніку та залізничні системи. З появою передових інерціальних датчиків, інерціальна технологія поширила своє застосування на автомобільну промисловість та медичні електронні пристрої, серед інших галузей. Це розширення сфери застосування підкреслює дедалі більш важливу роль інерціальної навігації в забезпеченні високоточних можливостей навігації та позиціонування для безлічі застосувань.

Основний компонент інерціального наведення:Волоконно-оптичний гіроскоп

Вступ до волоконно-оптичних гіроскопів

Інерціальні навігаційні системи значною мірою залежать від точності та прецизійності своїх основних компонентів. Одним із таких компонентів, який значно розширив можливості цих систем, є волоконно-оптичний гіроскоп (ВОГ). ВОГ – це критично важливий датчик, який відіграє ключову роль у вимірюванні кутової швидкості носія з надзвичайною точністю.

Робота волоконно-оптичного гіроскопа

ВОЛ працюють за принципом ефекту Саньяка, який полягає в розділенні лазерного променя на два окремі шляхи, що дозволяє йому рухатися в протилежних напрямках вздовж спіральної волоконно-оптичної петлі. Коли носій, вбудований у ВОЛ, обертається, різниця в часі проходження між двома променями пропорційна кутовій швидкості обертання носія. Ця затримка часу, відома як фазовий зсув Саньяка, потім точно вимірюється, що дозволяє ВОЛ надавати точні дані щодо обертання носія.

Принцип роботи волоконно-оптичного гіроскопа полягає у випромінюванні променя світла фотодетектором. Цей промінь світла проходить через розгалужувач, входячи з одного кінця та виходячи з іншого. Потім він проходить через оптичну петлю. Два промені світла, що йдуть з різних напрямків, входять у петлю та після обертання утворюють когерентну суперпозицію. Повернене світло знову потрапляє на світлодіод (LED), який використовується для визначення його інтенсивності. Хоча принцип роботи волоконно-оптичного гіроскопа може здаватися простим, найважливіша проблема полягає в усуненні факторів, що впливають на оптичну довжину шляху двох світлових променів. Це одне з найважливіших питань, з якими стикаються під час розробки волоконно-оптичних гіроскопів.

1: суперлюмінесцентний діод 2: фотодетекторний діод

3. з'єднувач джерела світла 4.волоконно-кільцевий з'єднувач 5. оптичне волоконне кільце

Переваги волоконно-оптичних гіроскопів

Гіроскопи-навігатори (ВОГ) пропонують кілька переваг, що роблять їх безцінними в інерціальних навігаційних системах. Вони відомі своєю винятковою точністю, надійністю та довговічністю. На відміну від механічних гіроскопів, ВОГ не мають рухомих частин, що зменшує ризик зносу. Крім того, вони стійкі до ударів та вібрації, що робить їх ідеальними для складних середовищ, таких як аерокосмічна та оборонна промисловість.

Інтеграція волоконно-оптичних гіроскопів в інерціальну навігацію

Інерціальні навігаційні системи все частіше використовують гіроскопи-вузли (ВОГ) завдяки їхній високій точності та надійності. Ці гіроскопи забезпечують вирішальні вимірювання кутової швидкості, необхідні для точного визначення орієнтації та положення. Інтегруючи ВОГ в існуючі інерціальні навігаційні системи, оператори можуть отримати вигоду від покращеної точності навігації, особливо в ситуаціях, коли необхідна надзвичайна точність.

Застосування волоконно-оптичних гіроскопів в інерціальній навігації

Включення FOG (інерціальних навігаційних систем) розширило застосування інерціальних навігаційних систем у різних галузях. В аерокосмічній та авіаційній галузях системи, оснащені FOG, пропонують точні навігаційні рішення для літаків, безпілотників та космічних апаратів. Вони також широко використовуються в морській навігації, геологічних дослідженнях та передовій робототехніці, що дозволяє цим системам працювати з підвищеною продуктивністю та надійністю.

Різні структурні варіанти волоконно-оптичних гіроскопів

Волоконно-оптичні гіроскопи бувають різних структурних конфігурацій, причому переважаючою наразі в галузі інженерії є...волоконно-оптичний гіроскоп із замкнутим контуром та підтримкою поляризаціїВ основі цього гіроскопа лежитьоптоволоконна петля, що підтримує поляризацію, що складається з волокон, що підтримують поляризацію, та точно розробленого каркаса. Конструкція цієї петлі включає метод чотирикратного симетричного намотування, доповнений унікальним герметизуючим гелем для формування твердотільної волоконної петлі.

Основні характеристикиОптоволоконний G з підтримкою поляризаціїкотушка yro

▶Унікальний дизайн каркаса:Петлі гіроскопа мають особливу конструкцію каркаса, яка легко вміщує різні типи волокон, що підтримують поляризацію.

▶Техніка чотирикратного симетричного намотування:Метод чотирикратного симетричного намотування мінімізує ефект Шупе, забезпечуючи точні та надійні вимірювання.

▶Удосконалений герметичний гелевий матеріал:Використання вдосконалених герметичних гелевих матеріалів у поєднанні з унікальною технологією затвердіння підвищує стійкість до вібрацій, що робить ці гіроскопічні петлі ідеальними для застосування в складних умовах.

▶Високотемпературна когерентна стабільність:Петлі гіроскопа демонструють високу температурну когерентну стабільність, що забезпечує точність навіть за різних теплових умов.

▶Спрощена легка структура:Гіроскопічні петлі розроблені з використанням простої, але легкої конструкції, що гарантує високу точність обробки.

▶Постійний процес намотування:Процес намотування залишається стабільним, адаптуючись до вимог різних прецизійних волоконно-оптичних гіроскопів.

Довідка

Гроувз, П.Д. (2008). Вступ до інерціальної навігації.Журнал навігації, 61(1), 13-28.

Ель-Шеймі, Н., Хоу, Х. та Ніу, Х. (2019). Технології інерціальних датчиків для навігаційних застосувань: сучасний стан.Супутникова навігація, 1(1), 1–15.

Вудман, О. Дж. (2007). Вступ до інерціальної навігації.Кембриджський університет, Комп'ютерна лабораторія, UCAM-CL-TR-696.

Chatila, R., & Laumond, JP (1985). Прив'язка до позиції та моделювання узгодженого світу для мобільних роботів.У працях Міжнародної конференції IEEE з робототехніки та автоматизації 1985 року(Т. 2, с. 138–145). IEEE.