Що таке інерційна навігація?
Основи інерційної навігації
Основні принципи інерційної навігації схожі на принципи інших методів навігації. Він покладається на отримання ключової інформації, включаючи початкову позицію, початкову орієнтацію, напрямок та орієнтацію руху в кожен момент, і прогресивно інтегруючи ці дані (аналогічні операціям математичної інтеграції), щоб точно визначити параметри навігації, такі як орієнтація та положення.
Роль датчиків в інерційній навігації
Для отримання поточної орієнтації (ставлення) та інформації про положення рухомого об'єкта інерційні навігаційні системи використовують набір критичних датчиків, в першу чергу, що складається з акселерометрів та гіроскопів. Ці датчики вимірюють кутову швидкість та прискорення носія в інерційній опорній рамці. Потім дані інтегруються та обробляються з часом, щоб отримати інформацію про швидкість та відносну позицію. Згодом ця інформація перетворюється в систему координат навігації разом із початковими даними положення, що завершиться визначенням поточного розташування перевізника.
Принципи роботи інерційних навігаційних систем
Інерційні навігаційні системи працюють як автономні, внутрішні навігаційні системи із закритим циклом. Вони не покладаються на зовнішні оновлення даних у режимі реального часу, щоб виправити помилки під час руху перевізника. Таким чином, одна інерційна навігаційна система підходить для короткочасних навігаційних завдань. Для тривалих операцій він повинен поєднуватися з іншими методами навігації, такими як супутникові навігаційні системи, періодично виправляти накопичені внутрішні помилки.
Прихованість інерційної навігації
У сучасних технологіях навігації, включаючи небесну навігацію, супутникову навігацію та радіо навігацію, інерційна навігація виділяється як автономна. Він не випромінює сигнали до зовнішнього середовища, ні залежить від небесних об'єктів чи зовнішніх сигналів. Отже, інерційні навігаційні системи пропонують найвищий рівень прихованості, що робить їх ідеальними для додатків, що вимагають максимальної конфіденційності.
Офіційне визначення інерційної навігації
Інерційна навігаційна система (INS) - це система оцінки параметрів навігації, яка використовує гіроскопи та акселерометри як датчики. Система, заснована на виході гіроскопів, встановлює систему координат навігації, використовуючи при цьому вихід акселерометрів для обчислення швидкості та положення носія в системі координат навігації.
Застосування інерційної навігації
Інерційна технологія знайшла широкі програми в різних областях, включаючи аерокосмічну, авіацію, морську, розвідку нафти, геодезію, океанографічні опитування, геологічне буріння, робототехніку та залізничні системи. З появою передових інерційних датчиків інерційна технологія розширила свою корисність до автомобільної промисловості та медичних електронних пристроїв, серед інших сфер. Це розширення сфери застосувань підкреслює все більш ключову роль інерційної навігації у наданні високоточних навігаційних та позиціонувальних можливостей для безлічі застосувань.
Основний компонент інерційних вказівок:Волоконно -оптичний гіроскоп
Вступ до волоконно -оптичних гіроскопів
Інерційні навігаційні системи сильно покладаються на точність та точність їх основних компонентів. Одним з таких компонентів, який значно підвищив можливості цих систем, є волоконно -оптичний гіроскоп (туман). Туман - це критичний датчик, який відіграє ключову роль у вимірюванні кутової швидкості носія з чудовою точністю.
Операція волоконно -оптичного гіроскопа
Тумани діють за принципом ефекту саньяки, який передбачає розщеплення лазерного променя на два окремі шляхи, що дозволяє йому рухатися в протилежних напрямках уздовж згорнутої волоконно -оптичної петлі. Коли носій, вбудований з туманом, обертається, різниця в час руху між двома пучками пропорційна кутової швидкості обертання носія. Ця затримка, відома як фаза Sagnac, то точно вимірюється, що дозволяє туману надавати точні дані щодо обертання носія.
Принцип волоконно -оптичного гіроскопа передбачає випромінювання променя світла від фотоприймача. Цей легкий промінь проходить через з’єднання, входить з одного кінця і виходячи з іншого. Потім він проходить через оптичну петлю. Два промені світла, що виходять з різних напрямків, входять до петлі та завершують цілісну суперпозицію після кружки навколо. Світло, що повертається, повторно входить до світла діод (світлодіод), який використовується для виявлення його інтенсивності. Незважаючи на те, що принцип волоконно -оптичного гіроскопа може здатися простим, найважливіша проблема полягає у усуненні факторів, що впливають на довжину оптичного шляху двох світлових променів. Це одне з найважливіших питань, що стикаються з розвитком волоконно -оптичних гіроскопів.
1: суперлюмінесцентний діод 2: фотодетектор діод
3. З'єднувач джерела світла 4.зчеплення волокон кільця 5. Оптичне волоконне кільце
Переваги волоконно -оптичних гіроскопів
Тумани пропонують кілька переваг, які роблять їх неоціненними в інерційних навігаційних системах. Вони відомі своєю винятковою точністю, надійністю та довговічністю. На відміну від механічних гіроскопів, тумани не мають рухомих частин, що зменшує ризик зносу. Крім того, вони стійкі до шоку та вібрації, що робить їх ідеальними для вимогливих середовищ, таких як аерокосмічні та захисні програми.
Інтеграція волоконно -оптичних гіроскопів в інерційній навігації
Інерційні навігаційні системи все частіше включають тумани через їх високу точність та надійність. Ці гіроскопи забезпечують вирішальне вимірювання кутової швидкості, необхідні для точного визначення орієнтації та положення. Інтегруючи тумани в існуючі інерційні навігаційні системи, оператори можуть отримати користь від вдосконаленої точності навігації, особливо в ситуаціях, коли необхідна надзвичайна точність.
Застосування волоконно -оптичних гіроскопів в інерційній навігації
Включення туманів розширило застосування інерційних систем навігації в різних областях. У аерокосмічній та авіації систем, оснащені туманами, пропонують точні навігаційні рішення для літаків, безпілотників та космічних кораблів. Вони також широко використовуються в морській навігації, геологічних опитуваннях та вдосконаленій робототехніці, що дозволяє цим системам працювати з підвищеною продуктивністю та надійністю.
Різні структурні варіанти волоконно -оптичних гіроскопів
Волоконно -оптичні гіроскопи поставляються в різних структурних конфігураціях, переважаючи, що в даний час входить у сферу інженерії - цеПоляризаційна волоконно-оптична гіроскоп із замкнутим циклом. В основі цього гіроскопа лежитьПоляризація, що підтримує волоконну петлю, що включає волокна, що підтримує поляризацію, та точно розроблені рамки. Будівництво цієї петлі передбачає чотириразовий метод симетричної обмотки, доповнений унікальним герметичним гелем, утворюючи твердотільну котушку з волоконною петлею.
Основні особливостіПоляризація, що підтримує волоконно-оптику Gyro котушка
▶ Унікальний дизайн рамок:Гіроскоп-петлі оснащені виразною рамковою конструкцією, яка легко вміщує різні типи волокон, що підтримують поляризацію.
▶ Чотириразна техніка симетричної обмотки:Чотирикратна симетрична методика обмотки мінімізує ефект Shupe, забезпечуючи точні та надійні вимірювання.
IЗайняття вдосконалених герметичних гелевих матеріалів у поєднанні з унікальною технікою затвердіння підвищує стійкість до вібрацій, що робить ці петлі гіроскопа ідеальними для застосування в вимогливих умовах.
▶ Високотемпературна когерентна стабільність:Гіроскоп -петлі виявляють стійкість високої температури, забезпечуючи точність навіть у різних теплових умовах.
▶ Спрощена легка рамка:Гіроскоп -петлі розроблені з простими, але легкими рамками, що гарантує високу точність обробки.
▶ Послідовний процес намотування:Процес намотування залишається стабільним, адаптуючись до вимог різних точних волоконно -оптичних гіроскопів.
Довідник
Groves, PD (2008). Вступ до інерційної навігації.Журнал навігації, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019). Інерційні датчики Технології для навігаційних застосувань: сучасність.Супутникова навігація, 1(1), 1-15.
Woodman, OJ (2007). Вступ до інерційної навігації.Кембриджський університет, комп'ютерна лабораторія, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R., & Laumond, JP (1985). Позиція Посилання та послідовне моделювання світу для мобільних роботів.У працях Міжнародної конференції IEEE з питань робототехніки та автоматизації 1985 року 1985 року(Т. 2, с. 138-145). Ieee.
Потрібна безкоштовна консультація?
Деякі мої проекти
Дивовижні твори, до яких я зробив внесок. Гордо!
