Инерцијална навигација

FOGs Компоненти Решенија

Што е инерцијална навигација?

Основи на инерцијална навигација

Основните принципи на инерцијалната навигација се слични на оние на другите методи на навигација. Се потпира на стекнување клучни информации, вклучувајќи ја почетната позиција, почетната ориентација, насоката и ориентацијата на движењето во секој момент и прогресивно интегрирање на овие податоци (аналогно на операциите за математичка интеграција) за прецизно одредување на параметрите за навигација, како што се ориентацијата и положбата.

Улогата на сензорите во инерцијалната навигација

За да се добијат информации за моменталната ориентација (став) и позицијата на објектот во движење, системите за инерцијална навигација користат збир на критични сензори, првенствено составен од акцелерометри и жироскопи. Овие сензори ја мерат аголната брзина и забрзувањето на носачот во инерцијална референтна рамка. Податоците потоа се интегрираат и обработуваат со текот на времето за да се извлечат информации за брзината и релативната позиција. Последователно, оваа информација се трансформира во координатен систем за навигација, во врска со податоците за почетната позиција, што кулминира со одредување на моменталната локација на носачот.

Принципи на работа на системи за инерцијална навигација

Системите за инерцијална навигација работат како самостојни, внатрешни системи за навигација со затворена јамка. Тие не се потпираат на ажурирања на надворешни податоци во реално време за да ги поправат грешките за време на движењето на операторот. Како таков, единствен инертен систем за навигација е погоден за краткотрајни навигациски задачи. За долготрајни операции, мора да се комбинира со други методи на навигација, како што се сателитски навигациски системи, за периодично да се коригираат акумулираните внатрешни грешки.

Сокриеноста на инерцијалната навигација

Во современите технологии за навигација, вклучувајќи небесна навигација, сателитска навигација и радио навигација, инерцијалната навигација се издвојува како автономна. Ниту емитува сигнали до надворешното опкружување, ниту зависи од небесни објекти или надворешни сигнали. Следствено, инерцијалните навигациски системи нудат највисоко ниво на сокривање, што ги прави идеални за апликации за кои е потребна најголема доверливост.

Официјална дефиниција за инерцијална навигација

Систем за инерцијална навигација (INS) е систем за проценка на параметрите за навигација кој користи жироскопи и акцелерометри како сензори. Системот, врз основа на излезот од жироскопите, воспоставува координатен систем за навигација додека го користи излезот на акцелерометрите за пресметување на брзината и положбата на носачот во навигацискиот координатен систем.

Апликации на инерцијална навигација

Инерцијалната технологија најде широк опсег на апликации во различни домени, вклучувајќи воздушна, авијација, поморство, истражување на нафта, геодезија, океанографски истражувања, геолошки дупчење, роботика и железнички системи. Со доаѓањето на напредните инерцијални сензори, инерцијалната технологија ја прошири својата корист во автомобилската индустрија и медицинските електронски уреди, меѓу другите области. Овој проширен опсег на апликации ја нагласува сè поклучната улога на инерцијалната навигација во обезбедувањето високопрецизни способности за навигација и позиционирање за мноштво апликации.

Основната компонента на инерцијалното водење:Жироскоп со оптички влакна

Вовед во жироскопи со оптички влакна

Системите за инерцијална навигација во голема мера се потпираат на точноста и прецизноста на нивните основни компоненти. Една таква компонента која значително ги подобри можностите на овие системи е жироскопот со оптички влакна (FOG). FOG е критичен сензор кој игра клучна улога во мерењето на аголната брзина на носачот со извонредна точност.

Работа со жироскоп со оптички влакна

Маглите работат на принципот на ефектот Sagnac, кој вклучува разделување на ласерскиот зрак на две посебни патеки, овозможувајќи му да патува во спротивни насоки по намотана јамка со оптички влакна. Кога носачот, вграден со FOG, се ротира, разликата во времето на патување помеѓу двата зраци е пропорционална на аголната брзина на ротација на носачот. Ова временско доцнење, познато како фазно поместување на Sagnac, потоа прецизно се мери, овозможувајќи му на FOG да обезбеди точни податоци во врска со ротацијата на носачот.

Принципот на жироскоп со оптички влакна вклучува емитување на зрак светлина од фотодетектор. Овој светлосен зрак минува низ спојка, влегувајќи од едниот крај и излегувајќи од друг. Потоа патува низ оптичка јамка. Два зраци на светлина, кои доаѓаат од различни насоки, влегуваат во јамката и завршуваат кохерентна суперпозиција откако ќе кружат наоколу. Светлината што се враќа повторно влегува во диода што емитува светлина (LED), која се користи за откривање на нејзиниот интензитет. Иако принципот на жироскоп со оптички влакна може да изгледа едноставен, најзначајниот предизвик лежи во елиминирањето на факторите кои влијаат на должината на оптичката патека на двата светлосни зраци. Ова е едно од најкритичните прашања со кои се соочува развојот на жироскопи со оптички влакна.

1: суперлуминисцентна диода 2: фотодетектор диода

3.спојувач на извори на светлина 4.фибер прстен спојка 5. прстен со оптички влакна

Предности на жироскопите со оптички влакна

Маглите нудат неколку предности што ги прават непроценливи во инерцијалните навигациски системи. Тие се познати по нивната исклучителна точност, сигурност и издржливост. За разлика од механичките жиро, маглата немаат подвижни делови, со што се намалува ризикот од абење и кинење. Дополнително, тие се отпорни на удари и вибрации, што ги прави идеални за тешки средини како што се воздушните и одбранбените апликации.

Интеграција на жироскопи со оптички влакна во инерцијална навигација

Системите за инерцијална навигација сè повеќе инкорпорираат магли поради нивната висока прецизност и доверливост. Овие жироскопи ги обезбедуваат клучните мерења на аголната брзина потребни за точно одредување на ориентацијата и положбата. Со интегрирање на FOG во постоечките инерцијални системи за навигација, операторите можат да имаат корист од подобрената прецизност на навигацијата, особено во ситуации кога е неопходна екстремна прецизност.

Примени на жироскопи со оптички влакна во инерцијална навигација

Вклучувањето на FOG ги прошири апликациите на инерцијалните навигациски системи низ различни домени. Во воздушната и авијацијата, системите опремени со FOG нудат прецизни решенија за навигација за авиони, беспилотни летала и вселенски летала. Тие исто така се користат во поморска навигација, геолошки истражувања и напредна роботика, овозможувајќи им на овие системи да работат со зголемени перформанси и доверливост.

Различни структурни варијанти на жироскопи со оптички влакна

Жироскопите со оптички влакна доаѓаат во различни структурни конфигурации, при што доминантниот што моментално влегува во областа на инженерството ежироскоп со оптички влакна за одржување на поларизација со затворена јамка. Во сржта на овој жироскоп ејамка на влакна за одржување на поларизација, кој се состои од влакна за одржување на поларизацијата и прецизно дизајнирана рамка. Изградбата на оваа јамка вклучува четирикратен симетричен метод на намотување, дополнет со уникатен гел за заптивање за да се формира калем со јамка со влакна во цврста состојба.

Клучни карактеристики наПоларизација-одржување на оптички влакна Гyro Калем

▶Единствен дизајн на рамка:Јамките на жироскопот се карактеризираат со специфичен дизајн на рамката што лесно сместува различни видови влакна за одржување на поларизацијата.

▶Четирикратна симетрична техника на намотување:Техниката на четирикратно симетрично намотување го минимизира ефектот Шупе, обезбедувајќи прецизни и сигурни мерења.

▶Напреден материјал за гел за запечатување:Употребата на напредни материјали за гел за запечатување, во комбинација со уникатна техника на стврднување, ја подобрува отпорноста на вибрации, што ги прави овие жироскопски јамки идеални за примена во опкружувања со тешки барања.

▶Стабилност на кохерентност на висока температура:Јамките на жироскопот покажуваат висока температурна кохерентна стабилност, обезбедувајќи точност дури и во различни термички услови.

▶Поедноставена лесна рамка:Јамките за жироскоп се дизајнирани со јасна, но лесна рамка, што гарантира висока прецизност на обработката.

▶Конзистентен процес на намотување:Процесот на намотување останува стабилен, прилагодувајќи се на барањата на различните прецизни жироскопи со оптички влакна.

Референца

Groves, PD (2008). Вовед во инерцијална навигација.Весник за навигација, 61(1), 13-28.

El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019). Технологии на инерцијални сензори за навигациски апликации: најсовремена технологија.Сателитска навигација, 1(1), 1-15.

Woodman, OJ (2007). Вовед во инерцијална навигација.Универзитетот во Кембриџ, компјутерска лабораторија, UCAM-CL-TR-696.

Chatila, R., & Laumond, JP (1985). Референцирање на позициите и доследно светско моделирање за мобилни роботи.Во Зборник на трудови од Меѓународната конференција на IEEE за роботика и автоматизација од 1985 година(том 2, стр. 138-145). IEEE.