Nawigacja inercyjna

Nawigacja inercyjna

Rozwiązania w zakresie komponentów FOG

Co to jest nawigacja inercyjna?

Podstawy nawigacji inercyjnej

                                               

Podstawowe zasady nawigacji inercyjnej są podobne do zasad innych metod nawigacji.Polega na pozyskiwaniu kluczowych informacji, m.in. pozycji początkowej, orientacji początkowej, kierunku i orientacji ruchu w danym momencie, a następnie stopniowym integrowaniu tych danych (analogicznie do operacji całkowania matematycznego) w celu precyzyjnego określenia parametrów nawigacji, takich jak orientacja i pozycja.

 

Rola czujników w nawigacji inercyjnej

                                               

Aby uzyskać informacje o aktualnej orientacji (postawie) i położeniu poruszającego się obiektu, inercyjne systemy nawigacji wykorzystują zestaw kluczowych czujników, składających się głównie z akcelerometrów i żyroskopów.Czujniki te mierzą prędkość kątową i przyspieszenie nośnika w inercjalnym układzie odniesienia.Dane są następnie integrowane i przetwarzane w czasie w celu uzyskania informacji o prędkości i położeniu względnym.Następnie informacje te przekształcane są w układ współrzędnych nawigacji w połączeniu z danymi pozycji początkowej, co kończy się określeniem aktualnej lokalizacji nośnika.

 

Zasady działania inercyjnych systemów nawigacji

                                               

Inercyjne systemy nawigacji działają jako samodzielne, wewnętrzne systemy nawigacji w zamkniętej pętli.Nie polegają na aktualizacji danych zewnętrznych w czasie rzeczywistym w celu skorygowania błędów podczas ruchu przewoźnika.W związku z tym pojedynczy system nawigacji inercyjnej nadaje się do krótkotrwałych zadań nawigacyjnych.W przypadku operacji długotrwałych należy go połączyć z innymi metodami nawigacji, takimi jak systemy nawigacji satelitarnej, w celu okresowej korekty nagromadzonych błędów wewnętrznych.

 

Ukrywalność nawigacji inercyjnej

                                               

We współczesnych technologiach nawigacji, w tym nawigacji kosmicznej, nawigacji satelitarnej i nawigacji radiowej, nawigacja inercyjna wyróżnia się jako autonomiczna.Nie emituje sygnałów do środowiska zewnętrznego ani nie jest zależny od ciał niebieskich ani sygnałów zewnętrznych.W rezultacie inercyjne systemy nawigacji zapewniają najwyższy poziom ukrywania, co czyni je idealnymi do zastosowań wymagających najwyższej poufności.

 

Oficjalna definicja nawigacji inercyjnej

                                               

Inercyjny system nawigacji (INS) to system szacowania parametrów nawigacji, który wykorzystuje żyroskopy i akcelerometry jako czujniki.System, w oparciu o sygnał żyroskopowy, ustala układ współrzędnych nawigacji, wykorzystując jednocześnie sygnał z akcelerometrów do obliczenia prędkości i położenia nośnika w układzie współrzędnych nawigacji.

 

Zastosowania nawigacji inercyjnej

                                               

Technologia inercyjna znalazła szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach, w tym w przemyśle lotniczym, lotniczym, morskim, eksploracji ropy naftowej, geodezji, badaniach oceanograficznych, odwiertach geologicznych, robotyce i systemach kolejowych.Wraz z pojawieniem się zaawansowanych czujników inercyjnych technologia inercyjna rozszerzyła swoje zastosowanie, między innymi na przemysł motoryzacyjny i medyczne urządzenia elektroniczne.Ten rosnący zakres zastosowań podkreśla coraz bardziej kluczową rolę nawigacji inercyjnej w zapewnianiu wysoce precyzyjnych możliwości nawigacji i pozycjonowania dla wielu zastosowań.

Podstawowy element naprowadzania inercyjnego:Żyroskop światłowodowy

 

Wprowadzenie do żyroskopów światłowodowych

Inercyjne systemy nawigacji w dużym stopniu opierają się na dokładności i precyzji swoich głównych komponentów.Jednym z takich elementów, który znacznie zwiększył możliwości tych systemów, jest żyroskop światłowodowy (FOG).FOG to kluczowy czujnik, który odgrywa kluczową rolę w pomiarze prędkości kątowej nośnika z niezwykłą dokładnością.

 

Działanie żyroskopu światłowodowego

FOG działają na zasadzie efektu Sagnaca, który polega na rozdzieleniu wiązki lasera na dwie oddzielne ścieżki, co pozwala jej podróżować w przeciwnych kierunkach wzdłuż zwiniętej pętli światłowodowej.Kiedy nośnik osadzony w FOG obraca się, różnica w czasie ruchu pomiędzy dwiema belkami jest proporcjonalna do prędkości kątowej obrotu nośnika.To opóźnienie czasowe, znane jako przesunięcie fazowe Sagnaca, jest następnie precyzyjnie mierzone, umożliwiając FOG dostarczenie dokładnych danych dotyczących rotacji nośnej.

 

Zasada działania żyroskopu światłowodowego polega na emitowaniu wiązki światła z fotodetektora.Ta wiązka światła przechodzi przez łącznik, wchodząc z jednego końca i wychodząc z drugiego.Następnie przechodzi przez pętlę optyczną.Dwie wiązki światła, pochodzące z różnych kierunków, wchodzą do pętli i po okrążeniu tworzą spójną superpozycję.Powracające światło ponownie trafia do diody elektroluminescencyjnej (LED), która służy do wykrywania jego intensywności.Chociaż zasada działania żyroskopu światłowodowego może wydawać się prosta, największym wyzwaniem jest wyeliminowanie czynników wpływających na długość ścieżki optycznej dwóch wiązek światła.Jest to jeden z najważniejszych problemów, jakie napotyka się przy opracowywaniu żyroskopów światłowodowych.

 耦合器

1: dioda superluminescencyjna           2: dioda fotodetektorowa

3.łącznik źródła światła           4.łącznik pierścieniowy z włókna            5. pierścień światłowodowy

Zalety żyroskopów światłowodowych

FOG oferują kilka zalet, które czynią je nieocenionymi w inercyjnych systemach nawigacji.Są znane ze swojej wyjątkowej dokładności, niezawodności i trwałości.W przeciwieństwie do żyroskopów mechanicznych, FOG nie mają ruchomych części, co zmniejsza ryzyko zużycia.Ponadto są odporne na wstrząsy i wibracje, dzięki czemu idealnie nadają się do wymagających środowisk, takich jak zastosowania w przemyśle lotniczym i obronnym.

 

Integracja żyroskopów światłowodowych w nawigacji inercyjnej

Inercyjne systemy nawigacji coraz częściej wykorzystują FOG ze względu na ich wysoką precyzję i niezawodność.Żyroskopy te zapewniają kluczowe pomiary prędkości kątowej wymagane do dokładnego określenia orientacji i położenia.Integrując FOG z istniejącymi systemami nawigacji inercyjnej, operatorzy mogą czerpać korzyści z zwiększonej dokładności nawigacji, szczególnie w sytuacjach, w których konieczna jest ekstremalna precyzja.

 

Zastosowania żyroskopów światłowodowych w nawigacji inercyjnej

Włączenie FOG rozszerzyło zastosowania inercyjnych systemów nawigacji w różnych dziedzinach.W lotnictwie i kosmonautyce systemy wyposażone w FOG oferują precyzyjne rozwiązania nawigacyjne dla samolotów, dronów i statków kosmicznych.Są również szeroko stosowane w nawigacji morskiej, badaniach geologicznych i zaawansowanej robotyce, dzięki czemu systemy te mogą działać z większą wydajnością i niezawodnością.

 

Różne warianty konstrukcyjne żyroskopów światłowodowych

Żyroskopy światłowodowe występują w różnych konfiguracjach strukturalnych, przy czym dominującą obecnie wkraczającą do sfery inżynierii jest żyroskopŻyroskop światłowodowy utrzymujący polaryzację w zamkniętej pętli.Sercem tego żyroskopu jestpętla światłowodowa utrzymująca polaryzację, składający się z włókien utrzymujących polaryzację i precyzyjnie zaprojektowanej ramy.Konstrukcja tej pętli obejmuje czterokrotnie symetryczną metodę nawijania, uzupełnioną unikalnym żelem uszczelniającym, tworząc cewkę pętli z włókna półprzewodnikowego.

 

Kluczowe cechyŚwiatłowód utrzymujący polaryzację Gyro Cewka

▶Unikalna konstrukcja ramowa:Pętle żyroskopowe charakteryzują się charakterystyczną konstrukcją szkieletową, która z łatwością dostosowuje się do różnych typów włókien utrzymujących polaryzację.

▶Poczterokrotnie symetryczna technika nawijania:Technika czterokrotnie symetrycznego nawijania minimalizuje efekt Shupe, zapewniając precyzyjne i wiarygodne pomiary.

▶Zaawansowany materiał żelowy uszczelniający:Zastosowanie zaawansowanych materiałów żelowych uszczelniających w połączeniu z unikalną techniką utwardzania zwiększa odporność na wibracje, dzięki czemu te pętle żyroskopowe idealnie nadają się do zastosowań w wymagających środowiskach.

▶Stabilność spójności w wysokiej temperaturze:Pętle żyroskopowe wykazują wysoką stabilność spójności temperaturowej, zapewniając dokładność nawet w zmiennych warunkach termicznych.

▶Uproszczony, lekki szkielet:Pętle żyroskopowe zostały zaprojektowane w oparciu o prostą, a jednocześnie lekką konstrukcję, gwarantującą wysoką precyzję przetwarzania.

▶Konsekwentny proces nawijania:Proces nawijania pozostaje stabilny, dostosowując się do wymagań różnych precyzyjnych żyroskopów światłowodowych.

Odniesienie

Groves, PD (2008).Wprowadzenie do nawigacji inercyjnej.Dziennik nawigacji, 61(1), 13-28.

El-Sheimy, N., Hou, H. i Niu, X. (2019).Technologie czujników inercyjnych do zastosowań nawigacyjnych: aktualny stan wiedzy.Nawigacja satelitarna, 1(1), 1-15.

Woodman, Dz.U. (2007).Wprowadzenie do nawigacji inercyjnej.Uniwersytet Cambridge, Laboratorium Komputerowe, UCAM-CL-TR-696.

Chatila, R. i Laumond, JP (1985).Odniesienie do pozycji i spójne modelowanie świata dla robotów mobilnych.W materiałach z Międzynarodowej Konferencji IEEE na temat Robotyki i Automatyki w 1985 r(Tom 2, s. 138-145).IEEE.

Potrzebujesz bezpłatnej konsultacji?

NIEKTÓRE MOJE PROJEKTY

WSPANIAŁE PRACE, W KTÓRYCH brałam udział.DUMNIE!