Co to jest nawigacja bezwładności?
Podstawy bezwładnościowej nawigacji
Podstawowe zasady nawigacji bezwładnościowej są podobne do zasad innych metod nawigacji. Opiera się na uzyskaniu kluczowych informacji, w tym pozycji początkowej, orientacji początkowej, kierunku i orientacji ruchu w każdym momencie oraz stopniowej integracji tych danych (analogicznych do operacji integracji matematycznej) w celu precyzyjnego określenia parametrów nawigacyjnych, takich jak orientacja i pozycja.
Rola czujników w nośniku bezwładnościowym
Aby uzyskać aktualną orientację (postawę) i informacje o pozycji poruszającego się obiektu, bezwładne systemy nawigacji wykorzystują zestaw krytycznych czujników, składający się głównie z akcelerometrów i żyroskopów. Czujniki te mierzą prędkość kątową i przyspieszenie nośnika w bezwładnościowej ramce odniesienia. Dane są następnie zintegrowane i przetwarzane z czasem w celu uzyskania prędkości i informacji o pozycji względnej. Następnie informacje te są przekształcane w system współrzędnych nawigacji, w połączeniu z danymi położenia początkowego, którego kulminacją jest określenie bieżącej lokalizacji przewoźnika.
Zasady działania systemów nawigacji bezwładności
Systemy nawigacji bezwładności działają jako samodzielne, wewnętrzne systemy nawigacji w zamkniętej pętli. Nie opierają się na zewnętrznych aktualizacjach danych w czasie rzeczywistym w celu skorygowania błędów podczas ruchu przewoźnika. Jako taki, pojedynczy bezwładnościowy system nawigacji jest odpowiedni do krótkoterminowych zadań nawigacyjnych. W przypadku operacji długoterminowych należy go połączyć z innymi metodami nawigacji, takimi jak systemy nawigacyjne oparte na satelitarnych, aby okresowo skorygować skumulowane błędy wewnętrzne.
Ukrywalność bezwładnościowej nawigacji
W nowoczesnych technologiach nawigacyjnych, w tym nawigacji niebiańskiej, nawigacji satelitarnej i nawigacji radiowej, nawigacja bezwładnościowa wyróżnia się jako autonomiczna. Nie emituje sygnałów do środowiska zewnętrznego ani nie zależy od obiektów niebieskich lub sygnałów zewnętrznych. W związku z tym bezwładne systemy nawigacji oferują najwyższy poziom ukrywania, co czyni je idealnymi do aplikacji wymagających najwyższej poufności.
Oficjalna definicja nawigacji bezwładnościowej
System nawigacji bezwładności (INS) to system szacowania parametrów nawigacyjnych, który wykorzystuje żyroskopy i akcelerometry jako czujniki. System, oparty na wyjściu żyroskopów, ustanawia system współrzędnych nawigacji, wykorzystując jednocześnie wyjściowe akcelerometry do obliczenia prędkości i pozycji nośnika w układzie współrzędnych nawigacji.
Zastosowania nawigacji bezwładności
Technologia bezwładnościowa znalazła szeroko zakrojone zastosowania w różnych domenach, w tym lotnice, lotnictwie, morskiej, poszukiwaniu ropy naftowej, geodezji, ankietach oceanicznych, wiercenia geologicznym, robotyce i systemach kolejowych. Wraz z pojawieniem się zaawansowanych czujników bezwładnościowych technologia bezwładnościowa rozszerzyła między innymi użyteczność branży motoryzacyjnej i urządzeń elektronicznych medycznych. Ten rozszerzający się zakres aplikacji podkreśla coraz bardziej kluczową rolę bezwładności nawigacji w zapewnianiu możliwości nawigacji i pozycjonowania dla wielu aplikacji.
Podstawowy element wskazówek bezwładnościowych:Gyroskop światłowodowy
Wprowadzenie do żyroskopów światłowodowych
Systemy nawigacji bezwładnościowej w dużej mierze polegają na dokładności i precyzji ich podstawowych komponentów. Jednym z takich elementów, który znacznie zwiększył możliwości tych systemów, jest żyroskop światłowodowy (FOG). Mgła jest krytycznym czujnikiem, który odgrywa kluczową rolę w mierzeniu prędkości kątowej nośnika z niezwykłą dokładnością.
Operacja żyroskopu światłowodowego
Mgły działają na zasadzie efektu Sagnac, która polega na podzieleniu wiązki laserowej na dwie oddzielne ścieżki, pozwalając jej podróżować w przeciwnych kierunkach wzdłuż zwiniętej pętli światłowodowej. Kiedy nośnik, osadzony w mgle, obraca się, różnica w czasie podróży między dwiema wiązkami jest proporcjonalna do prędkości kątowej obrotu nośnika. To opóźnienie czasowe, znane jako przesunięcie fazowe SAGNAC, jest następnie dokładnie mierzone, umożliwiając mgłę dostarczenie dokładnych danych dotyczących obrotu nośnika.
Zasada żyroskopu światłowodowego polega na emisji wiązki światła z fotodetektora. Ta wiązka światła przechodzi przez łącznik, wchodząc z jednego końca i wychodząc z drugiego. Następnie podróżuje przez pętlę optyczną. Dwie wiązki światła, pochodzące z różnych kierunków, wchodzą do pętli i uzupełnij spójną superpozycję po krążeniu. Powracające światło ponownie wchodzi diodę emitującą światło (LED), która służy do wykrywania jego intensywności. Chociaż zasada żyroskopu światłowodowego może wydawać się prosta, najważniejszym wyzwaniem jest eliminowanie czynników wpływających na długość ścieżki optycznej dwóch wiązek światła. Jest to jeden z najważniejszych problemów, z jakimi borykają się w rozwoju żyroskopów światłowodowych.
1 ： Superluminescencyjna dioda 2 ： Dioda fotodetektora
3. Łącznik źródłowy światła 4.łącznik pierścienia światłowodowy 5. Optyczny pierścień światłowodowy
Zalety żyroskopów światłowodowych
Mgły oferują kilka zalet, które sprawiają, że są nieocenione w bezwładnych systemach nawigacyjnych. Są znani ze swojej wyjątkowej dokładności, niezawodności i trwałości. W przeciwieństwie do mechanicznych żyros, mgły nie mają ruchomych części, zmniejszając ryzyko zużycia. Ponadto są odporne na wstrząs i wibracje, co czyni je idealnymi do wymagających środowisk, takich jak zastosowania lotnicze i obrony.
Integracja żyroskopów światłowodowych w nawigacji bezwładnościowej
Systemy nawigacji bezwładnościowej coraz częściej zawierają mgły ze względu na ich wysoką precyzję i niezawodność. Te żyroskopy zapewniają kluczowe pomiary prędkości kątowej wymagane do dokładnego określenia orientacji i pozycji. Dzięki integracji mgły z istniejącymi inerowymi systemami nawigacji, operatorzy mogą skorzystać z lepszej dokładności nawigacji, szczególnie w sytuacjach, w których konieczna jest ekstremalna precyzja.
Zastosowania żyroskopów światłowodowych podczas nawigacji bezwładności
Włączenie mgły rozszerzyło zastosowania bezwładnościowych systemów nawigacji w różnych domenach. W lotnictwie i lotnictwie systemy wyposażone w mgły oferują precyzyjne rozwiązania nawigacyjne dla samolotów, dronów i statku kosmicznego. Są one również szeroko stosowane w nawigacji morskiej, badaniach geologicznych i zaawansowanej robotyki, umożliwiając te systemy działanie z zwiększoną wydajnością i niezawodnością.
Różne warianty strukturalne żyroskopów światłowodowych
Żywenie światłowodowe występują w różnych konfiguracjach strukturalnych, a dominujący obecnie wchodzi w dziedzinę inżynieriiZamknięta pętlowa polaryzacja żyroskop światłowodowy. U podstaw tego żyroskopu jestPętla światłowodowa utrzymująca polaryzację, zawierający włókna utrzymujące polaryzację i precyzyjnie zaprojektowane ramy. Konstrukcja tej pętli obejmuje czterokrotnie symetryczną metodę uzwojenia, uzupełnioną unikalnym żelem uszczelnionym do tworzenia cewki z włókna stałego.
Kluczowe funkcjePolaryzacja utrzymująca światłowodowy gCewka YRO
▶ Unikalny projekt ramy:Pętle żyroskopowe mają charakterystyczny projekt ramowy, który z łatwością pomieści różne rodzaje włókien utrzymujących polaryzację.
▶ Czterokrotnie symetryczne technika uzwojenia:Czterokrotnie symetryczna technika uzwojenia 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 są idealne do zastosowań w wymagających środowiskach.
▶ Stabilność spójności w wysokiej temperaturze:Pętle żyroskopowe wykazują stabilność koherencji o wysokiej temperaturze, zapewniając dokładność nawet w różnych warunkach termicznych.
▶ Uproszczony lekki framework:Pętle żyroskopowe są zaprojektowane z prostą, ale lekką ramą, gwarantującą wysoką precyzję przetwarzania.
▶ Spójny proces uzwojenia:Proces uzwojenia pozostaje stabilny, dostosowując się do wymagań różnych precyzyjnych żyroskopów światłowodowych.
Odniesienie
Groves, PD (2008). Wprowadzenie do nawigacji bezwładności.The Journal of Navigation, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H., i Niu, X. (2019). Technologie czujników bezwładności aplikacji nawigacyjnych: najnowocześniejszy sztuka.Nawigacja satelitarna, 1(1), 1-15.
Woodman, OJ (2007). Wprowadzenie do nawigacji bezwładnościowej.University of Cambridge, Computer Laboratory, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R., i Laumond, JP (1985). Pozycja odniesienia i spójne modelowanie światowe dla robotów mobilnych.W Międzynarodowej Konferencji Międzynarodowej IEEE na temat robotyki i automatyzacji 1985(Vol. 2, s. 138-145). IEEE.
Potrzebujesz bezpłatnej konsulacji?
Niektóre z moich projektów
Niesamowite prace, do których się przyczyniłem. DUMNIE!
