Інерцыяльная навігацыя

Рашэнні кампанентаў FOGs

Што такое інерцыяльная навігацыя?

Асновы інерцыяльнай навігацыі

Фундаментальныя прынцыпы інерцыяльнай навігацыі блізкія да іншых метадаў навігацыі. Ён абапіраецца на атрыманне ключавой інфармацыі, уключаючы першапачатковае становішча, першапачатковую арыентацыю, кірунак і арыентацыю руху ў кожны момант, і паступовую інтэграцыю гэтых даных (аналаг матэматычных аперацый інтэграцыі) для дакладнага вызначэння параметраў навігацыі, такіх як арыентацыя і становішча.

Роля датчыкаў у інерцыяльнай навігацыі

Для атрымання інфармацыі аб бягучай арыентацыі (адносінах) і становішчы аб'екта, які рухаецца, інерцыяльныя сістэмы навігацыі выкарыстоўваюць набор крытычных датчыкаў, якія складаюцца ў асноўным з акселерометраў і гіраскопаў. Гэтыя датчыкі вымяраюць вуглавую хуткасць і паскарэнне носьбіта ў інерцыяльнай сістэме адліку. Затым даныя інтэгруюцца і апрацоўваюцца з цягам часу для атрымання інфармацыі аб хуткасці і адноснай пазіцыі. Пасля гэтая інфармацыя пераўтворыцца ў навігацыйную сістэму каардынат у спалучэнні з першапачатковымі дадзенымі аб становішчы, што завяршаецца вызначэннем бягучага месцазнаходжання носьбіта.

Прынцыпы дзеяння інерцыяльных навігацыйных сістэм

Інерцыяльныя навігацыйныя сістэмы працуюць як аўтаномныя ўнутраныя замкнёныя сістэмы навігацыі. Яны не спадзяюцца на абнаўленне знешніх даных у рэжыме рэальнага часу для выпраўлення памылак падчас руху носьбіта. Такім чынам, адзіная інерцыяльная навігацыйная сістэма падыходзіць для кароткачасовых навігацыйных задач. Для доўгатэрміновых аперацый яго неабходна спалучаць з іншымі метадамі навігацыі, такімі як спадарожнікавыя сістэмы навігацыі, каб перыядычна выпраўляць назапашаныя ўнутраныя памылкі.

Утойваемасць інерцыяльнай навігацыі

У сучасных навігацыйных тэхналогіях, уключаючы аэранавігацыю, спадарожнікавую навігацыю і радыёнавігацыю, інерцыяльная навігацыя вылучаецца як аўтаномная. Ён не выпраменьвае сігналаў у знешняе асяроддзе і не залежыць ад нябесных аб'ектаў або знешніх сігналаў. Такім чынам, інерцыяльныя навігацыйныя сістэмы забяспечваюць найвышэйшы ўзровень утойлівасці, што робіць іх ідэальнымі для прыкладанняў, якія патрабуюць максімальнай канфідэнцыяльнасці.

Афіцыйнае вызначэнне інерцыяльнай навігацыі

Інерцыяльная навігацыйная сістэма (INS) - гэта сістэма ацэнкі параметраў навігацыі, у якой у якасці датчыкаў выкарыстоўваюцца гіраскопы і акселерометры. Сістэма, заснаваная на выхадзе гіраскопаў, усталёўвае навігацыйную сістэму каардынат, выкарыстоўваючы пры гэтым выхад акселерометраў для вылічэння хуткасці і становішча носьбіта ў навігацыйнай сістэме каардынат.

Прымяненне інерцыяльнай навігацыі

Інерцыяльная тэхналогія знайшла шырокае прымяненне ў розных галінах, уключаючы аэракасмічную, авіяцыйную, марскую, разведку нафты, геадэзію, акіянаграфічныя даследаванні, геалагічнае бурэнне, робататэхніку і чыгуначныя сістэмы. Са з'яўленнем удасканаленых інерцыйных датчыкаў інерцыяльная тэхналогія пашырыла сваю прымяненне ў аўтамабільнай прамысловасці і медыцынскіх электронных прыладах, сярод іншых абласцей. Гэта пашырэнне сферы прымянення падкрэслівае ўсё больш важную ролю інерцыяльнай навігацыі ў забеспячэнні высокадакладнай навігацыі і магчымасці пазіцыянавання для мноства прыкладанняў.

Асноўны кампанент інерцыйнага навядзення:Валаконна-аптычны гіраскоп

Уводзіны ў валаконна-аптычныя гіраскопы

Інерцыяльныя навігацыйныя сістэмы ў значнай ступені залежаць ад дакладнасці і дакладнасці іх асноўных кампанентаў. Адным з такіх кампанентаў, які значна пашырыў магчымасці гэтых сістэм, з'яўляецца валаконна-аптычны гіраскоп (FOG). FOG - важны датчык, які адыгрывае ключавую ролю ў вымярэнні вуглавой хуткасці носьбіта з надзвычайнай дакладнасцю.

Праца валаконна-аптычнага гіраскопа

ТУМА працуюць па прынцыпе эфекту Саньяка, які прадугледжвае раздзяленне лазернага прамяня на два асобныя шляхі, што дазваляе яму рухацца ў процілеглых напрамках па скручанай валаконна-аптычнай пятлі. Калі носьбіт, убудаваны ў ТУМАН, круціцца, розніца ў часе перамяшчэння паміж двума пучкамі прапарцыйная вуглавой хуткасці кручэння носьбіта. Гэтая часовая затрымка, вядомая як фазавы зрух Саньяка, затым дакладна вымяраецца, што дазваляе ТУМАНУ прадастаўляць дакладныя даныя аб кручэнні носьбіта.

Прынцып валаконна-аптычнага гіраскопа заключаецца ў выпраменьванні прамяня святла ад фотадэтэктара. Гэты прамень святла праходзіць праз муфту, уваходзячы з аднаго канца і выходзіць з іншага. Затым ён праходзіць праз аптычную пятлю. Два прамяні святла, якія ідуць з розных бакоў, трапляюць у пятлю і завяршаюць кагерэнтную суперпазіцыю пасля круга. Святло, якое вяртаецца, зноў трапляе ў святлодыёд (LED), які выкарыстоўваецца для вызначэння яго інтэнсіўнасці. У той час як прынцып валаконна-аптычнага гіраскопа можа здацца простым, найбольш важная праблема заключаецца ў ліквідацыі фактараў, якія ўплываюць на даўжыню аптычнага шляху двух светлавых пучкоў. Гэта адна з самых важных праблем, з якімі сутыкаюцца пры распрацоўцы валаконна-аптычных гіраскопаў.

1: суперлюмінесцэнтны дыёд 2: дыёд фотадэтэктара

3.light крыніцы муфты 4.валаконна-кальцавая муфта 5. кольца з аптычнага валакна

Перавагі валаконна-аптычных гіраскопаў

Туманы маюць некалькі пераваг, якія робяць іх неацэннымі ў інерцыяльных навігацыйных сістэмах. Яны славяцца сваёй выключнай дакладнасцю, надзейнасцю і даўгавечнасцю. У адрозненне ад механічных гіраскопаў, у FOG няма рухомых частак, што зніжае рызыку зносу. Акрамя таго, яны ўстойлівыя да ўдараў і вібрацыі, што робіць іх ідэальнымі для патрабавальных асяроддзяў, такіх як аэракасмічная і абаронная прамысловасць.

Інтэграцыя валаконна-аптычных гіраскопаў у інерцыяльную навігацыю

Інерцыяльныя навігацыйныя сістэмы ўсё часцей уключаюць ТУМА з-за іх высокай дакладнасці і надзейнасці. Гэтыя гіраскопы забяспечваюць важныя вымярэнні вуглавой хуткасці, неабходныя для дакладнага вызначэння арыентацыі і становішча. Інтэгруючы ТУМА ў існуючыя інерцыяльныя навігацыйныя сістэмы, аператары могуць атрымаць выгаду з павышэння дакладнасці навігацыі, асабліва ў сітуацыях, калі неабходна надзвычайная дакладнасць.

Прымяненне валаконна-аптычных гіраскопаў у інерцыяльнай навігацыі

Уключэнне ТУМ пашырыла прымяненне інерцыяльных навігацыйных сістэм у розных галінах. У касманаўтыцы і авіяцыі сістэмы, абсталяваныя FOG, прапануюць дакладныя навігацыйныя рашэнні для самалётаў, беспілотнікаў і касмічных караблёў. Яны таксама шырока выкарыстоўваюцца ў марской навігацыі, геалагічных даследаваннях і перадавой робататэхніцы, што дазваляе гэтым сістэмам працаваць з падвышанай прадукцыйнасцю і надзейнасцю.

Розныя канструктыўныя варыянты валаконна-аптычных гіраскопаў

Валаконна-аптычныя гіраскопы бываюць розных структурных канфігурацый, прычым пераважнай з іх у цяперашні час з'яўляецца тэхнікавалаконна-аптычны гіраскоп з замкнёным контурам захавання палярызацыі. У аснове гэтага гіраскопа ляжыцьвалаконная пятля, якая падтрымлівае палярызацыю, які змяшчае валакна, якія захоўваюць палярызацыю, і дакладна распрацаваны каркас. Канструкцыя гэтай пятлі ўключае чатырохразовы сіметрычны метад намоткі, дапоўнены унікальным ушчыльняючым гелем для фарміравання цвёрдацельнай валаконнай пятлі.

Асноўныя характарыстыкіОптавалакно G з захаваннем палярызацыійро Шпулька

▶Унікальны дызайн рамкі:Петлі гіраскопа маюць адметную канструкцыю каркаса, якая з лёгкасцю змяшчае розныя тыпы валокнаў, якія захоўваюць палярызацыю.

▶ Тэхніка чатырохразовага сіметрычнага намотвання:Тэхніка чатырохразовага сіметрычнага намотвання мінімізуе эфект Шупе, забяспечваючы дакладныя і надзейныя вымярэнні.

▶Удасканалены ўшчыльняючы гелевы матэрыял:Выкарыстанне перадавых ушчыльняючых гелевых матэрыялаў у спалучэнні з унікальнай тэхнікай отвержденія павышае ўстойлівасць да вібрацый, што робіць гэтыя петлі гіраскопа ідэальнымі для прымянення ў складаных умовах.

▶Стабільнасць высокатэмпературнай кагерэнтнасці:Петлі гіраскопа дэманструюць стабільнасць кагерэнтнасці пры высокай тэмпературы, забяспечваючы дакладнасць нават у розных тэмпературных умовах.

▶Спрошчаная лёгкая структура:Петлі гіраскопа распрацаваны з простай, але лёгкай рамкай, што гарантуе высокую дакладнасць апрацоўкі.

▶Паслядоўны працэс намотвання:Працэс намоткі застаецца стабільным, адаптуючыся да патрабаванняў розных дакладных валаконна-аптычных гіраскопаў.

Даведка

Гроўвс, PD (2008). Уводзіны ў інерцыяльную навігацыю.Часопіс навігацыі, 61(1), 13-28.

Эль-Шэймі, Н., Хоу, Х. і Ніу, X. (2019). Тэхналогіі інерцыйных датчыкаў для навігацыйных прыкладанняў: сучасны стан.Спадарожнікавая навігацыя, 1(1), 1-15.

Вудман, О.Я. (2007). Уводзіны ў інерцыяльную навігацыю.Кембрыджскі ўніверсітэт, кампутарная лабараторыя, UCAM-CL-TR-696.

Шаціла Р. і Ламонд Дж. П. (1985). Прывязка да пазіцыі і паслядоўнае мадэляванне свету для мабільных робатаў.У матэрыялах Міжнароднай канферэнцыі IEEE па робататэхніцы і аўтаматызацыі 1985 г(Т. 2, с. 138-145). IEEE.