Šta je inercijalna navigacija?
Osnove inercijalne navigacije
Osnovni principi inercijalne navigacije slični su principima drugih metoda navigacije.Oslanja se na prikupljanje ključnih informacija, uključujući početnu poziciju, početnu orijentaciju, smjer i orijentaciju kretanja u svakom trenutku, i progresivno integraciju ovih podataka (analogno operacijama matematičke integracije) za precizno određivanje navigacijskih parametara, kao što su orijentacija i pozicija.
Uloga senzora u inercijskoj navigaciji
Za dobijanje informacija o trenutnoj orijentaciji (stavu) i položaju objekta koji se kreće, inercijalni navigacioni sistemi koriste skup kritičnih senzora, koji se prvenstveno sastoje od akcelerometara i žiroskopa.Ovi senzori mjere ugaonu brzinu i ubrzanje nosača u inercijskom referentnom okviru.Podaci se zatim integriraju i obrađuju tokom vremena kako bi se dobile informacije o brzini i relativnom položaju.Nakon toga, ove informacije se pretvaraju u navigacijski koordinatni sistem, zajedno sa podacima o početnim pozicijama, što kulminira određivanjem trenutne lokacije nosača.
Principi rada inercijalnih navigacijskih sistema
Inercijalni navigacioni sistemi rade kao samostalni, unutrašnji navigacioni sistemi zatvorene petlje.Oni se ne oslanjaju na ažuriranja eksternih podataka u realnom vremenu kako bi ispravili greške tokom kretanja nosača.Kao takav, jedan inercijalni navigacijski sistem je pogodan za kratkotrajne navigacijske zadatke.Za dugotrajne operacije, mora se kombinovati sa drugim metodama navigacije, kao što su satelitski navigacioni sistemi, da bi se povremeno ispravljale akumulirane interne greške.
Prikrivanje inercijalne navigacije
U modernim navigacijskim tehnologijama, uključujući nebesku navigaciju, satelitsku navigaciju i radio navigaciju, inercijalna navigacija se ističe kao autonomna.Ne emituje signale u vanjsko okruženje niti ovisi o nebeskim objektima ili vanjskim signalima.Shodno tome, inercijalni navigacioni sistemi nude najviši nivo prikrivanja, što ih čini idealnim za aplikacije koje zahtevaju najveću poverljivost.
Zvanična definicija inercijalne navigacije
Inercijalni navigacioni sistem (INS) je sistem za procjenu navigacijskih parametara koji koristi žiroskope i akcelerometre kao senzore.Sistem, zasnovan na izlazu žiroskopa, uspostavlja navigacioni koordinatni sistem koristeći izlaz akcelerometara za izračunavanje brzine i položaja nosača u navigacionom koordinatnom sistemu.
Primjena inercijalne navigacije
Inercijalna tehnologija je našla široku primjenu u različitim domenima, uključujući vazduhoplovstvo, avijaciju, pomorstvo, istraživanje nafte, geodeziju, oceanografska istraživanja, geološko bušenje, robotiku i željezničke sisteme.Sa pojavom naprednih inercijalnih senzora, inercijalna tehnologija je proširila svoju upotrebu na automobilsku industriju i medicinske elektronske uređaje, između ostalih polja.Ovaj sve veći opseg aplikacija naglašava sve važniju ulogu inercijalne navigacije u pružanju navigacije visoke preciznosti i mogućnosti pozicioniranja za mnoštvo aplikacija.
Osnovna komponenta inercijalnog navođenja:Optički žiroskop
Uvod u optičke žiroskope
Inercijalni navigacioni sistemi se u velikoj meri oslanjaju na tačnost i preciznost svojih osnovnih komponenti.Jedna takva komponenta koja je značajno poboljšala mogućnosti ovih sistema je optički žiroskop (FOG).FOG je kritičan senzor koji igra ključnu ulogu u mjerenju ugaone brzine nosača sa izuzetnom preciznošću.
Operacija optičkog žiroskopa
FOG-ovi rade na principu Sagnac efekta, koji uključuje razdvajanje laserskog snopa na dva odvojena puta, omogućavajući mu da putuje u suprotnim smjerovima duž namotane optičke petlje.Kada se nosač, ugrađen sa FOG-om, rotira, razlika u vremenu putovanja između dva snopa je proporcionalna ugaonoj brzini rotacije nosača.Ovo vremensko kašnjenje, poznato kao Sagnac fazni pomak, se zatim precizno meri, omogućavajući FOG-u da pruži tačne podatke o rotaciji nosača.
Princip optičkog žiroskopa uključuje emitovanje snopa svjetlosti iz fotodetektora.Ovaj snop svjetlosti prolazi kroz spojnicu, ulazi s jednog kraja i izlazi s drugog.Zatim putuje kroz optičku petlju.Dva snopa svjetlosti, koja dolaze iz različitih smjerova, ulaze u petlju i završavaju koherentnu superpoziciju nakon kruženja.Povratna svjetlost ponovo ulazi u diodu koja emituje svjetlost (LED), koja se koristi za detekciju njenog intenziteta.Iako princip optičkog žiroskopa može izgledati jednostavno, najznačajniji izazov leži u eliminisanju faktora koji utiču na dužinu optičkog puta dva svetlosna snopa.Ovo je jedan od najkritičnijih problema sa kojim se suočava razvoj optičkih žiroskopa.
1: superluminiscentna dioda 2: fotodetektorska dioda
3.spojnik izvora svjetlosti 4.fiber ring spojnica 5.optic fiber prsten
Prednosti optičkih žiroskopa
FOG-ovi nude nekoliko prednosti koje ih čine neprocjenjivim u inercijalnim navigacijskim sistemima.Poznati su po svojoj izuzetnoj preciznosti, pouzdanosti i izdržljivosti.Za razliku od mehaničkih žiroskopa, FOG nema pokretnih dijelova, što smanjuje rizik od habanja.Osim toga, otporni su na udarce i vibracije, što ih čini idealnim za zahtjevna okruženja kao što su svemirske i odbrambene aplikacije.
Integracija optičkih žiroskopa u inercijsku navigaciju
Inercijalni navigacijski sistemi sve više uključuju FOG zbog njihove visoke preciznosti i pouzdanosti.Ovi žiroskopi pružaju ključna mjerenja ugaone brzine potrebna za precizno određivanje orijentacije i položaja.Integracijom FOG-a u postojeće inercijalne navigacijske sisteme, operateri mogu imati koristi od poboljšane preciznosti navigacije, posebno u situacijama gdje je neophodna ekstremna preciznost.
Primjena optičkih žiroskopa u inercijskoj navigaciji
Uključivanje FOG-ova proširilo je primjenu inercijalnih navigacijskih sistema na različite domene.U vazduhoplovstvu i avijaciji, sistemi opremljeni FOG-om nude precizna navigaciona rešenja za avione, dronove i svemirske letelice.Takođe se u velikoj meri koriste u pomorskoj navigaciji, geološkim istraživanjima i naprednoj robotici, omogućavajući ovim sistemima da rade sa poboljšanim performansama i pouzdanošću.
Različite strukturne varijante optičkih žiroskopa
Žiroskopi sa optičkim vlaknima dolaze u različitim strukturnim konfiguracijama, a dominantna koja trenutno ulazi u područje inženjeringa jeoptički žiroskop zatvorene petlje koji održava polarizaciju.U srži ovog žiroskopa jepetlja vlakana koja održava polarizaciju, koji se sastoji od vlakana koja održavaju polarizaciju i precizno dizajniranog okvira.Konstrukcija ove petlje uključuje četverostruku simetričnu metodu namotavanja, dopunjenu jedinstvenim zaptivnim gelom kako bi se formirala zavojnica petlje od čvrstog vlakna.
Ključne karakteristikeOptička vlakna za održavanje polarizacije Gyro Coil
▶Jedinstveni dizajn okvira:Petlje žiroskopa imaju karakterističan dizajn okvira koji s lakoćom prilagođava različite vrste vlakana koja održavaju polarizaciju.
▶Četvorostruka tehnika simetričnog namotavanja:Tehnika četverostrukog simetričnog namotavanja minimizira Shupe efekat, osiguravajući precizna i pouzdana mjerenja.
▶Napredni materijal za zaptivanje gela:Upotreba naprednih materijala za zaptivanje gela, u kombinaciji sa jedinstvenom tehnikom očvršćavanja, povećava otpornost na vibracije, čineći ove žiroskopske petlje idealnim za primenu u zahtevnim okruženjima.
▶Stabilnost koherentnosti pri visokim temperaturama:Petlje žiroskopa pokazuju visoku temperaturnu koherentnu stabilnost, osiguravajući tačnost čak i u različitim termičkim uslovima.
▶Pojednostavljeni lagani okvir:Petlje žiroskopa su projektovane sa jednostavnim, ali laganim okvirom, koji garantuje visoku preciznost obrade.
▶Dosljedan proces namotavanja:Proces namotavanja ostaje stabilan, prilagođavajući se zahtjevima različitih preciznih žiroskopa sa optičkim vlaknima.
Referenca
Groves, PD (2008).Uvod u inercijalnu navigaciju.The Journal of Navigation, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019).Tehnologije inercijalnih senzora za navigacijske aplikacije: vrhunsko stanje.Satelitska navigacija, 1(1), 1-15.
Woodman, OJ (2007).Uvod u inercijalnu navigaciju.Univerzitet u Kembridžu, Računarska laboratorija, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R., & Laumond, JP (1985).Referenca položaja i dosljedno modeliranje svijeta za mobilne robote.U Proceedings of 1985 IEEE International Conference on Robotics and Automation(Vol. 2, str. 138-145).IEEE.
Trebate besplatnu konzultaciju?
NEKI OD MOJIH PROJEKATA
ODLICNI RADOVI KOJIMA SAM DOPRINOSIO.PONOSNO!
