Šta je inercijalna navigacija?
Osnove inercijalne navigacije
Osnovni principi inercijalne navigacije slični su principima drugih navigacijskih metoda. Oslanja se na prikupljanje ključnih informacija, uključujući početnu poziciju, početnu orijentaciju, smjer i orijentaciju kretanja u svakom trenutku, te progresivnu integraciju tih podataka (analogno matematičkim operacijama integracije) kako bi se precizno odredili navigacijski parametri, kao što su orijentacija i pozicija.
Uloga senzora u inercijalnoj navigaciji
Da bi dobili informacije o trenutnoj orijentaciji (položaju) i položaju objekta u pokretu, inercijalni navigacijski sistemi koriste skup kritičnih senzora, koji se prvenstveno sastoje od akcelerometara i žiroskopa. Ovi senzori mjere ugaonu brzinu i ubrzanje nosača u inercijalnom referentnom okviru. Podaci se zatim integrišu i obrađuju tokom vremena kako bi se dobile informacije o brzini i relativnom položaju. Nakon toga, ove informacije se transformišu u navigacijski koordinatni sistem, zajedno s početnim podacima o položaju, što kulminira određivanjem trenutne lokacije nosača.
Principi rada inercijalnih navigacijskih sistema
Inercijalni navigacijski sistemi funkcionišu kao samostalni, interni navigacijski 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 s drugim navigacijskim metodama, kao što su satelitski navigacijski sistemi, kako bi se periodično ispravljale akumulirane interne greške.
Prikrivenost inercijalne navigacije
U modernim navigacijskim tehnologijama, uključujući nebesku navigaciju, satelitsku navigaciju i radio navigaciju, inercijalna navigacija se ističe kao autonomna. Ona ne emituje signale u vanjsko okruženje niti zavisi od nebeskih objekata ili vanjskih signala. Posljedično, inercijalni navigacijski sistemi nude najviši nivo prikrivenosti, što ih čini idealnim za primjene koje zahtijevaju najveću povjerljivost.
Zvanična definicija inercijalne navigacije
Inercijalni navigacijski sistem (INS) je sistem za procjenu navigacijskih parametara koji koristi žiroskope i akcelerometre kao senzore. Sistem, zasnovan na izlazu žiroskopa, uspostavlja navigacijski koordinatni sistem koristeći izlaz akcelerometara za izračunavanje brzine i položaja nosača u navigacijskom koordinatnom sistemu.
Primjene inercijalne navigacije
Inercijalna tehnologija pronašla je široku primjenu u različitim oblastima, uključujući vazduhoplovstvo, avijaciju, pomorstvo, istraživanje nafte, geodeziju, okeanografska istraživanja, geološko bušenje, robotiku i željezničke sisteme. Pojavom naprednih inercijalnih senzora, inercijalna tehnologija je proširila svoju korisnost na automobilsku industriju i medicinske elektronske uređaje, između ostalih oblasti. Ovaj sve veći opseg primjene naglašava sve ključniju ulogu inercijalne navigacije u pružanju visokopreciznih navigacijskih i pozicionirajućih mogućnosti za mnoštvo primjena.
Osnovna komponenta inercijalnog navođenja:Žiroskop od optičkih vlakana
Uvod u optičke žiroskope
Inercijalni navigacijski sistemi u velikoj mjeri zavise od tačnosti i preciznosti svojih osnovnih komponenti. Jedna takva komponenta koja je značajno poboljšala mogućnosti ovih sistema je optički žiroskop (FOG). FOG je ključni senzor koji igra ključnu ulogu u mjerenju ugaone brzine nosača sa izuzetnom tačnošću.
Rad optičkog žiroskopa
FOG-ovi funkcionišu na principu Sagnac efekta, koji uključuje dijeljenje laserskog snopa na dva odvojena puta, omogućavajući mu da putuje u suprotnim smjerovima duž spiralne optičke petlje. Kada se nosač, ugrađen u FOG, rotira, razlika u vremenu putovanja između dva snopa proporcionalna je ugaonoj brzini rotacije nosača. Ovo vremensko kašnjenje, poznato kao Sagnac fazni pomak, zatim se precizno mjeri, omogućavajući FOG-u da pruži tačne podatke o rotaciji nosača.
Princip rada optičkog žiroskopa uključuje emitovanje snopa svjetlosti iz fotodetektora. Ovaj svjetlosni snop prolazi kroz spojnicu, ulazeći s jednog kraja i izlazeći s drugog. Zatim putuje kroz optičku petlju. Dva snopa svjetlosti, koji dolaze iz različitih smjerova, ulaze u petlju i nakon kruženja formiraju koherentnu superpoziciju. Povratna svjetlost ponovo ulazi u svjetleću diodu (LED), koja se koristi za detekciju njenog intenziteta. Iako se princip optičkog žiroskopa može činiti jednostavnim, najznačajniji izazov leži u eliminisanju faktora koji utiču na dužinu optičkog puta dva svjetlosna snopa. Ovo je jedno od najkritičnijih pitanja s kojima se suočavamo u razvoju optičkih žiroskopa.
1: superluminiscentna dioda 2: fotodetektorska dioda
3. spojnica izvora svjetlosti 4.spojnica od vlaknastih prstenova 5. optički vlaknasti prsten
Prednosti optičkih žiroskopa
FOG-ovi nude nekoliko prednosti koje ih čine neprocjenjivim u inercijalnim navigacijskim sistemima. Poznati su po svojoj izuzetnoj tačnosti, pouzdanosti i izdržljivosti. Za razliku od mehaničkih žiroskopa, FOG-ovi nemaju pokretne dijelove, što smanjuje rizik od habanja. Osim toga, otporni su na udarce i vibracije, što ih čini idealnim za zahtjevna okruženja kao što su vazduhoplovne i odbrambene primjene.
Integracija optičkih žiroskopa u inercijalnu navigaciju
Inercijalni navigacijski sistemi sve više uključuju FOG-ove (foto žiroskope) zbog njihove visoke preciznosti i pouzdanosti. Ovi žiroskopi pružaju ključna mjerenja ugaone brzine potrebna za precizno određivanje orijentacije i položaja. Integracijom FOG-ova u postojeće inercijalne navigacijske sisteme, operateri mogu imati koristi od poboljšane tačnosti navigacije, posebno u situacijama gdje je potrebna ekstremna preciznost.
Primjena optičkih žiroskopa u inercijalnoj navigaciji
Uključivanje FOG-ova (foto-inženjerskih objekata) proširilo je primjenu inercijalnih navigacijskih sistema u različitim domenima. U vazduhoplovstvu i avijaciji, sistemi opremljeni FOG-om nude precizna navigacijska rješenja za avione, dronove i svemirske letjelice. Također se široko 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 od optičkih vlakana dolaze u različitim strukturnim konfiguracijama, a dominantna konfiguracija koja trenutno ulazi u područje inženjerstva je...Žiroskop od optičkih vlakana sa zatvorenom petljom i održavanjem polarizacijeU srži ovog žiroskopa jeoptička petlja koja održava polarizaciju, koji se sastoji od vlakana koja održavaju polarizaciju i precizno dizajniranog okvira. Konstrukcija ove petlje uključuje metodu četverostrukog simetričnog namotavanja, dopunjenu jedinstvenim gelom za zaptivanje kako bi se formirala zavojnica od vlakana u čvrstom stanju.
Ključne karakteristikeOptičko vlakno koje održava polarizaciju Gyro zavojnica
▶Jedinstveni dizajn okvira:Žiroskopske petlje imaju prepoznatljiv dizajn okvira koji s lakoćom prilagođava različite vrste vlakana koja održavaju polarizaciju.
▶Tehnika četverostrukog simetričnog namotavanja:Tehnika četverostrukog simetričnog namotavanja minimizira Shupeov efekt, osiguravajući precizna i pouzdana mjerenja.
▶Napredni materijal za zaptivanje gelom:Upotreba naprednih gel materijala za zaptivanje, u kombinaciji s jedinstvenom tehnikom stvrdnjavanja, povećava otpornost na vibracije, što ove žiroskopske petlje čini idealnim za primjenu u zahtjevnim okruženjima.
▶Koherentna stabilnost na visokim temperaturama:Žiroskopske petlje pokazuju visoku temperaturnu koherentnu stabilnost, osiguravajući tačnost čak i u različitim termičkim uslovima.
▶Pojednostavljeni lagani okvir:Žiroskopske petlje su konstruirane s jednostavnim, ali laganim okvirom, što garantira visoku preciznost obrade.
▶Konzistentan proces namotavanja:Proces namotavanja ostaje stabilan, prilagođavajući se zahtjevima različitih preciznih optičkih žiroskopa.
Referenca
Groves, PD (2008). Uvod u inercijalnu navigaciju.Časopis za navigaciju, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H. i Niu, X. (2019). Tehnologije inercijalnih senzora za navigacijske primjene: trenutno stanje tehnike.Satelitska navigacija, 1(1), 1-15.
Woodman, OJ (2007). Uvod u inercijalnu navigaciju.Univerzitet u Kembridžu, Računarska laboratorija, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R. i Laumond, JP (1985). Referenciranje pozicije i konzistentno modeliranje svijeta za mobilne robote.U Zborniku radova sa IEEE Međunarodne konferencije o robotici i automatizaciji iz 1985.(Svezak 2, str. 138-145). IEEE.
Trebate besplatne konsultacije?
NEKI OD MOJIH PROJEKATA
ODLIČNI RADOVI KOJIMA SAM PONOSNO DOPRINIJEO!
