Hvad er inertial navigation?
Grundlæggende om inertial navigation
De grundlæggende principper for inertial navigation svarer til dem fra andre navigationsmetoder. Det er afhængig af at erhverve nøgleinformation, herunder den indledende position, indledende orientering, retning og orientering af bevægelse på hvert øjeblik og gradvist integrere disse data (analogt med matematiske integrationsoperationer) til nøjagtigt at bestemme navigationsparametre, såsom orientering og position.
Sensors rolle i inertial navigation
For at opnå den aktuelle orientering (holdning) og placere information om et bevægende objekt anvender inertielle navigationssystemer et sæt kritiske sensorer, der primært består af accelerometre og gyroskoper. Disse sensorer måler vinkelhastighed og acceleration af bæreren i en inertial referenceramme. Dataene integreres og behandles derefter over tid for at udlede hastighed og relativ positionsinformation. Derefter omdannes disse oplysninger til navigationskoordinatsystemet i forbindelse med de indledende positionsdata, der kulminerer med bestemmelsen af den aktuelle placering af transportøren.
Driftsprincipper for inertial navigationssystemer
Inertielle navigationssystemer fungerer som selvstændige, interne lukket sløjfe-navigationssystemer. De er ikke afhængige af eksterne dataopdateringer i realtid for at korrigere fejl under transportørens bevægelse. Som sådan er et enkelt inertial navigationssystem velegnet til navigationsopgaver med kort varighed. For langvarig operationer skal det kombineres med andre navigationsmetoder, såsom satellitbaserede navigationssystemer, til periodisk at rette de akkumulerede interne fejl.
Uregalbarheden af inertial navigation
I moderne navigationsteknologier, herunder celestial navigation, satellitnavigation og radiomavigation, skiller inertial navigation sig ud som autonom. Det udsender hverken signaler til det ydre miljø eller afhænger af himmelobjekter eller eksterne signaler. Følgelig tilbyder inertielle navigationssystemer det højeste niveau af skjulerbarhed, hvilket gør dem ideelle til applikationer, der kræver den største fortrolighed.
Officiel definition af inertial navigation
Inertial Navigation System (INS) er et navigationsparameterestimeringssystem, der anvender gyroskoper og accelerometre som sensorer. Systemet, der er baseret på output fra gyroskoper, etablerer et navigationskoordinatsystem, mens den bruger output fra accelerometre til at beregne bærerens hastighed og placering i navigationskoordinatsystemet.
Anvendelser af inertial navigation
Inertial teknologi har fundet vidtgående applikationer inden for forskellige domæner, herunder rumfart, luftfart, maritim, petroleumsudforskning, geodesi, oceanografiske undersøgelser, geologisk boring, robotik og jernbanesystemer. Med fremkomsten af avancerede inertielle sensorer har inertial teknologi udvidet sin anvendelighed til bilindustrien og medicinske elektroniske enheder, blandt andre områder. Dette ekspanderende omfang af applikationer understreger den stadig mere centrale rolle som inertial navigation i at tilvejebringe navigations- og positioneringsfunktioner med høj præcision til et væld af applikationer.
Kernekomponenten i inertial vejledning:Fiberoptisk gyroskop
Introduktion til fiberoptiske gyroskoper
Inertielle navigationssystemer er stærkt afhængige af nøjagtigheden og præcisionen af deres kernekomponenter. En sådan komponent, der har forbedret disse systemers kapacitet markant, er det fiberoptiske gyroskop (FOG). Tåge er en kritisk sensor, der spiller en central rolle i målingen af transportørens vinkelhastighed med bemærkelsesværdig nøjagtighed.
Fiberoptisk gyroskopdrift
Tåge fungerer efter princippet om Sagnac -effekt, som involverer opdeling af en laserstråle i to separate stier, hvilket gør det muligt for den at rejse i modsatte retninger langs en opviklet fiberoptisk sløjfe. Når transportøren, indlejret med tågen, roterer, er forskellen i rejsetid mellem de to bjælker proportional med vinkelhastigheden i transportørens rotation. Denne tidsforsinkelse, kendt som Sagnac -faseskiftet, måles derefter nøjagtigt, hvilket gør det muligt for tågen at give nøjagtige data om transportørens rotation.
Princippet om et fiberoptisk gyroskop involverer at udsende en lysstråle fra en fotodetektor. Denne lysstråle passerer gennem en kobling, går ind fra den ene ende og forlader fra en anden. Den rejser derefter gennem en optisk sløjfe. To lysstråler, der kommer fra forskellige retninger, går ind i løkken og fuldfører en sammenhængende superposition efter at have cirkuleret rundt. Den tilbagevendende lys genindtræder en lysemitterende diode (LED), der bruges til at detektere dens intensitet. Mens princippet om et fiberoptisk gyroskop kan virke ligetil, ligger den mest betydningsfulde udfordring i at eliminere faktorer, der påvirker den optiske sti -længde af de to lysstråler. Dette er et af de mest kritiske problemer, der står over for udviklingen af fiberoptiske gyroskoper.
1 ： Superluminescent diode 2 ： Photodetector -diode
3. Lys kildekobling 4.Fiberringkobling 5.optisk fiberring
Fordele ved fiberoptiske gyroskoper
Tåge tilbyder flere fordele, der gør dem uvurderlige i inertielle navigationssystemer. De er kendt for deres ekstraordinære nøjagtighed, pålidelighed og holdbarhed. I modsætning til mekaniske gyros har tåger ingen bevægelige dele, hvilket reducerer risikoen for slid. Derudover er de modstandsdygtige over for chok og vibrationer, hvilket gør dem ideelle til krævende miljøer som rumfarts- og forsvarsapplikationer.
Integration af fiberoptiske gyroskoper i inertial navigation
Inertielle navigationssystemer inkorporerer i stigende grad tåger på grund af deres høje præcision og pålidelighed. Disse gyroskoper tilvejebringer de afgørende vinkelhastighedsmålinger, der kræves til nøjagtig bestemmelse af orientering og position. Ved at integrere tåge i de eksisterende inertielle navigationssystemer kan operatører drage fordel af forbedret navigationsnøjagtighed, især i situationer, hvor ekstrem præcision er nødvendig.
Anvendelser af fiberoptiske gyroskoper i inertial navigation
Inkluderingen af tåger har udvidet anvendelsen af inertielle navigationssystemer på tværs af forskellige domæner. I rumfart og luftfart tilbyder tågeudstyrede systemer præcise navigationsløsninger til fly, droner og rumfartøj. De bruges også omfattende i maritim navigation, geologiske undersøgelser og avanceret robotik, hvilket gør det muligt for disse systemer at fungere med forbedret ydelse og pålidelighed.
Forskellige strukturelle varianter af fiberoptiske gyroskoper
Fiberoptiske gyroskoper findes i forskellige strukturelle konfigurationer, med den dominerende, der i øjeblikket kommer ind i teknikens område, er detLukket loop polarisation-vedligeholdelse af fiberoptisk gyroskop. Kernen i dette gyroskop erPolarisation-vedligeholdende fibersløjfe, omfattende polarisations-vedligeholdelsesfibre og en nøjagtigt designet ramme. Konstruktionen af denne løkke involverer en firfoldet symmetrisk viklingsmetode, suppleret med en unik tætningsgel til dannelse af en faststoffibersløjfe-spole.
Nøglefunktioner afPolarisation-vedligeholdelse af fiberoptisk gyro spiral
▶ Unik rammedesign:Gyroskopsløjferne har et markant rammedesign, der let kan rumme forskellige typer polarisations-vedligeholdelsesfibre.
▶ Fourfolds symmetrisk viklingsteknik:Den firfoldige symmetriske viklingsteknik minimerer shupe -effekten, hvilket sikrer præcise og pålidelige målinger.
▶ Avanceret tætningsgelmateriale:Ansættelsen af avancerede tætningsgelmaterialer kombineret med en unik hærdningsteknik forbedrer modstanden mod vibrationer, hvilket gør disse gyroskopsløjfer ideelle til applikationer i krævende miljøer.
▶ Højtemperatur sammenhængende stabilitet:Gyroskopsløjferne udviser højtemperaturens kohærensstabilitet, hvilket sikrer nøjagtighed, selv under forskellige termiske forhold.
▶ Forenklet letvægtsramme:Gyroskopsløjferne er konstrueret med en ligetil, men alligevel lette rammer, hvilket garanterer høj behandling af præcision.
▶ Konsekvent viklingsproces:Viklingsprocessen forbliver stabil og tilpasser sig kravene til forskellige præcisionsfiberoptiske gyroskoper.
Reference
Groves, PD (2008). Introduktion til inertial navigation.Journal of Navigation, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019). Inertielle sensorer Teknologier til navigationsapplikationer: Kunst.Satellitnavigation, 1(1), 1-15.
Woodman, OJ (2007). En introduktion til inertial navigation.University of Cambridge, Computer Laboratory, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R., & Laumond, JP (1985). Positionshenvisning og konsekvent verdensmodellering til mobile robotter.I Proceedings of the 1985 IEEE International Conference on Robotics and Automation(Bind 2, s. 138-145). IEEE.
Brug for en gratis konsekvens?
Nogle af mine projekter
Fantastiske værker, som jeg har bidraget til. Stolt!
