Инерцијална навигација

ФОГс Цомпонентс Солутионс

Шта је инерцијална навигација?

Основи инерцијалне навигације

Основни принципи инерцијалне навигације су слични онима других метода навигације. Ослања се на добијање кључних информација, укључујући почетну позицију, почетну оријентацију, правац и оријентацију кретања у сваком тренутку, и прогресивно интегрисање ових података (аналогно операцијама математичке интеграције) да би се прецизно одредили параметри навигације, као што су оријентација и позиција.

Улога сензора у инерцијској навигацији

Да би добили информације о тренутној оријентацији (ставу) и положају објекта који се креће, инерцијални навигациони системи користе скуп критичних сензора, који се првенствено састоје од акцелерометара и жироскопа. Ови сензори мере угаону брзину и убрзање носача у инерцијалном референтном оквиру. Подаци се затим интегришу и обрађују током времена да би се добиле информације о брзини и релативном положају. Након тога, ове информације се трансформишу у навигациони координатни систем, заједно са подацима о иницијалној позицији, што кулминира одређивањем тренутне локације носача.

Принципи рада инерцијалних навигационих система

Инерцијални навигациони системи функционишу као самостални, унутрашњи навигациони системи затворене петље. Они се не ослањају на ажурирања спољних података у реалном времену да би исправили грешке током кретања носача. Као такав, један инерцијални навигациони систем је погодан за краткотрајне навигационе задатке. За дуготрајне операције, мора се комбиновати са другим методама навигације, као што су сателитски навигациони системи, да би се повремено исправљале акумулиране унутрашње грешке.

Прикривање инерцијалне навигације

У савременим навигационим технологијама, укључујући небеску навигацију, сателитску навигацију и радио навигацију, инерцијална навигација се издваја као аутономна. Не емитује сигнале у спољашње окружење нити зависи од небеских објеката или спољашњих сигнала. Сходно томе, инерцијални навигациони системи нуде највиши ниво прикривања, што их чини идеалним за апликације које захтевају највећу поверљивост.

Званична дефиниција инерцијалне навигације

Инерцијални навигациони систем (ИНС) је систем за процену навигационих параметара који користи жироскопе и акцелерометре као сензоре. Систем, заснован на излазу жироскопа, успоставља навигациони координатни систем док користи излаз акцелерометара за израчунавање брзине и положаја носача у навигационом координатном систему.

Примене инерцијалне навигације

Инерцијална технологија је нашла широку примену у различитим доменима, укључујући ваздухопловство, авијацију, поморство, истраживање нафте, геодезију, океанографска истраживања, геолошко бушење, роботику и железничке системе. Са појавом напредних инерцијалних сензора, инерцијална технологија је проширила своју корисност на аутомобилску индустрију и медицинске електронске уређаје, између осталих поља. Овај све већи обим примена наглашава све важнију улогу инерцијалне навигације у обезбеђивању високо прецизне навигације и могућности позиционирања за мноштво апликација.

Основна компонента инерцијалног навођења:Оптички жироскоп

Увод у оптичке жироскопе

Инерцијални навигациони системи се у великој мери ослањају на тачност и прецизност својих основних компоненти. Једна таква компонента која је значајно побољшала могућности ових система је оптички жироскоп (ФОГ). ФОГ је критичан сензор који игра кључну улогу у мерењу угаоне брзине носача са изузетном тачношћу.

Операција оптичког жироскопа

ФОГ функционишу на принципу Сагнац ефекта, који укључује раздвајање ласерског зрака на два одвојена пута, омогућавајући му да путује у супротним смеровима дуж намотане петље оптичких влакана. Када се носач, уграђен са ФОГ-ом, ротира, разлика у времену путовања између два снопа је пропорционална угаоној брзини ротације носача. Ово временско кашњење, познато као померање фазе Сањака, се затим прецизно мери, омогућавајући ФОГ-у да пружи тачне податке у вези са ротацијом носача.

Принцип оптичког жироскопа укључује емитовање снопа светлости из фотодетектора. Овај светлосни сноп пролази кроз спојницу, улази са једног краја и излази са другог. Затим путује кроз оптичку петљу. Два снопа светлости, која долазе из различитих праваца, улазе у петљу и завршавају кохерентну суперпозицију након кружења. Повратна светлост поново улази у светлећу диоду (ЛЕД), која се користи за откривање њеног интензитета. Иако принцип оптичког жироскопа може изгледати једноставно, најзначајнији изазов лежи у елиминисању фактора који утичу на дужину оптичке путање два светлосна снопа. Ово је једно од најкритичнијих питања са којима се суочава развој жироскопа са оптичким влакнима.

1: суперлуминисцентна диода 2: фотодетекторска диода

3.спојник извора светлости 4.влакнасти прстенасти спојник 5.прстен од оптичких влакана

Предности оптичких жироскопа

ФОГ-ови нуде неколико предности које их чине непроцењивим у инерцијалним навигационим системима. Они су познати по својој изузетној прецизности, поузданости и издржљивости. За разлику од механичких жироскопа, ФОГ-ови немају покретне делове, што смањује ризик од хабања. Поред тога, отпорни су на ударце и вибрације, што их чини идеалним за захтевна окружења као што су ваздухопловне и одбрамбене апликације.

Интеграција оптичких жироскопа у инерцијалну навигацију

Инерцијални навигациони системи све више укључују ФОГ због њихове високе прецизности и поузданости. Ови жироскопи обезбеђују кључна мерења угаоне брзине потребна за тачно одређивање оријентације и положаја. Интеграцијом ФОГ-а у постојеће инерцијалне навигационе системе, оператери могу имати користи од побољшане тачности навигације, посебно у ситуацијама када је неопходна екстремна прецизност.

Примене оптичких жироскопа у инерцијској навигацији

Укључивање ФОГ-ова проширило је примену инерцијалних навигационих система у различитим доменима. У ваздухопловству и авијацији, системи опремљени ФОГ-ом нуде прецизна навигациона решења за авионе, дронове и свемирске летелице. Такође се у великој мери користе у поморској навигацији, геолошким истраживањима и напредној роботици, омогућавајући овим системима да раде са побољшаним перформансама и поузданошћу.

Различите структурне варијанте оптичких жироскопа

Жироскопи са оптичким влакнима долазе у различитим структурним конфигурацијама, при чему је доминантна која тренутно улази у област инжењерингаоптички жироскоп затворене петље који одржава поларизацију. У основи овог жироскопа јепетља влакана која одржава поларизацију, који се састоји од влакана која одржавају поларизацију и прецизно дизајнираног оквира. Конструкција ове петље укључује четвороструку симетричну методу намотавања, допуњену јединственим заптивним гелом како би се формирала калем петље чврстог стања.

Кључне карактеристикеОптичка влакна за одржавање поларизације Гиро Цоил

▶Јединствени дизајн оквира:Петље жироскопа имају карактеристичан дизајн оквира који са лакоћом прихвата различите типове влакана која одржавају поларизацију.

▶Четири пута симетрична техника намотавања:Техника четвороструког симетричног намотавања минимизира Схупе ефекат, обезбеђујући прецизна и поуздана мерења.

▶Напредни материјал за заптивање гела:Употреба напредних материјала за заптивање гела, у комбинацији са јединственом техником очвршћавања, повећава отпорност на вибрације, чинећи ове жироскопске петље идеалним за примену у захтевним окружењима.

▶ Стабилност кохерентности при високим температурама:Петље жироскопа показују високу температурну кохерентну стабилност, обезбеђујући тачност чак и у различитим термичким условима.

▶Поједностављени лагани оквир:Петље жироскопа су пројектоване са једноставним, али лаганим оквиром, који гарантује високу прецизност обраде.

▶Доследан процес намотавања:Процес намотавања остаје стабилан, прилагођавајући се захтевима различитих прецизних жироскопа са оптичким влакнима.

Референце

Гровес, ПД (2008). Увод у инерцијалну навигацију.Тхе Јоурнал оф Навигатион, 61(1), 13-28.

Ел-Схеими, Н., Хоу, Х., & Ниу, Кс. (2019). Технологије инерцијалних сензора за навигационе апликације: стање технике.Сателитска навигација, 1(1), 1-15.

Воодман, ОЈ (2007). Увод у инерцијалну навигацију.Универзитет у Кембриџу, рачунарска лабораторија, УЦАМ-ЦЛ-ТР-696.

Цхатила, Р., & Лаумонд, ЈП (1985). Референца позиције и доследно моделирање света за мобилне роботе.У Процеедингс оф тхе 1985 ИЕЕЕ Интернатионал Цонференце он Роботицс анд Аутоматион(том 2, стр. 138-145). ИЕЕЕ.