Hva er treghetsnavigasjon?
Fundamentals of Inertial Navigation
De grunnleggende prinsippene for treghetsnavigasjon ligner på andre navigasjonsmetoder. Den er avhengig av å skaffe nøkkelinformasjon, inkludert startposisjonen, innledende orientering, retning og orientering av bevegelse i hvert øyeblikk, og gradvis integrere disse dataene (analoge med matematisk integrasjonsoperasjoner) for å bestemme navigasjonsparametere, for eksempel orientering og posisjon.
Sensorens rolle i treghetsnavigasjon
For å oppnå gjeldende orientering (holdning) og posisjonsinformasjon til et bevegelig objekt, bruker treghetsnavigasjonssystemer et sett med kritiske sensorer, først og fremst bestående av akselerometre og gyroskop. Disse sensorene måler vinkelhastighet og akselerasjon av bæreren i en treghetsreferanseramme. Dataene blir deretter integrert og behandlet over tid for å utlede hastighet og relativ posisjonsinformasjon. Deretter blir denne informasjonen transformert til navigasjonskoordinatsystemet, i forbindelse med startposisjonsdataene, og kulminerer med bestemmelsen av den nåværende plasseringen av transportøren.
Operasjonsprinsipper for treghetsnavigasjonssystemer
Treghetsnavigasjonssystemer fungerer som selvstendige, interne lukkede-sløyfesystemer. De er ikke avhengige av sanntids eksterne dataoppdateringer for å rette opp feil under transportørens bevegelse. Som sådan er et enkelt treghetsnavigasjonssystem egnet for navigasjonsoppgaver med kort varighet. For langvarighetsoperasjoner må den kombineres med andre navigasjonsmetoder, for eksempel satellittbaserte navigasjonssystemer, for å rette opp de akkumulerte interne feilene med jevne mellomrom.
Skjulbarheten av treghetsnavigasjon
I moderne navigasjonsteknologier, inkludert Celestial Navigation, Satellite Navigation og Radio Navigation, skiller treghetsnavigasjonen seg ut som autonom. Den avgir verken signaler til det ytre miljø eller avhenger av himmelske objekter eller eksterne signaler. Følgelig tilbyr treghetsnavigasjonssystemer det høyeste nivået av skjulbarhet, noe som gjør dem ideelle for applikasjoner som krever største konfidensialitet.
Offisiell definisjon av treghetsnavigasjon
Inertial Navigation System (INS) er et estimeringssystem for navigasjonsparameter som benytter gyroskop og akselerometre som sensorer. Systemet, basert på utgangen fra gyroskop, etablerer et navigasjonskoordinatsystem mens de bruker utgangen fra akselerometre for å beregne hastigheten og posisjonen til bæreren i navigasjonskoordinatsystemet.
Applikasjoner av treghetsnavigasjon
Treghetsteknologi har funnet omfattende applikasjoner innen forskjellige domener, inkludert luftfart, luftfart, maritim, petroleumsutforskning, geodesy, oseanografiske undersøkelser, geologisk boring, robotikk og jernbanesystemer. Med bruk av avanserte treghetssensorer har treghetsteknologi utvidet nytten til bilindustrien og medisinske elektroniske enheter, blant andre felt. Dette ekspanderende omfanget av applikasjoner understreker den stadig mer sentrale rollen til treghetsnavigasjon i å gi navigasjons- og posisjoneringsevner med høy presisjon for en rekke applikasjoner.
Kjernekomponenten i treghetsveiledning:Fiberoptisk gyroskop
Introduksjon til fiberoptiske gyroskop
Treghetsnavigasjonssystemer er sterkt avhengige av nøyaktigheten og presisjonen til kjernekomponentene. En slik komponent som har forbedret mulighetene til disse systemene betydelig er Fiber Optic Gyroskop (FOG). Tåke er en kritisk sensor som spiller en sentral rolle i å måle bærerens vinkelhastighet med bemerkelsesverdig nøyaktighet.
Fiberoptisk gyroskopdrift
Tåker fungerer på prinsippet om Sagnac -effekt, som innebærer å dele opp en laserstråle i to separate stier, slik at den kan reise i motsatte retninger langs en kveilet fiberoptisk sløyfe. Når bæreren, innebygd med tåken, roterer, er forskjellen i reisetid mellom de to bjelkene proporsjonal med vinkelhastigheten til bærerens rotasjon. Denne tidsforsinkelsen, kjent som Sagnac -faseskiftet, måles deretter nøyaktig, slik at tåken kan gi nøyaktige data angående transportørens rotasjon.
Prinsippet om et fiberoptisk gyroskop innebærer å avgi en lysstråle fra en fotodetektor. Denne lysstrålen passerer gjennom en kobling, kommer inn fra den ene enden og forlater fra en annen. Den reiser deretter gjennom en optisk sløyfe. To lysstråler, som kommer fra forskjellige retninger, går inn i sløyfen og fullfører en sammenhengende superposisjon etter å ha sirklet rundt. Det returnerende lyset kommer inn igjen i en lysemitterende diode (LED), som brukes til å oppdage intensiteten. Selv om prinsippet om et fiberoptisk gyroskop kan virke greit, ligger den viktigste utfordringen i å eliminere faktorer som påvirker den optiske banelengden til de to lysstrålene. Dette er et av de mest kritiske problemene som står overfor utviklingen av fiberoptiske gyroskop.
1 ： Superluminescerende diode 2 ： Photodetector Diode
3.Lys kildekobling 4.Fiberringskobling 5.optisk fiberring
Fordeler med fiberoptiske gyroskop
Tåker tilbyr flere fordeler som gjør dem uvurderlige i treghetsnavigasjonssystemer. De er kjent for sin eksepsjonelle nøyaktighet, pålitelighet og holdbarhet. I motsetning til mekaniske gyros, har tåker ingen bevegelige deler, noe som reduserer risikoen for slitasje. I tillegg er de motstandsdyktige mot sjokk og vibrasjoner, noe som gjør dem ideelle for krevende miljøer som romfart og forsvarsapplikasjoner.
Integrering av fiberoptiske gyroskop i treghetsnavigasjon
Treghetsnavigasjonssystemer inkorporerer i økende grad på grunn av deres høye presisjon og pålitelighet. Disse gyroskopene gir de avgjørende målinghastighetsmålingene som kreves for nøyaktig bestemmelse av orientering og posisjon. Ved å integrere FOGs i de eksisterende treghetsnavigasjonssystemene, kan operatører dra nytte av forbedret navigasjonsnøyaktighet, spesielt i situasjoner der ekstrem presisjon er nødvendig.
Bruksområder av fiberoptiske gyroskop i treghetsnavigasjon
Inkluderingen av FOGs har utvidet applikasjonene av treghetsnavigasjonssystemer på tvers av forskjellige domener. I luftfart og luftfart tilbyr tåkeutstyrte systemer presise navigasjonsløsninger for fly, droner og romfartøy. De brukes også mye i maritim navigasjon, geologiske undersøkelser og avansert robotikk, slik at disse systemene kan fungere med forbedret ytelse og pålitelighet.
Ulike strukturelle varianter av fiberoptiske gyroskop
Fiberoptiske gyroskop kommer i forskjellige strukturelle konfigurasjoner, med den dominerende som for øyeblikket kommer inn i ingeniørfaget erLukket sløyfe Polarisasjonsopprettholdende fiberoptisk gyroskop. Kjernen i dette gyroskopet erPolarisasjonsopprettholdende fibersløyfe, omfattende polarisasjonsopprettholdelsesfibre og et nøyaktig designet rammeverk. Konstruksjonen av denne sløyfen involverer en firedoblet symmetrisk viklingsmetode, supplert med en unik tetningsgel for å danne en faststofffibersløyfe-spole.
Viktige funksjoner iPolarisasjons vedlikeholdende fiberoptisk Gyro spole
▶ Unik rammedesign:Gyroskopsløyfene har en særegen rammeutforming som rommer forskjellige typer polarisasjonsopprettholdelsesfibre med letthet.
▶ Firedoblet symmetrisk viklingsteknikk:Den firedoblet symmetriske viklingsteknikken minimerer shupe -effekten, og sikrer presise og pålitelige målinger.
▶ Avansert tetningsgelmateriale:Ansettelsen av avanserte tetningsgelmaterialer, kombinert med en unik herdingsteknikk, forbedrer motstanden mot vibrasjoner, noe som gjør disse gyroskopsløyfene ideelle for applikasjoner i krevende miljøer.
▶ Høytemperatur Koherensstabilitet:Gyroskopsløyfene har høy temperatur koherensstabilitet, og sikrer nøyaktighet selv under varierende termiske forhold.
▶ Forenklet lette rammer:Gyroskopsløyfene er konstruert med en enkel, men lette rammeverk, og garanterer høy prosesseringspresisjon.
▶ Konsekvent viklingsprosess:Viklingsprosessen forblir stabil, og tilpasser seg kravene til forskjellige presisjonsfiberoptiske gyroskop.
Referanse
Groves, PD (2008). Introduksjon til treghetsnavigasjon.Journal of Navigation, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019). Treghetssensorer Teknologier for navigasjonsapplikasjoner: State of the Art.Satellittnavigasjon, 1(1), 1-15.
Woodman, OJ (2007). En introduksjon til treghetsnavigasjon.University of Cambridge, Computer Laboratory, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R., & Laumond, JP (1985). Posisjonsreferanse og konsistent verdensmodellering for mobile roboter.I Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation 1985(Vol. 2, s. 138-145). IEEE.
Trenger du en gratis konsolering?
Noen av prosjektene mine
Fantastiske verk som jeg har bidratt til. Stolt!
