Hva er treghetsnavigasjon?
Grunnleggende om treghetsnavigasjon
De grunnleggende prinsippene for treghetsnavigasjon er beslektet med prinsippene for andre navigasjonsmetoder. Den er avhengig av å innhente nøkkelinformasjon, inkludert startposisjon, startorientering, bevegelsesretning og -orientering i hvert øyeblikk, og gradvis integrere disse dataene (analogt med matematiske integrasjonsoperasjoner) for å bestemme navigasjonsparametere, som orientering og posisjon, nøyaktig.
Sensorenes rolle i treghetsnavigasjon
For å innhente gjeldende orientering (holdning) og posisjonsinformasjon for et objekt i bevegelse, bruker treghetsnavigasjonssystemer et sett med kritiske sensorer, hovedsakelig bestående av akselerometre og gyroskoper. Disse sensorene måler vinkelhastighet og akselerasjon til bæreren i en treghetsreferanseramme. Dataene integreres og behandles deretter over tid for å utlede hastighets- og relativ posisjonsinformasjon. Deretter transformeres denne informasjonen til navigasjonskoordinatsystemet, sammen med de opprinnelige posisjonsdataene, noe som kulminerer i bestemmelsen av bærerens gjeldende posisjon.
Driftsprinsipper for treghetsnavigasjonssystemer
Treghetsnavigasjonssystemer fungerer som selvstendige, interne lukkede navigasjonssystemer. De er ikke avhengige av sanntidsoppdateringer av eksterne data for å korrigere feil under transportørens bevegelse. Som sådan er et enkelt treghetsnavigasjonssystem egnet for navigasjonsoppgaver av kort varighet. For operasjoner av langvarig varighet må det kombineres med andre navigasjonsmetoder, for eksempel satellittbaserte navigasjonssystemer, for periodisk å korrigere de akkumulerte interne feilene.
Skjuleligheten av treghetsnavigasjon
I moderne navigasjonsteknologier, inkludert himmelnavigasjon, satellittnavigasjon og radionavigasjon, skiller treghetsnavigasjon seg ut som autonom. Den verken sender ut signaler til det ytre miljøet eller er avhengig av himmellegemer eller eksterne signaler. Følgelig tilbyr treghetsnavigasjonssystemer det høyeste nivået av skjulbarhet, noe som gjør dem ideelle for applikasjoner som krever størst mulig konfidensialitet.
Offisiell definisjon av treghetsnavigasjon
Treghetsnavigasjonssystem (INS) er et system for estimering av navigasjonsparametere som bruker gyroskoper og akselerometre som sensorer. Systemet, basert på utdataene fra gyroskoper, etablerer et navigasjonskoordinatsystem samtidig som det bruker utdataene fra akselerometre til å beregne hastigheten og posisjonen til bærebølgen i navigasjonskoordinatsystemet.
Anvendelser av treghetsnavigasjon
Treghetsteknologi har funnet et bredt spekter av anvendelser innen ulike domener, inkludert romfart, luftfart, maritim sektor, petroleumsutforskning, geodesi, oseanografiske undersøkelser, geologisk boring, robotikk og jernbanesystemer. Med fremveksten av avanserte treghetssensorer har treghetsteknologi utvidet sin anvendelighet til blant annet bilindustrien og medisinsk elektronisk utstyr. Dette økende omfanget av anvendelser understreker den stadig mer sentrale rollen treghetsnavigasjon har i å tilby høypresisjonsnavigasjon og posisjoneringsmuligheter for en rekke applikasjoner.
Kjernekomponenten i treghetsstyring:Fiberoptisk gyroskop
Introduksjon til fiberoptiske gyroskoper
Treghetsnavigasjonssystemer er i stor grad avhengige av nøyaktigheten og presisjonen til kjernekomponentene. En slik komponent som har forbedret egenskapene til disse systemene betydelig er fiberoptisk gyroskop (FOG). FOG er en kritisk sensor som spiller en sentral rolle i å måle bærerens vinkelhastighet med bemerkelsesverdig nøyaktighet.
Fiberoptisk gyroskopdrift
FOG-er fungerer etter prinsippet om Sagnac-effekten, som innebærer å dele en laserstråle i to separate baner, slik at den kan bevege seg i motsatte retninger langs en spiralformet fiberoptisk sløyfe. Når bærebølgen, som er innebygd i FOG-en, roterer, er forskjellen i reisetid mellom de to strålene proporsjonal med vinkelhastigheten til bærebølgens rotasjon. Denne tidsforsinkelsen, kjent som Sagnac-faseskiftet, måles deretter presist, slik at FOG-en kan gi nøyaktige data om bærebølgens rotasjon.
Prinsippet bak et fiberoptisk gyroskop innebærer å sende ut en lysstråle fra en fotodetektor. Denne lysstrålen passerer gjennom en kobler, kommer inn fra den ene enden og går ut fra den andre. Den beveger seg deretter gjennom en optisk sløyfe. To lysstråler, som kommer fra forskjellige retninger, går inn i sløyfen og fullfører en koherent superposisjon etter å ha sirklet rundt. Det returnerende lyset går tilbake til en lysdiode (LED), som brukes til å detektere intensiteten. Selv om prinsippet bak et fiberoptisk gyroskop kan virke enkelt, ligger den største utfordringen i å eliminere faktorer som påvirker den optiske banelengden til de to lysstrålene. Dette er et av de viktigste problemstillingene i utviklingen av fiberoptiske gyroskoper.
1: superluminescerende diode 2: fotodetektordiode
3. lyskildekobler 4.fiberringkobling 5. optisk fiberring
Fordeler med fiberoptiske gyroskoper
FOG-er tilbyr flere fordeler som gjør dem uvurderlige i treghetsnavigasjonssystemer. De er kjent for sin eksepsjonelle nøyaktighet, pålitelighet og holdbarhet. I motsetning til mekaniske gyroer har FOG-er ingen bevegelige deler, noe som reduserer risikoen for slitasje. I tillegg er de motstandsdyktige mot støt og vibrasjoner, noe som gjør dem ideelle for krevende miljøer som luftfart og forsvarsapplikasjoner.
Integrering av fiberoptiske gyroskoper i treghetsnavigasjon
Treghetsnavigasjonssystemer bruker i økende grad FOG-er på grunn av deres høye presisjon og pålitelighet. Disse gyroskopene gir de avgjørende vinkelhastighetsmålingene som kreves for nøyaktig bestemmelse av orientering og posisjon. Ved å integrere FOG-er i eksisterende treghetsnavigasjonssystemer kan operatører dra nytte av forbedret navigasjonsnøyaktighet, spesielt i situasjoner der ekstrem presisjon er nødvendig.
Anvendelser av fiberoptiske gyroskoper i treghetsnavigasjon
Inkluderingen av FOG-er har utvidet bruksområdene for treghetsnavigasjonssystemer på tvers av ulike domener. Innen romfart og luftfart tilbyr FOG-utstyrte systemer presise navigasjonsløsninger for fly, droner og romfartøy. De brukes også mye i maritim navigasjon, geologiske undersøkelser og avansert robotikk, noe som gjør at disse systemene kan operere med forbedret ytelse og pålitelighet.
Ulike strukturelle varianter av fiberoptiske gyroskoper
Fiberoptiske gyroskoper finnes i forskjellige strukturelle konfigurasjoner, og den dominerende som for tiden er på vei inn i ingeniørverdenen erlukket sløyfe polarisasjonsopprettholdende fiberoptisk gyroskopKjernen i dette gyroskopet erpolarisasjonsopprettholdende fiberløkke, som består av polarisasjonsbevarende fibre og et presist designet rammeverk. Konstruksjonen av denne sløyfen involverer en firefoldig symmetrisk viklingsmetode, supplert med en unik tetningsgel for å danne en faststofffibersløyfespiral.
Viktige funksjoner vedPolariseringsopprettholdende fiberoptisk Gyro-spole
▶ Unik rammeverksdesign:Gyroskopløkkene har et særegent rammeverksdesign som enkelt imøtekommer ulike typer polarisasjonsbevarende fibre.
▶Firfoldig symmetrisk viklingsteknikk:Den firefoldige symmetriske viklingsteknikken minimerer Shupe-effekten, noe som sikrer presise og pålitelige målinger.
▶Avansert tetningsgelmateriale:Bruken av avanserte tetningsgelmaterialer, kombinert med en unik herdeteknikk, forbedrer motstanden mot vibrasjoner, noe som gjør disse gyroskopløkkene ideelle for bruk i krevende miljøer.
▶ Stabilitet ved høy temperaturkoherens:Gyroskopløkkene viser høy temperaturkoherensstabilitet, noe som sikrer nøyaktighet selv under varierende termiske forhold.
▶Forenklet lettvektsrammeverk:Gyroskopløkkene er konstruert med et enkelt, men lett rammeverk, noe som garanterer høy prosesseringspresisjon.
▶ Konsekvent viklingsprosess:Viklingsprosessen forblir stabil og tilpasser seg kravene til ulike presisjonsfiberoptiske gyroskoper.
Referanse
Groves, PD (2008). Introduksjon til treghetsnavigasjon.Tidsskriftet for navigasjon, 61(1), 13–28.
El-Sheimy, N., Hou, H., og Niu, X. (2019). Treghetssensorteknologier for navigasjonsapplikasjoner: det nyeste innen teknologi.Satellittnavigasjon, 1(1), 1–15.
Woodman, OJ (2007). En introduksjon til treghetsnavigasjon.Universitetet i Cambridge, datalaboratoriet, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R., og Laumond, JP (1985). Posisjonsreferanse og konsistent verdensmodellering for mobile roboter.I saksdokumentene fra IEEEs internasjonale konferanse om robotikk og automatisering i 1985(Bind 2, s. 138–145). IEEE.
Trenger du en gratis konsultasjon?
NOEN AV MINE PROSJEKTER
FANTASTISKE ARBEID SOM JEG HAR BIDRATT TIL. MED STOLT HJEM!
