Инерциялық навигация дегеніміз не?
Инерциялық навигация негіздері
Инерциялық навигацияның негізгі принциптері басқа навигация әдістеріне ұқсас. Ол негізгі ақпаратты, соның ішінде бастапқы позицияны, бастапқы бағдарды, әр сәтте қозғалыс бағыты мен бағдарын алуға және бағдар мен позиция сияқты навигация параметрлерін дәл анықтау үшін осы деректерді біртіндеп біріктіруге (математикалық интеграция операцияларына ұқсас) сүйенеді.
Инерциялық навигациядағы сенсорлардың рөлі
Қозғалыстағы объектінің ағымдағы бағдарын (байланысты) және позиция туралы ақпаратты алу үшін инерциялық навигация жүйелері ең алдымен акселерометрлер мен гироскоптардан тұратын маңызды сенсорлардың жиынтығын пайдаланады. Бұл датчиктер инерциялық анықтамалық жүйеде тасымалдаушының бұрыштық жылдамдығы мен үдеуін өлшейді. Содан кейін деректер жылдамдық пен салыстырмалы позиция ақпаратын алу үшін уақыт өте келе біріктіріледі және өңделеді. Кейіннен бұл ақпарат тасымалдаушының ағымдағы орнын анықтаумен аяқталатын бастапқы позиция деректерімен бірге навигациялық координаттар жүйесіне түрлендіріледі.
Инерциялық навигация жүйелерінің жұмыс істеу принциптері
Инерциялық навигация жүйелері дербес, ішкі тұйық контурлы навигациялық жүйелер ретінде жұмыс істейді. Олар тасымалдаушының қозғалысы кезінде қателерді түзету үшін нақты уақыттағы сыртқы деректер жаңартуларына сенбейді. Осылайша, бір инерциялық навигация жүйесі қысқа мерзімді навигациялық тапсырмалар үшін қолайлы. Ұзақ уақытқа созылатын операциялар үшін жинақталған ішкі қателерді кезеңді түрде түзету үшін оны спутниктік навигациялық жүйелер сияқты басқа навигациялық әдістермен біріктіру қажет.
Инерциялық навигацияның жасырындығы
Заманауи навигациялық технологияларда, соның ішінде аспандық навигация, спутниктік навигация және радионавигация, инерциялық навигация автономды ретінде ерекшеленеді. Ол сыртқы ортаға сигнал шығармайды, аспан объектілеріне немесе сыртқы сигналдарға тәуелді емес. Демек, инерциялық навигация жүйелері жасыру мүмкіндігінің ең жоғары деңгейін ұсынады, бұл оларды барынша құпиялылықты қажет ететін қолданбалар үшін өте қолайлы етеді.
Инерциялық навигацияның ресми анықтамасы
Инерциялық навигация жүйесі (INS) - гироскоптар мен акселерометрлерді сенсор ретінде пайдаланатын навигациялық параметрлерді бағалау жүйесі. Гироскоптардың шығысына негізделген жүйе навигациялық координаталар жүйесіндегі тасымалдаушының жылдамдығы мен орнын есептеу үшін акселерометрлердің шығысын пайдалана отырып, навигациялық координаттар жүйесін құрады.
Инерциялық навигацияның қолданбалары
Инерциялық технология әртүрлі салаларда, соның ішінде аэроғарыш, авиация, теңіз, мұнай барлау, геодезия, океанографиялық зерттеулер, геологиялық бұрғылау, робототехника және теміржол жүйелерін қамтитын кең ауқымды қолданбаларды тапты. Жетілдірілген инерциялық сенсорлардың пайда болуымен инерциялық технология басқа салалармен қатар автомобиль өнеркәсібіне және медициналық электронды құрылғыларға пайдалылығын кеңейтті. Қолданбалардың бұл кеңеюі көптеген қолданбалар үшін жоғары дәлдіктегі навигация және орналасу мүмкіндіктерін қамтамасыз етудегі инерциялық навигацияның барған сайын маңызды рөлін көрсетеді.
Инерциялық бағыттаудың негізгі компоненті:Талшықты-оптикалық гироскоп
Талшықты-оптикалық гироскоптарға кіріспе
Инерциялық навигация жүйелері негізінен олардың негізгі құрамдас бөліктерінің дәлдігі мен дәлдігіне сүйенеді. Бұл жүйелердің мүмкіндіктерін едәуір арттырған осындай құрамдастардың бірі - талшықты-оптикалық гироскоп (FOG). ТҰМАН - тасымалдаушының бұрыштық жылдамдығын керемет дәлдікпен өлшеуде шешуші рөл атқаратын маңызды сенсор.
Талшықты-оптикалық гироскоптың жұмысы
FOGs Sagnac эффектісі принципі бойынша жұмыс істейді, ол лазер сәулесін екі бөлек жолға бөлуді қамтиды, бұл оның оралған талшықты-оптикалық контур бойымен қарама-қарсы бағытта жүруіне мүмкіндік береді. ТҰМАН қондырылған тасымалдаушы айналғанда, екі сәуленің арасындағы қозғалыс уақытының айырмашылығы тасымалдаушының айналуының бұрыштық жылдамдығына пропорционал болады. Sagnac фазасының ауысуы деп аталатын бұл уақыт кешігуі кейін дәл өлшенеді, бұл ТҰМАН-ға тасымалдаушының айналуына қатысты нақты деректерді беруге мүмкіндік береді.
Талшықты-оптикалық гироскоптың принципі фотодетектордан жарық сәулесін шығаруды қамтиды. Бұл жарық сәулесі қосқыш арқылы өтіп, бір шетінен кіріп, екіншісінен шығады. Содан кейін ол оптикалық контур арқылы өтеді. Әр түрлі бағыттан келетін екі жарық шоғы циклге еніп, айналаны айналып өткеннен кейін когерентті суперпозицияны аяқтайды. Қайтарылатын жарық оның қарқындылығын анықтау үшін қолданылатын жарық шығаратын диодқа (LED) қайта түседі. Талшықты-оптикалық гироскоптың принципі қарапайым болып көрінгенімен, ең маңызды мәселе екі жарық сәулесінің оптикалық жолының ұзындығына әсер ететін факторларды жою болып табылады. Бұл талшықты-оптикалық гироскоптарды жасаудағы ең маңызды мәселелердің бірі.
1: суперлюминесцентті диод 2: фотодетектор диод
3.жарық көзі қосқышы 4.талшықты сақина қосқышы 5.оптикалық талшықты сақина
Талшықты-оптикалық гироскоптардың артықшылықтары
FOGs инерциялық навигация жүйелерінде оларды баға жетпес ететін бірнеше артықшылықтарды ұсынады. Олар ерекше дәлдігімен, сенімділігімен және ұзақ мерзімділігімен танымал. Механикалық гиростардан айырмашылығы, ТҰМАН-да қозғалатын бөліктер жоқ, бұл тозу қаупін азайтады. Бұған қоса, олар соққыға және дірілге төзімді, сондықтан оларды аэроғарыштық және қорғаныстық қолданбалар сияқты талап етілетін орталар үшін өте қолайлы етеді.
Инерциялық навигациядағы талшықты-оптикалық гироскоптардың интеграциясы
Инерциялық навигация жүйелері жоғары дәлдік пен сенімділікке байланысты тұмандарды көбірек біріктіреді. Бұл гироскоптар бағдар мен орынды дәл анықтау үшін қажетті бұрыштық жылдамдықтың маңызды өлшемдерін қамтамасыз етеді. Қолданыстағы инерциялық навигация жүйелеріне ТҰМдарды біріктіру арқылы операторлар, әсіресе өте дәлдік қажет болған жағдайларда, жақсартылған навигация дәлдігін пайдалана алады.
Инерциялық навигациядағы талшықты-оптикалық гироскоптардың қолданылуы
FOGs қосу әртүрлі домендерде инерциялық навигациялық жүйелерді қолдануды кеңейтті. Аэроғарыш пен авиацияда FOG-мен жабдықталған жүйелер ұшақтар, дрондар және ғарыш аппараттары үшін нақты навигациялық шешімдерді ұсынады. Олар сонымен қатар теңізде навигацияда, геологиялық зерттеулерде және озық робототехникада кеңінен қолданылады, бұл жүйелердің жақсартылған өнімділігі мен сенімділігімен жұмыс істеуіне мүмкіндік береді.
Талшықты-оптикалық гироскоптардың әртүрлі құрылымдық нұсқалары
Талшықты-оптикалық гироскоптар әртүрлі құрылымдық конфигурацияда келеді, қазіргі уақытта инженерия саласына еніп жатқан басым бөлігі - бұлжабық контурлы поляризацияны сақтайтын талшықты-оптикалық гироскоп. Бұл гироскоптың өзегі болып табыладыполяризацияны сақтайтын талшық ілмегі, поляризацияны сақтайтын талшықтардан және дәл жобаланған жақтаудан тұрады. Бұл контурдың құрылысы қатты күйдегі талшықты ілмек катушкасын қалыптастыру үшін бірегей герметикалық гельмен толықтырылған төрт еселенген симметриялық орау әдісін қамтиды.
Негізгі ерекшеліктеріПоляризация-Оптикалық талшықты сақтау Gyro катушка
▶Бірегей рамкалық дизайн:Гироскоп ілмектерінде поляризацияны сақтайтын талшықтардың әртүрлі түрлерін оңай орналастыратын ерекше құрылымдық дизайн бар.
▶Төрт реттік симметриялық орау техникасы:Төрт еселенген симметриялы орау техникасы дәл және сенімді өлшеулерді қамтамасыз ете отырып, Shupe әсерін азайтады.
▶Жетілдірілген герметикалық гель материалы:Жетілдірілген герметикалық гель материалдарын пайдалану бірегей емдеу техникасымен үйлеседі, дірілге төзімділікті арттырады, бұл гироскоп ілмектерін талап етілетін орталарда қолдану үшін тамаша етеді.
▶Жоғары температура когеренттігінің тұрақтылығы:Гироскоптың ілмектері әртүрлі термиялық жағдайларда да дәлдікті қамтамасыз ететін жоғары температуралық когеренттілік тұрақтылығын көрсетеді.
▶Жеңілдетілген жеңіл құрылым:Гироскоп ілмектері өңдеудің жоғары дәлдігіне кепілдік беретін қарапайым, бірақ жеңіл құрылыммен жасалған.
▶Тұрақты орау процесі:Орау процесі әртүрлі дәлдіктегі талшықты-оптикалық гироскоптардың талаптарына бейімделе отырып, тұрақты болып қалады.
Анықтама
Groves, PD (2008). Инерциялық навигацияға кіріспе.Навигация журналы, 61(1), 13-28.
Эль-Шейми, Н., Хоу, Х. және Ниу, X. (2019). Навигациялық қолданбаларға арналған инерциялық датчиктердің технологиялары: заманауи.Спутниктік навигация, 1(1), 1-15.
Вудман, ОЖ (2007). Инерциялық навигацияға кіріспе.Кембридж университеті, компьютерлік зертхана, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R., & Laumond, JP (1985). Мобильді роботтар үшін позицияға сілтеме және дәйекті әлемдік модельдеу.Робототехника және автоматтандыру бойынша 1985 IEEE халықаралық конференциясының материалдарында(2-том, 138-145-беттер). IEEE.
Тегін консулдық қажет пе?
МЕНІҢ ЖОБАЛАРЫМНЫҢ КЕЙБІРІ
МЕН ҚОСҚАН КЕРЕМЕТ ЖҰМЫСТАР. МАҚТАНДЫРУМЕН!
