Инерциялық навигация дегеніміз не?
Инерциялық навигация негіздері
Инерциялық навигацияның негізгі қағидалары басқа навигациялық әдістерге ұқсас. Ол бастапқы позиция, бастапқы бағдар, қозғалыс бағыты мен бағытын қоса алғанда, негізгі ақпаратты алуға және бағдар мен позиция сияқты навигациялық параметрлерді дәл анықтау үшін осы деректерді біртіндеп біріктіруге (математикалық интеграция операцияларына ұқсас) негізделген.
Инерциялық навигациядағы сенсорлардың рөлі
Қозғалыстағы объектінің ағымдағы бағдары (бағыты) және орналасуы туралы ақпаратты алу үшін инерциялық навигациялық жүйелер негізінен акселерометрлер мен гироскоптардан тұратын бірқатар маңызды сенсорларды пайдаланады. Бұл сенсорлар инерциялық анықтамалық шеңберде тасымалдаушының бұрыштық жылдамдығы мен үдеуін өлшейді. Содан кейін деректер жылдамдық пен салыстырмалы орналасу туралы ақпаратты алу үшін уақыт өте келе біріктіріліп, өңделеді. Кейіннен бұл ақпарат бастапқы орналасу деректерімен бірге навигациялық координаттар жүйесіне түрлендіріледі, бұл тасымалдаушының ағымдағы орналасуын анықтаумен аяқталады.
Инерциялық навигациялық жүйелердің жұмыс принциптері
Инерциялық навигациялық жүйелер автономды, ішкі тұйық циклді навигациялық жүйелер ретінде жұмыс істейді. Олар тасымалдаушының қозғалысы кезінде қателерді түзету үшін нақты уақыт режиміндегі сыртқы деректерді жаңартуға сүйенбейді. Осылайша, бір инерциялық навигациялық жүйе қысқа мерзімді навигациялық тапсырмалар үшін жарамды. Ұзақ мерзімді операциялар үшін жинақталған ішкі қателерді мерзімді түрде түзету үшін оны спутниктік навигациялық жүйелер сияқты басқа навигациялық әдістермен біріктіру қажет.
Инерциялық навигацияның жасырындығы
Аспан навигациясы, спутниктік навигация және радио навигацияны қоса алғанда, заманауи навигациялық технологияларда инерциялық навигация автономды болып табылады. Ол сыртқы ортаға сигналдар шығармайды және аспан нысандарына немесе сыртқы сигналдарға тәуелді емес. Демек, инерциялық навигациялық жүйелер жасырындықтың ең жоғары деңгейін ұсынады, бұл оларды ең жоғары 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. Жүйе гироскоптардың шығысына негізделген, навигациялық координаттар жүйесіндегі тасымалдаушының жылдамдығы мен орнын есептеу үшін акселерометрлердің шығысын пайдалана отырып, навигациялық координаттар жүйесін орнатады.
Инерциялық навигацияның қолданылуы
Инерциялық технология аэроғарыш, авиация, теңіз, мұнай барлау, геодезия, мұхиттық зерттеулер, геологиялық бұрғылау, робототехника және теміржол жүйелері сияқты әртүрлі салаларда кеңінен қолданылды. Жетілдірілген инерциялық сенсорлардың пайда болуымен инерциялық технология өзінің пайдалылығын автомобиль өнеркәсібіне және медициналық электронды құрылғыларға, басқа салаларға да кеңейтті. Қолдану аясының кеңеюі инерциялық навигацияның көптеген қолданбалар үшін жоғары дәлдіктегі навигация және позициялау мүмкіндіктерін қамтамасыз етудегі маңызды рөлін көрсетеді.
Инерциялық бағыттаудың негізгі компоненті:Талшықты-оптикалық гироскоп
Талшықты-оптикалық гироскоптарға кіріспе
Инерциялық навигациялық жүйелер негізгі компоненттерінің дәлдігі мен дәлдігіне қатты тәуелді. Бұл жүйелердің мүмкіндіктерін айтарлықтай арттырған осындай компоненттердің бірі - талшықты-оптикалық гироскоп (FOG). FOG - тасымалдаушының бұрыштық жылдамдығын ерекше дәлдікпен өлшеуде маңызды рөл атқаратын маңызды сенсор.
Талшықты-оптикалық гироскоптың жұмысы
FOG-лар Sagnac эффектісі принципі бойынша жұмыс істейді, бұл лазер сәулесін екі бөлек жолға бөлуді қамтиды, бұл оның орама талшықты-оптикалық ілмек бойымен қарама-қарсы бағытта қозғалуына мүмкіндік береді. FOG-пен біріктірілген тасымалдаушы айналғанда, екі сәуле арасындағы жүру уақытының айырмашылығы тасымалдаушының айналуының бұрыштық жылдамдығына пропорционалды болады. Sagnac фазалық ығысуы деп аталатын бұл уақыт кідірісі дәл өлшенеді, бұл FOG-қа тасымалдаушының айналуы туралы дәл деректер беруге мүмкіндік береді.
Талшықты-оптикалық гироскоптың жұмыс принципі фотодетектордан жарық сәулесін шығаруды қамтиды. Бұл жарық сәулесі муфта арқылы өтеді, бір ұшынан кіріп, екінші ұшынан шығады. Содан кейін ол оптикалық ілмек арқылы өтеді. Әртүрлі бағыттан келетін екі жарық сәулесі ілмекке еніп, айнала айналып өткеннен кейін когерентті суперпозицияны аяқтайды. Қайтып келе жатқан жарық оның қарқындылығын анықтау үшін қолданылатын жарық шығаратын диодқа (LED) қайта енеді. Талшықты-оптикалық гироскоптың жұмыс принципі қарапайым болып көрінгенімен, ең маңызды қиындық екі жарық сәулесінің оптикалық жолының ұзындығына әсер ететін факторларды жоюда жатыр. Бұл талшықты-оптикалық гироскоптарды әзірлеуде кездесетін ең маңызды мәселелердің бірі.
1: аса жарықдиодты диод 2: фотодетектор диоды
3. жарық көзін жалғағыш 4.талшықты сақиналы муфта 5. оптикалық талшықты сақина
Талшықты-оптикалық гироскоптардың артықшылықтары
FOG-тар инерциялық навигациялық жүйелерде баға жетпес ететін бірнеше артықшылықтарды ұсынады. Олар ерекше дәлдігімен, сенімділігімен және беріктігімен танымал. Механикалық гироскоптардан айырмашылығы, FOG-тарда қозғалмалы бөлшектер жоқ, бұл тозу қаупін азайтады. Сонымен қатар, олар соққы мен дірілге төзімді, бұл оларды аэроғарыш және қорғаныс сияқты күрделі орталар үшін өте қолайлы етеді.
Инерциялық навигацияға талшықты-оптикалық гироскоптарды интеграциялау
Инерциялық навигациялық жүйелер жоғары дәлдігі мен сенімділігіне байланысты FOG-тарды көбірек енгізуде. Бұл гироскоптар бағдар мен позицияны дәл анықтау үшін қажетті маңызды бұрыштық жылдамдық өлшемдерін қамтамасыз етеді. FOG-тарды қолданыстағы инерциялық навигациялық жүйелерге біріктіру арқылы операторлар навигация дәлдігін жақсартудан, әсіресе аса дәлдік қажет болған жағдайларда пайда көре алады.
Инерциялық навигацияда талшықты-оптикалық гироскоптарды қолдану
FOG-тардың енгізілуі инерциялық навигациялық жүйелердің әртүрлі салаларда қолданылуын кеңейтті. Аэроғарыш және авиация саласында FOG жабдықталған жүйелер ұшақтарға, дрондарға және ғарыш аппараттарына арналған дәл навигациялық шешімдерді ұсынады. Олар сондай-ақ теңіз навигациясында, геологиялық зерттеулерде және озық робототехникада кеңінен қолданылады, бұл жүйелердің өнімділігі мен сенімділігін арттырады.
Талшықты-оптикалық гироскоптардың әртүрлі құрылымдық нұсқалары
Талшықты-оптикалық гироскоптар әртүрлі құрылымдық конфигурацияларда келеді, қазіргі уақытта инженерия саласына еніп келе жатқан негізгісі -тұйықталған циклды поляризацияны қолдайтын талшықты-оптикалық гироскопБұл гироскоптың негізінде ... жатырполяризацияны сақтайтын талшықты ілмек, поляризацияны сақтайтын талшықтардан және дәл жасалған қаңқадан тұрады. Бұл ілмектің құрылысы төрт еселі симметриялы орау әдісін қамтиды, оған қатты күйдегі талшықты ілмек катушкасын қалыптастыру үшін бірегей тығыздағыш гель қосылады.
Негізгі ерекшеліктеріПоляризацияны қолдау-оптикалық талшықты Gжылдық катушка
▶Бірегей қаңқа дизайны:Гироскоп ілмектері поляризацияны сақтайтын талшықтардың әртүрлі түрлерін оңай орналастыратын ерекше қаңқа дизайнымен ерекшеленеді.
▶Төрт еселі симметриялы орау әдісі:Төрт еселі симметриялы орау әдісі Шупе әсерін азайтады, дәл және сенімді өлшеулерді қамтамасыз етеді.
▶Жақсартылған тығыздағыш гель материалы:Жетілдірілген тығыздағыш гель материалдарын қолдану ерекше қатайту әдісімен үйлесімде дірілге төзімділікті арттырады, бұл гироскоп ілмектерін қиын ортада қолдануға өте ыңғайлы етеді.
▶Жоғары температуралық когеренттілік тұрақтылығы:Гироскоп ілмектері жоғары температуралық когеренттілік тұрақтылығын көрсетеді, бұл тіпті әртүрлі термиялық жағдайларда да дәлдікті қамтамасыз етеді.
▶ Жеңілдетілген құрылым:Гироскоп ілмектері қарапайым, бірақ жеңіл құрылыммен жасалған, бұл жоғары өңдеу дәлдігін қамтамасыз етеді.
▶Тұрақты орау процесі:Орау процесі тұрақты болып қалады, әртүрлі дәлдіктегі талшықты-оптикалық гироскоптардың талаптарына бейімделеді.
Анықтама
Гроувс, ПД (2008). Инерциялық навигацияға кіріспе.Навигация журналы, 61(1), 13-28.
Эль-Шейми, Н., Хоу, Х., және Ниу, Х. (2019). Навигациялық қолданбаларға арналған инерциялық сенсорлық технологиялар: заманауи деңгей.Спутниктік навигация, 1(1), 1-15.
Вудман, О.Дж. (2007). Инерциялық навигацияға кіріспе.Кембридж университеті, Компьютерлік зертхана, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R., & Laumond, JP (1985). Мобильді роботтарға арналған позицияға сілтеме жасау және әлемді тұрақты модельдеу.1985 жылғы IEEE робототехника және автоматика бойынша халықаралық конференциясының материалдарында(2-том, 138-145 беттер). IEEE.
Тегін кеңес алу керек пе?
МЕНІҢ КЕЙБІР ЖОБАЛАРЫМ
МЕН ҮЛЕС ҚОСҚАН ТАМАША ЖҰМЫСТАР. МАҚТАНЫШПЕН!
