Инерциялык навигация

FOGs Components Solutions

Инерциялык навигация деген эмне?

Инерциялык навигациянын негиздери

Инерциялык навигациянын негизги принциптери навигациянын башка ыкмаларына окшош.Ал негизги маалыматты, анын ичинде баштапкы абалды, баштапкы багытты, ар бир көз ирмемдеги кыймылдын багытын жана багытын алууга жана багыт жана позиция сыяктуу навигациянын параметрлерин так аныктоо үчүн бул маалыматтарды (математикалык интеграция операцияларына окшош) бара-бара интеграциялоого таянат.

Инерциялык навигациядагы сенсорлордун ролу

Кыймылдуу объекттин учурдагы багытын (мамилесин) жана абалы жөнүндө маалымат алуу үчүн инерциялык навигация системалары биринчи кезекте акселерометрден жана гироскоптон турган критикалык сенсорлордун топтомун колдонот.Бул сенсорлор инерциялык эталондук алкакта ташуучунун бурчтук ылдамдыгын жана ылдамдануусун өлчөйт.Андан кийин маалыматтар ылдамдык жана салыштырмалуу позиция маалыматын алуу үчүн убакыттын өтүшү менен интеграцияланат жана иштетилет.Кийинчерээк бул маалымат позициянын баштапкы маалыматтары менен бирдикте навигациялык координаттар системасына айландырылып, ташуучунун учурдагы ордун аныктоо менен аяктайт.

Инерциялык навигация системаларынын иштөө принциптери

Инерциялык навигация системалары өз алдынча, ички жабык цикл навигация системалары катары иштейт.Алар ташуучунун кыймылы учурундагы каталарды оңдоо үчүн реалдуу убакыт режиминде тышкы маалымат жаңыртууларына ишенишпейт.Ошентип, бир инерциялык навигация системасы кыска мөөнөттүү навигация тапшырмалары үчүн ылайыктуу.Узак убакытка созулган операциялар үчүн, ал топтолгон ички каталарды мезгил-мезгили менен оңдоо үчүн спутниктик навигация системалары сыяктуу башка навигация ыкмалары менен айкалыштырылышы керек.

Инерциялык навигациянын жашырылуусу

Заманбап навигация технологияларында, анын ичинде асмандагы навигацияда, спутниктик навигацияда жана радионавигацияда инерциялык навигация автономдуу катары өзгөчөлөнөт.Ал тышкы чөйрөгө сигнал чыгарбайт жана асман объектилерине же тышкы сигналдарга көз каранды эмес.Демек, инерциялык навигация системалары эң жогорку деңгээлдеги жашырылууну сунуштайт, бул аларды эң купуялуулукту талап кылган колдонмолор үчүн идеалдуу кылат.

Инерциялык навигациянын расмий аныктамасы

Inertial Navigation System (INS) — гироскопторду жана акселерометрлерди сенсор катары колдонгон навигациялык параметрлерди баалоо системасы.Гироскоптордун чыгарылышынын негизинде система навигациялык координаттардын системасын түзөт, ал эми акселерометрлердин чыгышын колдонуу менен навигациялык координаттар системасындагы ташуучунун ылдамдыгын жана абалын эсептөө үчүн.

Инерциялык навигациянын колдонмолору

Инерциялык технология аэрокосмостук, авиациялык, деңиздик, мунай чалгындоо, геодезия, океанографиялык изилдөөлөр, геологиялык бургулоо, робототехника жана темир жол системаларын камтыган ар түрдүү тармактарда кеңири колдонууну тапты.Өнүккөн инерциялык сенсорлордун пайда болушу менен инерциялык технология башка тармактардын арасында автомобиль өнөр жайына жана медициналык электрондук шаймандарга пайдалуулугун кеңейтти.Колдонмолордун бул кеңейген чөйрөсү көптөгөн тиркемелер үчүн жогорку тактыктагы навигацияны жана жайгаштыруу мүмкүнчүлүктөрүн камсыз кылууда инерциялык навигациянын барган сайын негизги ролун баса белгилейт.

Инерциялык жетекчиликтин негизги компоненти:Була-оптикалык гироскоп

Була-оптикалык гироскопторго киришүү

Инерциялык навигация системалары алардын негизги компоненттеринин тактыгына жана тактыгына көз каранды.Бул системалардын мүмкүнчүлүктөрүн бир топ жогорулаткан мындай компоненттердин бири була-оптикалык гироскоп (FOG) болуп саналат.FOG - бул ташуучунун бурчтук ылдамдыгын укмуштуудай тактык менен өлчөөдө негизги ролду ойногон маанилүү сенсор.

Була-оптикалык гироскоптун операциясы

FOGs Sagnac эффектинин принцибинде иштешет, ал лазер нурун эки башка жолго бөлүп, анын ийилген була-оптикалык цикл боюнча карама-каршы багытта жүрүүсүнө мүмкүндүк берет.ТУман менен камтылган ташуучу айланганда, эки нурдун ортосундагы жүрүү убакытынын айырмасы ташуучунун айлануусунун бурчтук ылдамдыгына пропорционалдуу болот.Sagnac фазасынын жылышы деп аталган бул убакыт кечигүү андан кийин так өлчөнөт, бул FOGга ташуучунун айлануусу боюнча так маалыматтарды берүүгө мүмкүндүк берет.

Була-оптикалык гироскоптун принциби фотодетектордон жарык шооласын чыгарууну камтыйт.Бул жарык шооласы кошкуч аркылуу өтүп, бир четинен кирип, экинчи жагынан чыгат.Андан кийин ал оптикалык цикл аркылуу өтөт.Ар кайсы тараптан келген эки жарык шооласы циклге кирип, тегеренгенден кийин когеренттүү суперпозицияны аяктайт.Кайтып келген жарык анын интенсивдүүлүгүн аныктоо үчүн колдонулган жарык чыгаруучу диодго (LED) кайра кирет.Була-оптикалык гироскоптун принциби жөнөкөй көрүнгөнү менен, эң маанилүү маселе эки жарык нурунун оптикалык жолунун узундугуна таасир этүүчү факторлорду жок кылууда турат.Бул була-оптикалык гироскопторду иштеп чыгууда дуушар болгон эң маанилүү маселелердин бири.

1: суперлюминесценттүү диод 2: фотодетектор диод

3.жарык булагы бириктиргич 4.була шакек бириктиргич 5.оптикалык була шакек

Була-оптикалык гироскоптордун артыкчылыктары

FOGs инерциялык навигация системаларында аларды баа жеткис кылып бир нече артыкчылыктарды сунуш кылат.Алар өзгөчө тактыгы, ишенимдүүлүгү жана туруктуулугу менен белгилүү.Механикалык гиростордон айырмаланып, тумандардын кыймылдуу бөлүктөрү жок, бул эскирүү жана эскирүү коркунучун азайтат.Кошумчалай кетсек, алар соккуга жана титирөөгө туруштук берип, аларды аэрокосмостук жана коргонуу колдонмолору сыяктуу талап кылынган чөйрөлөр үчүн идеалдуу кылат.

Инерциялык навигацияда була-оптикалык гироскоптордун интеграциясы

Инерциялык навигация системалары алардын жогорку тактыгына жана ишенимдүүлүгүнөн улам барган сайын тумандарды камтыйт.Бул гироскоптор багытты жана абалды так аныктоо үчүн зарыл болгон маанилүү бурчтук ылдамдык өлчөөлөрүн камсыз кылат.Учурдагы инерциялык навигация системаларына тумандарды интеграциялоо менен операторлор навигациянын тактыгынан пайда ала алышат, айрыкча өтө тактык зарыл болгон учурларда.

Инерциялык навигацияда була-оптикалык гироскоптордун колдонулушу

FOGs киргизүү ар кандай домендер боюнча инерциялык навигация системаларынын колдонмолорун кеңейтти.Аэрокосмостук жана авиацияда FOG менен жабдылган системалар учактар, дрондор жана космостук аппараттар үчүн так навигациялык чечимдерди сунуштайт.Алар ошондой эле деңиз навигациясында, геологиялык изилдөөлөрдө жана өнүккөн робототехникада кеңири колдонулат, бул системалардын жакшыртылган өндүрүмдүүлүгү жана ишенимдүүлүгү менен иштөөсүнө мүмкүндүк берет.

Була-оптикалык гироскоптордун ар кандай структуралык варианттары

Була-оптикалык гироскоптор ар кандай структуралык конфигурацияларда болот, алардын ичинен азыркы учурда инженердик чөйрөгө кирген эң негизгиси - булжабык контурлуу поляризацияны сактоочу була-оптикалык гироскоп.Бул гироскоптун өзөгү болуп саналатполяризацияны сактоочу була цикли, поляризацияны сактоочу жипчелерден жана так иштелип чыккан негизден турат.Бул циклдин конструкциясы катуу абалдагы була илмек катушкасын түзүү үчүн уникалдуу мөөр гели менен толукталган төрт эселенген симметриялуу орогуч ыкмасын камтыйт.

Негизги өзгөчөлүктөрүПоляризацияны сактоочу оптикалык була Gyro Coil

▶Уникалдуу алкак дизайны:Гироскоптун илмектери поляризацияны сактоочу жипчелердин ар кандай түрлөрүн оңой жайгаштырган өзгөчө алкактык дизайнга ээ.

▶Төрт кабаттуу симметриялык ороо техникасы:Төрт эселенген симметриялык орогуч техникасы так жана ишенимдүү өлчөөлөрдү камсыз кылуу менен Shupe эффектин азайтат.

▶ Өркүндөтүлгөн герметикалык гел материалы:Уникалдуу айыктыруу техникасы менен айкалышкан алдыңкы герметикалык гел материалдарын колдонуу термелүүлөргө туруктуулукту жогорулатып, бул гироскоптун илмектерин талап кылынган шарттарда колдонуу үчүн идеалдуу кылат.

▶Жогорку температуранын когеренттүүлүгү:Гироскоптун илмектери жогорку температуранын когеренттүүлүгүн көрсөтүп, ар кандай жылуулук шарттарында да тактыкты камсыз кылат.

▶Жөнөкөйлөштүрүлгөн жеңил алкак:Гироскоптун илмектери жөнөкөй, бирок жеңил алкак менен иштелип чыккан, бул процесстин жогорку тактыгына кепилдик берет.

▶ Ырааттуу Ороо процесси:Ороо процесси ар кандай тактык була-оптикалык гироскоптордун талаптарына ылайыкташып, туруктуу бойдон калууда.

Шилтеме

Groves, PD (2008).Инерциялык навигацияга киришүү.Навигация журналы, 61(1), 13-28.

Эль-Шейми, Н., Хоу, Х., & Ниу, X. (2019).Навигация колдонмолору үчүн инерциялык сенсорлордун технологиялары: заманбап.Спутниктик навигация, 1(1), 1-15.

Вудман, ОЖ (2007).Инерциялык навигацияга киришүү.Кембридж университети, Компьютердик лаборатория, UCAM-CL-TR-696.

Chatila, R., & Laumond, JP (1985).Мобилдик роботтор үчүн позицияга шилтеме берүү жана ырааттуу дүйнө моделдөө.Робототехника жана автоматташтыруу боюнча 1985 IEEE эл аралык конференциясынын материалдарында(2-том, 138—145-беттер).IEEE.