Inertial navigatsiya

FOGs komponentlari yechimlari

Inertial navigatsiya nima?

Inertial navigatsiya asoslari

Inertial navigatsiyaning asosiy tamoyillari boshqa navigatsiya usullariga o'xshaydi. U asosiy ma'lumotlarni, jumladan, boshlang'ich pozitsiyasini, boshlang'ich yo'nalishini, har bir daqiqada harakatning yo'nalishi va yo'nalishini olishga va navigatsiya parametrlarini, masalan, yo'nalish va pozitsiyani aniq aniqlash uchun ushbu ma'lumotlarni (matematik integratsiya operatsiyalariga o'xshash) bosqichma-bosqich integratsiyalashga tayanadi.

Inertial navigatsiyada datchiklarning roli

Harakatlanuvchi ob'ektning joriy yo'nalishi (munosabat) va joylashuvi haqidagi ma'lumotni olish uchun inertial navigatsiya tizimlari birinchi navbatda akselerometr va giroskoplardan iborat bo'lgan muhim sensorlar to'plamidan foydalanadi. Ushbu sensorlar inertial mos yozuvlar tizimida tashuvchining burchak tezligi va tezlanishini o'lchaydi. Keyin ma'lumotlar tezlik va nisbiy joylashuv ma'lumotlarini olish uchun vaqt o'tishi bilan birlashtiriladi va qayta ishlanadi. Keyinchalik, ushbu ma'lumot tashuvchining joriy joylashuvini aniqlash bilan yakunlangan dastlabki pozitsiya ma'lumotlari bilan birgalikda navigatsiya koordinatalari tizimiga aylantiriladi.

Inertial navigatsiya tizimlarining ishlash tamoyillari

Inertial navigatsiya tizimlari o'z-o'zidan yopiq, ichki yopiq konturli navigatsiya tizimlari sifatida ishlaydi. Ular tashuvchining harakati paytida xatolarni tuzatish uchun real vaqtda tashqi ma'lumotlar yangilanishiga tayanmaydi. Shunday qilib, qisqa muddatli navigatsiya vazifalari uchun yagona inertial navigatsiya tizimi mos keladi. Uzoq muddatli operatsiyalar uchun u to'plangan ichki xatolarni vaqti-vaqti bilan tuzatish uchun sun'iy yo'ldoshga asoslangan navigatsiya tizimlari kabi boshqa navigatsiya usullari bilan birlashtirilishi kerak.

Inertial navigatsiyaning yashirinligi

Zamonaviy navigatsiya texnologiyalarida, jumladan, samoviy navigatsiya, sun'iy yo'ldosh navigatsiyasi va radionavigatsiyada inertial navigatsiya avtonom sifatida ajralib turadi. U tashqi muhitga signal bermaydi va samoviy jismlarga yoki tashqi signallarga bog'liq emas. Binobarin, inertial navigatsiya tizimlari maxfiylikning eng yuqori darajasini taklif qiladi, bu esa ularni maksimal maxfiylikni talab qiladigan ilovalar uchun ideal qiladi.

Inertial navigatsiyaning rasmiy ta'rifi

Inertial Navigation System (INS) sensor sifatida giroskop va akselerometrlardan foydalanadigan navigatsiya parametrlarini baholash tizimidir. Giroskoplarning chiqishiga asoslangan tizim navigatsiya koordinatalari tizimidagi tashuvchining tezligi va o'rnini hisoblash uchun akselerometrlar chiqishidan foydalangan holda navigatsiya koordinatalari tizimini o'rnatadi.

Inertial navigatsiyaning qo'llanilishi

Inertial texnologiya turli sohalarda, jumladan, aerokosmik, aviatsiya, dengiz, neft qidiruvi, geodeziya, okeanografik tadqiqotlar, geologik burg'ulash, robototexnika va temir yo'l tizimlarida keng ko'lamli ilovalarni topdi. Ilg'or inertial datchiklarning paydo bo'lishi bilan inertial texnologiya boshqa sohalar qatorida avtomobilsozlik sanoati va tibbiy elektron qurilmalar uchun ham o'z foydasini kengaytirdi. Ilovalar doirasining kengayishi ko'plab ilovalar uchun yuqori aniqlikdagi navigatsiya va joylashishni aniqlash imkoniyatlarini ta'minlashda inertial navigatsiyaning tobora muhim rolini ta'kidlaydi.

Inertial rahbarlikning asosiy komponenti:Optik tolali giroskop

Optik tolali giroskoplarga kirish

Inertial navigatsiya tizimlari asosan ularning asosiy komponentlarining aniqligi va aniqligiga tayanadi. Ushbu tizimlarning imkoniyatlarini sezilarli darajada oshirgan shunday komponentlardan biri optik tolali giroskopdir (FOG). FOG - bu tashuvchining burchak tezligini ajoyib aniqlik bilan o'lchashda hal qiluvchi rol o'ynaydigan muhim sensordir.

Optik tolali giroskopning ishlashi

FOGlar Sagnac effekti printsipi asosida ishlaydi, bu lazer nurini ikkita alohida yo'lga ajratishni o'z ichiga oladi, bu esa o'ralgan optik tolali halqa bo'ylab qarama-qarshi yo'nalishlarda harakatlanishiga imkon beradi. FOG bilan o'rnatilgan tashuvchi aylanganda, ikki nur o'rtasidagi sayohat vaqtining farqi tashuvchining aylanish burchak tezligiga mutanosib bo'ladi. Sagnac fazasi siljishi deb nomlanuvchi bu vaqt kechikishi keyinchalik aniq o'lchanadi, bu esa FOGga tashuvchining aylanishiga oid aniq ma'lumotlarni taqdim etishga imkon beradi.

Optik tolali giroskopning printsipi fotodetektordan yorug'lik nurini chiqarishni o'z ichiga oladi. Bu yorug'lik nuri birlashtiruvchi orqali o'tadi, bir uchidan kirib, boshqasidan chiqadi. Keyin optik halqa bo'ylab harakatlanadi. Turli yo'nalishlardan keladigan ikkita yorug'lik nurlari aylanaga kirib, aylanadan so'ng izchil superpozitsiyani yakunlaydi. Qaytgan yorug'lik uning intensivligini aniqlash uchun ishlatiladigan yorug'lik chiqaradigan diyotga (LED) qayta kiradi. Optik tolali giroskopning printsipi oddiy ko'rinishi mumkin bo'lsa-da, eng muhim muammo ikkita yorug'lik nurlarining optik yo'l uzunligiga ta'sir qiluvchi omillarni bartaraf etishdir. Bu optik tolali giroskoplarni ishlab chiqishda duch keladigan eng muhim muammolardan biridir.

1: superlyuminestsent diod 2: fotodetektor diodi

3.yorug'lik manbasini ulash moslamasi 4.tolali uzuk biriktirgich 5.optik tolali halqa

Optik tolali giroskoplarning afzalliklari

FOGs inertial navigatsiya tizimlarida ularni bebaho qiladigan bir qancha afzalliklarni taklif etadi. Ular o'zlarining ajoyib aniqligi, ishonchliligi va chidamliligi bilan mashhur. Mexanik giroslardan farqli o'laroq, FOGlar harakatlanuvchi qismlarga ega emas, bu esa eskirish va yirtish xavfini kamaytiradi. Bundan tashqari, ular zarba va tebranishlarga chidamli bo'lib, ularni aerokosmik va mudofaa dasturlari kabi talabchan muhitlar uchun ideal qiladi.

Inertial navigatsiyada optik tolali giroskoplarning integratsiyasi

Inertial navigatsiya tizimlari yuqori aniqlik va ishonchlilik tufayli FOGlarni tobora ko'proq o'z ichiga oladi. Ushbu giroskoplar yo'nalish va pozitsiyani aniq aniqlash uchun zarur bo'lgan muhim burchak tezligi o'lchovlarini ta'minlaydi. FOGlarni mavjud inertial navigatsiya tizimlariga integratsiyalash orqali operatorlar navigatsiya aniqligini oshirishdan foyda olishlari mumkin, ayniqsa o'ta aniqlik zarur bo'lgan holatlarda.

Inertial navigatsiyada optik tolali giroskoplarning qo'llanilishi

FOGlarning kiritilishi turli sohalarda inertial navigatsiya tizimlarining qo'llanilishini kengaytirdi. Aerokosmik va aviatsiyada FOG bilan jihozlangan tizimlar samolyotlar, dronlar va kosmik kemalar uchun aniq navigatsiya echimlarini taklif qiladi. Ular, shuningdek, dengiz navigatsiyasi, geologik tadqiqotlar va ilg'or robototexnika sohasida keng qo'llaniladi, bu esa ushbu tizimlarning yuqori mahsuldorlik va ishonchlilik bilan ishlashiga imkon beradi.

Optik tolali giroskoplarning turli xil strukturaviy variantlari

Optik tolali giroskoplar turli xil tuzilmaviy konfiguratsiyalarga ega bo'lib, hozirda muhandislik sohasiga kirib kelayotgan eng asosiysi.yopiq pastadirli polarizatsiyani saqlaydigan optik tolali giroskop. Ushbu giroskopning markazidapolarizatsiyani saqlaydigan tolali halqa, polarizatsiyani saqlaydigan tolalar va aniq ishlab chiqilgan ramkadan iborat. Ushbu pastadirning konstruktsiyasi to'rtta simmetrik o'rash usulini o'z ichiga oladi, bu qattiq holatdagi tolali halqa lasanini hosil qilish uchun noyob muhrlangan jel bilan to'ldiriladi.

ning asosiy xususiyatlariPolarizatsiya - optik tolali aloqani saqlash Gyro bobin

▶Noyob ramka dizayni:Gyroskop halqalari polarizatsiyani saqlaydigan har xil turdagi tolalarni osongina joylashtiradigan o'ziga xos ramka dizayniga ega.

▶To'rt qavatli simmetrik o'rash texnikasi:To'rt qavatli simmetrik o'rash texnikasi aniq va ishonchli o'lchovlarni ta'minlab, Shupe effektini kamaytiradi.

▶Kengaytirilgan yopishtiruvchi jel materiali:Ilg'or yopishtiruvchi jel materiallaridan foydalanish noyob davolash texnikasi bilan birgalikda tebranishlarga qarshilikni oshiradi va bu giroskop halqalarini talabchan muhitda qo'llash uchun ideal qiladi.

▶Yuqori harorat kogerentligi barqarorligi:Giroskop halqalari har xil termal sharoitlarda ham aniqlikni ta'minlab, yuqori haroratli muvofiqlik barqarorligini namoyish etadi.

▶Soddalashtirilgan engil ramka:Giroskop halqalari oddiy, ammo engil ramka bilan ishlab chiqilgan bo'lib, yuqori ishlov berish aniqligini kafolatlaydi.

▶Izchil o'rash jarayoni:O'rash jarayoni barqaror bo'lib, turli xil nozik optik tolali giroskoplar talablariga moslashadi.

Malumot

Groves, PD (2008). Inertial navigatsiyaga kirish.Navigatsiya jurnali, 61(1), 13-28.

El-Sheymi, N., Xou, X. va Niu, X. (2019). Navigatsiya ilovalari uchun inertial sensorlar texnologiyalari: eng zamonaviy.Sun'iy yo'ldosh navigatsiyasi, 1(1), 1-15.

Woodman, OJ (2007). Inertial navigatsiyaga kirish.Kembrij universiteti, Kompyuter laboratoriyasi, UCAM-CL-TR-696.

Chatila, R. va Laumond, JP (1985). Mobil robotlar uchun joylashuvni aniqlash va izchil dunyoni modellashtirish.Robototexnika va avtomatlashtirish bo'yicha 1985 IEEE xalqaro konferentsiyasi materiallarida(2-jild, 138-145-betlar). IEEE.