Fan va tadqiqot

FOGs komponentlari yechimlari

Inertsial navigatsiya nima?

Inertsial navigatsiya asoslari

Inertsial navigatsiyaning asosiy tamoyillari boshqa navigatsiya usullarining tamoyillariga o'xshaydi. U har bir lahzada boshlang'ich pozitsiya, boshlang'ich yo'nalish, harakat yo'nalishi va yo'nalishi kabi asosiy ma'lumotlarni olishga va yo'nalish va pozitsiya kabi navigatsiya parametrlarini aniq aniqlash uchun ushbu ma'lumotlarni (matematik integratsiya operatsiyalariga o'xshash) bosqichma-bosqich integratsiyalashga asoslangan.

Inertsial navigatsiyada sensorlarning roli

Harakatlanayotgan obyektning joriy yo'nalishi (mohiyati) va joylashuv ma'lumotlarini olish uchun inertsial navigatsiya tizimlari asosan akselerometrlar va giroskoplardan iborat bir qator muhim sensorlardan foydalanadi. Ushbu sensorlar inertsial 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 integratsiya qilinadi va qayta ishlanadi. Keyinchalik, bu ma'lumotlar boshlang'ich joylashuv ma'lumotlari bilan birgalikda navigatsiya koordinatalari tizimiga aylantiriladi va natijada tashuvchining joriy joylashuvi aniqlanadi.

Inertsial navigatsiya tizimlarining ishlash tamoyillari

Inertial navigatsiya tizimlari mustaqil, ichki yopiq tsiklli navigatsiya tizimlari sifatida ishlaydi. Ular tashuvchining harakati paytida xatolarni tuzatish uchun real vaqt rejimida tashqi ma'lumotlar yangilanishlariga tayanmaydi. Shunday qilib, bitta inertial navigatsiya tizimi qisqa muddatli navigatsiya vazifalari uchun mos keladi. Uzoq muddatli operatsiyalar uchun to'plangan ichki xatolarni vaqti-vaqti bilan tuzatish uchun uni boshqa navigatsiya usullari, masalan, sun'iy yo'ldoshga asoslangan navigatsiya tizimlari bilan birlashtirish kerak.

Inertsial navigatsiyaning yashirinligi

Zamonaviy navigatsiya texnologiyalarida, jumladan, samoviy navigatsiya, sun'iy yo'ldosh navigatsiyasi va radio navigatsiyasida inertsial navigatsiya avtonom sifatida ajralib turadi. U na tashqi muhitga signallar chiqaradi, na samoviy jismlarga yoki tashqi signallarga bog'liq. Natijada, inertsial navigatsiya tizimlari eng yuqori darajadagi yashirinlikni ta'minlaydi, bu esa ularni eng yuqori maxfiylikni talab qiladigan ilovalar uchun ideal qiladi.

Inertsial navigatsiyaning rasmiy ta'rifi

Inertsial navigatsiya tizimi (INS) - bu giroskoplar va akselerometrlardan sensor sifatida foydalanadigan navigatsiya parametrlarini baholash tizimi. Tizim giroskoplarning chiqishiga asoslangan holda, navigatsiya koordinatalari tizimini yaratadi va akselerometrlarning chiqishidan foydalanib, navigatsiya koordinatalari tizimida tashuvchining tezligi va o'rnini hisoblaydi.

Inertsial navigatsiyaning qo'llanilishi

Inertsial texnologiya aerokosmik, aviatsiya, dengizchilik, neft qazib olish, geodeziya, okeanografik tadqiqotlar, geologik burg'ulash, robototexnika va temir yo'l tizimlari kabi turli sohalarda keng qo'llanilmoqda. Ilg'or inertsial sensorlarning paydo bo'lishi bilan inertsial texnologiya o'zining foydaliligini avtomobilsozlik sanoati va tibbiy elektron qurilmalarga, boshqa sohalarga ham kengaytirdi. Qo'llanilish doirasining kengayib borishi inertsial navigatsiyaning ko'plab ilovalar uchun yuqori aniqlikdagi navigatsiya va joylashishni aniqlash imkoniyatlarini ta'minlashdagi tobora muhim rolini ta'kidlaydi.

Inertsial yo'naltirishning asosiy komponenti:Optik tolali giroskop

Optik tolali giroskoplarga kirish

Inertsial navigatsiya tizimlari o'zlarining asosiy komponentlarining aniqligi va aniqligiga katta tayanadi. Ushbu tizimlarning imkoniyatlarini sezilarli darajada oshirgan bunday komponentlardan biri bu optik tolali giroskop (FOG). FOG - bu tashuvchining burchak tezligini ajoyib aniqlik bilan o'lchashda muhim rol o'ynaydigan muhim sensor.

Optik tolali giroskopning ishlashi

FOGlar Sagnac effekti printsipi asosida ishlaydi, bu lazer nurini ikkita alohida yo'lga ajratishni o'z ichiga oladi, bu esa unga o'ralgan optik tolali halqa bo'ylab qarama-qarshi yo'nalishlarda harakatlanish imkonini beradi. FOG bilan o'rnatilgan tashuvchi aylanganda, ikki nur orasidagi harakatlanish vaqtidagi farq tashuvchining aylanish burchak tezligiga mutanosib bo'ladi. Sagnac fazaviy siljishi deb nomlanuvchi bu vaqt kechikishi aniq o'lchanadi, bu esa FOGga tashuvchining aylanishi haqida aniq ma'lumotlarni taqdim etish imkonini beradi.

Optik tolali giroskopning ishlash printsipi fotodetektordan yorug'lik nurini chiqarishni o'z ichiga oladi. Bu yorug'lik nuri ulagich orqali o'tadi, bir uchidan kiradi va boshqa uchidan chiqadi. Keyin u optik halqa orqali o'tadi. Turli yo'nalishlardan kelgan ikkita yorug'lik nuri halqa ichiga kiradi va aylanib chiqqandan so'ng kogerent superpozitsiyani yakunlaydi. Qaytayotgan yorug'lik uning intensivligini aniqlash uchun ishlatiladigan yorug'lik chiqaradigan diodga (LED) qayta kiradi. Optik tolali giroskopning ishlash printsipi oddiy ko'rinishi mumkin bo'lsa-da, eng muhim qiyinchilik ikkita yorug'lik nurining optik yo'l uzunligiga ta'sir qiluvchi omillarni bartaraf etishdadir. Bu optik tolali giroskoplarni ishlab chiqishda duch keladigan eng muhim muammolardan biridir.

1: Superluminesansli diod 2: fotodetektor diodi

3. yorug'lik manbai ulagichi 4.tolali halqali ulagich 5. optik tolali halqa

Optik tolali giroskoplarning afzalliklari

FOGlar bir qator afzalliklarga ega bo'lib, ularni inertsial navigatsiya tizimlarida bebaho qiladi. Ular o'zlarining ajoyib aniqligi, ishonchliligi va chidamliligi bilan mashhur. Mexanik giroskoplardan farqli o'laroq, FOGlarda harakatlanuvchi qismlar yo'q, bu esa aşınma va yirtilish xavfini kamaytiradi. Bundan tashqari, ular zarba va tebranishga chidamli bo'lib, ularni aerokosmik va mudofaa kabi qiyin muhitlar uchun ideal qiladi.

Inertsial navigatsiyaga optik tolali giroskoplarning integratsiyasi

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

Inertsial navigatsiyada optik tolali giroskoplarning qo'llanilishi

FOGlarning kiritilishi inertsial navigatsiya tizimlarining turli sohalarda qo'llanilishini kengaytirdi. Aerokosmik va aviatsiyada FOG bilan jihozlangan tizimlar samolyotlar, dronlar va kosmik kemalar uchun aniq navigatsiya yechimlarini taklif etadi. Ular, shuningdek, dengiz navigatsiyasi, geologik tadqiqotlar va ilg'or robototexnika sohalarida keng qo'llaniladi, bu esa ushbu tizimlarning yuqori samaradorlik va ishonchlilik bilan ishlashini ta'minlaydi.

Optik tolali giroskoplarning turli xil strukturaviy variantlari

Optik tolali giroskoplar turli xil strukturaviy konfiguratsiyalarda mavjud bo'lib, hozirda muhandislik sohasiga kirib kelayotgan asosiysi bu...yopiq halqali polyarizatsiyani saqlovchi optik tolali giroskopUshbu giroskopning markazida ... joylashganqutblanishni saqlovchi tolali halqa, qutblanishni saqlovchi tolalar va aniq ishlab chiqilgan ramkadan iborat. Ushbu halqaning qurilishi to'rt karra simmetrik o'rash usulini o'z ichiga oladi, bu esa qattiq holatdagi tolali halqa bobini hosil qilish uchun noyob sızdırmazlık geli bilan to'ldiriladi.

Asosiy xususiyatlariPolarizatsiya-saqlash optik tolali Gyro bobini

▶ Noyob ramka dizayni:Giroskop halqalari turli xil qutblanishni saqlovchi tolalarni osongina joylashtiradigan o'ziga xos ramka dizayniga ega.

▶To'rt karra simmetrik o'rash texnikasi:To'rt karra simmetrik o'rash texnikasi Shupe effektini minimallashtiradi, aniq va ishonchli o'lchovlarni ta'minlaydi.

▶ Kengaytirilgan muhrlovchi gel materiali:Ilg'or muhrlovchi gel materiallaridan foydalanish noyob qattiqlashtirish texnikasi bilan birgalikda tebranishlarga chidamlilikni oshiradi va bu giroskop halqalarini qiyin muhitlarda qo'llash uchun ideal qiladi.

▶Yuqori harorat kogerentligi barqarorligi:Giroskop halqalari yuqori harorat kogerentligi barqarorligini namoyish etadi, bu hatto turli issiqlik sharoitlarida ham aniqlikni ta'minlaydi.

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

▶ Izchil o'rash jarayoni:O'rash jarayoni barqaror bo'lib, turli aniqlikdagi optik tolali giroskoplarning talablariga moslashadi.

Malumotnoma

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

El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019). Navigatsiya ilovalari uchun inertsial sensorlar texnologiyalari: zamonaviy holat.Sun'iy yo'ldosh navigatsiyasi, 1(1), 1-15.

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

Chatila, R., & Laumond, JP (1985). Mobil robotlar uchun pozitsiyalarni aniqlash va izchil dunyo modellashtirish.1985-yilgi IEEE robototexnika va avtomatlashtirish bo'yicha xalqaro konferensiyasi materiallarida(2-jild, 138-145-betlar). IEEE.