Wat is traagheidsnavigasie?
Grondbeginsels van traagheidsnavigasie
Die fundamentele beginsels van traagheidsnavigasie is soortgelyk aan dié van ander navigasiemetodes. Dit maak staat op die verkryging van sleutelinligting, insluitend die aanvanklike posisie, aanvanklike oriëntasie, die rigting en oriëntasie van beweging op elke oomblik, en die progressiewe integrasie van hierdie data (analoog aan wiskundige integrasiebewerkings) om presies te bepaal navigasieparameters, soos oriëntasie en posisie.
Die rol van sensors in traagheidsnavigasie
Om die huidige oriëntasie (houding) en posisie-inligting van 'n bewegende voorwerp te verkry, gebruik traagheidsnavigasiestelsels 'n stel kritieke sensors, hoofsaaklik bestaande uit versnellingsmeters en gyroskope. Hierdie sensors meet hoeksnelheid en versnelling van die draer in 'n traagheidsverwysingsraam. Die data word dan geïntegreer en oor tyd verwerk om snelheid en relatiewe posisie-inligting af te lei. Vervolgens word hierdie inligting in die navigasie-koördinaatstelsel getransformeer, in samewerking met die aanvanklike posisiedata, wat uitloop op die bepaling van die huidige ligging van die draer.
Bedryfsbeginsels van traagheidsnavigasiestelsels
Traagheidsnavigasiestelsels werk as selfstandige, interne geslotelusnavigasiestelsels. Hulle maak nie staat op intydse eksterne data-opdaterings om foute tydens die vervoerder se beweging reg te stel nie. As sodanig is 'n enkele traagheidsnavigasiestelsel geskik vir korttermyn-navigasietake. Vir langdurige operasies moet dit gekombineer word met ander navigasiemetodes, soos satelliet-gebaseerde navigasiestelsels, om die opgehoopte interne foute periodiek reg te stel.
Die versteekbaarheid van traagheidsnavigasie
In moderne navigasietegnologieë, insluitend hemelnavigasie, satellietnavigasie en radionavigasie, staan traagheidsnavigasie uit as outonoom. Dit stuur nie seine na die eksterne omgewing nie en is ook nie afhanklik van hemelse voorwerpe of eksterne seine nie. Gevolglik bied traagheidsnavigasiestelsels die hoogste vlak van versteekbaarheid, wat hulle ideaal maak vir toepassings wat die uiterste vertroulikheid vereis.
Amptelike definisie van traagheidsnavigasie
Traagheidsnavigasiestelsel (INS) is 'n navigasieparameterskattingstelsel wat gyroskope en versnellingsmeters as sensors gebruik. Die stelsel, gebaseer op die uitset van gyroskope, vestig 'n navigasie-koördinaatstelsel terwyl die uitset van versnellingsmeters gebruik word om die snelheid en posisie van die draer in die navigasie-koördinaatstelsel te bereken.
Toepassings van traagheidsnavigasie
Traagheidstegnologie het wye toepassings gevind in uiteenlopende domeine, insluitend lugvaart, lugvaart, maritieme, petroleumeksplorasie, geodesie, oseanografiese opnames, geologiese boorwerk, robotika en spoorwegstelsels. Met die koms van gevorderde traagheidsensors, het traagheidstegnologie sy nut uitgebrei na onder meer die motorbedryf en mediese elektroniese toestelle. Hierdie groeiende omvang van toepassings onderstreep die toenemend deurslaggewende rol van traagheidsnavigasie in die verskaffing van hoë-presisie navigasie en posisionering vermoëns vir 'n menigte toepassings.
Die kernkomponent van traagheidsleiding:Optiese vesel-gyroskoop
Inleiding tot optiese vesel-gyroskope
Traagheidsnavigasiestelsels maak baie staat op die akkuraatheid en akkuraatheid van hul kernkomponente. Een so 'n komponent wat die vermoëns van hierdie stelsels aansienlik verbeter het, is die Fiber Optic Gyroscope (FOG). FOG is 'n kritieke sensor wat 'n deurslaggewende rol speel in die meting van die draer se hoeksnelheid met merkwaardige akkuraatheid.
Optiese vesel-gyroskoopwerking
FOG's werk op die beginsel van Sagnac-effek, wat behels dat 'n laserstraal in twee afsonderlike paaie verdeel word, wat dit in teenoorgestelde rigtings laat beweeg langs 'n opgerolde optiesevesellus. Wanneer die draer, ingebed met die FOG, roteer, is die verskil in reistyd tussen die twee balke eweredig aan die hoeksnelheid van die draer se rotasie. Hierdie tydsvertraging, bekend as die Sagnac-faseverskuiwing, word dan presies gemeet, wat die FOG in staat stel om akkurate data rakende die draer se rotasie te verskaf.
Die beginsel van 'n optiese vesel giroskoop behels die uitstraal van 'n ligstraal vanaf 'n fotodetektor. Hierdie ligstraal gaan deur 'n koppelaar, kom van die een kant af en gaan uit 'n ander kant. Dit beweeg dan deur 'n optiese lus. Twee ligstrale, wat uit verskillende rigtings kom, gaan die lus binne en voltooi 'n samehangende superposisie nadat hulle in die rondte gesirkel het. Die terugkerende lig gaan weer in 'n liguitstralende diode (LED), wat gebruik word om die intensiteit daarvan op te spoor. Alhoewel die beginsel van 'n optiese vesel giroskoop eenvoudig kan lyk, lê die belangrikste uitdaging daarin om faktore uit te skakel wat die optiese padlengte van die twee ligstrale beïnvloed. Dit is een van die mees kritieke kwessies waarmee die ontwikkeling van optiesevesel-gyroskope te kampe het.
1: superluminescerende diode 2: fotodetektor diode
3.ligbronkoppelaar 4.vesel ring koppelaar 5.optiese vesel ring
Voordele van optiese vesel-gyroskope
FOG's bied verskeie voordele wat hulle van onskatbare waarde maak in traagheidsnavigasiestelsels. Hulle is bekend vir hul besonderse akkuraatheid, betroubaarheid en duursaamheid. Anders as meganiese gyros, het FOG's geen bewegende dele nie, wat die risiko van slytasie verminder. Boonop is hulle bestand teen skok en vibrasie, wat hulle ideaal maak vir veeleisende omgewings soos lugvaart- en verdedigingstoepassings.
Integrasie van optiese veselgyroskope in traagheidsnavigasie
Traagheidsnavigasiestelsels inkorporeer toenemend FOG's as gevolg van hul hoë akkuraatheid en betroubaarheid. Hierdie gyroskope verskaf die deurslaggewende hoeksnelheidsmetings wat nodig is vir die akkurate bepaling van oriëntasie en posisie. Deur FOG's in die bestaande traagheidsnavigasiestelsels te integreer, kan operateurs voordeel trek uit verbeterde navigasieakkuraatheid, veral in situasies waar uiterste akkuraatheid nodig is.
Toepassings van optiese veselgyroskope in traagheidsnavigasie
Die insluiting van FOG's het die toepassings van traagheidsnavigasiestelsels oor verskeie domeine uitgebrei. In lugvaart en lugvaart bied FOG-toegeruste stelsels presiese navigasie-oplossings vir vliegtuie, hommeltuie en ruimtetuie. Hulle word ook wyd gebruik in maritieme navigasie, geologiese opnames en gevorderde robotika, wat hierdie stelsels in staat stel om met verbeterde werkverrigting en betroubaarheid te werk.
Verskillende strukturele variante van optiese vesel-gyroskope
Optiese vesel-gyroskope kom in verskeie strukturele konfigurasies voor, met die oorheersende een wat tans die gebied van ingenieurswese betree, is diegeslote-lus polarisasie-handhawende veseloptiese giroskoop. Die kern van hierdie giroskoop is diepolarisasie-handhawende vesellus, bestaande uit polarisasie-handhawende vesels en 'n presies ontwerpte raamwerk. Die konstruksie van hierdie lus behels 'n viervoudige simmetriese wikkelmetode, aangevul deur 'n unieke seëlgel om 'n vastestofvesellusspoel te vorm.
Sleutel kenmerke vanOptiese vesel wat polarisasie handhaaf Gyro Coil
▶ Unieke raamwerkontwerp:Die gyroscoop-lusse het 'n kenmerkende raamwerkontwerp wat verskillende soorte polarisasie-handhawende vesels met gemak akkommodeer.
▶ Viervoudige simmetriese wikkeltegniek:Die viervoudige simmetriese wikkeltegniek verminder die Shupe-effek, wat presiese en betroubare metings verseker.
▶ Gevorderde verseëling gel materiaal:Die gebruik van gevorderde seëlgel-materiale, gekombineer met 'n unieke uithardingstegniek, verhoog die weerstand teen vibrasies, wat hierdie gyroskoop-lusse ideaal maak vir toepassings in veeleisende omgewings.
▶ Hoë temperatuur koherensie stabiliteit:Die giroskooplusse vertoon hoë temperatuur koherensiestabiliteit, wat akkuraatheid verseker selfs in wisselende termiese toestande.
▶ Vereenvoudigde liggewig raamwerk:Die gyroscooplusse is ontwerp met 'n eenvoudige dog liggewig raamwerk, wat hoë verwerkingspresisie waarborg.
▶Konsekwente kronkelproses:Die wikkelproses bly stabiel en pas by die vereistes van verskeie presisie-optiese vesel-gyroskope aan.
Verwysing
Groves, PD (2008). Inleiding tot traagheidsnavigasie.The Journal of Navigation, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019). Traagheidsensortegnologieë vir navigasietoepassings: moderne kuns.Satellietnavigasie, 1(1), 1-15.
Woodman, OJ (2007). 'n Inleiding tot traagheidsnavigasie.Universiteit van Cambridge, Rekenaarlaboratorium, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R., & Laumond, JP (1985). Posisieverwysing en konsekwente wêreldmodellering vir mobiele robotte.In Verrigtinge van die 1985 IEEE Internasionale Konferensie oor Robotika en Outomatisering(Vol. 2, pp. 138-145). IEEE.
Benodig u 'n gratis konsultasie?
SOMMIGE VAN MY PROJEKTE
AWESOME WERKE WAT EK BYGEDRA HET. TROTS!
