Wat is traagheidsnavigasie?
Grondbeginsels van traagheidsnavigasie
Die fundamentele beginsels van traagheidsnavigasie is soortgelyk aan dié van ander navigasiemetodes. Dit berus 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 navigasieparameters, soos oriëntasie en posisie, presies te bepaal.
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 giroskope. Hierdie sensors meet hoeksnelheid en versnelling van die draer in 'n traagheidsverwysingsraamwerk. Die data word dan geïntegreer en oor tyd verwerk om snelheid- en relatiewe posisie-inligting af te lei. Vervolgens word hierdie inligting omskep in die navigasiekoördinaatstelsel, in samewerking met die aanvanklike posisiedata, wat uitloop op die bepaling van die huidige ligging van die draer.
Werkingsbeginsels van Inersiële Navigasiestelsels
Traagheidsnavigasiestelsels funksioneer as selfstandige, interne geslote-lus navigasiestelsels. Hulle maak nie staat op intydse eksterne data-opdaterings om foute tydens die draer se beweging reg te stel nie. As sodanig is 'n enkele traagheidsnavigasiestelsel geskik vir korttermyn-navigasietake. Vir langdurige bedrywighede moet dit gekombineer word met ander navigasiemetodes, soos satelliet-gebaseerde navigasiestelsels, om die opgehoopte interne foute periodiek reg te stel.
Die Verborgbaarheid van Traagheidsnavigasie
In moderne navigasietegnologieë, insluitend hemelnavigasie, satellietnavigasie en radionavigasie, staan traagheidsnavigasie uit as outonoom. Dit stuur nie seine na die eksterne omgewing uit nie en is ook nie afhanklik van hemelliggame of eksterne seine nie. Gevolglik bied traagheidsnavigasiestelsels die hoogste vlak van verbergbaarheid, wat hulle ideaal maak vir toepassings wat die uiterste vertroulikheid vereis.
Amptelike Definisie van Traagheidsnavigasie
Die traagheidsnavigasiestelsel (INS) is 'n navigasieparameterberamingstelsel wat giroskope en versnellingsmeters as sensors gebruik. Die stelsel, gebaseer op die uitset van giroskope, vestig 'n navigasiekoördinaatstelsel terwyl die uitset van versnellingsmeters gebruik word om die snelheid en posisie van die draer in die navigasiekoördinaatstelsel te bereken.
Toepassings van traagheidsnavigasie
Traagheidstegnologie het wydverspreide toepassings in diverse domeine gevind, insluitend lugvaart, lugvaart, maritieme sektore, petroleumeksplorasie, geodesie, oseanografiese opnames, geologiese boorwerk, robotika en spoorwegstelsels. Met die koms van gevorderde traagheidsensors het traagheidstegnologie sy nut uitgebrei na die motorbedryf en mediese elektroniese toestelle, onder andere velde. Hierdie groeiende omvang van toepassings beklemtoon die toenemend belangrike rol van traagheidsnavigasie in die verskaffing van hoë-presisie navigasie- en posisioneringsvermoëns vir 'n menigte toepassings.
Die kernkomponent van traagheidsleiding:Veseloptiese giroskoop
Inleiding tot veseloptiese giroskope
Traagheidsnavigasiestelsels maak sterk staat op die akkuraatheid en presisie van hul kernkomponente. Een so 'n komponent wat die vermoëns van hierdie stelsels aansienlik verbeter het, is die Veseloptiese Giroskoop (FOG). FOG is 'n kritieke sensor wat 'n sentrale rol speel in die meting van die draer se hoeksnelheid met merkwaardige akkuraatheid.
Veseloptiese giroskoop werking
FOG's werk volgens die beginsel van die Sagnac-effek, wat behels dat 'n laserstraal in twee aparte paaie verdeel word, wat dit toelaat om in teenoorgestelde rigtings langs 'n gewikkelde veseloptiese lus te beweeg. Wanneer die draer, ingebed met die FOG, roteer, is die verskil in reistyd tussen die twee strale eweredig aan die hoeksnelheid van die draer se rotasie. Hierdie tydvertraging, 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 veseloptiese giroskoop behels die uitstraal van 'n ligstraal vanaf 'n fotodetektor. Hierdie ligstraal gaan deur 'n koppelaar, kom van die een kant in en gaan van die ander kant uit. Dit beweeg dan deur 'n optiese lus. Twee ligstrale, wat uit verskillende rigtings kom, gaan die lus binne en voltooi 'n koherente superposisie nadat hulle rondom gesirkel het. Die terugkerende lig gaan weer in 'n liguitstralende diode (LED) in, wat gebruik word om die intensiteit daarvan te bepaal. Terwyl die beginsel van 'n veseloptiese giroskoop eenvoudig mag lyk, lê die grootste uitdaging daarin om faktore uit te skakel wat die optiese padlengte van die twee ligstrale beïnvloed. Dit is een van die belangrikste kwessies wat in die ontwikkeling van veseloptiese giroskope ondervind word.
1: superluminescerende diode 2: fotodetektordiode
3. ligbronkoppelaar 4.veselringkoppelaar 5. optiese veselring
Voordele van veseloptiese giroskope
FOG's bied verskeie voordele wat hulle van onskatbare waarde maak in traagheidsnavigasiestelsels. Hulle is bekend vir hul uitsonderlike akkuraatheid, betroubaarheid en duursaamheid. Anders as meganiese giro's, het FOG's geen bewegende dele nie, wat die risiko van slytasie verminder. Daarbenewens is hulle bestand teen skok en vibrasie, wat hulle ideaal maak vir veeleisende omgewings soos lugvaart- en verdedigingstoepassings.
Integrasie van veseloptiese giroskope in traagheidsnavigasie
Traagheidsnavigasiestelsels gebruik toenemend FOG's (Fogs) as gevolg van hul hoë presisie en betroubaarheid. Hierdie giroskope verskaf die belangrike hoeksnelheidsmetings wat benodig word vir die akkurate bepaling van oriëntasie en posisie. Deur FOG's in die bestaande traagheidsnavigasiestelsels te integreer, kan operateurs voordeel trek uit verbeterde navigasie-akkuraatheid, veral in situasies waar uiterste presisie nodig is.
Toepassings van veseloptiese giroskope 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 Veseloptiese Giroskope
Veseloptiese giroskope kom in verskeie strukturele konfigurasies voor, met die oorheersende een wat tans die gebied van ingenieurswese betree, diegeslote-lus polarisasie-onderhoudende veseloptiese giroskoopIn die kern van hierdie giroskoop is diepolarisasie-onderhoudende vesellus, bestaande uit polarisasie-onderhoudende vesels en 'n presies ontwerpte raamwerk. Die konstruksie van hierdie lus behels 'n viervoudige simmetriese wikkelmetode, aangevul deur 'n unieke verseëlinggel om 'n vastetoestand-vesellusspoel te vorm.
Belangrike kenmerke vanPolarisasie-handhawende veseloptiese Gyro-spoel
▶ Unieke raamwerkontwerp:Die giroskooplusse beskik oor 'n kenmerkende raamwerkontwerp wat verskillende tipes polarisasie-onderhoudende vesels met gemak akkommodeer.
▶ Viervoudige Simmetriese Windingstegniek:Die viervoudige simmetriese wikkeltegniek minimaliseer die Shupe-effek, wat akkurate en betroubare metings verseker.
▶ Gevorderde verseëlinggelmateriaal:Die gebruik van gevorderde verseëlinggelmateriale, gekombineer met 'n unieke uithardingstegniek, verbeter die weerstand teen vibrasies, wat hierdie giroskooplusse ideaal maak vir toepassings in veeleisende omgewings.
▶Hoë temperatuur koherensie stabiliteit:Die giroskooplusse vertoon hoë temperatuurkoherensiestabiliteit, wat akkuraatheid verseker selfs in wisselende termiese toestande.
▶ Vereenvoudigde liggewig-raamwerk:Die giroskooplusse is ontwerp met 'n eenvoudige maar liggewig raamwerk, wat hoë verwerkingspresisie waarborg.
▶Konsekwente Wikkelproses:Die opwindproses bly stabiel en pas aan by die vereistes van verskeie presisie-veseloptiese giroskope.
Verwysing
Groves, PD (2008). Inleiding tot traagheidsnavigasie.Die Tydskrif vir Navigasie, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019). Traagheidssensortegnologieë vir navigasietoepassings: die nuutste tegnologie.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, bl. 138-145). IEEE.
Benodig u 'n gratis konsultasie?
SOMMIGE VAN MY PROJEKTE
ONTSAGWEKKENDE WERKE WAARVOOR EK BYGEDRAE HET. MET TROTS!
