Что такое инерциальная навигация?
Основы инерциальной навигации
Основные принципы инерциальной навигации схожи с принципами других методов навигации. Она основана на получении ключевой информации, включая начальное положение, начальную ориентацию, направление и направление движения в каждый момент времени, и последовательном интегрировании этих данных (аналогично математическим операциям интегрирования) для точного определения параметров навигации, таких как ориентация и положение.
Роль датчиков в инерциальной навигации
Для получения информации о текущей ориентации (положении) и координатах движущегося объекта инерциальные навигационные системы используют набор важных датчиков, в основном состоящих из акселерометров и гироскопов. Эти датчики измеряют угловую скорость и ускорение несущего объекта в инерциальной системе отсчета. Затем данные интегрируются и обрабатываются во времени для получения информации о скорости и относительном положении. Впоследствии эта информация преобразуется в навигационную систему координат в сочетании с данными о начальном положении, что приводит к определению текущего местоположения несущего объекта.
Принципы работы инерциальных навигационных систем
Инерциальные навигационные системы работают как автономные, замкнутые системы навигации. Они не зависят от обновления внешних данных в реальном времени для коррекции ошибок во время движения носителя. Таким образом, одна инерциальная навигационная система подходит для кратковременных навигационных задач. Для длительных операций ее необходимо комбинировать с другими методами навигации, такими как спутниковые навигационные системы, для периодической коррекции накопившихся внутренних ошибок.
Скрываемость инерциальной навигации
В современных навигационных технологиях, включая небесную навигацию, спутниковую навигацию и радионавигацию, инерциальная навигация выделяется своей автономностью. Она не излучает сигналы во внешнюю среду и не зависит от небесных объектов или внешних сигналов. Следовательно, инерциальные навигационные системы обеспечивают высочайший уровень скрытности, что делает их идеальными для применений, требующих максимальной конфиденциальности.
Официальное определение инерциальной навигации
Инерциальная навигационная система (ИНС) — это система оценки параметров навигации, использующая гироскопы и акселерометры в качестве датчиков. На основе показаний гироскопов система устанавливает навигационную систему координат, а на основе показаний акселерометров вычисляет скорость и положение несущего объекта в этой системе координат.
Применение инерциальной навигации
Инерциальные технологии нашли широкое применение в самых разных областях, включая аэрокосмическую отрасль, авиацию, морское дело, разведку нефти, геодезию, океанографические исследования, геологическое бурение, робототехнику и железнодорожные системы. С появлением передовых инерциальных датчиков сфера их применения расширилась, в частности, до автомобильной промышленности и медицинских электронных устройств. Расширение области применения подчеркивает все более важную роль инерциальной навигации в обеспечении высокоточной навигации и позиционирования для множества задач.
Основной компонент инерциальной системы наведения:Волоконно-оптический гироскоп
Введение в волоконно-оптические гироскопы
Инерциальные навигационные системы в значительной степени зависят от точности и прецизионности своих основных компонентов. Одним из таких компонентов, значительно расширивших возможности этих систем, является волоконно-оптический гироскоп (ВОГ). ВОГ — это важнейший датчик, играющий ключевую роль в измерении угловой скорости несущего объекта с исключительной точностью.
Работа волоконно-оптического гироскопа
Волоконно-оптические гироскопы (ВОГ) работают по принципу эффекта Сагнака, который заключается в разделении лазерного луча на два отдельных пути, позволяющих ему распространяться в противоположных направлениях вдоль свернутой волоконно-оптической петли. Когда носитель, в который встроен ВОГ, вращается, разница во времени распространения двух лучей пропорциональна угловой скорости вращения носителя. Эта временная задержка, известная как фазовый сдвиг Сагнака, затем точно измеряется, что позволяет ВОГ предоставлять точные данные о вращении носителя.
Принцип работы волоконно-оптического гироскопа заключается в излучении светового луча фотодетектором. Этот световой луч проходит через соединитель, входя с одного конца и выходя с другого. Затем он распространяется по оптической петле. Два световых луча, идущие с разных направлений, входят в петлю и, пройдя по кругу, образуют когерентную суперпозицию. Возвращающийся свет снова попадает в светодиод (LED), который используется для определения его интенсивности. Хотя принцип работы волоконно-оптического гироскопа может показаться простым, наиболее существенная проблема заключается в устранении факторов, влияющих на оптическую длину пути двух световых лучей. Это одна из наиболее важных проблем, с которыми сталкиваются при разработке волоконно-оптических гироскопов.
1: сверхъяркий диод 2: фотодетекторный диод
3. соединитель источника света 4.волоконно-кольцевой соединитель 5. кольцо из оптического волокна
Преимущества волоконно-оптических гироскопов
Гирооптические гироскопы (ГОГ) обладают рядом преимуществ, которые делают их незаменимыми в инерциальных навигационных системах. Они известны своей исключительной точностью, надежностью и долговечностью. В отличие от механических гироскопов, ГОГ не имеют движущихся частей, что снижает риск износа. Кроме того, они устойчивы к ударам и вибрации, что делает их идеальными для сложных условий эксплуатации, таких как аэрокосмическая и оборонная промышленность.
Интеграция волоконно-оптических гироскопов в инерциальную навигацию
В инерциальных навигационных системах все чаще используются волоконно-оптические гироскопы (ВОГ) благодаря их высокой точности и надежности. Эти гироскопы обеспечивают важнейшие измерения угловой скорости, необходимые для точного определения ориентации и положения. Интеграция ВОГ в существующие инерциальные навигационные системы позволяет операторам повысить точность навигации, особенно в ситуациях, когда требуется исключительная точность.
Применение волоконно-оптических гироскопов в инерциальной навигации
Включение волоконно-оптических гироскопов (ВОГ) расширило возможности применения инерциальных навигационных систем в различных областях. В аэрокосмической и авиационной отраслях системы, оснащенные ВОГ, предлагают точные навигационные решения для самолетов, беспилотных летательных аппаратов и космических аппаратов. Они также широко используются в морской навигации, геологических исследованиях и передовой робототехнике, позволяя этим системам работать с повышенной производительностью и надежностью.
Различные конструктивные варианты волоконно-оптических гироскопов
Волоконно-оптические гироскопы выпускаются в различных конструктивных конфигурациях, при этом наиболее распространенной из них, в настоящее время находящейся в сфере инженерного дела, является...волоконно-оптический гироскоп с замкнутым контуром управления, поддерживающий поляризациюВ основе этого гироскопа лежит...поляризационно-сохраняющая волоконная петляЭта петля состоит из волокон, сохраняющих поляризацию, и точно спроектированного каркаса. Конструкция петли включает в себя метод четырехкратной симметричной намотки, дополненный уникальным герметизирующим гелем для образования твердотельной волоконной петли.
Основные характеристикиПоляризационно-сохраняющее оптоволокно Gyro Coil
▶Уникальный дизайн фреймворка:Гироскопические петли имеют уникальную конструкцию каркаса, которая позволяет с легкостью использовать различные типы волокон, сохраняющих поляризацию.
▶Техника четырехкратной симметричной намотки:Техника четырехкратной симметричной намотки минимизирует эффект Шупе, обеспечивая точные и надежные измерения.
▶Усовершенствованный герметизирующий гелевый материал:Использование современных герметизирующих гелевых материалов в сочетании с уникальной технологией отверждения повышает устойчивость к вибрациям, что делает эти петли гироскопа идеальными для применения в сложных условиях.
▶Высокотемпературная когерентная стабильность:Гироскопические петли демонстрируют высокую стабильность когерентности при различных температурах, обеспечивая точность даже в условиях изменяющегося теплового режима.
▶Упрощенная легковесная платформа:Конструкция гироскопических петель отличается простотой и легкостью, что гарантирует высокую точность обработки.
▶Стабильный процесс намотки:Процесс намотки остается стабильным, адаптируясь к требованиям различных прецизионных волоконно-оптических гироскопов.
Ссылка
Гроувс, П. Д. (2008). Введение в инерциальную навигацию.Журнал навигации, 61(1), 13-28.
Эль-Шейми, Н., Хоу, Х., и Ню, С. (2019). Технологии инерциальных датчиков для навигационных приложений: современное состояние.Спутниковая навигация, 1(1), 1-15.
Вудман, О.Дж. (2007). Введение в инерциальную навигацию.Кембриджский университет, Компьютерная лаборатория, UCAM-CL-TR-696.
Шатила, Р., и Лаумонд, Ж. П. (1985). Привязка к положению и согласованное моделирование мира для мобильных роботов.В сборнике трудов Международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации 1985 года.(Том 2, стр. 138-145). IEEE.
Нужна бесплатная консультация?
НЕКОТОРЫЕ ИЗ МОИХ ПРОЕКТОВ
Я внес потрясающий вклад в эти проекты. Горжусь этим!
