Τι είναι η αδρανειακή πλοήγηση;
Βασικές αρχές αδρανειακής πλοήγησης
Οι θεμελιώδεις αρχές της αδρανειακής πλοήγησης είναι παρόμοιες με εκείνες των άλλων μεθόδων πλοήγησης. Βασίζεται στην απόκτηση βασικών πληροφοριών, συμπεριλαμβανομένης της αρχικής θέσης, του αρχικού προσανατολισμού, της κατεύθυνσης και του προσανατολισμού της κίνησης σε κάθε στιγμή, και η προοδευτική ενσωμάτωση αυτών των δεδομένων (ανάλογες με τις μαθηματικές ενσωματωμένες εργασίες) για τον προσδιορισμό των παραμέτρων πλοήγησης, όπως ο προσανατολισμός και η θέση.
Ο ρόλος των αισθητήρων στην αδρανειακή πλοήγηση
Για να ληφθεί ο τρέχων προσανατολισμός (στάση) και οι πληροφορίες θέσης ενός κινούμενου αντικειμένου, τα συστήματα αδρανειακής πλοήγησης χρησιμοποιούν ένα σύνολο κρίσιμων αισθητήρων, που αποτελούνται κυρίως από επιταχυνσιόμετρα και γυροσκόπια. Αυτοί οι αισθητήρες μετρούν τη γωνιακή ταχύτητα και την επιτάχυνση του μεταφορέα σε ένα αδρανειακό πλαίσιο αναφοράς. Στη συνέχεια τα δεδομένα ενσωματώνονται και υποβάλλονται σε επεξεργασία με την πάροδο του χρόνου για να αντλούν πληροφορίες ταχύτητας και σχετικής θέσης. Στη συνέχεια, οι πληροφορίες αυτές μετατρέπονται στο σύστημα συντεταγμένων πλοήγησης, σε συνδυασμό με τα δεδομένα αρχικής θέσης, με αποκορύφωμα τον προσδιορισμό της τρέχουσας θέσης του μεταφορέα.
Αρχές λειτουργίας συστημάτων αδρανειακής πλοήγησης
Τα συστήματα αδρανειακής πλοήγησης λειτουργούν ως αυτοτελείς, εσωτερικά συστήματα πλοήγησης κλειστού βρόχου. Δεν βασίζονται σε ενημερώσεις εξωτερικών δεδομένων σε πραγματικό χρόνο για να διορθώσουν τα σφάλματα κατά τη διάρκεια της κίνησης του μεταφορέα. Ως εκ τούτου, ένα ενιαίο σύστημα αδρανειακής πλοήγησης είναι κατάλληλο για εργασίες πλοήγησης μικρής διάρκειας. Για εργασίες μεγάλης διάρκειας, πρέπει να συνδυαστεί με άλλες μεθόδους πλοήγησης, όπως τα δορυφορικά συστήματα πλοήγησης, για να διορθωθεί περιοδικά τα συσσωρευμένα εσωτερικά σφάλματα.
Η αποκρύπνηση της αδρανειακής πλοήγησης
Στις σύγχρονες τεχνολογίες πλοήγησης, όπως η ουράνια πλοήγηση, η δορυφορική πλοήγηση και η ραδιοφωνική πλοήγηση, η αδρανειακή πλοήγηση ξεχωρίζει ως αυτόνομη. Δεν εκπέμπει σήματα στο εξωτερικό περιβάλλον ούτε εξαρτάται από ουράνια αντικείμενα ή εξωτερικά σήματα. Κατά συνέπεια, τα συστήματα αδρανειακής πλοήγησης προσφέρουν το υψηλότερο επίπεδο αποκλειστικότητας, καθιστώντας τα ιδανικά για εφαρμογές που απαιτούν τη μέγιστη εμπιστευτικότητα.
Επίσημος ορισμός της αδρανειακής πλοήγησης
Το σύστημα αδρανειακής πλοήγησης (INS) είναι ένα σύστημα εκτίμησης παραμέτρων πλοήγησης που χρησιμοποιεί γυροσκόπια και επιταχυνσιόμετρα ως αισθητήρες. Το σύστημα, με βάση την έξοδο των γυροσκοπίων, δημιουργεί ένα σύστημα συντεταγμένων πλοήγησης, χρησιμοποιώντας την έξοδο των επιταχυνσιόμετρων για να υπολογίσει την ταχύτητα και τη θέση του φορέα στο σύστημα συντεταγμένων πλοήγησης.
Εφαρμογές αδρανειακής πλοήγησης
Η αδρανειακή τεχνολογία έχει βρει ευρείες εφαρμογές σε διάφορους τομείς, όπως αεροδιαστημική, αεροπορία, θαλάσσια, εξερεύνηση πετρελαίου, γεωδεικνύει, ωκεανογραφικές έρευνες, γεωλογική διάτρηση, ρομποτική και σιδηροδρομικά συστήματα. Με την εμφάνιση προηγμένων αδρανειακών αισθητήρων, η αδρανειακή τεχνολογία έχει επεκτείνει τη χρησιμότητά της στη βιομηχανία αυτοκινήτων και τις ιατρικές ηλεκτρονικές συσκευές, μεταξύ άλλων πεδίων. Αυτό το αναπτυσσόμενο πεδίο εφαρμογής των εφαρμογών υπογραμμίζει τον ολοένα και πιο κεντρικό ρόλο της αδρανειακής πλοήγησης στην παροχή δυνατοτήτων πλοήγησης και τοποθέτησης υψηλής ακρίβειας για πλήθος εφαρμογών.
Το βασικό στοιχείο της αδρανειακής καθοδήγησης:Γυροσκόπιο οπτικών ινών
Εισαγωγή σε γυροσκόπια οπτικών ινών
Τα συστήματα αδρανειακής πλοήγησης βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στην ακρίβεια και την ακρίβεια των βασικών συστατικών τους. Ένα τέτοιο στοιχείο που έχει ενισχύσει σημαντικά τις δυνατότητες αυτών των συστημάτων είναι το οπτικό γυροσκόπιο ινών (FOG). Η ομίχλη είναι ένας κρίσιμος αισθητήρας που διαδραματίζει κεντρικό ρόλο στη μέτρηση της γωνιακής ταχύτητας του φορέα με αξιοσημείωτη ακρίβεια.
Λειτουργία γυροσκοπίου οπτικών ινών
Οι ομίχλες λειτουργούν με την αρχή του αποτελέσματος SAGNAC, το οποίο περιλαμβάνει τη διάσπαση μιας δέσμης λέιζερ σε δύο ξεχωριστές διαδρομές, επιτρέποντάς του να ταξιδεύει προς αντίθετες κατευθύνσεις κατά μήκος ενός βρόχου οπτικών ινών. Όταν ο φορέας, ενσωματωμένος με την ομίχλη, περιστρέφεται, η διαφορά στο χρόνο ταξιδιού μεταξύ των δύο δοκών είναι ανάλογη με τη γωνιακή ταχύτητα της περιστροφής του φορέα. Αυτή η χρονική καθυστέρηση, γνωστή ως μετατόπιση φάσης SAGNAC, μετράται με ακρίβεια, επιτρέποντας στην ομίχλη να παρέχει ακριβή δεδομένα σχετικά με την περιστροφή του φορέα.
Η αρχή ενός γυροσκοπίου οπτικών ινών περιλαμβάνει την εκπομπή μιας δέσμης φωτός από έναν φωτοανιχνευτή. Αυτή η φωτεινή δέσμη διέρχεται από έναν ζεύκτη, εισέρχεται από το ένα άκρο και βγαίνει από το άλλο. Στη συνέχεια ταξιδεύει μέσα από έναν οπτικό βρόχο. Δύο δοκοί φωτός, που προέρχονται από διαφορετικές κατευθύνσεις, εισάγουν τον βρόχο και ολοκληρώνουν μια συνεκτική υπέρβαση μετά από περιστροφή. Το φως που επιστρέφει επανέρχεται σε μια δίοδο εκπομπής φωτός (LED), η οποία χρησιμοποιείται για την ανίχνευση της έντασής του. Ενώ η αρχή ενός γυροσκοπίου οπτικών ινών μπορεί να φαίνεται απλή, η πιο σημαντική πρόκληση έγκειται στην εξάλειψη των παραγόντων που επηρεάζουν το μήκος της οπτικής διαδρομής των δύο φωτεινών δοκών. Αυτό είναι ένα από τα πιο κρίσιμα ζητήματα που αντιμετωπίζουν στην ανάπτυξη γυροσκοπίων οπτικών ινών.
1: Δίοδος υπερτροφοδότου 2: Δίοδος φωτοανιχνευτή
3. Ελαφρός ζεύκτης προέλευσης 4.ζεύκτης δακτυλίων ινών 5. Οπτικό δαχτυλίδι ινών
Πλεονεκτήματα των γυροσκοπίων οπτικών ινών
Οι ομίχλες προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα που τα καθιστούν ανεκτίμητα σε συστήματα αδρανειακής πλοήγησης. Είναι γνωστά για την εξαιρετική ακρίβειά τους, την αξιοπιστία και την ανθεκτικότητα τους. Σε αντίθεση με τη μηχανική γυροσκόπηση, οι ομίχλες δεν έχουν κινούμενα μέρη, μειώνοντας τον κίνδυνο φθοράς. Επιπλέον, είναι ανθεκτικά σε σοκ και δόνηση, καθιστώντας τους ιδανικά για απαιτητικά περιβάλλοντα όπως αεροδιαστημική και άμυνα εφαρμογές.
Ενσωμάτωση γυροσκοπίων οπτικών ινών σε αδρανειακή πλοήγηση
Τα συστήματα αδρανειακής πλοήγησης ενσωματώνουν όλο και περισσότερο ομίχλες λόγω της υψηλής ακρίβειας και της αξιοπιστίας τους. Αυτά τα γυροσκόπια παρέχουν τις κρίσιμες μετρήσεις γωνιακής ταχύτητας που απαιτούνται για τον ακριβή προσδιορισμό του προσανατολισμού και της θέσης. Με την ενσωμάτωση των ομίχλης στα υπάρχοντα συστήματα αδρανειακής πλοήγησης, οι χειριστές μπορούν να επωφεληθούν από τη βελτιωμένη ακρίβεια πλοήγησης, ειδικά σε καταστάσεις όπου απαιτείται ακραία ακρίβεια.
Εφαρμογές γυροσκοπίων οπτικών ινών σε αδρανειακή πλοήγηση
Η συμπερίληψη των ομίχλης έχει επεκτείνει τις εφαρμογές συστημάτων αδρανειακής πλοήγησης σε διάφορους τομείς. Στην αεροδιαστημική και την αεροπορία, τα συστήματα εξοπλισμένα με ομίχλη προσφέρουν ακριβείς λύσεις πλοήγησης για αεροσκάφη, αεροσκάφη και διαστημικό σκάφος. Χρησιμοποιούνται επίσης εκτενώς σε θαλάσσια πλοήγηση, γεωλογικές έρευνες και προχωρημένη ρομποτική, επιτρέποντας σε αυτά τα συστήματα να λειτουργούν με βελτιωμένη απόδοση και αξιοπιστία.
Διαφορετικές δομικές παραλλαγές των οπτικών γυροσκοπίων ινών
Τα γυροσκόπια οπτικών ινών έρχονται σε διάφορες δομικές διαμορφώσεις, με την κυρίαρχη που εισέρχεται σήμερα στη σφαίρα της μηχανικής είναι τοΓυροσκόπιο οπτικού οπτικού ίνας κλειστού βρόχου. Στον πυρήνα αυτού του γυροσκοπίου είναι τοβρόχος ινών διατήρησης πόλωσης, που περιλαμβάνει ίνες διατήρησης πόλωσης και ένα ακριβώς σχεδιασμένο πλαίσιο. Η κατασκευή αυτού του βρόχου περιλαμβάνει μια τετραπλή συμμετρική μέθοδο περιέλιξης, συμπληρωμένη από ένα μοναδικό πήκτωμα σφράγισης για να σχηματίσει ένα πηνίο βρόχου ινών στερεάς κατάστασης.
Βασικά χαρακτηριστικά τουΟπτική οπτική ίνες με πόλωση Gπηνίο
▶ Μοναδικός σχεδιασμός πλαισίου:Οι βρόχοι γυροσκοπίου διαθέτουν ένα ξεχωριστό σχέδιο πλαισίου που φιλοξενεί διάφορους τύπους ινών διατήρησης πόλωσης με ευκολία.
▶ Τεχνική τετραμετρική τεχνική περιέλιξης:Η τετραπλάσια συμμετρική τεχνική περιέλιξης ελαχιστοποιεί το φαινόμενο Shupe, εξασφαλίζοντας ακριβείς και αξιόπιστες μετρήσεις.
▶ Προηγμένο υλικό γέλης σφράγισης:Η απασχόληση προηγμένων υλικών πηκτής σφράγισης, σε συνδυασμό με μια μοναδική τεχνική σκλήρυνσης, ενισχύει την αντίσταση στις δονήσεις, καθιστώντας αυτούς τους βρόχους γυροσκοπίου ιδανικά για εφαρμογές σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
▶ Σταθερότητα συνοχής υψηλής θερμοκρασίας:Οι βρόχοι γυροσκοπίου παρουσιάζουν σταθερότητα συνοχής υψηλής θερμοκρασίας, εξασφαλίζοντας την ακρίβεια ακόμη και σε ποικίλες θερμικές συνθήκες.
▶ Απλοποιημένο ελαφρύ πλαίσιο:Οι βρόχοι γυροσκοπίου είναι κατασκευασμένοι με ένα απλό αλλά ελαφρύ πλαίσιο, εξασφαλίζοντας υψηλή ακρίβεια επεξεργασίας.
▶ Συνεχής Διαδικασία περιέλιξης:Η διαδικασία περιέλιξης παραμένει σταθερή, προσαρμόζοντας τις απαιτήσεις διαφόρων γυροσκοπίων οπτικών ινών ακριβείας.
Αναφορά
Groves, PD (2008). Εισαγωγή στην αδρανειακή πλοήγηση.Το Journal of Navigation, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, Ν., Hou, Η., & Niu, Χ. (2019). Τεχνολογίες αδρανειακών αισθητήρων για εφαρμογές πλοήγησης: κατάσταση της τέχνης.Δορυφορική πλοήγηση, 1(1), 1-15.
Woodman, OJ (2007). Εισαγωγή στην αδρανειακή πλοήγηση.Πανεπιστήμιο του Cambridge, Εργαστήριο Υπολογιστών, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R., & Laumond, JP (1985). Αναφορά θέσης και συνεπή παγκόσμια μοντελοποίηση για κινητά ρομπότ.Στα Πρακτικά του Διεθνούς Συνεδρίου IEEE του 1985 για τη ρομποτική και τον αυτοματισμό(Τόμος 2, σελ. 138-145). IEEE.
Χρειάζεστε δωρεάν συνοπτική;
Μερικά από τα έργα μου
Φοβερά έργα που έχω συνεισφέρει. ΜΕ ΚΑΜΑΡΙ!
