Τι είναι η αδρανειακή πλοήγηση;
Βασικές Αρχές Αδρανειακής Πλοήγησης
Οι θεμελιώδεις αρχές της αδρανειακής πλοήγησης είναι παρόμοιες με εκείνες 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 στην προοδευτική ενσωμάτωση αυτών των δεδομένων (ανάλογα με τις μαθηματικές πράξεις ολοκλήρωσης) για τον ακριβή προσδιορισμό των παραμέτρων πλοήγησης, όπως ο προσανατολισμός και η θέση.
Ο Ρόλος των Αισθητήρων στην Αδρανειακή Πλοήγηση
Για να λάβουν πληροφορίες για τον τρέχοντα προσανατολισμό (στάση) και τη θέση ενός κινούμενου αντικειμένου, τα αδρανειακά συστήματα πλοήγησης χρησιμοποιούν ένα σύνολο κρίσιμων αισθητήρων, που αποτελούνται κυρίως από επιταχυνσιόμετρα και γυροσκόπια. Αυτοί οι αισθητήρες μετρούν τη γωνιακή ταχύτητα και την επιτάχυνση του φορέα σε ένα αδρανειακό σύστημα αναφοράς. Τα δεδομένα στη συνέχεια ενσωματώνονται και υποβάλλονται σε επεξεργασία με την πάροδο του χρόνου για να εξαχθούν πληροφορίες ταχύτητας και σχετικής θέσης. Στη συνέχεια, αυτές οι πληροφορίες μετασχηματίζονται στο σύστημα συντεταγμένων πλοήγησης, σε συνδυασμό με τα αρχικά δεδομένα θέσης, με αποκορύφωμα τον προσδιορισμό της τρέχουσας θέσης του φορέα.
Αρχές Λειτουργίας Συστημάτων Αδρανειακής Πλοήγησης
Τα αδρανειακά συστήματα πλοήγησης λειτουργούν ως αυτοτελή, εσωτερικά συστήματα πλοήγησης κλειστού βρόχου. Δεν βασίζονται σε ενημερώσεις εξωτερικών δεδομένων σε πραγματικό χρόνο για τη διόρθωση σφαλμάτων κατά την κίνηση του φορέα. Ως εκ τούτου, ένα ενιαίο αδρανειακό σύστημα πλοήγησης είναι κατάλληλο για εργασίες πλοήγησης μικρής διάρκειας. Για λειτουργίες μεγάλης διάρκειας, πρέπει να συνδυάζεται με άλλες μεθόδους πλοήγησης, όπως τα συστήματα πλοήγησης που βασίζονται σε δορυφόρους, για την περιοδική διόρθωση των συσσωρευμένων εσωτερικών σφαλμάτων.
Η Αποκρυψιμότητα της Αδρανειακής Πλοήγησης
Στις σύγχρονες τεχνολογίες πλοήγησης, συμπεριλαμβανομένης της ουράνιας πλοήγησης, της δορυφορικής πλοήγησης και της ραδιοπλοήγησης, 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 απόκρυψης, καθιστώντας τα ιδανικά για εφαρμογές που απαιτούν μέγιστη εμπιστευτικότητα.
Επίσημος Ορισμός της Αδρανειακής Πλοήγησης
Το Αδρανειακό Σύστημα 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 ενώ χρησιμοποιεί την έξοδο των επιταχυνσιόμετρων για να υπολογίσει την ταχύτητα και τη θέση του φορέα στο σύστημα συντεταγμένων πλοήγησης.
Εφαρμογές της Αδρανειακής Πλοήγησης
Η αδρανειακή τεχνολογία έχει βρει ευρείες εφαρμογές σε ποικίλους τομείς, όπως η αεροδιαστημική, η αεροπορία, η ναυτιλία, η εξερεύνηση πετρελαίου, η γεωδαισία, οι ωκεανογραφικές έρευνες, οι γεωλογικές γεωτρήσεις, η ρομποτική και τα σιδηροδρομικά συστήματα. Με την έλευση προηγμένων αδρανειακών αισθητήρων, η αδρανειακή τεχνολογία έχει επεκτείνει τη χρησιμότητά της στην αυτοκινητοβιομηχανία και στις ιατρικές ηλεκτρονικές συσκευές, μεταξύ άλλων τομέων. Αυτό το διευρυνόμενο πεδίο εφαρμογών υπογραμμίζει τον ολοένα και πιο καθοριστικό ρόλο της αδρανειακής πλοήγησης στην παροχή δυνατοτήτων πλοήγησης και εντοπισμού θέσης υψηλής ακρίβειας για μια πληθώρα εφαρμογών.
Το βασικό στοιχείο της αδρανειακής καθοδήγησης:Γυροσκόπιο οπτικών ινών
Εισαγωγή στα γυροσκόπια οπτικών ινών
Τα συστήματα αδρανειακής πλοήγησης βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στην ακρίβεια και την ορθότητα των βασικών τους εξαρτημάτων. Ένα τέτοιο εξάρτημα που έχει βελτιώσει σημαντικά τις δυνατότητες αυτών των συστημάτων είναι το Γυροσκόπιο Οπτικών Ινών (FOG). Το FOG είναι ένας κρίσιμος αισθητήρας που παίζει καθοριστικό ρόλο στη μέτρηση της γωνιακής ταχύτητας του φορέα με αξιοσημείωτη ακρίβεια.
Λειτουργία γυροσκοπίου οπτικών ινών
Τα FOG λειτουργούν με βάση την αρχή του φαινομένου Sagnac, η οποία περιλαμβάνει τη διαίρεση μιας δέσμης λέιζερ σε δύο ξεχωριστές διαδρομές, επιτρέποντάς της να ταξιδεύει σε αντίθετες κατευθύνσεις κατά μήκος ενός σπειροειδούς βρόχου οπτικών ινών. Όταν ο φορέας, ενσωματωμένος στο FOG, περιστρέφεται, η διαφορά στον χρόνο διαδρομής μεταξύ των δύο δεσμών είναι ανάλογη με τη γωνιακή ταχύτητα περιστροφής του φορέα. Αυτή η χρονική καθυστέρηση, γνωστή ως μετατόπιση φάσης Sagnac, μετριέται στη συνέχεια με ακρίβεια, επιτρέποντας στο FOG να παρέχει ακριβή δεδομένα σχετικά με την περιστροφή του φορέα.
Η αρχή λειτουργίας ενός γυροσκοπίου οπτικών ινών περιλαμβάνει την εκπομπή μιας δέσμης φωτός από έναν φωτοανιχνευτή. Αυτή η δέσμη φωτός διέρχεται από έναν ζεύκτη, εισερχόμενη από το ένα άκρο και εξερχόμενη από το άλλο. Στη συνέχεια, ταξιδεύει μέσω ενός οπτικού βρόχου. Δύο δέσμες φωτός, που προέρχονται από διαφορετικές κατευθύνσεις, εισέρχονται στον βρόχο και ολοκληρώνουν μια συνεκτική υπέρθεση αφού κάνουν κύκλο. Το φως που επιστρέφει επανεισέρχεται σε μια δίοδο εκπομπής φωτός (LED), η οποία χρησιμοποιείται για την ανίχνευση της έντασής του. Ενώ η αρχή λειτουργίας ενός γυροσκοπίου οπτικών ινών μπορεί να φαίνεται απλή, η πιο σημαντική πρόκληση έγκειται στην εξάλειψη παραγόντων που επηρεάζουν το μήκος της οπτικής διαδρομής των δύο δεσμών φωτός. Αυτό είναι ένα από τα πιο κρίσιμα ζητήματα που αντιμετωπίζονται στην ανάπτυξη γυροσκοπίων οπτικών ινών.
1: υπερφωταυγής δίοδος 2: δίοδος φωτοανιχνευτή
3. ζεύκτης πηγής φωτός 4.σύνδεσμος δακτυλίου ινών 5. δακτύλιος οπτικής ίνας
Πλεονεκτήματα των γυροσκοπίων οπτικών ινών
Τα FOG προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα που τα καθιστούν ανεκτίμητα σε συστήματα αδρανειακής πλοήγησης. Είναι γνωστά για την εξαιρετική τους ακρίβεια, αξιοπιστία και ανθεκτικότητα. Σε αντίθεση με τα μηχανικά γυροσκόπια, τα FOG δεν έχουν κινούμενα μέρη, μειώνοντας τον κίνδυνο φθοράς. Επιπλέον, είναι ανθεκτικά σε κραδασμούς και κραδασμούς, καθιστώντας τα ιδανικά για απαιτητικά περιβάλλοντα, όπως οι αεροδιαστημικές και αμυντικές εφαρμογές.
Ενσωμάτωση Γυροσκοπίων Οπτικών Ινών στην Αδρανειακή Πλοήγηση
Τα αδρανειακά συστήματα πλοήγησης ενσωματώνουν ολοένα και περισσότερο FOGs λόγω της υψηλής ακρίβειας και αξιοπιστίας τους. Αυτά τα γυροσκόπια παρέχουν τις κρίσιμες μετρήσεις γωνιακής ταχύτητας που απαιτούνται για τον ακριβή προσδιορισμό του προσανατολισμού και της θέσης. Ενσωματώνοντας τα FOGs στα υπάρχοντα αδρανειακά συστήματα πλοήγησης, οι χειριστές μπορούν να επωφεληθούν από βελτιωμένη ακρίβεια πλοήγησης, ειδικά σε καταστάσεις όπου απαιτείται εξαιρετική ακρίβεια.
Εφαρμογές των Γυροσκοπίων Οπτικών Ινών στην Αδρανειακή Πλοήγηση
Η συμπερίληψη των συστημάτων FOG έχει επεκτείνει τις εφαρμογές των συστημάτων αδρανειακής πλοήγησης σε διάφορους τομείς. Στην αεροδιαστημική και την αεροπορία, τα συστήματα που είναι εξοπλισμένα με FOG προσφέρουν ακριβείς λύσεις πλοήγησης για αεροσκάφη, drones και διαστημόπλοια. Χρησιμοποιούνται επίσης εκτενώς στη θαλάσσια πλοήγηση, τις γεωλογικές έρευνες και την προηγμένη ρομποτική, επιτρέποντας σε αυτά τα συστήματα να λειτουργούν με βελτιωμένη απόδοση και αξιοπιστία.
Διαφορετικές δομικές παραλλαγές των γυροσκοπίων οπτικών ινών
Τα γυροσκόπια οπτικών ινών διατίθενται σε διάφορες δομικές διαμορφώσεις, με την κυρίαρχη που εισέρχεται σήμερα στον χώρο της μηχανικής να είναι ηγυροσκόπιο οπτικών ινών κλειστού βρόχου με διατήρηση πόλωσηςΣτον πυρήνα αυτού του γυροσκοπίου βρίσκεται τοβρόχος οπτικών ινών που διατηρεί την πόλωση, που περιλαμβάνει ίνες που διατηρούν την πόλωση και ένα πλαίσιο με ακριβή σχεδιασμό. Η κατασκευή αυτού του βρόχου περιλαμβάνει μια τετραπλή συμμετρική μέθοδο περιέλιξης, συμπληρωμένη από ένα μοναδικό τζελ στεγανοποίησης για να σχηματίσει ένα πηνίο βρόχου ινών στερεάς κατάστασης.
Βασικά χαρακτηριστικά τουΠόλωση-Διατήρηση Οπτικών Ινών Gyro Coil
▶Μοναδικός Σχεδιασμός Πλαισίου:Οι βρόχοι γυροσκοπίου διαθέτουν ένα ξεχωριστό σχεδιασμό πλαισίου που φιλοξενεί εύκολα διάφορους τύπους ινών που διατηρούν την πόλωση.
▶Τεχνική τετραπλής συμμετρικής περιέλιξης:Η τεχνική τετραπλής συμμετρικής περιέλιξης ελαχιστοποιεί το φαινόμενο Shupe, εξασφαλίζοντας ακριβείς και αξιόπιστες μετρήσεις.
▶Προηγμένο υλικό στεγανοποίησης τζελ:Η χρήση προηγμένων υλικών στεγανοποίησης σε μορφή τζελ, σε συνδυασμό με μια μοναδική τεχνική σκλήρυνσης, ενισχύει την αντοχή στους κραδασμούς, καθιστώντας αυτούς τους βρόχους γυροσκοπίου ιδανικούς για εφαρμογές σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
▶ Σταθερότητα συνοχής σε υψηλή θερμοκρασία:Οι βρόχοι γυροσκοπίου παρουσιάζουν σταθερότητα συνοχής σε υψηλή θερμοκρασία, εξασφαλίζοντας ακρίβεια ακόμη και σε μεταβαλλόμενες θερμικές συνθήκες.
▶ Απλοποιημένο ελαφρύ πλαίσιο:Οι βρόχοι γυροσκοπίου είναι κατασκευασμένοι με ένα απλό αλλά ελαφρύ πλαίσιο, που εγγυάται υψηλή ακρίβεια επεξεργασίας.
▶Συνεπής διαδικασία περιέλιξης:Η διαδικασία περιέλιξης παραμένει σταθερή, προσαρμοζόμενη στις απαιτήσεις διαφόρων γυροσκοπίων οπτικών ινών ακριβείας.
Αναφορά
Groves, PD (2008). Εισαγωγή στην Αδρανειακή Πλοήγηση.Το Περιοδικό της Ναυσιπλοΐας, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019). Τεχνολογίες αδρανειακών αισθητήρων για εφαρμογές πλοήγησης: η τρέχουσα κατάσταση.Δορυφορική πλοήγηση, 1(1), 1-15.
Woodman, OJ (2007). Εισαγωγή στην αδρανειακή πλοήγηση.Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, Εργαστήριο Υπολογιστών, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R., & Laumond, JP (1985). Αναφορά θέσης και συνεπής μοντελοποίηση κόσμου για κινητά ρομπότ.Στα Πρακτικά του Διεθνούς Συνεδρίου Ρομποτικής και Αυτοματισμού IEEE του 1985(Τόμος 2, σελ. 138-145). ΙΕΗΕ.
Χρειάζεστε μια δωρεάν συμβουλευτική συνεδρία;
ΜΕΡΙΚΑ ΑΠΟ ΤΑ ΕΡΓΑ ΜΟΥ
ΦΑΝΤΑΣΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΣΤΑ ΟΠΟΙΑ ΕΧΩ ΣΥΝΕΙΣΦΕΡΕΙ. ΜΕ ΠΕΡΗΦΑΝΙΑ!
