Ano ang Inertial Navigation?
Mga Batayan ng Inertial Navigation
Ang mga pangunahing prinsipyo ng inertial navigation ay katulad ng sa iba pang mga paraan ng nabigasyon. Umaasa ito sa pagkuha ng pangunahing impormasyon, kabilang ang paunang posisyon, paunang oryentasyon, direksyon at oryentasyon ng paggalaw sa bawat sandali, at unti-unting pagsasama-sama ng mga data na ito (katulad ng mga operasyon ng pagsasama-sama ng matematika) upang tiyak na matukoy ang mga parameter ng nabigasyon, gaya ng oryentasyon at posisyon.
Ang Papel ng mga Sensor sa Inertial Navigation
Upang makuha ang kasalukuyang oryentasyon (attitude) at impormasyon sa posisyon ng isang gumagalaw na bagay, ang mga inertial navigation system ay gumagamit ng isang hanay ng mga kritikal na sensor, pangunahin na binubuo ng mga accelerometers at gyroscope. Sinusukat ng mga sensor na ito ang angular velocity at acceleration ng carrier sa isang inertial reference frame. Ang data ay isinama at pinoproseso sa paglipas ng panahon upang makakuha ng bilis at kaugnay na impormasyon sa posisyon. Kasunod nito, ang impormasyong ito ay binago sa navigation coordinate system, kasabay ng paunang data ng posisyon, na nagtatapos sa pagpapasiya ng kasalukuyang lokasyon ng carrier.
Mga Prinsipyo ng Operasyon ng Inertial Navigation System
Ang mga inertial navigation system ay gumagana bilang self-contained, panloob na closed-loop navigation system. Hindi sila umaasa sa mga real-time na panlabas na pag-update ng data upang itama ang mga error sa panahon ng paggalaw ng carrier. Dahil dito, ang isang solong inertial navigation system ay angkop para sa panandaliang mga gawain sa pag-navigate. Para sa mga pangmatagalang operasyon, dapat itong isama sa iba pang paraan ng nabigasyon, gaya ng mga satellite-based navigation system, upang pana-panahong iwasto ang mga naipong internal na error.
Ang Pagkakatago ng Inertial Navigation
Sa mga modernong teknolohiya ng nabigasyon, kabilang ang celestial navigation, satellite navigation, at radio navigation, ang inertial navigation ay namumukod-tangi bilang autonomous. Hindi ito naglalabas ng mga senyales sa panlabas na kapaligiran o nakadepende sa mga bagay na makalangit o mga panlabas na senyales. Dahil dito, nag-aalok ang mga inertial navigation system ng pinakamataas na antas ng pagkakatago, na ginagawang perpekto ang mga ito para sa mga application na nangangailangan ng lubos na pagiging kumpidensyal.
Opisyal na Kahulugan ng Inertial Navigation
Ang Inertial Navigation System (INS) ay isang navigation parameter estimation system na gumagamit ng mga gyroscope at accelerometers bilang mga sensor. Ang system, batay sa output ng mga gyroscope, ay nagtatatag ng isang navigation coordinate system habang ginagamit ang output ng mga accelerometers upang kalkulahin ang bilis at posisyon ng carrier sa navigation coordinate system.
Mga Aplikasyon ng Inertial Navigation
Ang inertial na teknolohiya ay nakahanap ng malawak na mga aplikasyon sa magkakaibang mga domain, kabilang ang aerospace, aviation, maritime, petroleum exploration, geodesy, oceanographic survey, geological drilling, robotics, at railway system. Sa pagdating ng mga advanced na inertial sensor, pinalawak ng inertial technology ang utility nito sa industriya ng automotive at mga medikal na elektronikong device, bukod sa iba pang larangan. Itong lumalawak na saklaw ng mga application ay binibigyang-diin ang lalong mahalagang papel ng inertial navigation sa pagbibigay ng high-precision navigation at mga kakayahan sa pagpoposisyon para sa maraming application.
Ang Pangunahing Bahagi ng Inertial Guidance:Fiber Optic Gyroscope
Panimula sa Fiber Optic Gyroscope
Ang mga inertial navigation system ay lubos na umaasa sa katumpakan at katumpakan ng kanilang mga pangunahing bahagi. Ang isang naturang sangkap na makabuluhang nagpahusay sa mga kakayahan ng mga sistemang ito ay ang Fiber Optic Gyroscope (FOG). Ang FOG ay isang kritikal na sensor na gumaganap ng mahalagang papel sa pagsukat ng angular velocity ng carrier na may kapansin-pansing katumpakan.
Pagpapatakbo ng Fiber Optic Gyroscope
Gumagana ang mga FOG sa prinsipyo ng Sagnac effect, na kinabibilangan ng paghahati ng laser beam sa dalawang magkahiwalay na landas, na nagpapahintulot dito na maglakbay sa magkasalungat na direksyon kasama ang isang coiled fiber optic loop. Kapag ang carrier, na naka-embed sa FOG, ay umiikot, ang pagkakaiba sa oras ng paglalakbay sa pagitan ng dalawang beam ay proporsyonal sa angular na bilis ng pag-ikot ng carrier. Ang pagkaantala sa oras na ito, na kilala bilang Sagnac phase shift, ay tiyak na sinusukat, na nagbibigay-daan sa FOG na magbigay ng tumpak na data tungkol sa pag-ikot ng carrier.
Ang prinsipyo ng isang fiber optic gyroscope ay nagsasangkot ng paglabas ng isang sinag ng liwanag mula sa isang photodetector. Ang light beam na ito ay dumadaan sa isang coupler, pumapasok mula sa isang dulo at lumalabas mula sa isa pa. Pagkatapos ay naglalakbay ito sa isang optical loop. Dalawang sinag ng liwanag, na nagmumula sa magkaibang direksyon, ang pumasok sa loop at kumpletuhin ang magkakaugnay na superposisyon pagkatapos ng pag-ikot sa paligid. Ang nagbabalik na ilaw ay muling pumapasok sa isang light-emitting diode (LED), na ginagamit upang makita ang intensity nito. Bagama't ang prinsipyo ng isang fiber optic gyroscope ay maaaring mukhang prangka, ang pinakamahalagang hamon ay nakasalalay sa pag-aalis ng mga salik na nakakaapekto sa haba ng optical path ng dalawang light beam. Ito ay isa sa mga pinaka-kritikal na isyu na nahaharap sa pagbuo ng fiber optic gyroscopes.
1: superluminescent diode 2：photodetector diode
3.light source coupler 4.fiber ring coupler 5.optical fiber ring
Mga Bentahe ng Fiber Optic Gyroscope
Nag-aalok ang mga FOG ng ilang mga pakinabang na ginagawang napakahalaga sa mga inertial navigation system. Ang mga ito ay kilala sa kanilang pambihirang katumpakan, pagiging maaasahan, at tibay. Hindi tulad ng mechanical gyros, ang mga FOG ay walang gumagalaw na bahagi, na binabawasan ang panganib ng pagkasira. Bukod pa rito, lumalaban ang mga ito sa pagkabigla at panginginig ng boses, na ginagawa itong perpekto para sa mga demanding na kapaligiran tulad ng aerospace at mga application ng depensa.
Pagsasama ng Fiber Optic Gyroscope sa Inertial Navigation
Ang mga inertial navigation system ay lalong nagsasama ng mga FOG dahil sa kanilang mataas na katumpakan at pagiging maaasahan. Ang mga gyroscope na ito ay nagbibigay ng mahalagang mga sukat ng angular na bilis na kinakailangan para sa tumpak na pagtukoy ng oryentasyon at posisyon. Sa pamamagitan ng pagsasama ng mga FOG sa mga umiiral na inertial navigation system, ang mga operator ay maaaring makinabang mula sa pinahusay na katumpakan ng nabigasyon, lalo na sa mga sitwasyon kung saan ang matinding katumpakan ay kinakailangan.
Mga Application ng Fiber Optic Gyroscope sa Inertial Navigation
Ang pagsasama ng mga FOG ay nagpalawak ng mga aplikasyon ng mga inertial navigation system sa iba't ibang domain. Sa aerospace at aviation, ang mga FOG-equipped system ay nag-aalok ng mga tumpak na solusyon sa nabigasyon para sa sasakyang panghimpapawid, drone, at spacecraft. Malawak din silang ginagamit sa maritime navigation, geological survey, at advanced robotics, na nagbibigay-daan sa mga system na ito na gumana nang may pinahusay na pagganap at pagiging maaasahan.
Iba't ibang Structural Variant ng Fiber Optic Gyroscope
Ang mga fiber optic gyroscope ay may iba't ibang istrukturang pagsasaayos, na ang nangingibabaw na kasalukuyang pumapasok sa larangan ng engineering ay angclosed-loop polarization-maintaining fiber optic gyroscope. Sa core ng gyroscope na ito ay angpolariseysyon-pagpapanatili ng hibla loop, na binubuo ng mga hibla na nagpapanatili ng polarization at isang tumpak na idinisenyong balangkas. Ang pagtatayo ng loop na ito ay nagsasangkot ng fourfold symmetric winding method, na pupunan ng isang natatanging sealing gel upang bumuo ng solid-state fiber loop coil.
Pangunahing Katangian ngPolarization-Maintaining Fiber Optic Gyro Coil
▶ Natatanging Disenyo ng Framework:Nagtatampok ang mga gyroscope loop ng natatanging disenyo ng balangkas na madaling tumanggap ng iba't ibang uri ng mga hibla na nagpapanatili ng polarization.
▶Fourfold Symmetric Winding Technique:Ang fourfold symmetric winding technique ay nagpapaliit sa Shupe effect, na tinitiyak ang tumpak at maaasahang mga sukat.
▶Advanced Sealing Gel Material:Ang paggamit ng mga advanced na materyales ng sealing gel, na sinamahan ng isang natatanging pamamaraan ng paggamot, ay nagpapahusay sa paglaban sa mga vibrations, na ginagawang perpekto ang mga gyroscope loop na ito para sa mga aplikasyon sa mga demanding na kapaligiran.
▶Mataas na Temperatura na Katatagan ng Pagkakaugnay:Ang mga loop ng gyroscope ay nagpapakita ng katatagan ng pagkakaugnay ng mataas na temperatura, na tinitiyak ang katumpakan kahit na sa iba't ibang mga kondisyon ng thermal.
▶ Pinasimpleng Magaang Framework:Ang mga loop ng gyroscope ay inengineered gamit ang isang tapat ngunit magaan na balangkas, na ginagarantiyahan ang mataas na katumpakan ng pagproseso.
▶Patuloy na Proseso ng Paikot-ikot:Ang proseso ng paikot-ikot ay nananatiling matatag, na umaangkop sa mga kinakailangan ng iba't ibang precision fiber optic gyroscope.
Sanggunian
Groves, PD (2008). Panimula sa Inertial Navigation.Ang Journal of Navigation, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019). Mga teknolohiya ng inertial sensor para sa mga application ng nabigasyon: state of the art.Satellite Navigation, 1(1), 1-15.
Woodman, OJ (2007). Isang panimula sa inertial navigation.Unibersidad ng Cambridge, Computer Laboratory, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R., & Laumond, JP (1985). Pagtukoy sa posisyon at pare-parehong pagmomodelo sa mundo para sa mga mobile robot.Sa Mga Pamamaraan ng 1985 IEEE International Conference on Robotics and Automation(Tomo 2, pp. 138-145). IEEE.
Kailangan ng Libreng Konsulasyon?
ILAN SA AKING MGA PROYEKTO
MAGANDANG MGA GAWA NA AKO'Y NAAMBAG. MAYABANG!
