Ano ang Inertial navigation?
Mga Pangunahing Kaalaman sa Inertial na Nabigasyon
Ang mga pangunahing prinsipyo ng inertial navigation ay katulad ng sa iba pang mga pamamaraan ng nabigasyon. Nakasalalay ito sa pagkuha ng mahahalagang impormasyon, kabilang ang panimulang posisyon, panimulang oryentasyon, direksyon at oryentasyon ng galaw sa bawat sandali, at unti-unting pagsasama-sama ng mga datos na ito (katulad ng mga operasyon sa matematikal na integrasyon) upang tumpak na matukoy ang mga parameter ng nabigasyon, tulad 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, na pangunahing binubuo ng mga accelerometer at gyroscope. Sinusukat ng mga sensor na ito ang angular velocity at acceleration ng carrier sa isang inertial reference frame. Ang data ay isinasama at pinoproseso sa paglipas ng panahon upang makuha ang impormasyon sa velocity at relatibong posisyon. Kasunod nito, ang impormasyong ito ay binabago sa navigation coordinate system, kasabay ng inisyal na data ng posisyon, na nagtatapos sa pagtukoy ng kasalukuyang lokasyon ng carrier.
Mga Prinsipyo ng Operasyon ng mga Inertial Navigation System
Ang mga inertial navigation system ay gumagana bilang mga self-contained, internal closed-loop navigation system. Hindi sila umaasa sa mga real-time na external data update upang itama ang mga error habang gumagalaw ang carrier. Dahil dito, ang isang inertial navigation system ay angkop para sa mga panandaliang gawain sa nabigasyon. Para sa mga pangmatagalang operasyon, dapat itong pagsamahin sa iba pang mga paraan ng nabigasyon, tulad ng mga satellite-based navigation system, upang pana-panahong itama ang mga naipon na internal na error.
Ang Pagtatago ng Inertial Navigation
Sa mga modernong teknolohiya sa nabigasyon, kabilang ang celestial navigation, satellite navigation, at radio navigation, ang inertial navigation ay namumukod-tangi bilang autonomous. Hindi ito naglalabas ng mga signal sa panlabas na kapaligiran ni umaasa sa mga bagay sa langit o mga panlabas na signal. Dahil dito, ang mga inertial navigation system ay nag-aalok ng pinakamataas na antas ng kakayahang maitago, na ginagawa itong mainam para sa mga aplikasyon na nangangailangan ng lubos na pagiging kumpidensyal.
Opisyal na Kahulugan ng Inertial Navigation
Ang Inertial Navigation System (INS) ay isang sistema ng pagtatantya ng parameter ng nabigasyon na gumagamit ng mga gyroscope at accelerometer bilang mga sensor. Ang sistema, batay sa output ng mga gyroscope, ay nagtatatag ng isang sistema ng coordinate ng nabigasyon habang ginagamit ang output ng mga accelerometer upang kalkulahin ang bilis at posisyon ng carrier sa sistema ng coordinate ng nabigasyon.
Mga Aplikasyon ng Inertial Navigation
Malawak ang gamit ng teknolohiyang inertial sa iba't ibang larangan, kabilang ang aerospace, abyasyon, maritima, eksplorasyon ng petrolyo, geodesy, oceanographic surveys, geological drilling, robotics, at mga sistema ng riles. Sa pagdating ng mga advanced na inertial sensor, pinalawak ng teknolohiyang inertial ang gamit nito sa industriya ng automotive at mga medikal na elektronikong aparato, bukod sa iba pang larangan. Binibigyang-diin ng lumalawak na saklaw ng mga aplikasyon na ito ang lalong mahalagang papel ng inertial navigation sa pagbibigay ng mga kakayahan sa high-precision navigation at pagpoposisyon para sa maraming aplikasyon.
Ang Pangunahing Bahagi ng Inertial Guidance:Hiyaskopyo ng Fiber Optic
Panimula sa Fiber Optic Gyroscopes
Ang mga inertial navigation system ay lubos na umaasa sa katumpakan at katumpakan ng kanilang mga pangunahing bahagi. Ang isa sa mga bahaging ito na lubos na 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 nang may kahanga-hangang katumpakan.
Operasyon ng Fiber Optic Gyroscope
Ang mga FOG ay gumagana batay sa prinsipyo ng Sagnac effect, na kinabibilangan ng paghahati ng laser beam sa dalawang magkahiwalay na landas, na nagpapahintulot dito na maglakbay sa magkabilang direksyon sa 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 velocity ng pag-ikot ng carrier. Ang time delay na ito, na kilala bilang Sagnac phase shift, ay sinusukat nang tumpak, 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 kinabibilangan ng paglabas ng sinag ng liwanag mula sa isang photodetector. Ang sinag ng liwanag 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 pumapasok sa loop at kumukumpleto ng isang coherent superposition pagkatapos umikot. Ang bumabalik na liwanag ay muling pumapasok sa isang light-emitting diode (LED), na ginagamit upang matukoy ang intensity nito. Bagama't ang prinsipyo ng isang fiber optic gyroscope ay maaaring mukhang diretso, ang pinakamahalagang hamon ay nasa pag-aalis ng mga salik na nakakaapekto sa haba ng optical path ng dalawang sinag ng liwanag. Ito ay isa sa mga pinakamahalagang isyung kinakaharap sa pag-unlad ng fiber optic gyroscope.
1：superluminescent diode 2：diode ng photodetector
3. coupler na pinagmumulan ng liwanag 4.coupler ng singsing na hibla 5. singsing na hibla ng optika
Mga Bentahe ng Fiber Optic Gyroscopes
Ang mga FOG ay nag-aalok ng ilang mga bentahe na ginagawang napakahalaga ang mga ito sa mga inertial navigation system. Kilala ang mga ito sa kanilang pambihirang katumpakan, pagiging maaasahan, at tibay. Hindi tulad ng mga mechanical gyro, ang mga FOG ay walang mga gumagalaw na bahagi, na binabawasan ang panganib ng pagkasira at pagkasira. Bukod pa rito, ang mga ito ay lumalaban sa pagkabigla at panginginig ng boses, na ginagawa silang mainam para sa mga mahihirap na kapaligiran tulad ng aerospace at mga aplikasyon sa depensa.
Pagsasama ng Fiber Optic Gyroscopes 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 mahahalagang sukat ng angular velocity 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, makikinabang ang mga operator mula sa pinahusay na katumpakan ng nabigasyon, lalo na sa mga sitwasyon kung saan kinakailangan ang matinding katumpakan.
Mga Aplikasyon 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 larangan. Sa aerospace at abyasyon, ang mga sistemang may FOG ay nag-aalok ng mga tumpak na solusyon sa nabigasyon para sa mga sasakyang panghimpapawid, drone, at spacecraft. Malawakan din ang mga ito na ginagamit sa maritime navigation, geological survey, at advanced robotics, na nagbibigay-daan sa mga sistemang ito na gumana nang may pinahusay na pagganap at pagiging maaasahan.
Iba't ibang Istruktural na Baryante ng Fiber Optic Gyroscopes
Ang mga fiber optic gyroscope ay may iba't ibang istrukturang konpigurasyon, kung saan ang nangingibabaw na kasalukuyang pumapasok sa larangan ng inhenyeriya ay angclosed-loop na fiber optic gyroscope na nagpapanatili ng polarisasyonSa kaibuturan ng dyayroskopong ito ay angloop ng hibla na nagpapanatili ng polarisasyon, na binubuo ng mga hiblang nagpapanatili ng polarisasyon at isang tiyak na dinisenyong balangkas. Ang paggawa ng loop na ito ay kinabibilangan ng isang apat na beses na simetrikong paraan ng pag-ikot, na dinagdagan ng isang natatanging sealing gel upang bumuo ng isang solid-state fiber loop coil.
Mga Pangunahing Tampok ngPagpapanatili ng Polarisasyon ng Fiber Optic Gyro Coil
▶Natatanging Disenyo ng Balangkas:Ang mga gyroscope loop ay nagtatampok ng natatanging disenyo ng balangkas na madaling tumatanggap ng iba't ibang uri ng mga hibla na nagpapanatili ng polarization.
▶Pamamaraan ng Apat na Simetrikong Pag-ikot:Binabawasan ng fourfold symmetric winding technique ang epekto ng Shupe, na tinitiyak ang tumpak at maaasahang mga sukat.
▶Materyal na Advanced Sealing Gel:Ang paggamit ng mga makabagong materyales sa sealing gel, na sinamahan ng kakaibang pamamaraan ng pagpapatigas, ay nagpapahusay sa resistensya sa mga panginginig, na ginagawang mainam ang mga gyroscope loop na ito para sa mga aplikasyon sa mga mahihirap na kapaligiran.
▶Katatagan ng Pagkakaugnay-ugnay sa Mataas na Temperatura:Ang mga loop ng gyroscope ay nagpapakita ng mataas na katatagan ng pagkakaugnay-ugnay ng temperatura, na tinitiyak ang katumpakan kahit sa iba't ibang kondisyon ng init.
▶Pinasimpleng Magaan na Balangkas:Ang mga gyroscope loop ay ginawa gamit ang simple ngunit magaan na balangkas, na ginagarantiyahan ang mataas na katumpakan sa pagproseso.
▶Patuloy na Proseso ng Pag-ikot:Ang proseso ng pag-ikot ay nananatiling matatag, umaangkop sa mga kinakailangan ng iba't ibang precision fiber optic gyroscopes.
Sanggunian
Groves, PD (2008). Panimula sa Inertial na Nabigasyon.Ang Journal ng Nabigasyon, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019). Mga teknolohiya ng inertial sensor para sa mga aplikasyon ng nabigasyon: makabagong teknolohiya.Nabigasyon sa Satelayt, 1(1), 1-15.
Woodman, OJ (2007). Isang panimula sa inertial navigation.Unibersidad ng Cambridge, Laboratoryo ng Kompyuter, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R., & Laumond, JP (1985). Pagtukoy sa posisyon at pare-parehong pagmomodelo ng 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 mo ba ng Libreng Konsultasyon?
ILAN SA AKING MGA PROYEKTO
MGA KAGANDANG LIKONG KINALAMAN KO. NANG BUONG PAGMAMALAKI!
