Навигатсияи инерсиалӣ чист?
Асосҳои навигатсияи инерсиалӣ
Принсипҳои асосии навигатсияи инерсиалӣ ба принсипҳои дигар усулҳои навигатсия монанданд. Он ба ба даст овардани маълумоти калидӣ, аз ҷумла мавқеи ибтидоӣ, самти ибтидоӣ, самт ва самти ҳаракат дар ҳар лаҳза ва ҳамгироии тадриҷии ин маълумот (монанд ба амалиётҳои ҳамгироии математикӣ) барои муайян кардани дақиқи параметрҳои навигатсия, ба монанди самт ва мавқеъ такя мекунад.
Нақши сенсорҳо дар навигатсияи инерсиалӣ
Барои ба даст овардани маълумоти ҷории самт (равшанӣ) ва мавқеи объекти ҳаракаткунанда, системаҳои навигатсионии инерсиалӣ маҷмӯи сенсорҳои муҳимро истифода мебаранд, ки асосан аз акселерометрҳо ва гироскопҳо иборатанд. Ин сенсорҳо суръати кунҷӣ ва шитоби интиқолдиҳандаро дар чаҳорчӯбаи истинодии инерсиалӣ чен мекунанд. Сипас, маълумот бо мурури замон барои ба даст овардани маълумот дар бораи суръат ва мавқеи нисбӣ муттаҳид ва коркард карда мешавад. Баъдан, ин маълумот дар якҷоягӣ бо маълумоти ибтидоии мавқеъ ба системаи координатаҳои навигатсионӣ табдил дода мешавад, ки бо муайян кардани макони ҷории интиқолдиҳанда анҷом меёбад.
Принсипҳои кори системаҳои навигатсионии инерсиалӣ
Системаҳои навигатсияи инерсиалӣ ҳамчун системаҳои навигатсияи дохилии худкор ва пӯшида фаъолият мекунанд. Онҳо барои ислоҳи хатогиҳо ҳангоми ҳаракати интиқолдиҳанда ба навсозиҳои берунаи вақти воқеӣ такя намекунанд. Аз ин рӯ, як системаи навигатсияи инерсиалӣ барои вазифаҳои навигатсияи кӯтоҳмуддат мувофиқ аст. Барои амалиётҳои дарозмуддат, он бояд бо дигар усулҳои навигатсия, ба монанди системаҳои навигатсияи моҳвораӣ, якҷоя карда шавад, то хатогиҳои дохилии ҷамъшударо ба таври даврӣ ислоҳ кунад.
Пинҳон будани навигатсияи инерсиалӣ
Дар технологияҳои муосири навигатсия, аз ҷумла навигатсияи осмонӣ, навигатсияи моҳвораӣ ва навигатсияи радиоӣ, навигатсияи инерсиалӣ ҳамчун мустақил фарқ мекунад. Он на ба муҳити беруна сигналҳо мефиристад ва на аз объектҳои осмонӣ ё сигналҳои беруна вобаста аст. Дар натиҷа, системаҳои навигатсияи инерсиалӣ сатҳи баландтарини пинҳонкориро пешниҳод мекунанд, ки онҳоро барои барномаҳое, ки махфияти баландтаринро талаб мекунанд, беҳтарин мегардонад.
Таърифи расмии навигатсияи инерсиалӣ
Системаи навигатсионии инерсиалӣ (INS) як системаи арзёбии параметрҳои навигатсионӣ мебошад, ки гироскопҳо ва акселерометрҳоро ҳамчун сенсорҳо истифода мебарад. Система, ки бар асоси баромади гироскопҳо сохта шудааст, системаи координатаҳои навигатсионӣ эҷод мекунад ва дар айни замон аз баромади акселерометрҳо барои ҳисоб кардани суръат ва мавқеи интиқолдиҳанда дар системаи координатаҳои навигатсионӣ истифода мебарад.
Истифодаи навигатсияи инерсиалӣ
Технологияи инерсиалӣ дар соҳаҳои гуногун, аз ҷумла кайҳонӣ, авиатсия, баҳрӣ, иктишофи нафт, геодезия, тадқиқоти уқёнусшиносӣ, пармакунии геологӣ, робототехника ва системаҳои роҳи оҳан, татбиқи васеъ пайдо кардааст. Бо пайдоиши сенсорҳои пешрафтаи инерсиалӣ, технологияи инерсиалӣ истифодаи худро дар саноати автомобилсозӣ ва дастгоҳҳои электронии тиббӣ ва дигар соҳаҳо васеъ кардааст. Ин доираи васеъшавандаи татбиқ нақши муҳими навигатсияи инерсиалиро дар таъмини имкониятҳои навигатсионии дақиқ ва мавқеъгирӣ барои бисёр барномаҳо таъкид мекунад.
Ҷузъи асосии роҳнамоии инерсиалӣ:Гироскопи нахи оптикӣ
Муқаддима ба гироскопҳои нахи оптикӣ
Системаҳои навигатсияи инерсиалӣ ба дақиқӣ ва дақиқии ҷузъҳои асосии худ такя мекунанд. Яке аз чунин ҷузъҳо, ки имконоти ин системаҳоро ба таври назаррас беҳтар кардааст, гироскопи нахи оптикӣ (FOG) мебошад. FOG сенсори муҳимест, ки дар чен кардани суръати кунҷии интиқолдиҳанда бо дақиқии назаррас нақши муҳим мебозад.
Идоракунии гироскопи нахи оптикӣ
FOG-ҳо бар асоси принсипи эффекти Сагнак кор мекунанд, ки тақсим кардани нури лазерро ба ду роҳи алоҳида дар бар мегирад ва ба он имкон медиҳад, ки дар самтҳои муқобил дар тӯли ҳалқаи нахи оптикии печонидашуда ҳаракат кунад. Вақте ки интиқолдиҳанда, ки бо FOG ҷойгир карда шудааст, гардиш мекунад, фарқияти вақти сафар байни ду нур ба суръати кунҷии гардиши интиқолдиҳанда мутаносиб аст. Ин таъхири вақт, ки бо номи гардиши фазаи Сагнак маълум аст, сипас дақиқ чен карда мешавад, ки ба FOG имкон медиҳад, ки маълумоти дақиқро дар бораи гардиши интиқолдиҳанда пешниҳод кунад.
Принсипи кори гироскопи нахи оптикӣ аз баровардани шуоъи рӯшноӣ аз фотодетектор иборат аст. Ин шуоъи рӯшноӣ аз як пайвасткунак мегузарад, аз як канор ворид мешавад ва аз канори дигар мебарояд. Сипас, он аз ҳалқаи оптикӣ мегузарад. Ду шуоъи рӯшноӣ, ки аз самтҳои гуногун меоянд, ба ҳалқа ворид мешаванд ва пас аз давр задан дар атрофи он як суперпозитсияи когерентиро анҷом медиҳанд. Нури баргашта дубора ба диоди рӯшноӣ (LED) ворид мешавад, ки барои муайян кардани шиддати он истифода мешавад. Гарчанде ки принсипи кори гироскопи нахи оптикӣ метавонад содда ба назар расад, мушкили муҳимтарин дар бартараф кардани омилҳое мебошад, ки ба дарозии роҳи оптикии ду шуоъи рӯшноӣ таъсир мерасонанд. Ин яке аз муҳимтарин масъалаҳоест, ки дар таҳияи гироскопҳои нахи оптикӣ дучор мешавад.
1: диоди суперлюминесцентӣ 2: диоди фотодетектор
Пайвасткунаки манбаи рӯшноӣ 3. 4.пайвасткунандаи ҳалқаи нахӣ 5. ҳалқаи нахи оптикӣ
Афзалиятҳои гироскопҳои нахи оптикӣ
FOG-ҳо як қатор бартариҳоро пешниҳод мекунанд, ки онҳоро дар системаҳои навигатсионии инерсиалӣ бебаҳо мегардонанд. Онҳо бо дақиқии истисноӣ, эътимоднокӣ ва устувории худ машҳуранд. Бар хилофи гироскопҳои механикӣ, FOG-ҳо қисмҳои ҳаракаткунанда надоранд, ки хатари фарсудашавиро кам мекунанд. Илова бар ин, онҳо ба зарба ва ларзиш тобоваранд, ки онҳоро барои муҳитҳои душвор, ба монанди аэрокосмос ва барномаҳои мудофиа, беҳтарин мегардонад.
Ҳамгироии гироскопҳои нахи оптикӣ дар навигатсияи инерсиалӣ
Системаҳои навигатсияи инерсиалӣ бинобар дақиқӣ ва эътимоднокии баланди худ, FOG-ҳоро бештар истифода мебаранд. Ин гироскопҳо андозагириҳои муҳими суръати кунҷиро, ки барои муайян кардани дақиқи самт ва мавқеъ заруранд, таъмин мекунанд. Бо ворид кардани FOG-ҳо ба системаҳои мавҷудаи навигатсияи инерсиалӣ, операторҳо метавонанд аз дақиқии беҳтаршудаи навигатсия, махсусан дар ҳолатҳое, ки дақиқии шадид зарур аст, баҳра баранд.
Истифодаи гироскопҳои нахи оптикӣ дар навигатсияи инерсиалӣ
Дохил кардани FOG-ҳо татбиқи системаҳои навигатсионии инерсиалиро дар соҳаҳои гуногун васеъ кардааст. Дар соҳаи кайҳонӣ ва авиатсия, системаҳои муҷаҳҳаз бо FOG роҳҳои ҳалли дақиқи навигатсиониро барои ҳавопаймоҳо, дронҳо ва киштиҳои кайҳонӣ пешниҳод мекунанд. Онҳо инчунин дар навигатсияи баҳрӣ, таҳқиқоти геологӣ ва робототехникаи пешрафта васеъ истифода мешаванд, ки ба ин системаҳо имкон медиҳад, ки бо самаранокӣ ва эътимоднокии баландтар кор кунанд.
Вариантҳои гуногуни сохтории гироскопҳои нахи оптикӣ
Гироскопҳои нахи оптикӣ дар конфигуратсияҳои гуногуни сохторӣ мавҷуданд, ки дар айни замон яке аз онҳо ба соҳаи муҳандисӣ ворид мешавад.Гироскопи нахи оптикии поляризатсияи ҳалқаи пӯшида. Дар асоси ин гироскоп ин астҳалқаи нахи поляризатсияро нигоҳ медорад, ки аз нахҳои поляризатсияро нигоҳ медоранд ва чаҳорчӯбаи дақиқ тарҳрезишударо дар бар мегирад. Сохтмони ин ҳалқа усули печидани симметрии чорқабата, ки бо гели беназири мӯҳркунӣ барои ташкил додани печи ҳалқаи нахи сахт-ҳолат пурра карда шудааст, дар бар мегирад.
Хусусиятҳои асосииПоляризатсия-нигоҳдории нахи оптикӣ Gyro Coil
▶ Тарроҳии беназири чаҳорчӯба:Ҳалқаҳои гироскоп дорои тарҳи фарқкунандаи чаҳорчӯба мебошанд, ки намудҳои гуногуни нахҳои поляризатсияро ба осонӣ ҷойгир мекунанд.
▶Усули печондани чорқабатаи симметрӣ:Техникаи печиши чорқабата симметрӣ таъсири Шуперо ба ҳадди ақалл мерасонад ва андозагириҳои дақиқ ва боэътимодро таъмин мекунад.
▶ Маводи гели мӯҳркунандаи пешрафта:Истифодаи маводҳои пешрафтаи гелии мӯҳркунӣ дар якҷоягӣ бо усули беназири мустаҳкамкунӣ, муқовиматро ба ларзишҳо афзоиш медиҳад ва ин ҳалқаҳои гироскопро барои истифода дар муҳитҳои душвор беҳтарин мегардонад.
▶ Устувории ҳамоҳангии ҳарорати баланд:Ҳалқаҳои гироскоп устувории когерентии ҳарорати баландро нишон медиҳанд, ки ҳатто дар шароити гуногуни ҳароратӣ дақиқиро таъмин мекунад.
▶Чаҳорчӯбаи сабуки соддакардашуда:Ҳалқаҳои гироскоп бо чаҳорчӯбаи содда ва сабук тарҳрезӣ шудаанд, ки дақиқии баланди коркардро кафолат медиҳанд.
▶Раванди печондани пайваста:Раванди печкунӣ устувор боқӣ мемонад ва ба талаботи гироскопҳои гуногуни дақиқи нахи оптикӣ мутобиқ мешавад.
Маълумотнома
Гроувз, П.Д. (2008). Муқаддима ба навигатсияи инерсиалӣ.Маҷаллаи навигатсионӣ, 61(1), 13-28.
Эл-Шейми, Н., Хоу, Х., ва Ниу, Х. (2019). Технологияҳои сенсорҳои инерсиалӣ барои барномаҳои навигатсия: сатҳи муосир.Навигатсияи моҳвораӣ, 1(1), 1-15.
Вудман, OJ (2007). Муқаддима ба навигатсияи инерсиалӣ.Донишгоҳи Кембриҷ, Лабораторияи компютерӣ, UCAM-CL-TR-696.
Чатила, Р., ва Лаумонд, Ҷ.П. (1985). Истинод ба мавқеъ ва моделсозии ҷаҳонии пайваста барои роботҳои мобилӣ.Дар маҷмӯаи мақолаҳои Конфронси байналмилалии IEEE оид ба робототехника ва автоматизатсияи соли 1985(Ҷилди 2, саҳ. 138-145). IEEE.
Машварати ройгон лозим аст?
БАЪЗЕ АЗ ЛОИҲАҲОИ МАН
КОРИ АҶОИБЕ, КИ МАН БА ОНҲО САХМ ДОДААМ. БО ИФТИХОР!
