מהו ניווט אינרציאלי?
יסודות ניווט אינרציאלי
העקרונות הבסיסיים של ניווט אינרציאלי דומים לאלה של שיטות ניווט אחרות. זה מסתמך על רכישת מידע מפתח, כולל המיקום הראשוני, האוריינטציה הראשונית, הכיוון וההתמצאות של תנועה בכל רגע, ושילוב בהדרגה של נתונים אלה (אנלוגיים לפעולות אינטגרציה מתמטיות) כדי לקבוע במדויק את פרמטרי הניווט, כגון אוריינטציה ומיקום.
תפקיד החיישנים בניווט אינרציאלי
כדי להשיג את האוריינטציה הנוכחית (גישה) ומידע המיקום של אובייקט נע, מערכות ניווט אינרציאליות מעסיקות קבוצה של חיישנים קריטיים, המורכבים בעיקר מאצה ומאיץ גירוסקופים. חיישנים אלה מודדים מהירות זוויתית ותאוצה של המנשא במסגרת התייחסות אינרציאלית. לאחר מכן הנתונים משולבים ומעובדים לאורך זמן כדי להפיק את המהירות ומידע המיקום היחסי. לאחר מכן, מידע זה הופך למערכת קואורדינטות הניווט, בשילוב עם נתוני המיקום הראשוני, והגיע לשיאו בקביעת המיקום הנוכחי של המוביל.
עקרונות תפעול של מערכות ניווט אינרציאליות
מערכות ניווט אינרציאליות פועלות כמערכות ניווט פנימיות עם לולאה סגורה. הם לא מסתמכים על עדכוני נתונים חיצוניים בזמן אמת כדי לתקן שגיאות במהלך תנועת המוביל. כיוון שכך, מערכת ניווט אינרציאלית יחידה מתאימה למשימות ניווט למשך זמן קצר. לפעולות לאורך זמן, יש לשלב אותו עם שיטות ניווט אחרות, כמו מערכות ניווט מבוססות לוויין, כדי לתקן מעת לעת את השגיאות הפנימיות שנצברו.
ההסתרה של ניווט אינרציאלי
בטכנולוגיות ניווט מודרניות, כולל ניווט שמימי, ניווט לווייני וניווט רדיו, ניווט אינרציאלי בולט כאוטונומי. זה לא פולט אותות לסביבה החיצונית ולא תלוי באובייקטים שמימיים או באותות חיצוניים. כתוצאה מכך, מערכות ניווט אינרציאליות מציעות את רמת ההסתרה הגבוהה ביותר, מה שהופך אותן לאידיאליות ליישומים הדורשים את הסודיות המרבית.
הגדרה רשמית של ניווט אינרציאלי
מערכת ניווט אינרציאלית (INS) היא מערכת הערכת פרמטר ניווט המעסיקה גירוסקופים ומאיצה כחיישנים. המערכת, המבוססת על תפוקת הגירוסקופים, מקימה מערכת קואורדינטות ניווט תוך שימוש בתפוקה של תאוצה כדי לחשב את מהירות ומיקומו של המוביל במערכת קואורדינטות הניווט.
יישומים של ניווט אינרציאלי
הטכנולוגיה האינרציאלית מצאה יישומים רחבים בתחומים מגוונים, כולל תעופה וחלל, תעופה, ימי, חקר נפט, גאודזיה, סקרים אוקיאנוגרפיים, קידוחים גיאולוגיים, רובוטיקה ומערכות רכבת. עם כניסתם של חיישנים אינרציאליים מתקדמים, הטכנולוגיה האינרציאלית הרחיבה את התועלת שלה לתעשיית הרכב ולמכשירים אלקטרוניים רפואיים, בין תחומים אחרים. היקף יישומים המתרחב זה מדגיש את התפקיד המרכזי ההולך וגובר של ניווט אינרציאלי במתן יכולות ניווט ומיקום גבוה לדיוק גבוה עבור ריבוי יישומים.
מרכיב הליבה בהדרכה אינרציאלית:גירוסקופ סיבים אופטיים
מבוא לג'ירוסקופים סיבים אופטיים
מערכות ניווט אינרציאליות מסתמכות מאוד על הדיוק והדיוק של רכיבי הליבה שלהן. רכיב אחד כזה שהעצים משמעותית את היכולות של מערכות אלה הוא הגירוסקופ הסיבי האופטי (FOG). ערפל הוא חיישן קריטי הממלא תפקיד מרכזי במדידת מהירות הזווית של המנשא ברמת דיוק מדהימה.
פעולת גירוסקופ סיבים אופטיים
ערפל פועל על פי העיקרון של אפקט Sagnac, הכרוך בפיצול קרן לייזר לשני נתיבים נפרדים, ומאפשר לו לנסוע בכיוונים מנוגדים לאורך לולאת סיב אופטית מפותלת. כאשר המנשא, משובץ בערפל, מסתובב, ההבדל בזמן הנסיעה בין שתי הקורות הוא פרופורציונאלי למהירות הזווית של סיבוב המנשא. לאחר מכן נמדד עיכוב הזמן הזה, המכונה משמרת שלב Sagnac, במדויק, ומאפשר ל- FOG לספק נתונים מדויקים לגבי סיבוב הספק.
העיקרון של גירוסקופ סיב אופטי כולל פליטת קרן אור מפוטו -גלאד. קרן אור זו עוברת דרך מצמד, נכנסת מקצה אחד ויוצאת מאחר. לאחר מכן הוא עובר דרך לולאה אופטית. שתי קורות אור, המגיעות מכיוונים שונים, נכנסות לולאה ומשלימות סופרפוזיציה קוהרנטית לאחר שהסתובבו. האור החוזר נכנס מחדש לדיודה פולטת אור (LED), המשמש לגילוי עוצמתו. בעוד שהעיקרון של גירוסקופ סיב אופטי עשוי להיראות פשוט, האתגר המשמעותי ביותר טמון בביטול גורמים המשפיעים על אורך הנתיב האופטי של שתי קורות האור. זהו אחד הנושאים הקריטיים ביותר העומדים בפני פיתוח גירוסקופים סיבים אופטיים.
1 ： דיודה superluminescent 2 ： דיודה של פוטו -גלאי
3. מצמד מקור תאורה 4.מצמד טבעת סיבים 5. טבעת סיבים אופטית
יתרונות של גירוסקופים סיבים אופטיים
ערפל מציעים מספר יתרונות שהופכים אותם לא יסולא בפז במערכות ניווט אינרציאליות. הם ידועים ברמת הדיוק, האמינות והעמידות יוצאת הדופן שלהם. בניגוד לגירוס מכני, לערפל אין חלקים נעים, ומפחיתים את הסיכון לבלאי. בנוסף, הם עמידים בפני הלם ורטט, מה שהופך אותם לאידיאליים לסביבות תובעניות כמו יישומי תעופה וחלל והגנה.
שילוב גירוסקופים סיבים אופטיים בניווט אינרציאלי
מערכות ניווט אינרציאליות משלבות יותר ויותר ערפל בגלל הדיוק והאמינות הגבוהים שלהן. גירוסקופים אלה מספקים את מדידות המהירות הזוויתית המכריעה הנדרשות לקביעה מדויקת של אוריינטציה ומיקום. על ידי שילוב ערפל במערכות הניווט האינרציאליות הקיימות, מפעילים יכולים ליהנות משיפור דיוק הניווט, במיוחד במצבים בהם יש צורך בדיוק קיצוני.
יישומים של גירוסקופים סיבים אופטיים בניווט אינרציאלי
הכללת ערפל הרחיבה את היישומים של מערכות ניווט אינרציאליות בתחומים שונים. בחלל ותעופה, מערכות מצוידות בערפל מציעות פתרונות ניווט מדויקים למטוסים, מל"טים וחלליות. הם משמשים גם בהרחבה בניווט ימי, סקרים גיאולוגיים ורובוטיקה מתקדמת, ומאפשרים למערכות אלה לפעול עם ביצועים ואמינות משופרים.
גרסאות מבניות שונות של גירוסקופים סיבים אופטיים
גירוסקופים סיבים אופטיים מגיעים בתצורות מבניות שונות, כאשר השולט ביותר שנכנס כרגע לתחום ההנדסה הואקיטוב לולאה סגורה-גירוסקופ סיבים אופטייםו בבסיס הגירוסקופ הזה הואלולאת סיבים סיבים לקיטוב, הכוללים סיבים מקטבים-מזויפים ומסגרת מעוצבת בדיוק. בניית לולאה זו כוללת שיטת סלילה סימטרית פי ארבעה, בתוספת ג'ל איטום ייחודי ליצירת סליל לולאת סיבים של מצב מוצק.
תכונות מפתח שלסיבים אופטיים של קיטובסליל יורו
▶ עיצוב מסגרת ייחודי:לולאות הגירוסקופ כוללות תכנון מסגרת ייחודי המאכלס בקלות מסוגים שונים של סיבי קיטוב.
▶ טכניקת סלילה סימטרית פי ארבעה:טכניקת הפיתול הסימטרי של ארבעה פי ארבעה ממזערת את אפקט Shupe, ומבטיחה מדידות מדויקות ואמינות.
▶ חומר ג'ל איטום מתקדם:העסקה של חומרי ג'ל איטום מתקדמים, בשילוב טכניקת ריפוי ייחודית, משפרת את ההתנגדות לתנודות, מה שהופך את לולאות הגירוסקופ הללו לאידיאליות ליישומים בסביבות תובעניות.
▶ יציבות קוהרנטיות בטמפרטורה גבוהה:לולאות הגירוסקופ מציגות יציבות קוהרנטיות בטמפרטורה גבוהה, מה שמבטיח דיוק אפילו בתנאים תרמיים משתנים.
▶ מסגרת משקל קל מפושטת:לולאות הגירוסקופ מהונדסות עם מסגרת פשוטה ועם זאת קלה, ומבטיחים דיוק עיבוד גבוה.
▶ תהליך מתפתל עקבי:תהליך המתפתל נשאר יציב, ומסתגל לדרישות של גירוסקופים שונים של סיבים אופטיים.
הַפנָיָה
Groves, Pd (2008). מבוא לניווט אינרציאלי.כתב העת לניווט, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019). טכנולוגיות חיישנים אינרציאליים ליישומי ניווט: עדכני.ניווט לוויני, 1(1), 1-15.
Woodman, OJ (2007). מבוא לניווט אינרציאלי.אוניברסיטת קיימברידג ', מעבדת מחשבים, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R., & Laumond, JP (1985). הפניות למיקום ומודלים עולמיים עולמיים לרובוטים ניידים.בהמשך לוועידה הבינלאומית IEEE לשנת 1985 לרובוטיקה ואוטומציה(כרך 2, עמ '138-145). IEEE.
זקוק לקונסולציה בחינם?
חלק מהפרויקטים שלי
יצירות מדהימות שתרמתי להן. בגאווה!
