რა არის ინერციული ნავიგაცია?
ინერციული ნავიგაციის საფუძვლები
ინერციული ნავიგაციის ფუნდამენტური პრინციპები სხვა ნავიგაციის მეთოდების მსგავსია. ის ეფუძნება ძირითადი ინფორმაციის მოპოვებას, მათ შორის საწყისი პოზიციის, საწყისი ორიენტაციის, მოძრაობის მიმართულებისა და ორიენტაციის შესახებ თითოეულ მომენტში, და ამ მონაცემების პროგრესულ ინტეგრაციას (მათემატიკური ინტეგრაციის ოპერაციების ანალოგიურად) ნავიგაციის პარამეტრების, როგორიცაა ორიენტაცია და პოზიცია, ზუსტად დასადგენად.
სენსორების როლი ინერციულ ნავიგაციაში
მოძრავი ობიექტის მიმდინარე ორიენტაციის (დამოკიდებულების) და პოზიციის ინფორმაციის მისაღებად, ინერციული ნავიგაციის სისტემები იყენებენ კრიტიკული სენსორების ნაკრებს, რომლებიც ძირითადად შედგება აქსელერომეტრებისა და გიროსკოპებისგან. ეს სენსორები ზომავენ მატარებლის კუთხურ სიჩქარეს და აჩქარებას ინერციულ საცნობარო სისტემაში. შემდეგ მონაცემები ინტეგრირდება და მუშავდება დროთა განმავლობაში სიჩქარისა და ფარდობითი პოზიციის ინფორმაციის მისაღებად. შემდგომში, ეს ინფორმაცია გარდაიქმნება ნავიგაციის კოორდინატთა სისტემად, საწყისი პოზიციის მონაცემებთან ერთად, რაც კულმინაციას აღწევს მატარებლის მიმდინარე მდებარეობის დადგენაში.
ინერციული ნავიგაციის სისტემების მუშაობის პრინციპები
ინერციული ნავიგაციის სისტემები ფუნქციონირებენ როგორც დამოუკიდებელი, შიდა დახურული ციკლის ნავიგაციის სისტემები. ისინი არ ეყრდნობიან რეალურ დროში გარე მონაცემების განახლებებს გადამზიდავის მოძრაობის დროს შეცდომების გამოსასწორებლად. შესაბამისად, ერთი ინერციული ნავიგაციის სისტემა შესაფერისია მოკლევადიანი ნავიგაციის ამოცანებისთვის. ხანგრძლივი ოპერაციებისთვის, ის უნდა იყოს შერწყმული სხვა ნავიგაციის მეთოდებთან, როგორიცაა თანამგზავრზე დაფუძნებული ნავიგაციის სისტემები, დაგროვილი შიდა შეცდომების პერიოდულად გამოსასწორებლად.
ინერციული ნავიგაციის დამალვა
თანამედროვე ნავიგაციის ტექნოლოგიებში, მათ შორის ციურ ნავიგაციაში, თანამგზავრულ ნავიგაციასა და რადიონავიგაციაში, ინერციული ნავიგაცია გამოირჩევა ავტონომიურობით. ის არც გარე გარემოში სიგნალებს ასხივებს და არც ციურ ობიექტებზე ან გარე სიგნალებზეა დამოკიდებული. შესაბამისად, ინერციული ნავიგაციის სისტემები დაფარვის უმაღლეს დონეს გვთავაზობენ, რაც მათ იდეალურს ხდის მაქსიმალური კონფიდენციალურობის მოთხოვნით შექმნილი აპლიკაციებისთვის.
ინერციული ნავიგაციის ოფიციალური განმარტება
ინერციული ნავიგაციის სისტემა (INS) არის ნავიგაციის პარამეტრების შეფასების სისტემა, რომელიც იყენებს გიროსკოპებსა და აქსელერომეტრებს სენსორებად. სისტემა, გიროსკოპების გამომავალ სიგნალებზე დაყრდნობით, ადგენს ნავიგაციის კოორდინატთა სისტემას, ხოლო აქსელერომეტრების გამომავალ სიგნალებს იყენებს ნავიგაციის კოორდინატთა სისტემაში მატარებლის სიჩქარისა და პოზიციის გამოსათვლელად.
ინერციული ნავიგაციის გამოყენება
ინერციულმა ტექნოლოგიამ ფართო გამოყენება ჰპოვა სხვადასხვა სფეროში, მათ შორის აერონავტიკაში, ავიაციაში, საზღვაო სფეროში, ნავთობის ძიებაში, გეოდეზიაში, ოკეანოგრაფიულ კვლევებში, გეოლოგიურ ბურღვაში, რობოტიკასა და რკინიგზის სისტემებში. მოწინავე ინერციული სენსორების მოსვლასთან ერთად, ინერციულმა ტექნოლოგიამ თავისი გამოყენება სხვა სფეროებთან ერთად გააფართოვა საავტომობილო ინდუსტრიასა და სამედიცინო ელექტრონულ მოწყობილობებში. გამოყენების ეს გაფართოება ხაზს უსვამს ინერციული ნავიგაციის სულ უფრო მნიშვნელოვან როლს მაღალი სიზუსტის ნავიგაციისა და პოზიციონირების შესაძლებლობების უზრუნველყოფაში მრავალი აპლიკაციისთვის.
ინერციული ხელმძღვანელობის ძირითადი კომპონენტი:ბოჭკოვანი ოპტიკური გიროსკოპი
შესავალი ბოჭკოვანი ოპტიკური გიროსკოპებში
ინერციული ნავიგაციის სისტემები დიდწილად დამოკიდებულია მათი ძირითადი კომპონენტების სიზუსტესა და სიზუსტეზე. ერთ-ერთი ასეთი კომპონენტი, რომელმაც მნიშვნელოვნად გააუმჯობესა ამ სისტემების შესაძლებლობები, არის ბოჭკოვანი ოპტიკური გიროსკოპი (FOG). FOG არის კრიტიკული სენსორი, რომელიც მნიშვნელოვან როლს ასრულებს მატარებლის კუთხური სიჩქარის გასაოცარი სიზუსტით გაზომვაში.
ბოჭკოვანი ოპტიკური გიროსკოპის ოპერაცია
FOG-ები მუშაობენ საგნაკის ეფექტის პრინციპით, რაც გულისხმობს ლაზერული სხივის ორ ცალკეულ გზად დაყოფას, რაც საშუალებას აძლევს მას საპირისპირო მიმართულებით იმოძრაოს ხვეული ოპტიკურ-ბოჭკოვანი მარყუჟის გასწვრივ. როდესაც FOG-ში ჩაშენებული მატარებელი ბრუნავს, ორ სხივს შორის გადაადგილების დროის სხვაობა პროპორციულია მატარებლის ბრუნვის კუთხური სიჩქარისა. ეს დროის შეფერხება, რომელიც ცნობილია როგორც საგნაკის ფაზური ცვლა, შემდეგ ზუსტად იზომება, რაც FOG-ს საშუალებას აძლევს მოგვაწოდოს ზუსტი მონაცემები მატარებლის ბრუნვის შესახებ.
ბოჭკოვანი ოპტიკური გიროსკოპის პრინციპი გულისხმობს ფოტოდეტექტორიდან სინათლის სხივის გამოსხივებას. ეს სინათლის სხივი გადის შემაერთებელში, შედის ერთი ბოლოდან და გამოდის მეორედან. შემდეგ ის მოძრაობს ოპტიკურ მარყუჟში. სხვადასხვა მიმართულებიდან მომავალი სინათლის ორი სხივი შედის მარყუჟში და წრეზე შემობრუნების შემდეგ ასრულებს კოჰერენტულ სუპერპოზიციას. დაბრუნებული სინათლე ხელახლა შედის სინათლის გამოსხივების დიოდში (LED), რომელიც გამოიყენება მისი ინტენსივობის დასადგენად. მიუხედავად იმისა, რომ ბოჭკოვანი ოპტიკური გიროსკოპის პრინციპი შეიძლება მარტივად მოგეჩვენოთ, ყველაზე მნიშვნელოვანი გამოწვევა ორი სინათლის სხივის ოპტიკური გზის სიგრძეზე მოქმედი ფაქტორების აღმოფხვრაა. ეს არის ერთ-ერთი ყველაზე კრიტიკული საკითხი, რომელიც ბოჭკოვანი ოპტიკური გიროსკოპის შემუშავებისას იჩენს თავს.
1: სუპერლუმინესცენტური დიოდი 2: ფოტოდეტექტორის დიოდი
3. სინათლის წყაროს შემაერთებელი 4.ბოჭკოვანი რგოლის შემაერთებელი 5. ოპტიკურ-ბოჭკოვანი რგოლი
ბოჭკოვანი ოპტიკური გიროსკოპის უპირატესობები
FOG-ებს რამდენიმე უპირატესობა აქვთ, რაც მათ ფასდაუდებელს ხდის ინერციული ნავიგაციის სისტემებში. ისინი ცნობილია განსაკუთრებული სიზუსტით, საიმედოობითა და გამძლეობით. მექანიკური გიროსკოპებისგან განსხვავებით, FOG-ებს არ აქვთ მოძრავი ნაწილები, რაც ამცირებს ცვეთისა და დაზიანების რისკს. გარდა ამისა, ისინი მდგრადია დარტყმისა და ვიბრაციის მიმართ, რაც მათ იდეალურს ხდის ისეთი მომთხოვნი გარემოსთვის, როგორიცაა აერონავტიკა და თავდაცვის სფეროები.
ბოჭკოვანი ოპტიკური გიროსკოპის ინტეგრაცია ინერციულ ნავიგაციაში
ინერციული ნავიგაციის სისტემები სულ უფრო ხშირად იყენებენ FOG-ებს მათი მაღალი სიზუსტისა და საიმედოობის გამო. ეს გიროსკოპები უზრუნველყოფენ კუთხური სიჩქარის გაზომვის აუცილებელ მნიშვნელობის ზომებს, რომლებიც საჭიროა ორიენტაციისა და პოზიციის ზუსტი განსაზღვრისთვის. FOG-ების არსებულ ინერციულ ნავიგაციის სისტემებში ინტეგრირებით, ოპერატორებს შეუძლიათ ისარგებლონ ნავიგაციის გაუმჯობესებული სიზუსტით, განსაკუთრებით იმ სიტუაციებში, სადაც აუცილებელია უკიდურესი სიზუსტე.
ბოჭკოვანი ოპტიკური გიროსკოპის გამოყენება ინერციულ ნავიგაციაში
FOG-ების ჩართვამ გააფართოვა ინერციული ნავიგაციის სისტემების გამოყენება სხვადასხვა სფეროში. აერონავტიკასა და ავიაციაში, FOG-ით აღჭურვილი სისტემები გვთავაზობენ ზუსტ ნავიგაციის გადაწყვეტილებებს თვითმფრინავებისთვის, დრონებისთვის და კოსმოსური ხომალდებისთვის. ისინი ასევე ფართოდ გამოიყენება საზღვაო ნავიგაციაში, გეოლოგიურ კვლევებსა და მოწინავე რობოტიკაში, რაც ამ სისტემებს საშუალებას აძლევს იმუშაონ გაუმჯობესებული შესრულებითა და საიმედოობით.
ბოჭკოვანი ოპტიკური გიროსკოპის სხვადასხვა სტრუქტურული ვარიანტები
ბოჭკოვანი ოპტიკური გიროსკოპები სხვადასხვა სტრუქტურული კონფიგურაციით გვხვდება, რომელთაგან უპირატესი ამჟამად ინჟინერიის სფეროში შემოდის.დახურული მარყუჟის პოლარიზაციის შემანარჩუნებელი ბოჭკოვანი ოპტიკური გიროსკოპიამ გიროსკოპის ბირთვში არისპოლარიზაციის შემანარჩუნებელი ბოჭკოვანი მარყუჟი, რომელიც შედგება პოლარიზაციის შემანარჩუნებელი ბოჭკოებისა და ზუსტად დაპროექტებული ჩარჩოსგან. ამ მარყუჟის კონსტრუქცია მოიცავს ოთხჯერადი სიმეტრიული დახვევის მეთოდს, რომელსაც ავსებს უნიკალური დალუქვის გელი მყარი მდგომარეობის ბოჭკოვანი მარყუჟის ხვეულის შესაქმნელად.
ძირითადი მახასიათებლებიპოლარიზაცია-შენარჩუნება ბოჭკოვანი ოპტიკური Gირო კოილი
▶ უნიკალური ჩარჩოს დიზაინი:გიროსკოპის მარყუჟებს აქვთ გამორჩეული ჩარჩოს დიზაინი, რომელიც მარტივად იტევს სხვადასხვა ტიპის პოლარიზაციის შემანარჩუნებელ ბოჭკოებს.
▶ ოთხჯერადი სიმეტრიული დახვევის ტექნიკა:ოთხჯერადი სიმეტრიული დახვევის ტექნიკა მინიმუმამდე ამცირებს შუპეს ეფექტს, რაც უზრუნველყოფს ზუსტ და საიმედო გაზომვებს.
▶ გაუმჯობესებული დალუქვის გელის მასალა:მოწინავე დალუქვის გელის მასალების გამოყენება, უნიკალურ გამყარების ტექნიკასთან ერთად, ზრდის ვიბრაციისადმი მდგრადობას, რაც ამ გიროსკოპის მარყუჟებს იდეალურს ხდის მომთხოვნი გარემოში გამოსაყენებლად.
▶მაღალ ტემპერატურაზე კოჰერენტული სტაბილურობა:გიროსკოპის მარყუჟები ავლენენ მაღალ ტემპერატურულ კოჰერენტულ სტაბილურობას, რაც უზრუნველყოფს სიზუსტეს ცვალებად თერმულ პირობებშიც კი.
▶ გამარტივებული მსუბუქი ჩარჩო:გიროსკოპის მარყუჟები დამზადებულია მარტივი, მაგრამ მსუბუქი ჩარჩოთი, რაც უზრუნველყოფს დამუშავების მაღალ სიზუსტეს.
▶თანმიმდევრული დახვევის პროცესი:დახვევის პროცესი სტაბილური რჩება და ადაპტირდება სხვადასხვა ზუსტი ბოჭკოვანი ოპტიკური გიროსკოპის მოთხოვნებთან.
მითითება
გროუვსი, პ.დ. (2008). შესავალი ინერციულ ნავიგაციაში.ნავიგაციის ჟურნალი, 61(1), 13-28.
ელ-შეიმი, ნ., ჰოუ, ჰ. და ნიუ, X. (2019). ინერციული სენსორების ტექნოლოგიები ნავიგაციის აპლიკაციებისთვის: უახლესი ტექნოლოგიები.სატელიტური ნავიგაცია, 1(1), 1-15.
ვუდმენი, ო.ჯ. (2007). შესავალი ინერციულ ნავიგაციაში.კემბრიჯის უნივერსიტეტი, კომპიუტერული ლაბორატორია, UCAM-CL-TR-696.
ჩატილა, რ. და ლაუმონდი, ჯ.პ. (1985). მობილური რობოტების პოზიციონირების მითითება და თანმიმდევრული სამყაროს მოდელირება.1985 წლის IEEE-ს რობოტიკისა და ავტომატიზაციის საერთაშორისო კონფერენციის მასალებში(ტომი 2, გვ. 138-145). IEEE.
გჭირდებათ უფასო კონსულტაცია?
ჩემი რამდენიმე პროექტი
შესანიშნავი ნამუშევრები, რომლებშიც ჩემი წვლილი მიმიღია. სიამაყით!
