การนำทางเฉื่อยคืออะไร?
พื้นฐานของการนำทางเฉื่อย
หลักการพื้นฐานของการนำทางเฉื่อยนั้นคล้ายกับวิธีการนำทางอื่น ๆ มันขึ้นอยู่กับการรับข้อมูลสำคัญรวมถึงตำแหน่งเริ่มต้นการปฐมนิเทศเริ่มต้นทิศทางและการวางแนวของการเคลื่อนไหวในแต่ละช่วงเวลาและการรวมข้อมูลเหล่านี้อย่างต่อเนื่อง (คล้ายกับการดำเนินการรวมทางคณิตศาสตร์) เพื่อกำหนดพารามิเตอร์การนำทางเช่นทิศทางและตำแหน่ง
บทบาทของเซ็นเซอร์ในการนำทางเฉื่อย
เพื่อให้ได้การปฐมนิเทศในปัจจุบัน (ทัศนคติ) และข้อมูลตำแหน่งของวัตถุที่เคลื่อนไหวระบบนำทางเฉื่อยใช้ชุดเซ็นเซอร์ที่สำคัญซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยเครื่องเร่งความเร็วและไจโรสโคป เซ็นเซอร์เหล่านี้วัดความเร็วเชิงมุมและการเร่งความเร็วของผู้ให้บริการในกรอบอ้างอิงเฉื่อย ข้อมูลจะถูกรวมและประมวลผลเมื่อเวลาผ่านไปเพื่อรับความเร็วและข้อมูลตำแหน่งสัมพัทธ์ ต่อจากนั้นข้อมูลนี้จะถูกแปลงเป็นระบบพิกัดการนำทางร่วมกับข้อมูลตำแหน่งเริ่มต้นซึ่งเป็นจุดสูงสุดในการกำหนดตำแหน่งปัจจุบันของผู้ให้บริการ
หลักการดำเนินงานของระบบนำทางเฉื่อย
ระบบนำทางแบบเฉื่อยทำงานเป็นระบบนำทางแบบวงปิดภายในที่มีอยู่ในตัวเอง พวกเขาไม่พึ่งพาการอัปเดตข้อมูลภายนอกแบบเรียลไทม์เพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดระหว่างการเคลื่อนไหวของผู้ให้บริการ ดังนั้นระบบนำทางเฉื่อยเดียวจึงเหมาะสำหรับงานนำทางระยะสั้น สำหรับการดำเนินการระยะยาวจะต้องรวมกับวิธีการนำทางอื่น ๆ เช่นระบบนำทางจากดาวเทียมเพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดภายในที่สะสมเป็นระยะ
ความสามารถในการปกปิดของการนำทางเฉื่อย
ในเทคโนโลยีการนำทางที่ทันสมัยรวมถึงการนำทางสวรรค์การนำทางดาวเทียมและการนำทางวิทยุการนำทางเฉื่อยเห็นได้ชัดว่าเป็นอิสระ มันไม่ปล่อยสัญญาณไปยังสภาพแวดล้อมภายนอกหรือขึ้นอยู่กับวัตถุท้องฟ้าหรือสัญญาณภายนอก ดังนั้นระบบนำทางเฉื่อยนำเสนอระดับสูงสุดของความสามารถในการปกปิดทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องใช้ความลับสูงสุด
คำจำกัดความอย่างเป็นทางการของการนำทางเฉื่อย
ระบบนำทางแรงเฉื่อย (INS) เป็นระบบการประมาณค่าพารามิเตอร์การนำทางที่ใช้ไจโรสโคปและเครื่องวัดความเร่งเป็นเซ็นเซอร์ ระบบตามเอาต์พุตของไจโรสโคปสร้างระบบพิกัดการนำทางในขณะที่ใช้เอาต์พุตของเครื่องวัดความเร่งเพื่อคำนวณความเร็วและตำแหน่งของผู้ให้บริการในระบบพิกัดการนำทาง
การประยุกต์ใช้การนำทางเฉื่อย
เทคโนโลยีเฉื่อยพบการใช้งานที่หลากหลายในโดเมนที่หลากหลายรวมถึงการบินและอวกาศการบินการเดินเรือการสำรวจปิโตรเลียมการสำรวจทางธรณีวิทยาการสำรวจทางธรณีวิทยาการขุดเจาะธรณีวิทยาหุ่นยนต์และระบบรถไฟ ด้วยการถือกำเนิดของเซ็นเซอร์เฉื่อยขั้นสูงเทคโนโลยีเฉื่อยได้ขยายยูทิลิตี้ไปยังอุตสาหกรรมยานยนต์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางการแพทย์ในสาขาอื่น ๆ ขอบเขตการขยายตัวของแอปพลิเคชันนี้เป็นการตอกย้ำบทบาทสำคัญที่มากขึ้นของการนำทางเฉื่อยในการให้บริการการนำทางที่มีความแม่นยำสูงและความสามารถในการวางตำแหน่งสำหรับแอปพลิเคชันจำนวนมาก
องค์ประกอบหลักของคำแนะนำเฉื่อย:ไจโรสโคปใยแก้วนำแสง
รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการหมุนรอบใยแก้วนำแสง
ระบบการนำทางเฉื่อยขึ้นอยู่กับความแม่นยำและความแม่นยำของส่วนประกอบหลักของพวกเขา องค์ประกอบหนึ่งที่เพิ่มขีดความสามารถของระบบเหล่านี้อย่างมีนัยสำคัญคือเส้นใยใยแก้วนำแสง (FOG) หมอกเป็นเซ็นเซอร์ที่สำคัญที่มีบทบาทสำคัญในการวัดความเร็วเชิงมุมของผู้ให้บริการด้วยความแม่นยำที่น่าทึ่ง
การทำงานของไจโรสโคปใยแก้วนำแสง
หมอกทำงานบนหลักการของเอฟเฟกต์ Sagnac ซึ่งเกี่ยวข้องกับการแยกลำแสงเลเซอร์ออกเป็นสองเส้นทางที่แยกกันทำให้สามารถเดินทางไปในทิศทางตรงกันข้ามไปตามแนวเส้นใยใยแก้วนำแสง เมื่อผู้ให้บริการฝังตัวด้วยหมอกหมุนความแตกต่างของเวลาเดินทางระหว่างคานทั้งสองนั้นเป็นสัดส่วนกับความเร็วเชิงมุมของการหมุนของผู้ให้บริการ การหน่วงเวลานี้เรียกว่าการเปลี่ยนเฟส SAGNAC นั้นถูกวัดอย่างแม่นยำทำให้หมอกให้ข้อมูลที่ถูกต้องเกี่ยวกับการหมุนของผู้ให้บริการ
หลักการของไจโรสโคปใยแก้วนำแสงเกี่ยวข้องกับการเปล่งแสงของแสงจากเครื่องตรวจจับแสง ลำแสงแสงนี้ผ่าน coupler เข้ามาจากปลายด้านหนึ่งและออกจากอีกอัน จากนั้นจะเดินทางผ่านวงแสง แสงสองลำของแสงที่มาจากทิศทางที่แตกต่างกันเข้าสู่ห่วงและเติมเต็มการซ้อนทับที่สอดคล้องกันหลังจากวนรอบ แสงที่กลับมากลับเข้าสู่ไดโอดเปล่งแสง (LED) ซึ่งใช้ในการตรวจจับความเข้มของมัน ในขณะที่หลักการของการหมุนวนของใยแก้วนำแสงอาจดูตรงไปตรงมาความท้าทายที่สำคัญที่สุดอยู่ในการกำจัดปัจจัยที่ส่งผลต่อความยาวของเส้นทางแสงของลำแสงทั้งสองแสง นี่เป็นหนึ่งในปัญหาที่สำคัญที่สุดที่ต้องเผชิญในการพัฒนาไจโรสโคปใยแก้วนำแสง
1: ไดโอด superluminescent 2: PhotoDetector Diode
3. Light Source Coupler 4.Coupler วงแหวนไฟเบอร์ 5. วงแหวนไฟเบอร์ Optical
ข้อดีของการหมุนรอบใยแก้วนำแสง
หมอกมีข้อดีหลายประการที่ทำให้พวกเขามีค่าในระบบนำทางเฉื่อย พวกเขามีชื่อเสียงในด้านความแม่นยำความน่าเชื่อถือและความทนทาน ซึ่งแตกต่างจากไจโร่เครื่องจักรหมอกไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวลดความเสี่ยงของการสึกหรอ นอกจากนี้พวกเขายังทนต่อการสั่นสะเทือนและการสั่นสะเทือนทำให้เหมาะสำหรับการเรียกร้องสภาพแวดล้อมเช่นการบินและอวกาศและการป้องกัน
การบูรณาการของเส้นใยใยแก้วนำแสงในการนำทางเฉื่อย
ระบบนำทางเฉื่อยกำลังรวมหมอกมากขึ้นเนื่องจากความแม่นยำและความน่าเชื่อถือสูง ไจโรสโคปเหล่านี้ให้การวัดความเร็วเชิงมุมที่สำคัญที่จำเป็นสำหรับการกำหนดทิศทางและตำแหน่งที่แม่นยำ ด้วยการรวมหมอกเข้ากับระบบนำทางเฉื่อยที่มีอยู่ผู้ประกอบการจะได้รับประโยชน์จากความแม่นยำในการนำทางที่ดีขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์ที่จำเป็นต้องมีความแม่นยำสูง
การประยุกต์ใช้การหมุนรอบใยแก้วนำแสงในการนำทางเฉื่อย
การรวมหมอกได้ขยายการประยุกต์ใช้ระบบนำทางเฉื่อยในโดเมนต่าง ๆ ในการบินและอวกาศและการบินระบบที่ติดตั้งหมอกนำเสนอโซลูชั่นการนำทางที่แม่นยำสำหรับเครื่องบินโดรนและยานอวกาศ พวกเขายังถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการนำทางทะเลการสำรวจทางธรณีวิทยาและหุ่นยนต์ขั้นสูงทำให้ระบบเหล่านี้สามารถใช้งานได้ด้วยประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น
ตัวแปรโครงสร้างที่แตกต่างกันของเส้นใยใยแก้วนำแสง
ไฟเบอร์ออปติกไจโรสโคปมาในการกำหนดค่าโครงสร้างที่หลากหลายโดยที่สิ่งที่โดดเด่นในปัจจุบันเข้าสู่ขอบเขตของวิศวกรรมคือโพลาไรซ์แบบวงปิดการดูแลเส้นใยใยแก้วนำแสง- หัวใจหลักของไจโรสโคปนี้คือโพลาไรเซชันการดูแลเส้นใยประกอบด้วยเส้นใยที่ได้รับการดูแลโพลาไรเซชันและกรอบการทำงานที่ออกแบบมาอย่างแม่นยำ การสร้างห่วงนี้เกี่ยวข้องกับวิธีการขดลวดแบบสมมาตรสี่เท่าเสริมด้วยเจลปิดผนึกที่ไม่ซ้ำกันเพื่อสร้างขดลวดไฟเบอร์โซลิดสเตต
คุณสมบัติที่สำคัญของโพลาไรเซชันการบำรุงรักษาไฟเบอร์ออปติก Gวุ้นขดลวด
▶การออกแบบกรอบที่ไม่ซ้ำกัน:Gyroscope Loops มีการออกแบบเฟรมเวิร์กที่โดดเด่นซึ่งรองรับเส้นใยที่มีโพลาไรเซชันหลายประเภทได้อย่างง่ายดาย
▶เทคนิคการคดเคี้ยวแบบสมมาตรสี่เท่า:เทคนิคการขดลวดแบบสมมาตรสี่เท่าช่วยลดผลกระทบของ shupe ทำให้มั่นใจได้ว่าการวัดที่แม่นยำและเชื่อถือได้
▶วัสดุเจลปิดผนึกขั้นสูง:การจ้างงานของวัสดุเจลปิดผนึกขั้นสูงรวมกับเทคนิคการบ่มที่ไม่เหมือนใครช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการสั่นสะเทือนทำให้การวนซ้ำของไจโรสโคปเหล่านี้เหมาะสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่ต้องการ
▶เสถียรภาพการเชื่อมโยงอุณหภูมิสูง:ห่วงไจโรสโคปมีความเสถียรในการเชื่อมโยงกันของอุณหภูมิสูงเพื่อให้มั่นใจถึงความแม่นยำแม้ในสภาพความร้อนที่แตกต่างกัน
▶เฟรมเวิร์กน้ำหนักเบาง่าย:ห่วงไจโรสโคปได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมด้วยกรอบที่ตรงไปตรงมา แต่มีน้ำหนักเบารับประกันความแม่นยำในการประมวลผลสูง
▶กระบวนการขดลวดที่สอดคล้องกัน:กระบวนการที่คดเคี้ยวยังคงมีความเสถียรปรับตัวเข้ากับข้อกำหนดของการหมุนรอบใยแก้วนำแสงที่มีความแม่นยำต่างๆ
อ้างอิง
Groves, PD (2008) เบื้องต้นเกี่ยวกับการนำทางเฉื่อยวารสารการนำทาง 61(1), 13-28
El-Sheimy, N. , Hou, H. , & Niu, X. (2019) เทคโนโลยีเซ็นเซอร์เฉื่อยสำหรับการใช้งานการนำทาง: สถานะของศิลปะการนำทางดาวเทียม 1(1), 1-15
Woodman, OJ (2007) การแนะนำการนำทางเฉื่อยมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ห้องปฏิบัติการคอมพิวเตอร์ UCAM-Cl-TR-696.
Chatila, R. , & Laumond, JP (1985) การอ้างอิงตำแหน่งและการสร้างแบบจำลองโลกที่สอดคล้องกันสำหรับหุ่นยนต์มือถือในการประชุมนานาชาติ IEEE ระหว่างปี 1985 เรื่องหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ(ฉบับที่ 2, pp. 138-145) IEEE