Wat ass Inertialnavigatioun?
Grondlage vun der Inertialnavigatioun
Déi fundamental Prinzipie vun der Inertialnavigatioun sinn ähnlech wéi déi vun aneren Navigatiounsmethoden. Si baséiert op der Erfaassung vu Schlësselinformatiounen, dorënner d'Ufankspositioun, d'Ufanksorientéierung, d'Richtung an d'Orientéierung vun der Bewegung zu all Moment, an der progressiver Integratioun vun dësen Donnéeën (analog zu mathemateschen Integratiounsoperatiounen), fir Navigatiounsparameteren, wéi Orientéierung a Positioun, präzis ze bestëmmen.
D'Roll vu Sensoren an der Inertialnavigatioun
Fir déi aktuell Orientéierung (Haltung) an d'Positiounsinformatioun vun engem bewegenden Objet ze kréien, benotzen Inertialnavigatiounssystemer eng Rei vu kritesche Sensoren, déi haaptsächlech aus Beschleunigungsmesser a Gyroskope bestinn. Dës Sensore moossen d'Wénkelgeschwindegkeet an d'Beschleunigung vum Träger an engem Inertialreferenzsystem. D'Donnéeë ginn dann integréiert a mat der Zäit veraarbecht, fir Informatiounen iwwer Geschwindegkeet an relativ Positioun ofzeleeden. Duerno gëtt dës Informatioun zesumme mat den initialen Positiounsdaten an d'Navigatiounskoordinatesystem transforméiert, wat zu der Bestëmmung vun der aktueller Positioun vum Träger féiert.
Funktionsprinzipie vun Inertialnavigatiounssystemer
Inertialnavigatiounssystemer funktionéieren als autonom, intern zougemaach Navigatiounssystemer. Si vertrauen net op Echtzäit-Aktualiséierunge vun externen Daten, fir Feeler während der Bewegung vum Träger ze korrigéieren. Dofir ass en eenzegt Inertialnavigatiounssystem gëeegent fir kuerzfristeg Navigatiounsaufgaben. Fir laangfristeg Operatiounen muss et mat anere Navigatiounsmethoden, wéi z. B. satellitbaséiert Navigatiounssystemer, kombinéiert ginn, fir déi akkumuléiert intern Feeler periodesch ze korrigéieren.
D'Verstoppbarkeet vun der Inertialnavigatioun
An de modernen Navigatiounstechnologien, dorënner Himmelsnavigatioun, Satellittennavigatioun a Radionavigatioun, ënnerscheet sech d'Inertialnavigatioun als autonom. Si emittéiert weder Signaler un d'Ëmwelt nach ass ofhängeg vun Himmelsobjeten oder externen Signaler. Dofir bidden Inertialnavigatiounssystemer dat héchst Niveau vun der Verstoppbarkeet, wat se ideal mécht fir Uwendungen, déi déi héchst Vertraulechkeet erfuerderen.
Offiziell Definitioun vun der Inertialnavigatioun
En Inertial Navigation System (INS) ass e System fir d'Schätzung vun Navigatiounsparameteren, dat Gyroskoper an Accelerometer als Sensoren benotzt. De System baséiert op der Ausgab vu Gyroskoper a baut e Navigatiounskoordinatesystem op, während en d'Ausgab vun Accelerometer benotzt fir d'Geschwindegkeet an d'Positioun vum Träger am Navigatiounskoordinatesystem ze berechnen.
Uwendungen vun der Inertialnavigatioun
Inertialtechnologie huet breet Uwendungen a verschiddene Beräicher fonnt, dorënner Loft- a Raumfaart, Loftfaart, Maritimitéit, Pëtrolsexploratioun, Geodesie, ozeanographesch Ënnersichungen, geologesch Buerungen, Robotik a Schinnesystemer. Mat dem Opkomme vun fortgeschrattene Inertialsensoren huet d'Inertialtechnologie hiren Asaz op d'Automobilindustrie a medizinesch elektronesch Apparater ausgebreet, ënner anerem. Dësen ëmmer méi groussen Uwendungsberäich ënnersträicht déi ëmmer méi wichteg Roll vun der Inertialnavigatioun bei der Bereitstellung vun héichpräzisen Navigatiouns- a Positionéierungsméiglechkeeten fir eng Villzuel vun Uwendungen.
Déi zentral Komponent vun der Inertialleitung:Glasfaser-Gyroskop
Aféierung an d'Gyroskope mat Glasfaser
Inertialnavigatiounssystemer vertrauen staark op d'Genauegkeet a Präzisioun vun hiren Haaptkomponenten. Eng sou Komponent, déi d'Fäegkeete vun dëse Systemer däitlech verbessert huet, ass de Glasfasergyroskop (FOG). FOG ass e wichtege Sensor, deen eng zentral Roll bei der Miessung vun der Wénkelgeschwindegkeet vum Träger mat bemierkenswäerter Genauegkeet spillt.
Operatioun vum Glasfasergyroskop
FOGs funktionéieren nom Prinzip vum Sagnac-Effekt, wouduerch e Laserstrahl an zwou separat Weeër opgedeelt gëtt, sou datt en a géigneresch Richtungen laanscht eng gewéckelt Glasfaserschleif beweege kann. Wann den Träger, deen an den FOG integréiert ass, sech dréit, ass den Ënnerscheed an der Reeszäit tëscht den zwee Stralen proportional zu der Wénkelgeschwindegkeet vun der Rotatioun vum Träger. Dës Zäitverzögerung, bekannt als Sagnac-Phasenverschiebung, gëtt dann präzis gemooss, sou datt den FOG korrekt Donnéeën iwwer d'Rotatioun vum Träger liwwere kann.
De Prinzip vun engem Glasfasergyroskop besteet doran, e Liichtstral vun engem Photodetektor auszestrahlen. Dëse Liichtstral geet duerch e Koppler, eran vun engem Enn an eraus vun engem aneren. Dann beweegt en sech duerch eng optesch Schleif. Zwee Liichtstralen, déi aus verschiddene Richtungen kommen, kommen an d'Schleif a kreesen eng kohärent Superpositioun of. Dat zréckkommend Liicht trëtt erëm an eng Liichtemittéierend Diode (LED) eran, déi benotzt gëtt fir seng Intensitéit ze detektéieren. Wärend de Prinzip vun engem Glasfasergyroskop einfach schéngt, läit déi gréissten Erausfuerderung doran, Faktoren ze eliminéieren, déi d'optesch Weelängt vun den zwee Liichtstralen beaflossen. Dëst ass ee vun de kriteschsten Themen an der Entwécklung vu Glasfasergyroskopen.
1: Superlumineszent Diod 2: Photodetektordiod
3. Liichtquellkoppler 4.Faserringkoppler 5. optesche Faserring
Virdeeler vu Glasfasergyroskopen
FOGs bidden eng Rei Virdeeler, déi se onschätzbar wäertvoll an Inertialnavigatiounssystemer maachen. Si si bekannt fir hir aussergewéinlech Genauegkeet, Zouverlässegkeet an Haltbarkeet. Am Géigesaz zu mechanesche Gyros hunn FOGs keng bewegend Deeler, wat de Risiko vu Verschleiung reduzéiert. Zousätzlech si se resistent géint Schock a Vibratiounen, wat se ideal fir usprochsvoll Ëmfeld wéi Loft- a Raumfaart- a Verteidegungsanwendungen mécht.
Integratioun vu Glasfasergyroskopen an der Inertialnavigatioun
Inertialnavigatiounssystemer integréieren ëmmer méi FOGs wéinst hirer héijer Präzisioun a Zouverlässegkeet. Dës Gyroskoper liwweren déi entscheedend Wénkelgeschwindegkeetsmiessungen, déi fir déi genee Bestëmmung vun Orientéierung a Positioun erfuerderlech sinn. Duerch d'Integratioun vu FOGs an déi existent Inertialnavigatiounssystemer kënnen d'Betreiber vun enger verbesserter Navigatiounsgenauegkeet profitéieren, besonnesch a Situatiounen, wou extrem Präzisioun néideg ass.
Uwendungen vu Glasfasergyroskopen an der Inertialnavigatioun
D'Integratioun vun FOGs huet d'Uwendungsméiglechkeeten vun Inertialnavigatiounssystemer a verschiddene Beräicher erweidert. An der Loft- a Raumfaart bidden FOG-ausgestatte Systemer präzis Navigatiounsléisunge fir Fligeren, Drohnen a Raumschëffer. Si gi vill an der maritime Navigatioun, geologeschen Ënnersichungen a fortgeschratt Robotik agesat, wat et dëse Systemer erméiglecht, mat verbesserter Leeschtung a Zouverlässegkeet ze funktionéieren.
Verschidde Strukturvarianten vu Glasfasergyroskopen
Glasfaser-Gyroskope ginn et a verschiddene strukturelle Konfiguratiounen, woubäi dee meeschtens de Moment an de Beräich vun der Ingenieurskonscht erakënnt, deen asszougemaachte Polarisatiounserhalend GlasfasergyroskopAm Kär vun dësem Gyroskop ass denPolarisatiounserhalend Faserschleif, besteet aus polarisatiounserhalende Faseren an engem präzis entworfene Kader. De Bau vun dëser Schleif ëmfaasst eng véierfach symmetresch Wicklungsmethod, ergänzt vun engem eenzegaartege Dichtungsgel fir eng Festkierperfaserschleifspule ze bilden.
Schlësselmerkmale vunPolarisatiouns-erhalend Glasfaser Gyro Spul
▶ Eenzegaartegt Kaderdesign:D'Gyroskop-Schleifen hunn en eenzegaartegen Kaderdesign, deen verschidden Aarte vu Polarisatiounserhalende Faseren ouni Problemer ënnerhält.
▶ Véierfache symmetresch Wicklungstechnik:Déi véierfach symmetresch Wicklungstechnik miniméiert de Shupe-Effekt a garantéiert präzis a zouverlässeg Miessungen.
▶Fortgeschratt Dichtungsgelmaterial:D'Benotzung vun fortgeschrattene Dichtungsgelmaterialien, kombinéiert mat enger eenzegaarteger Härtungstechnik, verbessert d'Resistenz géint Schwéngungen, wouduerch dës Gyroskopschleifen ideal fir Uwendungen an usprochsvollen Ëmfeld sinn.
▶Stabilitéit bei héijen Temperaturen:D'Gyroskop-Schleifen weisen eng héich Temperaturkohärenzstabilitéit, wat eng Genauegkeet och ënner variéierende thermesche Konditiounen garantéiert.
▶ Vereinfacht Liichtgewiichtsrahmen:D'Gyroskop-Schleifen si mat engem einfachen awer liichte Framework konstruéiert, wat eng héich Veraarbechtungspräzisioun garantéiert.
▶Konsequenten Opwéckelprozess:De Wicklungsprozess bleift stabil an adaptéiert sech un d'Ufuerderunge vu verschiddene Präzisiounsglasfasergyroskopen.
Referenz
Groves, PD (2008). Aféierung an d'Inertialnavigatioun.D'Journal vun der Navigatioun, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H., & Niu, X. (2019). Inertialsensortechnologien fir Navigatiounsapplikatiounen: Stand vun der Technik.Satellittennavigatioun, 1(1), 1-15.
Woodman, OJ (2007). Eng Aféierung an d'Inertialnavigatioun.Universitéit vu Cambridge, Computerlaboratoire, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R., & Laumond, JP (1985). Positiounsreferenzéierung a konsequent Weltmodelléierung fir mobil Roboter.An de Protokoller vun der IEEE Internationaler Konferenz iwwer Robotik an Automatiséierung vun 1985(Band 2, Säiten 138-145). IEEE.
Braucht Dir eng gratis Berodung?
E puer vu menge Projeten
GENIAL AARBECHT, ZU DÉI ECH MATGEBAIT HUNN. MAT STOLZ!
