Cos'è la navigazione inerziale?
Fondamenti di navigazione inerziale
I principi fondamentali della navigazione inerziale sono simili a quelli di altri metodi di navigazione. Si basa sull'acquisizione di informazioni chiave, tra cui la posizione iniziale, l'orientamento iniziale, la direzione e l'orientamento del movimento in ciascun momento e l'integrazione progressiva di questi dati (analoghi alle operazioni di integrazione matematica) per determinare con precisione i parametri di navigazione, come l'orientamento e la posizione.
Il ruolo dei sensori nella navigazione inerziale
Per ottenere l'attuale orientamento (atteggiamento) e le informazioni sulla posizione di un oggetto in movimento, i sistemi di navigazione inerziale utilizzano una serie di sensori critici, costituiti principalmente da accelerometri e giroscopi. Questi sensori misurano la velocità angolare e l'accelerazione del vettore in un frame di riferimento inerziale. I dati vengono quindi integrati ed elaborati nel tempo per derivare la velocità e le informazioni sulla posizione relativa. Successivamente, queste informazioni vengono trasformate nel sistema di coordinate di navigazione, insieme ai dati di posizione iniziale, culminando nella determinazione della posizione corrente del vettore.
Principi di funzionamento dei sistemi di navigazione inerziali
I sistemi di navigazione inerziale funzionano come sistemi di navigazione a circuito chiuso interno autonomo. Non si basano su aggiornamenti di dati esterni in tempo reale per correggere gli errori durante il movimento del vettore. Pertanto, un singolo sistema di navigazione inerziale è adatto per attività di navigazione di breve durata. Per le operazioni di lunga durata, deve essere combinato con altri metodi di navigazione, come i sistemi di navigazione a base di satellite, per correggere periodicamente gli errori interni accumulati.
La causa della navigazione inerziale
Nelle moderne tecnologie di navigazione, tra cui navigazione celeste, navigazione satellitare e navigazione radio, la navigazione inerziale si distingue come autonoma. Né emette segnali nell'ambiente esterno né dipende da oggetti celesti o segnali esterni. Di conseguenza, i sistemi di navigazione inerziale offrono il massimo livello di occultamento, rendendoli ideali per le applicazioni che richiedono la massima riservatezza.
Definizione ufficiale di navigazione inerziale
Il sistema di navigazione inerziale (INS) è un sistema di stima dei parametri di navigazione che impiega giroscopi e accelerometri come sensori. Il sistema, basato sull'output di giroscopi, stabilisce un sistema di coordinate di navigazione, utilizzando l'uscita di accelerometri per calcolare la velocità e la posizione del vettore nel sistema di coordinate di navigazione.
Applicazioni di navigazione inerziale
La tecnologia inerziale ha trovato applicazioni ad ampio raggio in diversi settori, tra cui aerospaziale, aviazione, marittima, esplorazione del petrolio, geodesia, sondaggi oceanografici, perforazione geologica, robotica e sistemi ferroviari. Con l'avvento di sensori inerziali avanzati, la tecnologia inerziale ha esteso la sua utilità all'industria automobilistica e ai dispositivi elettronici medici, tra gli altri campi. Questo ambito in espansione delle applicazioni sottolinea il ruolo sempre più cruciale della navigazione inerziale nella fornitura di capacità di navigazione e posizionamento ad alta precisione per una moltitudine di applicazioni.
Il componente principale della guida inerziale:Giroscopio in fibra ottica
Introduzione ai giroscopi in fibra ottica
I sistemi di navigazione inerziale si basano fortemente sull'accuratezza e sulla precisione dei loro componenti principali. Uno di questi componenti che ha migliorato significativamente le capacità di questi sistemi è il giroscopio in fibra ottica (nebbia). La nebbia è un sensore critico che svolge un ruolo fondamentale nella misurazione della velocità angolare del vettore con una notevole precisione.
Funzionamento del giroscopio in fibra ottica
Le neviche operano sul principio dell'effetto Sagnac, che prevede la divisione di un raggio laser in due percorsi separati, permettendole di viaggiare in direzioni opposte lungo un ciclo a fibra ottica a spirale. Quando il vettore, incorporato con la nebbia, ruota, la differenza nel tempo di viaggio tra le due travi è proporzionale alla velocità angolare della rotazione del vettore. Questo ritardo, noto come Sagnac Phase Shift, viene quindi misurato con precisione, consentendo alla nebbia di fornire dati accurati riguardanti la rotazione del vettore.
Il principio di un giroscopio in fibra ottica prevede l'emissione di un raggio di luce da un fotodettore. Questo raggio di luce passa attraverso un accoppiatore, entrando da un'estremità e uscendo da un'altra. Quindi viaggia attraverso un ciclo ottico. Due raggi di luce, provenienti da diverse direzioni, entrano nel ciclo e completano una sovrapposizione coerente dopo essersi girato in giro. La luce di ritorno rientra in un diodo a emissione di luce (LED), che viene utilizzato per rileva la sua intensità. Mentre il principio di un giroscopio in fibra ottica può sembrare semplice, la sfida più significativa sta nell'eliminazione dei fattori che influenzano la lunghezza del percorso ottico delle due travi di luce. Questo è uno dei problemi più critici affrontati nello sviluppo di giroscopi in fibra ottica.
1 ： Diodo superluminescente 2 ： DIODO POTODETTORE
3. Accoppiatore della sorgente di luce 4.Accoppiatore ad anello in fibra 5. Anello in fibra ottica
Vantaggi dei giroscopi in fibra ottica
Le nebbia offrono diversi vantaggi che li rendono inestimabili nei sistemi di navigazione inerziali. Sono rinomati per la loro eccezionale precisione, affidabilità e durata. A differenza dei giros meccanici, le nebbia non hanno parti in movimento, riducendo il rischio di usura. Inoltre, sono resistenti allo shock e alle vibrazioni, rendendoli ideali per ambienti esigenti come applicazioni aerospaziali e di difesa.
Integrazione dei giroscopi in fibra ottica nella navigazione inerziale
I sistemi di navigazione inerziale stanno sempre più incorporando le nebbia a causa della loro alta precisione e affidabilità. Questi giroscopi forniscono le misurazioni cruciali della velocità angolare necessarie per la determinazione accurata dell'orientamento e della posizione. Integrando i nevoni nei sistemi di navigazione inerziali esistenti, gli operatori possono beneficiare di una migliore accuratezza della navigazione, in particolare in situazioni in cui è necessaria una precisione estrema.
Applicazioni di giroscopi in fibra ottica nella navigazione inerziale
L'inclusione delle nebbia ha ampliato le applicazioni dei sistemi di navigazione inerziali in vari settori. Nell'aerospaziale e nell'aviazione, i sistemi dotati di nebbia offrono soluzioni di navigazione precise per aeromobili, droni e veicoli spaziali. Sono anche ampiamente utilizzati nella navigazione marittima, sondaggi geologici e robotica avanzata, consentendo a questi sistemi di operare con prestazioni e affidabilità migliorate.
Diverse varianti strutturali di giroscopi in fibra ottica
I giroscopi in fibra ottica sono disponibili in varie configurazioni strutturali, con quello predominante che attualmente entra nel regno dell'ingegneria è ilGyroscopio in fibra ottica che mantengono la polarizzazione a circuito chiuso. Al centro di questo giroscopio c'è ilLoop in fibra di polarizzazione, comprendente fibre di mantenimento della polarizzazione e un quadro progettato con precisione. La costruzione di questo ciclo prevede un quadruplo metodo di avvolgimento simmetrico, integrato da un gel di tenuta unico per formare una bobina ad anello in fibra a stato solido.
Caratteristiche chiave diFibra ottica che manteneva la polarizzazione GYro Coil
▶ Design del framework univoco:I loop del giroscopio presentano facilmente un design distintivo del framework che ospita vari tipi di fibre che mantengono la polarizzazione.
▶ Tecnica di avvolgimento simmetrico quattro volte:La quattro volte tecnica di avvolgimento simmetrico minimizza l'effetto shupe, garantendo misurazioni precise e affidabili.
▶ Materiale gel di tenuta avanzata:L'impiego di materiali di gel di tenuta avanzata, combinati con una tecnica di indurimento unica, migliora la resistenza alle vibrazioni, rendendo questi loop di giroscopio ideali per le applicazioni in ambienti impegnativi.
▶ Stabilità di coerenza ad alta temperatura:I cicli del giroscopio presentano una stabilità di coerenza ad alta temperatura, garantendo l'accuratezza anche in condizioni termiche variabili.
▶ Framework leggero semplificato:I loop del giroscopio sono progettati con un quadro semplice ma leggero, garantendo un'elevata precisione di elaborazione.
▶ Processo di avvolgimento costante:Il processo di avvolgimento rimane stabile, adattandosi ai requisiti di vari giroscopi in fibra ottica di precisione.
Riferimento
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