Zer da nabigazio inertziala?
Nabigazio inertzialaren oinarriak
Nabigazio inertzialaren oinarrizko printzipioak beste nabigazio metodo batzuen antzekoak dira.Funtsezko informazioa eskuratzean oinarritzen da, hasierako posizioa, hasierako orientazioa, une bakoitzean higiduraren norabidea eta orientazioa barne, eta datu horiek progresiboki integratzean (integrazio matematikoko eragiketen antzekoak) nabigazio-parametroak zehatz zehazteko, hala nola orientazioa eta posizioa.
Sentsoreen eginkizuna nabigazio inertzialean
Mugitzen ari den objektu baten uneko orientazio (jarrera) eta posizio informazioa lortzeko, nabigazio inertzial-sistemek sentsore kritikoen multzoa erabiltzen dute, batez ere azelerometroek eta giroskopioek osatua.Sentsore hauek eramailearen abiadura angeluarra eta azelerazioa neurtzen dituzte erreferentzia inertzial batean.Ondoren, datuak denboran zehar integratzen eta prozesatzen dira abiadura eta posizio erlatiboaren informazioa lortzeko.Ondoren, informazio hori nabigazio-koordenatu-sistemara eraldatzen da, hasierako posizio-datuekin batera, garraiolariaren uneko kokapena zehaztearekin amaituz.
Nabigazio Inertzialen Sistemen Funtzionamendu Printzipioak
Nabigazio inertzial-sistemek barne-begizta itxiko nabigazio-sistema autonomo gisa funtzionatzen dute.Ez dira denbora errealeko kanpoko datuen eguneraketetan oinarritzen garraiolariaren mugimenduan dauden akatsak zuzentzeko.Hori horrela, nabigazio sistema inertzial bakarra egokia da iraupen laburreko nabigazio lanetarako.Iraupen luzeko eragiketetarako, beste nabigazio-metodo batzuekin konbinatu behar da, hala nola satelite bidezko nabigazio-sistemekin, metatutako barne-akatsak aldian-aldian zuzentzeko.
Nabigazio inertzialaren ezkutagarritasuna
Nabigazio-teknologi modernoetan, zeruko nabigazioa, satelite bidezko nabigazioa eta irrati-nabigazioa barne, nabigazio inertziala autonomo gisa nabarmentzen da.Ez du seinalerik igortzen kanpoko ingurunera, ezta zeruko objektuen edo kanpoko seinaleen araberakoa ere.Ondorioz, nabigazio inertzial-sistemek ezkutagarritasun-maila handiena eskaintzen dute, eta konfidentzialtasun handiena eskatzen duten aplikazioetarako aproposa da.
Nabigazio inertzialaren definizio ofiziala
Nabigazio Inertzial Sistema (INS) giroskopioak eta azelerometroak sentsore gisa erabiltzen dituen nabigazio-parametroak balioesteko sistema da.Sistemak, giroskopioen irteeran oinarrituta, nabigazio-koordenatu-sistema bat ezartzen du, azelerometroen irteera erabiltzen duen bitartean garraiolariaren abiadura eta posizioa nabigazio-koordenatu-sisteman kalkulatzeko.
Nabigazio inertzialaren aplikazioak
Teknologia inertzialak aplikazio zabalak aurkitu ditu hainbat domeinutan, besteak beste, aeroespaziala, abiazioa, itsas, petrolioaren esplorazioa, geodesia, inkesta ozeanografikoak, zundaketa geologikoa, robotika eta trenbide-sistemetan.Sentsore inertzial aurreratuen etorrerarekin, teknologia inertzialak bere erabilgarritasuna hedatu du automobilgintzara eta gailu elektroniko medikoetara, besteak beste.Aplikazio-esparrua zabaltzen ari den honek azpimarratzen du nabigazio inertzialaren zeregin gero eta funtsezkoagoa dela aplikazio askotarako doitasun handiko nabigazio eta kokapen gaitasunak eskaintzeko.
Orientazio inertzialaren oinarrizko osagaia:Zuntz optikoko giroskopioa
Zuntz optikoko giroskopioen sarrera
Nabigazio inertzial-sistemek beren osagai nagusien zehaztasunean eta zehaztasunean oinarritzen dira.Sistema horien gaitasunak nabarmen hobetu dituen osagai horietako bat Zuntz optikoko giroskopioa (FOG) da.FOG sentsore kritikoa da, garraiolariaren abiadura angeluarra zehaztasun handiz neurtzeko funtsezko zeregina duena.
Zuntz optikoko giroskopioaren funtzionamendua
FOG-ek Sagnac efektuaren printzipioaren arabera funtzionatzen dute, hau da, laser izpi bat bi bide bereizitan banatzea dakar, kontrako norabideetan bidaiatzeko zuntz optikoko begizta harilkatu batean zehar.Eramaileak, FOG-arekin txertatuta, biratzen duenean, bi habeen arteko bidaia-denboraren aldea eramailearen biraketa-abiadura angeluarrarekiko proportzionala da.Denbora-atzerapen hori, Sagnac-en fase-aldaketa izenez ezagutzen dena, zehatz-mehatz neurtzen da, eta FOG-ak eramailearen errotazioaren inguruko datu zehatzak emateko aukera ematen du.
Zuntz optikoko giroskopioaren printzipioak fotodetektagailu batetik argi izpi bat igortzea dakar.Argi izpi hori akoplagailu batetik pasatzen da, mutur batetik sartu eta bestetik irteten da.Ondoren, begizta optiko batean zehar bidaiatzen du.Norabide ezberdinetatik datozen bi argi izpi begiztan sartzen dira eta gainjarri koherente bat osatzen dute inguruan inguratu ondoren.Itzultzen den argia argi-igorleko diodo batean (LED) sartzen da berriro, bere intentsitatea detektatzeko erabiltzen dena.Zuntz optikoko giroskopioaren printzipioa sinplea dirudien arren, bi argi izpien bide optikoaren luzerari eragiten dioten faktoreak ezabatzean datza erronkarik esanguratsuena.Hau da zuntz optikoko giroskopioen garapenean aurre egin beharreko arazo larrienetako bat.
1: diodo superluminiszentea 2: diodo fotodetektatzailea
3.argi iturri akoplatzailea 4.zuntz eraztun akoplatzailea 5.zuntz optikoko eraztuna
Zuntz optikoko giroskopioen abantailak
FOG-ek hainbat abantaila eskaintzen dituzte, nabigazio inertzial-sistemetan ezinbestekoak direnak.Zehaztasun, fidagarritasun eta iraunkortasun apartagatik ezagunak dira.Giro mekanikoek ez bezala, FOGek ez dute zati mugikorrik, higadura arriskua murrizten du.Gainera, kolpe eta bibrazioekiko erresistenteak dira, eta ingurune zorrotzetarako ezin hobeak dira, hala nola aeroespaziala eta defentsa aplikazioetarako.
Zuntz optikoko giroskopioen integrazioa nabigazio inertzialean
Nabigazio inertzial-sistemek gero eta gehiago sartzen dituzte FOG-ak, zehaztasun eta fidagarritasun handia dutelako.Giroskopio hauek orientazioa eta posizioa zehatz-mehatz zehazteko beharrezkoak diren abiadura angeluar neurketa erabakigarriak eskaintzen dituzte.FOGak dauden nabigazio inertzial-sistemetan integratuz, operadoreek nabigazio-zehaztasun hobearen onura izan dezakete, batez ere muturreko zehaztasuna beharrezkoa den egoeretan.
Zuntz optikoko giroskopioen aplikazioak nabigazio inertzialean
FOG-ak sartzeak nabigazio inertzial-sistemen aplikazioak zabaldu ditu hainbat domeinutan.Aeroespazialean eta hegazkinean, FOG-ek hornitutako sistemek nabigazio soluzio zehatzak eskaintzen dituzte hegazkinentzat, droneentzat eta espazio-ontzientzat.Itsas nabigazioan, inkesta geologikoetan eta robotika aurreratuan ere asko erabiltzen dira, sistema hauek errendimendu eta fidagarritasun hobearekin funtziona dezaten.
Zuntz optikoko giroskopioen egitura-aldaera desberdinak
Zuntz optikoko giroskopioak egitura-konfigurazio ezberdinetan daude, gaur egun ingeniaritzaren esparruan sartzen den nagusiena da.begizta itxiko polarizazioa mantentzen duen zuntz optikoko giroskopioa.Giroskopio honen oinarrian dagopolarizazioa mantentzen duen zuntz begizta, polarizazioa mantentzen duten zuntzekin eta zehatz diseinatutako marko batekin.Begizta honen eraikuntza lau bider simetriko bihurriketa metodo bat dakar, zigilatzeko gel berezi batekin osatua egoera solidoko zuntz begizta bobina bat osatzeko.
-ren ezaugarri nagusiakPolarizazioa-mantentzea zuntz optikoa Gyro Bobina
▶ Esparru Diseinu bakarra:Giroskopioen begizlek marko-diseinu bereizgarria dute, polarizazioa mantentzen duten hainbat zuntz mota erraz egokitzen dituena.
▶ Lau aldiz simetriko harizketa teknika:Harilaketa simetriko laukorreko teknikak Shupe efektua gutxitzen du, neurketa zehatzak eta fidagarriak bermatuz.
▶ Gel zigilatzeko material aurreratua:Gel zigilatzeko material aurreratuen erabilerak, ontze-teknika berezi batekin konbinatuta, bibrazioekiko erresistentzia hobetzen du, giroskopio-begizta hauek ingurune zorrotzetan aplikazioetarako aproposak bihurtuz.
▶ Tenperatura Handiko Koherentzia Egonkortasuna:Giroskopioen begiztak tenperatura altuko koherentzia-egonkortasuna erakusten du, zehaztasuna bermatuz baldintza termiko desberdinetan ere.
▶ Marko arina sinplifikatua:Giroskopioen begiztak marko zuzen baina arin batekin diseinatuta daude, prozesatzeko zehaztasun handia bermatuz.
▶ Hariketa prozesu koherentea:Haize-prozesua egonkorra izaten jarraitzen du, doitasun-zuntz optikoko giroskopio ezberdinen eskakizunetara egokituz.
Erreferentzia
Groves, PD (2008).Nabigazio Inertzialaren Sarrera.The Journal of Navigation, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H. eta Niu, X. (2019).Sentsore inertzialen teknologiak nabigazio-aplikazioetarako: artearen egoera.Satelite bidezko nabigazioa, 1(1), 1-15.
Woodman, OJ (2007).Nabigazio inertzialaren sarrera.Cambridgeko Unibertsitatea, Informatika Laborategia, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R. eta Laumond, JP (1985).Posizio-erreferentziak eta mundu-modelaketa koherentea robot mugikorrentzako.1985eko IEEE Robotika eta Automatizazioari buruzko Nazioarteko Konferentziaren aktetan(2. liburukia, 138-145 or.).IEEE.
Doako Kontsulta behar al duzu?
NIRE PROIEKTU BATZUK
EGIN DITUDAN LAN IZUGARRIAK.HARRO!
