ما هو الملاحة بالقصور الذاتي؟
أساسيات الملاحة بالقصور الذاتي
المبادئ الأساسية للملاحة بالقصور الذاتي تشبه تلك الخاصة بطرق التنقل الأخرى. يعتمد على الحصول على المعلومات الرئيسية ، بما في ذلك الموضع الأولي ، والتوجيه الأولي ، واتجاه الحركة وتوجيهها في كل لحظة ، ودمج هذه البيانات تدريجياً (مماثلة لعمليات التكامل الرياضي) لتحديد معلمات التنقل بدقة ، مثل الاتجاه والموضع.
دور المستشعرات في الملاحة بالقصور الذاتي
للحصول على التوجه الحالي (الموقف) ومعلومات الموضع لكائن متحرك ، تستخدم أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي مجموعة من المستشعرات الحرجة ، التي تتكون في المقام الأول من مقاييس التسارع والجيروسكوب. هذه المستشعرات تقيس السرعة الزاوية وتسارع الناقل في إطار مرجعي بالقصور الذاتي. ثم يتم دمج البيانات ومعالجتها مع مرور الوقت لاشتقاق السرعة والموضع النسبي. بعد ذلك ، يتم تحويل هذه المعلومات إلى نظام إحداثيات التنقل ، بالتزامن مع بيانات الموضع الأولي ، وبلغت ذروتها في تحديد الموقع الحالي للناقل.
مبادئ تشغيل أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي
تعمل أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي كأنظمة ملاحة ذات حلقات مغلقة داخلية ذاتية الدقة. لا يعتمدون على تحديثات البيانات الخارجية في الوقت الفعلي لتصحيح الأخطاء أثناء حركة الناقل. على هذا النحو ، فإن نظام الملاحة بالقصور الذاتي واحد مناسب لمهام التنقل قصيرة المدة. بالنسبة للعمليات طويلة المدة ، يجب دمجها مع طرق التنقل الأخرى ، مثل أنظمة التنقل القائمة على الأقمار الصناعية ، لتصحيح الأخطاء الداخلية المتراكمة بشكل دوري.
قابلية الإخفاء من الملاحة بالقصور الذاتي
في تقنيات الملاحة الحديثة ، بما في ذلك الملاحة السماوية ، والتنقل عبر الأقمار الصناعية ، والملاحة الراديوية ، يبرز التنقل بالقصور الذاتي على أنه مستقل. لا تنبعث من إشارات إلى البيئة الخارجية ولا تعتمد على الأشياء السماوية أو الإشارات الخارجية. وبالتالي ، توفر أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي أعلى مستوى من الإخفاء ، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب أقصى درجات السرية.
التعريف الرسمي للملاحة بالقصور الذاتي
نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS) هو نظام تقدير معلمات التنقل الذي يستخدم الجيروسكوب ومقاييس التسارع كمستشعرات. ينشئ النظام ، استنادًا إلى ناتج الجيروسكوبات ، نظام إحداثيات التنقل أثناء استخدام إخراج مقاييس التسارع لحساب سرعة وموضع الناقل في نظام إحداثيات الملاحة.
تطبيقات الملاحة بالقصور الذاتي
وجدت التكنولوجيا بالقصور الذاتي تطبيقات واسعة النطاق في المجالات المتنوعة ، بما في ذلك الطيران ، الطيران ، البحرية ، استكشاف البترول ، الجيوديسية ، الدراسات الاستقصائية لعلوم المحيطات ، الحفر الجيولوجي ، الروبوتات ، وأنظمة السكك الحديدية. مع ظهور أجهزة الاستشعار المتقدمة بالقصور الذاتي ، مددت التكنولوجيا بالقصور الذاتي فائدتها إلى صناعة السيارات والأجهزة الإلكترونية الطبية ، من بين مجالات أخرى. يؤكد هذا النطاق التوسع للتطبيقات على الدور المحوري بشكل متزايد للتنقل بالقصور الذاتي في توفير قدرات التنقل والوضع عالية الدقة للعديد من التطبيقات.
المكون الأساسي للتوجيه بالقصور الذاتي:الألياف البصرية الجيروسكوب
مقدمة إلى جيروسكوبات الألياف البصرية
تعتمد أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي اعتمادًا كبيرًا على دقة ودقة مكوناتها الأساسية. أحد هذه المكونات التي عززت بشكل كبير قدرات هذه الأنظمة هي جيروسكوب الألياف البصرية (الضباب). الضباب هو مستشعر حاسم يلعب دورًا محوريًا في قياس سرعة الناقل الزاوية بدقة ملحوظة.
عملية جيروسكوب الألياف البصرية
تعمل الضباب على مبدأ تأثير Sagnac ، والذي يتضمن تقسيم شعاع الليزر إلى مسارين منفصلين ، مما يسمح له بالسفر في اتجاهات متعاكسة على طول حلقة الألياف البصرية ملفوفة. عندما يدور الناقل ، المضمّن مع الضباب ، يدور ، يكون الفرق في وقت السفر بين الحزمين يتناسب مع السرعة الزاوية لتناوب الناقل. يتم قياس هذا التأخير الزمني ، المعروف باسم تحول طور Sagnac ، بدقة ، مما يتيح الضباب من توفير بيانات دقيقة فيما يتعلق بتناوب الناقل.
مبدأ الجيروسكوب الألياف البصرية ينطوي على انبعاث شعاع من الضوء من الكاشف الضوئي. يمر شعاع الضوء هذا عبر مقرنة ، ويدخل من طرف واحد ويخرج من آخر. ثم يسافر من خلال حلقة بصرية. اثنين من الحزم من الضوء ، القادمة من اتجاهات مختلفة ، أدخل الحلقة وأكمل تراكبًا متماسكًا بعد الدوران. يعيد الضوء العائد إدخال الصمام الثنائي الذي ينبعث منه الضوء (LED) ، والذي يستخدم لاكتشاف شدته. في حين أن مبدأ الجيروسكوب الألياف البصرية قد يبدو واضحًا ، فإن التحدي الأكثر أهمية يكمن في القضاء على العوامل التي تؤثر على طول المسار البصري لعوارض الضوء. هذه واحدة من أهم القضايا التي تواجهها تطوير الجيروسكوبات الألياف البصرية.
1 ： الصمام الثنائي superluminescent 2 ： ديود الكاشف الضوئي
3. مصدر المصدر الإضاءة 4.مقرنة حلقة الألياف 5. حلقة الألياف الوهمية
مزايا الجيروسكوبات الألياف البصرية
توفر الضباب العديد من المزايا التي تجعلها لا تقدر بثمن في أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي. وهم مشهورون بدقة استثنائية وموثوقية ومتانة. على عكس الجيرو الميكانيكي ، لا تحتوي الضباب على أجزاء متحركة ، مما يقلل من خطر التآكل. بالإضافة إلى ذلك ، فهي مقاومة للصدمة والاهتزاز ، مما يجعلها مثالية للبيئات الصعبة مثل تطبيقات الفضاء والدفاع.
تكامل الجيروسكوبات الألياف البصرية في التنقل بالقصور الذاتي
تدمج أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي بشكل متزايد الضباب بسبب دقة وموثوقيتها العالية. توفر هذه الجيروسكوبات قياسات السرعة الزاوية الحاسمة المطلوبة لتحديد الدقيق للتوجه والموضع. من خلال دمج الضباب في أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي الحالي ، يمكن للمشغلين الاستفادة من دقة التنقل المحسنة ، وخاصة في الحالات التي تكون فيها الدقة الشديدة ضرورية.
تطبيقات جيروسكوبات الألياف البصرية في التنقل بالقصور الذاتي
قام إدراج الضباب بتوسيع تطبيقات أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي عبر مجالات مختلفة. في الفضاء والطيران ، توفر الأنظمة المجهزة بالضباب حلول تنقل دقيقة للطائرات والطائرات بدون طيار والمركبة الفضائية. كما أنها تستخدم على نطاق واسع في الملاحة البحرية ، والدراسات الاستقصائية الجيولوجية ، والروبوتات المتقدمة ، مما يتيح هذه الأنظمة من العمل بتعزيز الأداء والموثوقية.
المتغيرات الهيكلية المختلفة من جيروسكوبات الألياف البصرية
تأتي جيروسكوبات الألياف البصرية في تكوينات هيكلية مختلفة ، مع الدخل السائد حاليًا في عالم الهندسة هوحلقة مغلقة للحلول-الحفاظ على الجيروسكوب الألياف البصرية. في قلب هذا الجيروسكوب هوحلقة الألياف المحفوظة للاستقطاب، تضم ألياف محفوظة الاستقطاب وإطار مصمم بدقة. يتضمن بناء هذه الحلقة طريقة متعددة متماثلة أربعة أضعاف ، تستكملها هلام ختم فريدة من نوعها لتشكيل ملف حلقة الألياف الصلبة.
ميزات رئيسيةالحفاظ على الألياف البصرية Gملف yro
▶ تصميم إطار فريد:تتميز حلقات الجيروسكوب بتصميم إطار مميز يستوعب أنواعًا مختلفة من الألياف التي تحافظ على الاستقطاب بسهولة.
▶ تقنية متعرج متماثل أربعة أضعاف:تقلل تقنية الارتفاع المتماثل أربعة أضعاف من تأثير shupe ، مما يضمن قياسات دقيقة وموثوقة.
▶ مادة هلام الختم المتقدمة:يعزز توظيف مواد هلام الختم المتقدمة ، جنبًا إلى جنب مع تقنية المعالجة الفريدة ، مقاومة الاهتزازات ، مما يجعل حلقات الجيروسكوب مثالية للتطبيقات في البيئات الصعبة.
▶ ثبات تماسك درجة الحرارة العالية:تظهر حلقات الجيروسكوب ثباتًا عاليًا للتماسك في درجة الحرارة ، مما يضمن الدقة حتى في الظروف الحرارية المختلفة.
▶ إطار عمل مبسط خفيفة الوزن:تم تصميم حلقات الجيروسكوب مع إطار واضح وخفيف الوزن ، مما يضمن دقة عالية المعالجة.
▶ عملية متعرج متسقة:تظل عملية اللف مستقرة ، مع التكيف مع متطلبات الجيروسكوبات البصرية الألياف الدقيقة.
مرجع
Groves ، PD (2008). مقدمة في الملاحة بالقصور الذاتي.مجلة الملاحة ، 61(1) ، 13-28.
El-Sheimy ، N. ، Hou ، H. ، & Niu ، X. (2019). تقنيات المستشعرات بالقصور الذاتي لتطبيقات التنقل: أحدث ما هو.الملاحة الأقمار الصناعية ، 1(1) ، 1-15.
Woodman ، OJ (2007). مقدمة في الملاحة بالقصور الذاتي.جامعة كامبريدج ، مختبر الكمبيوتر ، UCAM-CL-TR-696.
Chatila ، R. ، & Laumond ، JP (1985). الموقف المرجعية والنمذجة العالمية المتسقة للروبوتات المتنقلة.في وقائع مؤتمر IEEE الدولي لعام 1985 حول الروبوتات والأتمتة(المجلد 2 ، ص. 138-145). IEEE.
هل تحتاج إلى قنصع مجاني؟
بعض مشاريعي
أعمال رهيبة ساهمت بها. بفخر!
