Qu'est-ce que la navigation inertielle?
Fondamentaux de la navigation inertielle
Les principes fondamentaux de la navigation inertielle s'apparentent à ceux des autres méthodes de navigation. Il repose sur l'acquisition d'informations clés, y compris la position initiale, l'orientation initiale, la direction et l'orientation du mouvement à chaque moment, et intégrant progressivement ces données (analogues aux opérations d'intégration mathématique) pour déterminer précisément les paramètres de navigation, tels que l'orientation et la position.
Le rôle des capteurs dans la navigation inertielle
Pour obtenir l'orientation actuelle (attitude) et les informations de position d'un objet en mouvement, les systèmes de navigation inertielle utilisent un ensemble de capteurs critiques, principalement constitués d'accéléromètres et de gyroscopes. Ces capteurs mesurent la vitesse et l'accélération angulaires de la porteuse dans un cadre de référence inertielle. Les données sont ensuite intégrées et traitées au fil du temps pour dériver la vitesse et les informations de position relative. Par la suite, ces informations sont transformées en système de coordonnées de navigation, en conjonction avec les données de position initiale, culminant dans la détermination de l'emplacement actuel du transporteur.
Principes de fonctionnement des systèmes de navigation inertielle
Les systèmes de navigation inertielle fonctionnent comme des systèmes de navigation en boucle fermée autonomes et internes. Ils ne s'appuient pas sur les mises à jour de données externes en temps réel pour corriger les erreurs pendant le mouvement du transporteur. En tant que tel, un seul système de navigation inertielle convient aux tâches de navigation de courte durée. Pour les opérations de longue durée, il doit être combiné avec d'autres méthodes de navigation, telles que les systèmes de navigation par satellite, pour corriger périodiquement les erreurs internes accumulées.
La dissimulation de la navigation inertielle
Dans les technologies de navigation moderne, notamment la navigation céleste, la navigation par satellite et la navigation radio, la navigation inertielle se distingue comme autonome. Il n'émet pas de signaux à l'environnement externe ni dépend d'objets célestes ou de signaux externes. Par conséquent, les systèmes de navigation inertielle offrent le plus haut niveau de dissimulation, ce qui les rend idéaux pour les applications nécessitant la plus grande confidentialité.
Définition officielle de la navigation inertielle
Le système de navigation inertielle (INS) est un système d'estimation des paramètres de navigation qui utilise des gyroscopes et des accéléromètres comme capteurs. Le système, basé sur la sortie des gyroscopes, établit un système de coordonnées de navigation tout en utilisant la sortie des accéléromètres pour calculer la vitesse et la position du transporteur dans le système de coordonnées de navigation.
Applications de la navigation inertielle
La technologie inertielle a trouvé des applications de grande envergure dans divers domaines, notamment l'aérospatiale, l'aviation, la maritime, l'exploration pétrolière, la géodésie, les enquêtes océanographiques, le forage géologique, la robotique et les systèmes ferroviaires. Avec l'avènement des capteurs d'inertielle avancés, la technologie inertielle a étendu son utilité à l'industrie automobile et aux appareils électroniques médicaux, entre autres domaines. Cette portée croissante des applications souligne le rôle de plus en plus essentiel de la navigation inertielle dans la fourniture de capacités de navigation et de positionnement de haute précision pour une multitude d'applications.
Le composant central des conseils inertiels:Gyroscope à fibre optique
Introduction aux gyroscopes à fibre optique
Les systèmes de navigation inertielle reposent fortement sur la précision et la précision de leurs composants principaux. Un tel composant qui a considérablement amélioré les capacités de ces systèmes est le gyroscope à fibre optique (FOG). Le brouillard est un capteur critique qui joue un rôle central dans la mesure de la vitesse angulaire du porteur avec une précision remarquable.
Opération de gyroscope à fibre optique
Les brouillards fonctionnent sur le principe de l'effet SAGNAC, qui consiste à diviser un faisceau laser en deux chemins séparés, lui permettant de voyager dans des directions opposées le long d'une boucle à fibre optique enroulée. Lorsque le porteur, intégré au brouillard, tourne, la différence de temps de trajet entre les deux faisceaux est proportionnelle à la vitesse angulaire de la rotation du porte-avions. Ce délai, connu sous le nom de décalage de phase SAGNAC, est ensuite mesuré avec précision, permettant au brouillard de fournir des données précises concernant la rotation du transporteur.
Le principe d'un gyroscope à fibre optique consiste à émettre un faisceau de lumière à partir d'un photodétecteur. Ce faisceau lumineux passe à travers un coupleur, entrant d'une extrémité et sortant d'un autre. Il se déplace ensuite à travers une boucle optique. Deux faisceaux de lumière, provenant de directions différentes, entrez dans la boucle et complétez une superposition cohérente après avoir tourné autour. La lumière de retour rentre dans une diode émettrice de lumière (LED), qui est utilisée pour détecter son intensité. Bien que le principe d'un gyroscope à fibre optique puisse sembler simple, le défi le plus important réside dans l'élimination des facteurs qui affectent la longueur du chemin optique des deux faisceaux lumineux. C'est l'un des problèmes les plus critiques rencontrés dans le développement de gyroscopes à fibre optique.
1: Diode superluminescente 2: Diode photodétectrice
3. Coupleur de source en lumière 4.coupleur à anneau de fibre 5.Angue en fibre optique
Avantages des gyroscopes à fibre optique
Les brouillards offrent plusieurs avantages qui les rendent inestimables dans les systèmes de navigation inertielle. Ils sont réputés pour leur précision exceptionnelle, leur fiabilité et leur durabilité. Contrairement aux gyrostaux mécaniques, les brouillards n'ont pas de pièces mobiles, ce qui réduit le risque d'usure. De plus, ils résistent aux chocs et aux vibrations, ce qui les rend idéaux pour des environnements exigeants tels que les applications aérospatiales et de défense.
Intégration des gyroscopes à fibre optique dans la navigation inertielle
Les systèmes de navigation inertielle incorporent de plus en plus les brouillards en raison de leur haute précision et de leur fiabilité. Ces gyroscopes fournissent les mesures cruciales de vitesse angulaire requises pour la détermination précise de l'orientation et de la position. En intégrant les brouillards dans les systèmes de navigation inertielle existants, les opérateurs peuvent bénéficier d'une meilleure précision de navigation, en particulier dans des situations où une extrême précision est nécessaire.
Applications des gyroscopes à fibre optique dans la navigation inertielle
L'inclusion des brouillards a élargi les applications des systèmes de navigation inertielle dans divers domaines. Dans l'aérospatiale et l'aviation, les systèmes équipés de brouillard offrent des solutions de navigation précises pour les avions, les drones et les vaisseaux spatiaux. Ils sont également largement utilisés dans la navigation maritime, les enquêtes géologiques et la robotique avancée, permettant à ces systèmes de fonctionner avec des performances et une fiabilité améliorées.
Différentes variantes structurelles de gyroscopes à fibre optique
Les gyroscopes à fibre optique se présentent dans diverses configurations structurelles, celle prédominante entrant actuellement dans le domaine de l'ingénierie est legyroscope à fibre optique de la polarisation en boucle fermée. Au cœur de ce gyroscope se trouve leboucle de fibre de maintenance de polarisation, comprenant des fibres de polarisation et un cadre avec précision. La construction de cette boucle implique une méthode d'enroulement quadruple symétrique, complétée par un gel d'étanchéité unique pour former une bobine de boucle de fibre à état solide.
Caractéristiques clés deFibre optique de la polarisation g g g gbobine yro
▶ Conception de framework unique:Les boucles de gyroscope présentent une conception de cadre distinctive qui s'adapte facilement à divers types de fibres de polarisation.
▶ Technique d'enroulement symétrique quadruple:La technique d'enroulement symétrique quadruple minimise l'effet shupe, garantissant des mesures précises et fiables.
▶ Matériel de gel d'étanchéité avancé:L'emploi de matériaux de gel d'étanchéité avancés, combinés à une technique de durcissement unique, améliore la résistance aux vibrations, ce qui rend ces boucles de gyroscope idéales pour les applications dans des environnements exigeants.
▶ Stabilité de cohérence à haute température:Les boucles de gyroscope présentent une stabilité de cohérence à haute température, garantissant une précision même dans des conditions thermiques variables.
▶ Cadre léger simplifié:Les boucles de gyroscope sont conçues avec un cadre simple mais léger, garantissant une précision élevée de traitement.
▶ Processus d'enroulement cohérent:Le processus d'enroulement reste stable, s'adaptant aux exigences de divers gyroscopes à fibre optique de précision.
Référence
Groves, PD (2008). Introduction à la navigation inertielle.The Journal of Navigation, 61(1), 13-28.
El-Sheimy, N., Hou, H., et Niu, X. (2019). Technologies des capteurs inertiels pour les applications de navigation: état de la tart.Navigation par satellite, 1(1), 1-15.
Woodman, OJ (2007). Une introduction à la navigation inertielle.Université de Cambridge, laboratoire informatique, UCAM-CL-TR-696.
Chatila, R. et Laumond, JP (1985). Référence de position et modélisation mondiale cohérente pour les robots mobiles.Dans les actes de la Conférence internationale de l'IEEE 1985 sur la robotique et l'automatisation(Vol. 2, pp. 138-145). IEEE.
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