Navigasyon sistemleri geliştiren çalışmalarımda, gerçek güvenilirliğin bağımsızlıktan geldiğini buldum - dış sinyallere güvenmekten değil. Bu nedenle ataletsel navigasyon sistemleri (INS) böyle kritik bir rol oynarlar: tamamen iç ölçümlerde çalışırlar, özerk araçlardan havacılık platformlarına kadar çok çeşitli ortamlarda tutarlı ve sürekli navigasyon sağlarlar.
bir navigasyon sistemi (INS), yalnızca iç hareket sensörlerini kullanarak konum, hızı ve oryantasyonu belirler ve özerk sistemler, sualtı platformları ve kritik savunma operasyonları da dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalarda kesin navigasyon sağlar.
Uygulamanız için bir INS seçmeden önce, çalışma ilkeleri ve sistem türleri hakkında net bir şekilde anlaşılmanıza yardımcı olur.
İçindekiler
Ataletsel navigasyon sistemi (INS) nedir?
Ataletsel bir navigasyon sistemi (INS), bir platformun konumunu, hızını ve yönünü üç boyutlu boşlukta sürekli olarak hesaplamak için iç hareket sensörlerini (tipik olarak ivmeölçerler ve jiroskoplar) kullanan bağımsız bir sistemdir. Herhangi bir dış referansa dayanmadığından, sualtı, yeraltı ve yüksek dinamik savunma uygulamaları da dahil olmak üzere tutarlı, kesintisiz navigasyonun gerekli olduğu ortamlarda INS, özellikle değerlidir.
Bir INS'nin temel bileşenleri nelerdir?
INS çözümleri tasarlama deneyimlerime göre, her sistem üç temel bileşenle başlar: jiroskoplar, ivmeölçerler ve bir navigasyon işlemcisi. Doğruluğu ve stabiliteyi artırmak için, gelişmiş sensör füzyonu için genellikle GNSS alıcıları, manyetometreler veya barometrik altimetreler gibi ek sensörleri entegre ederiz. Bu mimari, INS'nin çeşitli ve zorlu ortamlarda güvenilir hareket izlemesini sürdürmesini sağlar.
Jiroskoplar
Jiroskoplar , üç dik eksen (x, y, z) boyunca açısal hızı ölçerek, hedefleme yönlendirmesi için temel veriler sağlar - rol, perde ve sapma. MEMS jiroskopları kompakt uygulamalar için yaygın olarak kullanılırken, sis (fiber optik jiroskoplar) ve RLG (halka lazer jiroskopları) taktik ve havacılık dereceli sistemler için daha yüksek hassasiyet ve uzun süreli stabilite sunar.
İvme törenleri
Hızlandırıcılar her eksen boyunca doğrusal ivmeyi ölçer. Zamanla entegre edildiğinde, bu değerler hız ve yer değiştirmede değişiklikler sağlar. Düşük yanlılık instabilitesi ve düşük gürültüye sahip yüksek performanslı ivmeölçerler, zaman içinde konum doğruluğunu korumak için çok önemlidir.
Atalet Navigasyon İşlemcisi
İşlemci, Ins. Hareket sensörlerinden girişi kaynaştırır, telafi algoritmaları ve filtreleme uygular ve gerçek zamanlı olarak konum, hız ve oryantasyon çıkışları uygular. Birçok sistem aynı zamanda bu ünitedeki harici sensör entegrasyonunu ve gerçek zamanlı teşhisleri de destekler.
GNSS Alıcıları
Artan sayıda INS çözümü artık GNSS alıcılarını uzun vadeli doğruluğu ve küresel konumlandırmayı iyileştirmek için entegre ediyor. Atalet ölçümlerini uydu verileriyle-tipik olarak genişletilmiş Kalman filtreleme yoluyla-birleştirerek, bunlar hibrit sistemler, outonomo platformlar, havacılık sistemleri ve jeo-sınıf uygulamaları arasında güçlü navigasyon performansını etkili bir şekilde düzeltir ve sağlam navigasyon performansını sağlar.
Manyetometreler
Manyetometreler, dünyanın manyetik alanını ölçerek başlığın belirlenmesine yardımcı olur. Jiroskopik çözümlerden daha az doğru olsa da, özellikle düşük dinamik veya iç mekan uygulamalarında yararlı bir mutlak referans sağlarlar.
Barometrik altimetreler
Bu sensörler atmosfer basıncına dayalı yükseklik tahmini sağlar. GNSS yüksekliğinin güvenilmez olabileceği ortamlarda dikey referans verileri gerektiren İHA'larda, uçaklarda ve yer sistemlerinde yaygın olarak kullanılırlar.
Birlikte, bu bileşenler, ister saf bir atalet ünitesi olarak veya karmaşık, dinamik ortamlar için tasarlanmış sıkı bir şekilde entegre bir GNSS/INS çözeltisinin bir parçası olarak çalışıyor olsun, yüksek oranlı, gerçek zamanlı hareket verileri sağlayabilen çok yönlü bir navigasyon sistemi oluşturur.
Farklı INS türleri nelerdir: MEMS, Sis ve RLG?
Ataletsel navigasyon sistemleri, kullandıkları jiroskop teknolojisinin türüne göre geniş ölçüde kategorize edilebilir Teknoloji seçimi, önyargı stabilitesi, gürültü, sürüklenme ve maliyet gibi temel performans özelliklerini belirler - uygulamanız için doğru türü seçmeyi kritik hale getirir.
1. MEMS INS (Mikro-Electro-Mekanik Sistemler)
MEMS INS, silikon bazlı mikromekanik jiroskoplar ve ivmeölçerler kullanılarak oluşturulur. Yarı iletken imalattaki gelişmeler sayesinde, bu sistemler artık boyut, ağırlık, güç ve maliyetin (SWAP-C) önemli kısıtlamalar olduğu kompakt platformlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
2. Sis Ins (fiber optik jiroskop bazlı INS)
Sis ins, rotasyonu ölçmek için sarmal fiber optik kullanarak SAGNAC etkisine dayanır. MEMS sistemlerinden önemli ölçüde daha yüksek stabilite, daha düşük sürüklenme ve daha iyi ölçekli faktör doğrusallığı sunar, bu da taktik sınıf navigasyonu için idealdir.
3. RLG INS (halka lazer jiroskop tabanlı INS)
RLG IN, aşırı yüksek hassasiyetle açısal hızı tespit etmek için kapalı döngü boşluğunda lazer paraziti kullanır. Bu mimari stratejik sınıf doğruluğu sağlar ve genellikle mutlak atalet performansın kritik olduğu sistemlerde dağıtılır.
| İns türü | Avantajlar | Sınırlamalar | Tipik kullanım durumları |
|---|---|---|---|
| Mems Ins |
|
| İHA'lar, Robotik, Giyilebilir Sistemler, Loitering Mühimmatlar |
| Sis ins |
|
| Havacılık Platformları, Savunma Araçları, Deniz Sistemleri |
| RLG Ins |
|
| Balistik füzeler, uzay aracı, üst düzey uçaklar |
INS nasıl çalışır?
Bir INS yapılandırırken, her zaman başlangıç konumunu, hızını ve yönünü tanımlayarak başlarım. Oradan, sistem, sonraki her hareket durumunu gerçek zamanlı olarak tahmin etmek için yalnızca atalet ölçümlerine dayanır.
1. Hızlanma ölçümü
Sistem, üç yönde doğrusal ivmeyi ölçmek için üç eksenli ivmeölçerler kullanır. Bu değerler, hızı hesaplamak için zamanla entegre edilir ve daha sonra pozisyondaki değişiklikleri hesaplamak için tekrar entegre edilir.
2. Açısal oran ölçümü
Jiroskoplar X, Y ve Z eksenleri boyunca açısal hızı ölçer. Bu okumalar, kuaterniyon veya Euler açısı entegrasyonu yoluyla sistemin yönünü güncellemek için kullanılır.
3. Ölü hesaplama ilkesi
INS, ölü hesaplama yoluyla çalışır, yani mevcut durumu bir öncekine ve sensör girişine göre tahmin eder. Bu, GNSS gibi harici referanslar olmadan gezinmesini sağlar.
4. Hata birikimi ve sürüklenme
Gürültülü sensör verilerini, küçük önyargıları ve hataları (örneğin, önyargı dengesizliği, ölçek faktörü hatası) biriktirdiğinden, zaman içinde birikir ve hem pozisyonda hem de oryantasyonda sürüklenmeye yol açar.
5. Sensör füzyonu ve yardım girişleri
Sürüklemeyi en aza indirmek için INS, genellikle GNSS, Doppler hız günlükleri (DVL), barometreler veya manyetometreler gibi harici sensörlerle birleştirilir. Bu yardımcı kaynaklar birikmiş hataları düzeltir ve operasyonel doğruluğu genişletir.
Bu mimari, INS'nin, dış sinyallerin sınırlı, bozulduğu veya tamamen kullanılamadığı ortamlarda gerçek zamanlı, özerk navigasyon sağlamasını sağlar-yüksek dinamikler veya elektromanyetik parazit gibi.
Hangi performans metrikleri bir INS'nin kalitesini tanımlar?
Ataletsel bir gezinme sistemi seçerken, görev gereksinimlerini karşılamasını sağlamak için temel performans parametrelerini anlamak esastır. Aşağıdaki metrikler en kritiktir:
1. Gezinme doğruluğu
DSS doğruluğu, zaman içinde biriken konum, hız ve tutum hatalarını içerir. GNSS ile dengeli ortamlardaki operasyonlar için yüksek hassasiyet çok önemlidir. Örneğin Guideenav GFS120A, 0.01 ° (1σ) , 0.005 ° (1σ) rulo/zift doğruluğu ve <2 cm + 1 ppm'lik RTK seviyesi konumlandırma , 0.02 m/s gibi düşük hız hatası .
2. önyargı istikrarı
Önyargı stabilitesi, navigasyon dayanıklılığını doğrudan etkileyen jiroskopların ve ivmeölçerlerin uzun vadeli kaymasını yansıtır. Guidenav GFS120A, 20 ug altında 0.003 °/s ve , yüksek hassasiyetli ve uzun süreli otonom uygulamalar için uygun hale getirir.
3. Sensör gürültüsü (rastgele yürüyüş)
Rastgele yürüyüş kısa süreli sensör gürültüsünü ölçer. Düşük ARW ve VRW değerleri, hareket sırasında daha temiz, daha kararlı verileri gösterir.
4. Dinamik Performans
Güncelleme oranı, gecikme ve bant genişliği INS'nin harekete ne kadar hızlı tepki verdiğini belirler. Yüksek dinamik performans İHA, robot ve füzeler için kritiktir.
5. Çevresel sağlamlık
INS titreşim, şok ve aşırı sıcaklıklara dayanmalıdır. MIL-STD veya DO-160 standartlarına uyum, zorlu koşullarda güvenilirlik sağlar.
Bu metriklerin anlaşılması ve karşılaştırılması, entegratörlerin maliyet, hassasiyet ve çevresel talepleri dengeleyerek platformları için uygun INS'yi seçmelerine olanak tanır.
INS'nin endüstrilerdeki tipik uygulamaları nelerdir?
Ataletsel navigasyon sistemleri (INS), sürekli, sinyalden bağımsız navigasyonun kritik olduğu havacılık, deniz, savunma, insansız sistemler, endüstriyel otomasyon ve yeraltı endüstrileri arasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Havacılık ve uzayda hassas uçak ve füze rehberliği sağlarlar; Deniz uygulamalarında, GNSS'nin kullanılamadığı denizaltıları ve AUV'ları desteklerler. Savunma sistemleri, GPS tarafından dengelenmiş ortamlarda hedefleme, yangın kontrolü ve navigasyon için INS'ye güvenir. İHA, UGV ve UUV'lar gibi insansız platformlar gerçek zamanlı konumlandırma ve sensör füzyonu için INS kullanır. Endüstriyel robotlarda INS, AGV'ler ve vinçler için doğru hareket kontrolü sağlar. Madencilik ve tünellemede INS, ağır makine ve sondaj sistemleri için güvenilir yeraltı konumlandırma sağlar.
Atalet navigasyon endüstrisine nasıl yol açar?
15 yıldan fazla uzmanlık ile Guideenav dünya çapında savunma, havacılık ve özerk sistem entegratörleri tarafından güvenilen yüksek performanslı atalet navigasyon çözümleri sunmaktadır.
Çeşitli ürün hatları
İHA'lar için kompakt memelerden deniz ve havacılık için yüksek hassasiyetli sislere kadar, Guideenav bir dizi görev profilini kapsar.
SWAP-C için optimize edilmiş
Tüm sistemler boyut, ağırlık, güç ve maliyet verimliliği için üretilmiştir - mobil, gömülü ve taktik platformlar için idealdir.
Hibrit entegrasyon hazır
INS platformlarımız, Standart Arabirimler (UART, CAN, Ethernet) aracılığıyla GNSS, DVL ve diğer yardımcı sensörlerle sorunsuz füzyonu destekler.
Sağlam ve tarlada
MIL-STD-810H'yi karşılamak için tasarlanan Guideenav birimleri, şoka dayanıklı, titreşime toleranslıdır ve sert ortamlarda güvenilir bir şekilde çalışır.
Guidenav, yüksek hassasiyet, operasyonel sağlamlık ve zorlu savunma, havacılık ve özerk uygulamalar için tam ihracat uyumluluğunu birleştiren gelişmiş atalet navigasyon sistemleri (INS) arayan entegratörler için tercih edilen ortaktır.
