Επεξήγηση της Τεχνολογίας Αδρανειακής Πλοήγησης: Αρχές Τοποθέτησης από 1D έως 3D

Εισαγωγή στην Αδρανειακή Τεχνολογία

(2) Αρχή της Αδρανειακής Πλοήγησης

Η αδρανειακή πλοήγηση είναι μια θεμελιώδης τεχνολογία πλοήγησης και εντοπισμού θέσης που βασίζεται σε τους νόμους του Νεύτωνα της κλασικής μηχανικής. Καθορίζει τη θέση, την ταχύτητα και τη στάση ενός κινούμενου αντικειμένου με τη μέτρηση της επιτάχυνσης και της γωνιακής ταχύτητάς του χωρίς να βασίζεται σε εξωτερικά σήματα αναφοράς.

Οι βασικές σχέσεις εκφράζονται ως:

Όπου:

• a = διάνυσμα επιτάχυνσης

• v = διάνυσμα ταχύτητας

• r = διάνυσμα θέσης

• t = χρόνος

Μέσω συνεχούς ολοκλήρωσης των δεδομένων επιτάχυνσης και γωνιακής ταχύτητας, ένα Σύστημα Αδρανειακής Πλοήγησης (INS) μπορεί να υπολογίσει πληροφορίες κίνησης σε πραγματικό χρόνο, όπως μετατόπιση, ταχύτητα και προσανατολισμό.

1D (Μονοδιάστατη) Πλοήγηση

Σε ένα απλοποιημένο μονοδιάστατο σενάριο πλοήγησης, απαιτείται μόνο ένα επιταχυνσιόμετρο.
Μετρά γραμμική επιτάχυνση κατά μήκος ενός άξονα (π.χ., η κατεύθυνση κίνησης ενός τρένου).

Βασική αρχή:
Με την ολοκλήρωση της επιτάχυνσης μία φορά, λαμβάνετε ταχύτητα; με την ολοκλήρωση της ταχύτητας ξανά, λαμβάνετε θέση.

2D (Δισδιάστατη) Επίπεδη Πλοήγηση

Για επίπεδη κίνηση όπως αυτή ενός τρένου ή οχήματος:

• Χρησιμοποιούνται δύο επιταχυνσιόμετρα για τη μέτρηση πλευρικής και διαμήκους επιτάχυνσης.

• Ένα γυροσκόπιο προστίθεται για τη μέτρηση της γωνίας πορείας σε πραγματικό χρόνο (προσανατολισμός).

• Τα δεδομένα επιτάχυνσης προβάλλονται στους άξονες X και Y και ολοκληρώνονται για τον υπολογισμό ταχύτητας και θέσης σε 2D χώρο.

Εφαρμογές:
Χερσαία οχήματα, σιδηροδρομικά συστήματα, ρομποτική, θαλάσσια σκάφη και άλλα συστήματα πλοήγησης που απαιτούν παρακολούθηση θέσης σε ένα επίπεδο επίπεδο.

3D (Τρισδιάστατη) Πλοήγηση

Για πλήρη τρισδιάστατη πλοήγηση:

• Τρία επιταχυνσιόμετρα μετρούν την επιτάχυνση κατά μήκος των αξόνων X (πλευρικός), Y (διαμήκης), και Z (κάθετος).

• Τρία γυροσκόπια μετρούν τη γωνιακή κίνηση γύρω από κάθε έναν από αυτούς τους άξονες.

Ο συνδυασμός αυτών των έξι αισθητήρων επιτρέπει στο σύστημα να υπολογίσει πλήρεις πληροφορίες 3D κίνησης και στάσης, συμπεριλαμβανομένων των γωνιών κύλισης, βήματος και εκτροπής.

Βασικά εξαρτήματα:

• Επιταχυνσιόμετρο (μετρά γραμμική επιτάχυνση)

• Γυροσκόπιο (μετρά γωνιακή ταχύτητα)

• Πλαίσιο στήριξης με κινητήρες κύλισης, βήματος και αζιμουθίου

Αυτή η διαμόρφωση αποτελεί τη βάση των σύγχρονων Μονάδων Αδρανειακών Μετρήσεων (IMUs) και Συστημάτων Αδρανειακής Πλοήγησης (INS) που χρησιμοποιούνται σε:

• Αεροδιαστημική και αεροπορία

• Αυτόνομα οχήματα

• Πλοία και υποβρύχια πλοήγηση

• Drones (UAVs)

• Άμυνα και καθοδήγηση πυραύλων

• Βιομηχανική ρομποτική και συστήματα χαρτογράφησης

• 
• 
•