फाइबर ऑप्टिक जड़त्वीय एकीकृत नेविगेशन प्रणाली क्या है? सिद्धांत और अनुप्रयोग

फाइबर ऑप्टिक इनर्टियल इंटीग्रेटेड नेविगेशन सिस्टम क्या है? सिद्धांत और अनुप्रयोग

1. परिचय

फाइबर ऑप्टिक इनर्टियल इंटीग्रेटेड नेविगेशन सिस्टम एक उच्च-सटीकता, पूरी तरह से स्वायत्त नेविगेशन समाधान है जो फाइबर ऑप्टिक जाइरोस्कोप (FOG) और उच्च-प्रदर्शन एक्सेलेरोमीटर को मुख्य इनर्टियल सेंसिंग उपकरणों के रूप में उपयोग करके बनाया गया है। पारंपरिक MEMS नेविगेशन मॉड्यूल जो कम लागत और लघुकरण पर ध्यान केंद्रित करते हैं, उनसे भिन्न, फाइबर ऑप्टिक इनर्टियल नेविगेशन में अल्ट्रा-लो ड्रिफ्ट, सॉलिड-स्टेट संरचना और दीर्घकालिक स्थिरता की विशेषताएं हैं, जो इसे उच्च-स्तरीय औद्योगिक, समुद्री और एयरोस्पेस उपकरणों के लिए सबसे विश्वसनीय नेविगेशन तकनीकों में से एक बनाती है।

चूंकि शुद्ध इनर्टियल नेविगेशन लंबी अवधि के संचालन के दौरान अनिवार्य रूप से संचयी त्रुटियां उत्पन्न करता है, फाइबर इनर्टियल सिस्टम को आमतौर पर एक एकीकृत नेविगेशन समाधान बनाने के लिए GNSS, ओडोमीटर, DVL, या अन्य सहायक नेविगेशन स्रोतों के साथ जोड़ा जाता है। यह फ्यूजन विधि बाहरी पोजिशनिंग जानकारी के साथ इनर्टियल ड्रिफ्ट की भरपाई करती है और निरंतर, उच्च-सटीकता और उच्च-विश्वसनीयता वाले पूर्ण-परिदृश्य नेविगेशन आउटपुट को प्राप्त करती है।

2. मुख्य कार्य सिद्धांत

2.1 फाइबर इनर्टियल मापन इकाई कोर सेंसिंग

फाइबर ऑप्टिक इनर्टियल इकाई फाइबर ऑप्टिक जाइरोस्कोप और प्रिसिजन एक्सेलेरोमीटर के माध्यम से वास्तविक समय त्रि-अक्षीय कोणीय वेग और त्रि-अक्षीय विशिष्ट बल डेटा एकत्र करती है। सैग्नैक ऑप्टिकल सेंसिंग सिद्धांत के आधार पर, जाइरोस्कोप यांत्रिक घूर्णन भागों के बिना वाहक घूर्णन परिवर्तनों को कैप्चर करता है, जिससे शून्य-घिसाव और उच्च-स्थिरता वाली अभिविन्यास माप का एहसास होता है। एक्सेलेरोमीटर वाहक की रैखिक गति और गुरुत्वाकर्षण परिवर्तनों को सटीक रूप से महसूस करता है।

वास्तविक समय इनर्टियल नेविगेशन एल्गोरिथम समाधान के माध्यम से, सिस्टम लगातार अभिविन्यास कोण, कोणीय दर, वेग और मूल इनर्टियल डेटा आउटपुट करता है, जो वाहक के लिए अल्ट्रा-उच्च-आवृत्ति गति स्थिति संदर्भ प्रदान करता है।

2.2 मल्टी-सेंसर फ्यूजन और त्रुटि सुधार

एकीकृत नेविगेशन सिस्टम इनर्टियल डेटा को GNSS या अन्य सहायक नेविगेशन डेटा के साथ कसकर युग्मित करने के लिए उन्नत Kalman फ़िल्टरिंग और अनुकूली फ्यूजन एल्गोरिदम को अपनाता है।

जब उपग्रह संकेत स्थिर होते हैं, तो GNSS इनर्टियल नेविगेशन के दीर्घकालिक ड्रिफ्ट को ठीक करता है और पूर्ण पोजिशनिंग सटीकता बनाए रखता है। जब GNSS अवरुद्ध, बाधित या हस्तक्षेप किया जाता है, तो फाइबर इनर्टियल इकाई निरंतर नेविगेशन आउटपुट सुनिश्चित करने के लिए स्वतंत्र रूप से उच्च-सटीकता डेड रेकनिंग करती है। दो सेंसर एक दूसरे के पूरक हैं, जिससे दीर्घकालिक में कोई ड्रिफ्ट नहीं, अल्पावधि में कोई रुकावट नहीं प्राप्त होती है।

3. फाइबर ऑप्टिक इंटीग्रेटेड नेविगेशन के मुख्य लाभ

• अल्ट्रा-लो लॉन्ग-टर्म ड्रिफ्ट फाइबर ऑप्टिक जाइरोस्कोप में कोई यांत्रिक घर्षण और संरचनात्मक घिसाव नहीं होता है, जो संचयी त्रुटियों को प्रभावी ढंग से दबाता है, जो सामान्य MEMS इनर्टियल नेविगेशन सिस्टम की स्थिरता से कहीं अधिक है।
• मजबूत हस्तक्षेप-रोधी और स्वायत्तता यह बाहरी विद्युत चुम्बकीय संकेतों पर निर्भर नहीं करता है, और GNSS इनकार, विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप और जटिल आश्रय वातावरण के तहत सामान्य रूप से काम कर सकता है।
• उत्कृष्ट पर्यावरणीय अनुकूलनशीलता सॉलिड-स्टेट ऑप्टिकल संरचना में मजबूत कंपन प्रतिरोध, शॉक प्रतिरोध और चौड़ी-तापमान स्थिरता की विशेषताएं हैं, जो उच्च-स्तरीय उपकरणों के दीर्घकालिक निरंतर संचालन के लिए उपयुक्त है।
• उच्च-आवृत्ति और उच्च-सटीकता आउटपुट उच्च-दर अभिविन्यास और नेविगेशन डेटा प्रदान करता है, जो वाहक के छोटे अभिविन्यास परिवर्तनों और उच्च गतिशील गति को सटीक रूप से कैप्चर कर सकता है।
• लंबी सेवा जीवन और उच्च विश्वसनीयता शून्य यांत्रिक हानि डिजाइन विफलता दर और रखरखाव लागत को बहुत कम करता है, जो एयरोस्पेस और समुद्री उपकरणों की लंबी-चक्र मिशन आवश्यकताओं को पूरा करता है।

4. FOG इंटीग्रेटेड नेविगेशन और MEMS इंटीग्रेटेड नेविगेशन के बीच अंतर

MEMS इनर्टियल नेविगेशन को लघुकरण, कम बिजली की खपत और कम लागत की विशेषता है, और इसका व्यापक रूप से उपभोक्ता ड्रोन, AGV और कम-गति वाले नागरिक बुद्धिमान उपकरणों में उपयोग किया जाता है। हालांकि, इसमें अपेक्षाकृत बड़ा ड्रिफ्ट होता है और यह अल्ट्रा-लॉन्ग-एंड्योरेंस हाई-प्रिसिजन मिशन के लिए उपयुक्त नहीं है।

फाइबर ऑप्टिक इंटीग्रेटेड नेविगेशन अल्ट्रा-हाई स्टेबिलिटी और अल्ट्रा-लो ड्रिफ्ट के बदले में आंशिक लघुकरण और लागत प्रदर्शन का त्याग करता है। इसका उपयोग मुख्य रूप से उच्च-स्तरीय परिदृश्यों के लिए किया जाता है जिन्हें लंबी सहनशक्ति, उच्च सटीकता और उच्च विश्वसनीयता की आवश्यकता होती है, जो MEMS इनर्टियल नेविगेशन के साथ एक पूरक उत्पाद स्थिति बनाता है।

5. मुख्य अनुप्रयोग परिदृश्य

• समुद्री और पानी के नीचे के उपकरण अपतटीय जहाज, पानी के नीचे UUVs, और सबसी डिटेक्शन उपकरण, उपग्रह संकेतों के बिना दीर्घकालिक स्वायत्त नेविगेशन प्राप्त करते हैं।
• एयरोस्पेस और विशेष विमान मध्यम और बड़े फिक्स्ड-विंग विमान, रोटरक्राफ्ट, और उच्च-गति विशेष उड़ान प्लेटफार्म, उच्च-गतिशील उड़ान के लिए स्थिर अभिविन्यास और नेविगेशन संदर्भ प्रदान करते हैं।
• उच्च-सटीकता सर्वेक्षण और मानचित्रण वाहन-माउंटेड, जहाज-माउंटेड और हवाई मोबाइल मैपिंग सिस्टम, उच्च-सटीकता POS डेटा समाधान का समर्थन करते हैं।
• विशेष बुद्धिमान उपकरण उच्च स्थिरता नेविगेशन की आवश्यकता वाले उच्च-स्तरीय स्वायत्त वाहन, इंजीनियरिंग मशीनरी स्थिरीकरण प्रणाली, और विशेष रोबोट प्लेटफार्म।

6. तकनीकी सारांश

एक उच्च-स्तरीय इनर्टियल नेविगेशन समाधान के रूप में, फाइबर ऑप्टिक इनर्टियल इंटीग्रेटेड नेविगेशन सिस्टम स्वायत्त इनर्टियल सेंसिंग और मल्टी-सोर्स डेटा फ्यूजन के लाभों को जोड़ता है। यह पारंपरिक नेविगेशन विधियों की सिग्नल निर्भरता और संचयी त्रुटि की मुख्य उद्योग की समस्याओं को हल करता है। उत्कृष्ट स्थिरता और विश्वसनीयता के साथ, यह समुद्री, एयरोस्पेस और प्रिसिजन सर्वेक्षण क्षेत्रों में उच्च-स्तरीय बुद्धिमान उपकरणों के लिए मुख्य नेविगेशन कॉन्फ़िगरेशन बन गया है।