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        慣性導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用研究

        2018-12-21 21:23:46趙天湖南省長沙市第一中學(xué)
        數(shù)碼世界 2018年2期
        關(guān)鍵詞:慣性導(dǎo)航捷聯(lián)導(dǎo)航系統(tǒng)

        趙天 湖南省長沙市第一中學(xué)

        慣性導(dǎo)航技術(shù)是近年來誕生的一門新興技術(shù),可以借助慣性元件來測量運(yùn)載體加速度,經(jīng)過運(yùn)算與積分獲取到位置與速度,從而達(dá)到精準(zhǔn)定位的目的。慣性導(dǎo)航設(shè)備都設(shè)置在運(yùn)載體內(nèi),既不需要依賴外界信息,也不會受到外界因素的干擾,有著良好的應(yīng)用與發(fā)展前景。

        1 慣性導(dǎo)航技術(shù)的介紹

        慣性導(dǎo)航系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、慣性測量裝置、控制顯示器、陀螺儀、加速計(jì)等裝置組成,其中,陀螺儀是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的核心內(nèi)容,其發(fā)展流程經(jīng)歷了四個(gè)階段:

        第一代是1930年以前的慣性技術(shù),是現(xiàn)代慣性導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展雛形;

        第二代誕生于上世紀(jì)40年代,其研究內(nèi)容開始從慣性儀表技術(shù)擴(kuò)展至了慣性導(dǎo)航系統(tǒng);

        第三代誕生于上世紀(jì)70年代初期,在第二代基礎(chǔ)上新增了新型陀螺、導(dǎo)航系統(tǒng)以及加速度計(jì)。

        目前,慣性導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)入了第四代,也開始朝著高可靠性、數(shù)字化、低成本、高精度的方向發(fā)展。根據(jù)目前慣性導(dǎo)航的常見安裝方式,可以將其分為平臺式與捷聯(lián)式兩種類型,其中平臺式又可以分為空間穩(wěn)定與本地水平兩類;捷聯(lián)式則包括速率型與位置型兩類,分別使用速率陀螺儀與自由陀螺儀。

        2 慣性導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用

        2.1 慣性導(dǎo)航技術(shù)在地下定位機(jī)器人中的應(yīng)用

        目前,越來越多的機(jī)器人應(yīng)用了導(dǎo)航系統(tǒng),在地下礦山中,機(jī)器人的使用會受到多種因素的影響,傳統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)并不實(shí)用,而慣性導(dǎo)航技術(shù)不會受到外界環(huán)境的影響,非常適合應(yīng)用在地下礦山機(jī)器人之中。近年來誕生的煤礦移動機(jī)器人組合定位系統(tǒng),就是應(yīng)用了數(shù)字羅經(jīng)、捷聯(lián)慣性測量裝置以及傳感器,定位系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確的提供機(jī)器人的速度、位置與姿態(tài)。為了避免干擾,裝置設(shè)置在機(jī)器人防磁金屬外殼之中,并應(yīng)用了激光測距儀、里程儀、ZUPT、自然地標(biāo)等來修正定位誤差,進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的定位準(zhǔn)確性。

        2.2 慣性導(dǎo)航技術(shù)在無人載體中的應(yīng)用

        無人載體主要由基礎(chǔ)模塊、功能模塊兩部分組成,在基礎(chǔ)模塊中,需要設(shè)置自動控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)以及導(dǎo)航定位系統(tǒng)。為了保證導(dǎo)航精度,研究人員將地磁慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用在其中,整個(gè)系統(tǒng)由地磁數(shù)據(jù)庫、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、匹配計(jì)算機(jī)、地磁傳感器組成,內(nèi)部設(shè)置了修正模型,可以根據(jù)地理、時(shí)間等因素的變化對模型進(jìn)行修正、補(bǔ)償,得到正確的地理方位。

        2.3 慣性導(dǎo)航技術(shù)在管道測繪儀中的應(yīng)用

        管道測繪儀是石油、天然氣管道測量的關(guān)鍵儀器,是基于光纖陀螺管道測繪系統(tǒng)研發(fā)而來,這一系統(tǒng)使用便捷、結(jié)構(gòu)小巧,廣泛應(yīng)用在了天然氣、石油管道的測量中,可以為管道狀態(tài)的維護(hù)與監(jiān)測工作提供有效依據(jù)。系統(tǒng)由捷聯(lián)式INS測量單元、光纖陀螺、里程計(jì)、DGPS地標(biāo)組合構(gòu)成,在經(jīng)過管道時(shí),可以計(jì)算出各點(diǎn)的位置參數(shù)和姿態(tài)信息,有效提高了測量的準(zhǔn)確度和精度。這種測試系統(tǒng)不會受到周圍的磁場干擾,在任何管道之中,都適合使用。

        2.4 慣性導(dǎo)航技術(shù)在石油鉆井測量中的應(yīng)用

        石油開采對于鉆井測量方位、深度準(zhǔn)確度的要求非常高,需要應(yīng)用油井測斜儀器,油井測斜儀器是基于慣性測量技術(shù)研發(fā)而來,可以獲取到理想的方位角度和精度信息,從而幫助測試人員了解油層分布情況與鉆井方向的信息。目前常用的光纖陀螺自主油井測斜儀使用的是捷聯(lián)慣性導(dǎo)航技術(shù),可以方便的得出水平井的方位角與傾斜角,在任何情況下,都不會受到井下磁場的干擾。此外,應(yīng)用光纖陀螺自主油井測斜儀,不需要借助其他的設(shè)備,測量速度快、可靠性高、精度好,能夠無角度、全方位的進(jìn)行連續(xù)測量,滿足了常規(guī)的測量需求。

        2.5 慣性導(dǎo)航技術(shù)在智能交通中的應(yīng)用

        智能交通技術(shù)將定位導(dǎo)航技術(shù)、信息融合技術(shù)、自動控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)處理技術(shù)、圖象分析技術(shù)融合起來,構(gòu)建出了準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、高效的運(yùn)輸系統(tǒng),慣性導(dǎo)航技術(shù)是智能交通的核心內(nèi)容,只有在精準(zhǔn)定位的情況下,才能夠保證行駛安全性、改善交通,解決數(shù)據(jù)信號丟失與更新率低的問題。

        3 結(jié)束語

        慣性導(dǎo)航是唯一的完全自主的導(dǎo)航方式,不依賴于任何外界信息的純慣性導(dǎo)航系統(tǒng)依然是一個(gè)獨(dú)立而有意義的研究方向。隨著對高性能自主導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用需求不斷增強(qiáng)和多模 GNSS 技術(shù)的廣泛應(yīng)用,組合導(dǎo)航系統(tǒng)將逐步替代純粹的 INS 成為未來的主要導(dǎo)航手段。

        [1]張崇猛,蔡智淵,舒東亮,侯巍.船舶慣性導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用與展望[J].艦船科學(xué)技術(shù). 2012(06)

        [2]張炎華,王立端,戰(zhàn)興群,翟傳潤.慣性導(dǎo)航技術(shù)的新進(jìn)展及發(fā)展趨勢[J]. 中國造船. 2008(S1)

        [3]祝彬,鄭娟.美國慣性導(dǎo)航與制導(dǎo)技術(shù)的新發(fā)展[J]. 中國航天.2008(01)

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