Основные области применения инерциальных навигационных систем с волоконно-оптической связью в морской отрасли.

Чтение за одну минуту

Инерциальная навигационная система на основе волоконно-оптических датчиков (FOG-SINS) использует волоконно-оптические гироскопы (FOG) и акселерометры для формирования твердотельного инерциального измерительного блока (IMU), который в реальном времени вычисляет параметры движения судна с помощью алгоритма инерциальной навигации. Благодаря своим значительным технологическим преимуществам, FOG-SINS стала основой нового поколения навигационных систем в области морских судов.

Применение FOG-SINS в области морских судов в основном проявляется в навигации судов, управлении подводными аппаратами и многолучевых измерениях. Его основные преимущества — высокая точность, высокая надежность, высокая помехоустойчивость, автономная навигация, отличные динамические характеристики и хорошая адаптивность к окружающей среде.

Судоходство

Система FOG-SINS может предоставлять непрерывную и автономную информацию о положении судна, курсе, ориентации (крен, тангаж), скорости и ускорении для навигации.

Инерциальная навигационная система на основе флюоресцентного оптического датчика (FOG-SINS) интегрирована с GNSS (GPS, Beidou и др.), одометрией (доплеровской/электромагнитной), компасом (магнитным/электрическим компасом) и т. д. (обычно с использованием фильтра Калмана) для формирования высокоточной и высоконадежной интегрированной навигационной системы. FOG-SINS обеспечивает критически важные навигационные возможности в случае помех, препятствий или сбоев в работе GNSS-сигнала (например, в каньонах, под мостами, в условиях радиоэлектронной борьбы).

Система FOG-SINS также может предоставлять высокоточную информацию об ориентации корабельного оружия.

Технические преимущества систем FOG-SINS в судоходстве:

⚪Высокая точность и стабильность: стабильность нулевого смещения современных высокоточных волоконно-оптических гироскопов может достигать порядка 0,01°/ч или даже выше, а случайное смещение угла может достигать порядка 0,001°/√ч, что позволяет удовлетворять требованиям длительной высокоточной инерциальной навигации и значительно снизить скорость накопления ошибок позиционирования.

⚪  Быстрый запуск и отклик, широкий динамический диапазон: короткое время запуска (значительно меньшее время предварительного нагрева, чем у механических гироскопов), быстрый динамический отклик и точное считывание резких маневров судна (например, аварийного управления и предотвращения столкновений). Способность измерять различные движения судна на скоростях от крайне низких до высоких.

⚪ Высокая адаптивность к окружающей среде и устойчивость к ударам и вибрации: относительно нечувствительна к изменениям факторов морской среды, таких как температура, влажность и солевые брызги (особенно после грамотного проектирования и компенсации), что обеспечивает высокую надежность. Полностью твердотельная конструкция (без механических вращающихся частей) обеспечивает высокую устойчивость к неизбежным ударам и вибрациям во время эксплуатации судна, гарантируя стабильную работу и длительный срок службы.

Управление подводным аппаратом (AUV/UUV)

Датчики FOG SINS, являясь основным компонентом системы управления подводным аппаратом, представляют собой ключевой датчик для автономной навигации подводных аппаратов в течение длительного времени и с высокой точностью в отсутствие сигналов GNSS под водой. Они предоставляют информацию о положении, ориентации, скорости и ускорении.

Сочетание инерциальной навигационной системы (ИНС) на основе флюоресцентного тумана (FOG SINS), доплеровского лага (DVL), глубиномера, магнитометра (для помощи в определении курса), акустической системы позиционирования со сверхкороткой/длинной базовой линией (USBL/LBL), гравитационно-геомагнитной синхронной навигации и т. д. образует подводную интегрированную навигационную систему, значительно повышающую точность и надежность навигации. ИНС на основе флюоресцентного тумана (FOG SINS) является ядром и основой интегрированной навигации.

Система FOG SINS обеспечивает высокоточную обратную связь в реальном времени по ориентации и курсу для системы управления автономными подводными аппаратами (такими как руль, подруливающее устройство, механизм регулировки ориентации), обеспечивая точную глубину, высоту, направление движения и выполнение сложных маневров (например, зависание и навигация с использованием донных датчиков). Она также обеспечивает стабильную опорную точку ориентации для таких полезных нагрузок, как гидролокаторы (боковой обзор, фронтальный обзор), камеры и роботизированные манипуляторы, гарантируя качество данных и точность работы.

Технические преимущества FOG SINS в системах управления подводными аппаратами:

⚪ Полная автономность: независимость от внешних сигналов — ключ к достижению подлинно автономной навигации под водой.

⚪  Высокая точность (особенно важна под водой): Высокоточная информация об ориентации и курсе имеет решающее значение для обхода препятствий под водой, отслеживания рельефа местности и выполнения точных операций. Хорошая стабильность нулевого смещения может увеличить время чисто инерциальной навигации под водой.

⚪  Защита от помех магнитного поля: волоконно-оптические гироскопы основаны на оптических принципах и не подвержены влиянию сложного магнитного поля под водой (в отличие от магнитных компасов).

Многолучевая измерительная система

Инерциальные навигационные системы FOG могут обеспечивать компенсацию движения для многолучевых измерительных систем, что является наиболее важным применением инерциальных навигационных систем FOG в многолучевом измерении глубины. Они позволяют точно измерять и компенсировать в реальном времени изменения положения (крен, тангаж, рыскание) и вертикальные перемещения измерительного судна/платформы в момент измерения.

Инерциальные навигационные системы FOG могут предоставлять точную информацию об угле курса и положении для многолучевой измерительной системы (обычно тесно связанной с GNSS), используемой для определения точного положения и направления гидроакустической антенной решетки в геодезической системе координат.

Система FOG SINS может обеспечить точную временную привязку для всей измерительной системы (многолучевой эхолот, GNSS, датчики движения, профилограф скорости звука и т. д.).

Технические преимущества FOG SINS в многолучевой измерительной системе:

⚪ Сверхвысокие динамические характеристики и полоса пропускания: способность точно и быстро измерять и реагировать на высокочастотные движения судов/платформ (особенно на качку и раскачивание, вызванные короткопериодными волнами), что является ключом к получению высококачественных данных о рельефе морского дна. Его динамические возможности значительно превосходят традиционные вертикальные опорные блоки (VRU).

⚪  Высокая точность позиционирования: точность позиционирования (особенно крена и тангажа) напрямую влияет на точность компенсации угла луча. Синхронные инерциальные навигационные системы (FOG SINS) могут обеспечивать субугловую компенсацию (<Точность измерения горизонтального положения составляет 0,01°, что обеспечивает точность наведения луча и расчета положения отпечатка морского дна.

⚪ Тесная интеграция и синхронизация по времени: ИНС на основе волоконно-оптических датчиков (FOG SINS) обычно проектируются как высокоинтегрированные измерительные блоки (часто называемые POS MV или INS), с внутренними датчиками (гироскопами, акселерометрами), обладающими чрезвычайно высокой точностью синхронизации и способностью достигать синхронизации по времени на уровне микросекунд с другими внешними датчиками (GNSS, гидролокатором), обеспечивая строгое согласование всех данных по времени.

Основные продукты и технические характеристики

Заключение

Волоконно-оптическая инерциальная навигационная система стала незаменимой ключевой технологией в современной высокоточной навигации судов, автономной работе подводных аппаратов и высокоточном картографировании рельефа морского дна благодаря своим преимуществам: высокой надежности, динамической точности и возможности объединения данных с нескольких датчиков.

• Предыдущий пост

  20H Принципы проектирования печатных плат

• Следующий пост

  Настройка порога блокировки при пониженном напряжении понижающего преобразователя напряжения