Наиболее популярными навигационными системами сейчас являются системы на основе инерциальных датчиков для автономного определения положения и ориентации объекта в пространстве. К их плюсам относится независимость от внешних источников информации и возможность получать информацию о положении объекта в трехосевой системе координат. Такие датчики активно используются в авиации, космонавтике, на подводных лодках.
Тем не менее точность измерения таких систем сильно зависит от стабильности внутренних параметров. Для того чтобы стабилизировать эти параметры, специалисты Пермского политеха разработали алгоритмы стабилизации, позволяющие повысить точность работы навигационной системы.
Инерциальная навигационная система представляет собой модуль, состоящий из волоконно-оптического гироскопа, с помощью которого можно определить угол наклона тела, а также акселерометра, который помогает понять положение объекта относительно земли. Данные, полученные этими датчиками, передаются в микроконтроллер, обрабатывающий полученную информацию и выдающий пользователю финальный результат.
Волоконно-оптические датчики позволяют получать очень точную информацию и работают на принципе распространения световой волны. Но оптическое волокно может изменять свои характеристики в зависимости от внешних факторов, например, температуры. Так, при авиаперелетах в северных областях, когда техника выезжает из теплого помещения на улицу, внешняя температура сильно понижается. Скачки характеристик системы могут привести к накоплению ошибок и выдаче некорректных навигационных показаний. Это серьезная проблема, влияющая на точность устройства.
Для того чтобы решить эту проблему и защитить устройства, пермские ученые предложили алгоритмический способ регулировки характеристики источника излучения путем стабилизации таких параметров, как средневзвешенная длина волны и мощность источника излучения.
Как выяснили исследователи, начальное отклонение средневзвешенной длины волны в зависимости от температуры составляет 1 нанометр. Но даже такая небольшая нестабильность может приводить к ошибкам в выходном сигнале.
«Стабилизация необходима для снижения погрешности выходных характеристик системы. Чем меньше меняются средневзвешенная длина волны и мощность, то есть чем они стабильнее, тем выше точность навигационной системы. Это, в свою очередь, повлияет, например, на точность приземления самолета или определения движения ракеты. Мы разработали математические алгоритмы, которые корректируют эти параметры в микроконтроллере», – рассказала аспирант кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ Ксения Никитина.
Также ученые обнаружили взаимосвязь между средневзвешенной длиной волны, значениями внешней температуры и тока накачки лазера и на этой основе разработали алгоритмы, позволяющие стабилизировать нужные параметры. Чтобы реализация идеи стала реальной, были доработаны программы микроконтроллера – теперь, если термодатчик передает значение внешней температуры, микроконтроллер постепенно меняет ток так, чтобы поддерживать средневзвешенную длину волны в нужном диапазоне.
По словам доктора технических наук, профессора кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ Владимира Фреймана, полученные результаты еще не предел и сейчас ведутся работы по дополнительному повышению точности измерений датчиков даже при изменяющихся внешних условиях.
Ученые реализовали проект в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030», а результаты были опубликованы в научных трудах конференции 2023 Seminar on Electrical Engineering, Automation & Control Systems, Theory and Practical Applications (EEACS).
Источник: «Научная Россия»
распечатать статью
