Eylemsizlik Teknolojisine Giriş

(3) Bir Eylemsizlik Navigasyon Sistemi'nin Sistem Bileşimi

Eylemsizlik Navigasyon Sistemi (ENS), havacılık, İHA'lar, deniz taşıtları, robotik ve üst düzey endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılan, tamamen otonom bir navigasyon çözümüdür. Uydu tabanlı sistemlerin aksine, bir ENS harici sinyallere bağlı değildir. Bunun yerine, konumu, hızı ve tutumu tamamen dahili sensörler ve algoritmalar aracılığıyla hesaplar.

Bu makale, bir ENS'nin tam sistem bileşimini ve alt sistemlerinin hassas ve güvenilir navigasyon sağlamak için nasıl birlikte çalıştığını açıklamaktadır.

1. Eylemsizlik Navigasyon Sistemine Genel Bakış

Bir ENS, ivmeyi ve açısal hızı sürekli ölçerek bir platformun hareketini belirler. Bu ölçümler, aşağıdakileri hesaplamak için navigasyon algoritmaları aracılığıyla işlenir:

• Konum

• Hız

• Tutum (Yuvarlanma, Eğilme, Sapma)

Bunu başarmak için bir ENS, hassas donanım, mekanik yapılar, elektronik ve kalibrasyon yöntemlerinin bir kombinasyonunu entegre eder.

2. Sistem Bileşimi

Bir Eylemsizlik Navigasyon Sisteminin temel bileşenleri şunlardır:

(1) Eylemsizlik Ölçüm Birimi (IMU)

IMU, ENS'nin algılama çekirdeğidir. Şunları entegre eder:

• Jiroskop
  Üç eksen etrafındaki dönme açısal hızını ölçer.

• İvmeölçer
  Üç eksen boyunca doğrusal ivmeyi ölçer.

Birlikte, bu altı serbestlik derecesi, navigasyon hesaplamaları için gerekli ham hareket verilerini sağlar.

(2) Navigasyon Bilgisayarı

Navigasyon bilgisayarı, IMU'nun ham sinyallerini kullanılabilir navigasyon bilgilerine dönüştürmekten sorumludur.

Şunları gerçekleştirir:

• Veri Toplama ve İşleme
  Sensör çıktılarının filtrelenmesi, örneklenmesi ve dönüştürülmesi.

• Navigasyon Çözümü
  Askı hesaplaması, tutum entegrasyonu, hız güncellemesi ve konum hesaplaması gibi algoritmalar uygular.

• Hata Telafisi
  Kalibrasyon verilerini, önyargı gidermeyi, ölçek faktörü düzeltmesini ve sıcaklık telafisini uygular.

(3) Sönümleme Sistemi

Tutarlı doğruluğu sağlamak için, sönümleme sistemi platform hareketini stabilize eder ve titreşimlerin, şokun ve mekanik bozuklukların etkisini azaltır.

İşlevleri şunlardır:

• Titreşimden kaynaklanan sensör gürültüsünü en aza indirmek

• Mekanik salınımlar için sönümleme sağlamak

• Hassas hizalamaya yardımcı olmak

Sönümleme tasarımı, özellikle havadan ve mobil uygulamalarda kritiktir.

(4) Elektronik Sistem

Elektronik sistem, güç yönetimi, sinyal koşullandırması ve iletişim arayüzleri sağlar.

Temel unsurlar:

• Güç düzenlemesi ve dağıtımı

• Dijital sinyal işleme devreleri

• İletişim protokolleri (CAN, RS422, Ethernet, vb.)

• Sistem izleme ve koruma

(5) Mekanik Yapı

Mekanik yapı, ENS'nin fiziksel temelini sağlar.
İyi tasarlanmış bir mekanik yapı şunları iyileştirir:

• Titreşim direnci

• Termal kararlılık

• Uzun vadeli yapısal bütünlük

• Çevresel sağlamlık

Bu kısım, sistemin zorlu koşullar altında tutarlı bir şekilde performans göstermesini sağlar.

3. Parametre Başlatma ve Kalibrasyon Mekanizmaları

Optimum doğruluğu elde etmek için, bir ENS çoklu kalibrasyon ve başlatma katmanları gerektirir.

(1) İlk Parametreler

Bunlar arasında sensör önyargıları, montaj açıları, ölçek faktörleri ve çevresel katsayılar bulunur.

(2) İlk Konum

Sistemin, navigasyon hesaplamalarına başlamak için doğru bir başlangıç koordinatına ihtiyacı vardır.

(3) Sıcaklık Kalibrasyonu

IMU sensörleri sıcaklığa karşı oldukça duyarlıdır.
Sıcaklık kalibrasyonu şunları telafi eder:

• Önyargı kayması

• Ölçek faktörü değişiklikleri

• Doğrusal olmayan sıcaklık etkileri

Bu, yüksek hassasiyetli performans için esastır.

(4) İlk Hizalama ve Kalibrasyon

İlk hizalama, tutum referansını (Yuvarlanma / Eğilme / Başlık) oluşturur.
İki yaygın hizalama türü:

• Statik hizalama – sistem hareketsizken gerçekleştirilir

• Dinamik hizalama – hareket halindeyken, algoritmalar tarafından desteklenir

Uygun hizalama, operasyon boyunca doğru başlık ve tutum çıktısı sağlar.

4. ENS'nin Çıktısı

Tüm sensör verileri işlendikten ve düzeltmeler uygulandıktan sonra, ENS şunları çıkarır:

• Tutum (Yuvarlanma, Eğilme, Sapma)

• Hız (kuzey/doğu/aşağı veya XYZ)

• Konum (GPS koordinatları veya yerel koordinat sistemi)

• Hata Parametreleri (tanılama, durum, kalite göstergeleri)

Bu çıktıların doğruluğu, sensör kalitesine, kalibrasyonun eksiksizliğine ve algoritma performansına bağlıdır.

5. Sonuç

Eylemsizlik Navigasyon Sistemi, hassas sensörler, gelişmiş algoritmalar ve gelişmiş kalibrasyon süreçleri üzerine inşa edilmiş karmaşık ancak güçlü bir teknolojidir. GNSS'nin olmadığı ortamlarda kesintisiz navigasyon sağlama yeteneği, onu modern havacılık, savunma, robotik ve endüstriyel uygulamalarda vazgeçilmez kılar.

Tam ENS sistem bileşimini (IMU, navigasyon bilgisayarı, sönümleme, elektronik alt sistem, mekanik yapı ve kalibrasyon iş akışı) anlamak, kullanıcıların derinliğini ve teknik önemini takdir etmelerine yardımcı olur.