В Пермском Политехе повысили стабильность и точность навигационных систем
В современном мире среди навигационных систем все популярнее становятся системы на основе инерциальных датчиков для автономного определения положения и ориентации объекта в пространстве. Их плюс в том, что они не зависят от внешних источников информации, а обеспечивают точное позиционирование, получая данные о положении объекта в трехосевой системе координат. Они активно используются в авиации, космонавтике, на кораблях и подводных лодках, а также БПЛА. Однако точность позиционирования устройств в пространстве во многом зависит от стабильности внутренних параметров. Скачки характеристик приводят к погрешностям, а значит, к некорректному определению местоположения объекта. Ученые ПНИПУ разработали алгоритмы для стабилизации параметров системы, которые потенциально позволят в несколько раз повысить точность навигационных систем. Управление транспортом под водой, в небе и космосе станет надежнее и безопаснее.
Статья с результатами опубликована в научных трудах конференции 2023 Seminar on Electrical Engineering, Automation & Control Systems, Theory and Practical Applications (EEACS). Проект выполнен в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030». Инерциальная навигационная система – это модуль, состоящий из нескольких важных датчиков.
Первый – волоконно-оптический гироскоп, с помощью которого можно определить угол наклона тела. Это дает информацию об ориентации объекта в пространстве: как он движется, меняет положение, снижается. Второе устройство – акселерометр, благодаря силе тяжести он помогает понять положение объекта относительно земли. В отличие от гироскопа, этот датчик сможет определить ориентацию тела, даже если оно находится без движения, так как знает, где находится земля.
Данные с этих устройств идут в микроконтроллер – небольшой компьютер, содержащий математические алгоритмы. Он обрабатывает полученную информацию, а потом выдает человеку обработанные данные о положении объекта. Таким образом, например, происходит вычисление координат самолета, его курса, скорости и пройденного расстояния.
Волоконно-оптические датчики позволяют добиться высочайшей точности получения информации. Принцип их действия заключается в распространяющейся световой волне, которая многократно преломляется и передает сигнал аналогично электричеству. 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.
Чтобы обеспечить защиту от больших перепадов температуры, необходима термоизоляция, однако она значительно увеличивает габариты устройства, из-за чего невозможно серийное производство. Но есть и алгоритмический способ регулировки характеристики источника излучения. Его и использовали ученые Пермского Политеха, стабилизировав такие параметры, как средневзвешенная длина волны и мощность источника излучения.
«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», – объясняет аспирант кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ Ксения Никитина.
Средневзвешенная длина волны – это ключевой фактор, характеризующий точность. Ученые выяснили, что его начальное отклонение в зависимости от температуры составляет один нанометр. Но даже такая нестабильность приводит к ошибкам в выходном сигнале.
Экспериментальную часть работы политехники проводили на базе лаборатории перспективных исследований Пермской научно-производственной приборостроительной компании, где и планируется последующее внедрение разработанных алгоритмов. Ученые выявили зависимости средневзвешенной длины волны от значений внешней температуры и тока накачки лазера. На их основе, разработали алгоритмы, позволяющие стабилизировать параметры на необходимом уровне.
Чтобы их применить, политехники модифицировали программу микроконтроллера. Теперь, когда от термодатчика в него поступает значение внешней температуры и применяется алгоритм ученых, микроконтроллер плавно изменяет ток так, чтобы поддерживать средневзвешенную длину волны в нужном диапазоне.
«Нам удалось снизить нестабильность параметра в несколько раз, что потенциально позволит в таком же соотношении повысить точность навигационной системы при применении разработанных алгоритмов. Но полученный результат – не предел. Мы еще ведем работы, по итогу которых ожидаем значительного улучшения», – поделился доктор технических наук, профессор кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ Владимир Фрейман.
Предложенные учеными ПНИПУ метод стабилизирует выходные параметры навигационной системы до десятков миллионных долей, что в несколько раз меньше, чем без разработанных алгоритмов. Это позволяет всегда корректно определять положение в пространстве, даже при изменяющихся внешних условиях. Разработка дает возможность получать точную беспрерывную навигацию для объектов авиации, космонавтики, морского и военного дела.
Telegram 
Дзен 
VK Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Каждый год на месторождениях происходят десятки плановых остановок скважин для ремонта или профилактики. Чтобы во время простоев предотвратить выброс нефти и газа на поверхность, скважины глушат и закачивают в них специальные жидкости, в качестве которых нередко используют обратные эмульсии. Раньше считалось, что они безвредны и легко удаляются, поэтому, когда после глушения проницаемость уменьшалась, это списывали на другие факторы — например, отложение парафинов. Комплексно не изучалось, как именно эти составы влияют на снижение добычи. Ученые Пермского Политеха изучили обратные эмульсии и впервые объяснили, как они влияют на проницаемость горных пород. Проведенное исследование позволяет заранее определить, насколько опасен тот или иной состав и какой способ очистки сработает лучше. Это поможет нефтяным компаниям минимизировать потери добычи и избежать дорогостоящих восстановительных работ.
Переход к оседлой жизни и выращиванию кукурузы на юге Анд оказался историей затяжного кризиса. Международная группа ученых выяснила, как местные сообщества и группы мигрантов сообща пытались пережить последствия этой трансформации.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно