الجيورسكوبات الليفية الضوئية تمكن الطائرات بدون طيار من تحقيق طيران ذاتي دقيق

جيروسكوب الألياف الضوئية: نظرة عامة

ما هي جيروسكوبات الألياف الضوئية؟

جيروسكوبات الألياف الضوئية (FOGs) هي مستشعرات متقدمة للسرعة الزاوية تكتشف الحركة الدورانية من خلال الاستفادة من تداخل الضوء داخل الألياف الضوئية الملفوفة. على عكس الجيروسكوبات الميكانيكية التقليدية، تعمل FOGs بدون أي أجزاء متحركة، مما يؤدي إلى تعزيز المتانة وتقليل الحاجة إلى الصيانة ومقاومة استثنائية للاهتزازات والصدمات.

عندما يتم دمجها في أنظمة ملاحة الطائرات بدون طيار، توفر FOGs بيانات دورانية في الوقت الفعلي عن طريق قياس مدى سرعة دوران المركبة على طول محاور التدحرج والانحراف والانعراج. هذه البيانات ضرورية لتقدير الموقف والاتجاه بدقة، حتى عندما تكون إشارات تحديد المواقع الخارجية مثل GNSS عرضة للخطر.

لماذا تعتبر FOGs ضرورية لملاحة الطائرات بدون طيار

التحكم الدقيق في الموقف والاستقرار

للحفاظ على التحكم في موقف الطائرة بدون طيار — الاتجاه بالنسبة لسطح الأرض — تلعب الجيروسكوبات دورًا أساسيًا. إنها توفر لوحدة التحكم في الطيران بيانات معدل الزاوية في الوقت الفعلي، مما يسمح للطائرات بدون طيار بالحفاظ على رحلة ثابتة وتنفيذ المنعطفات بسلاسة والاستجابة بسرعة للقوى الديناميكية الهوائية المتغيرة. بدون بيانات الجيروسكوب الدقيقة، قد تواجه الطائرات بدون طيار انحرافًا أو تذبذبات أو تفشل في الحفاظ على مسار طيران مستقر.

الملاحة بدون نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)

على الرغم من أن أنظمة GPS و GNSS شائعة، إلا أنها عرضة لانقطاع الإشارات والتشويش والأخطاء الناتجة عن تأثيرات المسار المتعدد، خاصة في البيئات الحضرية أو في الداخل أو في ظل التداخل الإلكتروني. من خلال دمج FOGs في نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS)، يمكن للطائرات بدون طيار الاستمرار في تحديد اتجاهها وحركتها حتى عند فقدان إشارات GPS، مما يضمن أداء المهمة وسلامتها دون انقطاع.

دقة استثنائية وانحراف منخفض

تشتهر FOGs بقياساتها الدورانية المستقرة للغاية والانحراف البسيط بمرور الوقت — وهو عامل حاسم في التطبيقات التي تتطلب ملاحة دقيقة، مثل المسح ورسم الخرائط والعمليات المستقلة. يضمن هذا الانحراف المنخفض أنه حتى على مدى فترات طويلة، تظل قراءات المستشعر موثوقة، مما يقلل من احتمالية حدوث أخطاء قد تتراكم على مدار الرحلات الطويلة.

كيف تعمل الملاحة القائمة على FOG في الطائرات بدون طيار

عادةً، في الطائرات بدون طيار، يتم دمج FOGs في وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU)، والتي تتضمن أيضًا مقاييس التسارع لقياس التسارع الخطي. توفر IMU باستمرار بيانات الحركة في الوقت الفعلي إلى الكمبيوتر الملاحي الموجود على متن الطائرة بدون طيار. يقوم الكمبيوتر بمعالجة هذه البيانات باستخدام خوارزميات دمج المستشعرات لتقدير:

الموقف (التدحرج والانحراف والانعراج)

السرعة الزاوية

الموضع والسرعة (عندما يقترن بـ GNSS)

تمكن هذه البيانات التحكم في الطيران والاستقرار وتتبع نقاط الطريق واتخاذ القرارات المستقلة، مع الاعتماد الأدنى على الإشارات الخارجية.

LiCOF: تقود الابتكار في الملاحة بالقصور الذاتي

LiCOF، التي تأسست في عام 2019 ويقع مقرها الرئيسي في ووهان، الصين، هي شركة متطورة متخصصة في تقنيات الاستشعار بالقصور الذاتي مثل جيروسكوبات الألياف الضوئية ووحدات IMUs القائمة على MEMS وأنظمة الملاحة المتكاملة. تم تصميم حلولها للاستخدام في التطبيقات عالية الأداء مثل الطائرات بدون طيار والروبوتات والمركبات ذاتية القيادة والمزيد.

لمحة عن الشركة

الخبرة: البحث والتطوير وتطوير وتكامل أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي المتقدمة وتقنيات الملاحة.

مجموعة المنتجات: تتضمن مستشعرات FOG عالية الدقة ووحدات IMUs MEMS ووحدات GNSS/INS مدمجة مصممة خصيصًا للاستخدام في الطائرات بدون طيار.

التطبيقات: الروبوتات والطائرات بدون طيار والمركبات ذاتية القيادة والزراعة الذكية والآلات الهندسية والاتصالات عبر الأقمار الصناعية.

من خلال تطوير كل من تقنيات القصور الذاتي القائمة على الألياف الضوئية و MEMS، تمكن LiCOF مصنعي الطائرات بدون طيار ومتكاملي الأنظمة من بناء أنظمة ملاحة تركز على الدقة والموثوقية والمرونة — وهو أمر ضروري للعمليات الهامة للمهمة.

الفوائد الرئيسية للملاحة القائمة على FOG في الطائرات بدون طيار

توفر الأنظمة القائمة على جيروسكوب الألياف الضوئية العديد من المزايا لملاحة الطائرات بدون طيار:

الموثوقية في الحالة الصلبة:

يعني عدم وجود أجزاء متحركة تقليل التآكل والتمزق وتقليل الصيانة وإطالة العمر التشغيلي مقارنة بالجيروسكوبات الميكانيكية التقليدية.

دقة عالية:

توفر FOGs انحرافًا منخفضًا وقراءات معدل زاوية مستقرة، وهو أمر بالغ الأهمية للحفاظ على التحكم الدقيق في الرحلات الطويلة.

المرونة في البيئات القاسية:

بتحمل الاهتزازات والصدمات والتداخل الكهرومغناطيسي، تعتبر FOGs مثالية للطائرات بدون طيار التي تعمل في ظروف الطيران الديناميكية والصعبة.

الاستقلالية عن نظام تحديد المواقع العالمي (GPS):

يستمر نظام INS الذي يدعم FOG في تتبع الحركة والاتجاه حتى عندما تكون إشارات GNSS ضعيفة أو غائبة، مما يضمن التشغيل دون انقطاع.

الأسئلة الشائعة (FAQs)

س: هل تستخدم جميع الطائرات بدون طيار جيروسكوبات الألياف الضوئية؟

ج: لا تستخدم جميع الطائرات بدون طيار. تستخدم العديد من الطائرات بدون طيار للاستخدام الاستهلاكي أو الهواة جيروسكوبات MEMS لأسباب تتعلق بالتكلفة والحجم. ومع ذلك، غالبًا ما تعتمد الطائرات بدون طيار الصناعية أو العسكرية المتطورة على FOGs أو أنظمة الملاحة الهجينة لضمان دقة وموثوقية فائقتين.

س: هل يمكن لـ FOGs أن تحل محل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) تمامًا؟

ج: في حين أن FOGs توفر بيانات دورانية ممتازة وتتبع الحركة، فإنها لا تقيس الموضع الجغرافي المطلق مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). إنها تكمل أنظمة GNSS، مما يضمن الملاحة المستمرة عندما يكون نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) غير متوفر.

س: هل جيروسكوبات الألياف الضوئية باهظة الثمن؟

ج: تميل FOGs إلى أن تكون أكثر تكلفة من مستشعرات MEMS نظرًا لمكوناتها البصرية المتقدمة وقدراتها عالية الأداء. ومع ذلك، يتم تبرير التكلفة في التطبيقات الهامة للمهمة حيث تكون الملاحة الدقيقة مطلوبة، مثل العمليات خارج خط الرؤية البصرية (BVLOS).

س: ما مدى إحكام أنظمة الملاحة القائمة على FOG للطائرات بدون طيار؟

ج: جعلت التطورات الأخيرة في التصغير من الممكن دمج وحدات FOG و IMUs المدمجة في الطائرات بدون طيار الصغيرة إلى متوسطة الحجم دون التضحية بالأداء.

الخلاصة

تعتبر جيروسكوبات الألياف الضوئية عامل تمكين رئيسي لأنظمة ملاحة الطائرات بدون طيار عالية الأداء. إن دقتها وموثوقيتها ومتانتها الفائقة تجعلها ضرورية في البيئات التي تكون فيها إشارات GPS غير موثوقة أو غير متوفرة. من خلال توفير بيانات دورانية دقيقة ودعم أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي، تساعد FOGs على تعزيز استقرار الطائرات بدون طيار والتحكم فيها واستقلاليتها — وهو أمر بالغ الأهمية لتنفيذ المهام المعقدة عبر القطاعات التجارية والصناعية والدفاعية. تعمل شركات مثل LiCOF، بخبرتها في الاستشعار بالقصور الذاتي وتكامل الملاحة، على دفع حدود ما هو ممكن في تكنولوجيا الطائرات بدون طيار، مما يمهد الطريق لأنظمة ملاحة أكثر مرونة وقدرة في المستقبل.