Faseroptische Gyroskope ermöglichen UAVs präzises autonomes Fliegen

Glasfaser-Kreiselkompass: Ein Überblick

Was sind Glasfaser-Kreiselkompasse?

Glasfaser-Kreiselkompasse (FOGs) sind fortschrittliche Winkelgeschwindigkeitssensoren, die Rotationsbewegungen durch Nutzung der Lichtinterferenz innerhalb gewickelter optischer Fasern erkennen. Im Gegensatz zu herkömmlichen mechanischen Kreiseln arbeiten FOGs ohne bewegliche Teile, was zu erhöhter Haltbarkeit, geringerem Wartungsaufwand und außergewöhnlicher Beständigkeit gegen Vibrationen und Stöße führt.

Bei der Integration in UAV-Navigationssysteme liefern FOGs Echtzeit-Rotationsdaten, indem sie messen, wie schnell sich das Fahrzeug entlang der Roll-, Nick- und Gierachsen dreht. Diese Daten sind entscheidend für eine genaue Lage- und Kursbestimmung, selbst wenn externe Positionierungssignale wie GNSS beeinträchtigt sind.

Warum FOGs für die UAV-Navigation entscheidend sind

Präzise Lageregelung und Stabilität

Um die Kontrolle über die Lage eines UAVs — die Ausrichtung relativ zur Erdoberfläche — aufrechtzuerhalten, spielen Kreiselkompasse eine wesentliche Rolle. Sie liefern der Flugsteuerung Echtzeit-Winkelratendaten, wodurch Drohnen einen stabilen Flug aufrechterhalten, sanfte Kurven fliegen und schnell auf sich ändernde aerodynamische Kräfte reagieren können. Ohne genaue Kreiselkompassdaten können UAVs Abdrift, Schwingungen erfahren oder keine stabile Flugbahn beibehalten.

Navigation ohne GPS

Obwohl GPS- und GNSS-Systeme üblich sind, sind sie anfällig für Signalunterbrechungen, Störungen und Fehler, die durch Mehrwegeffekte verursacht werden, insbesondere in städtischen Umgebungen, in Innenräumen oder unter elektronischen Störungen. Durch die Integration von FOGs in das Trägheitsnavigationssystem (INS) können UAVs ihre Ausrichtung und Bewegung auch dann bestimmen, wenn GPS-Signale verloren gehen, wodurch ein unterbrechungsfreier Missionsbetrieb und die Sicherheit gewährleistet werden.

Außergewöhnliche Präzision und geringe Drift

FOGs sind bekannt für ihre hochstabilen Rotationsmessungen und minimale Drift im Laufe der Zeit — ein entscheidender Faktor in Anwendungen, die eine präzise Navigation erfordern, wie z. B. Vermessung, Kartierung und autonome Operationen. Diese geringe Drift stellt sicher, dass die Messwerte des Sensors auch über lange Zeiträume zuverlässig bleiben, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Fehlern, die sich über längere Flüge ansammeln könnten, verringert wird.

Wie FOG-basierte Navigation in UAVs funktioniert

Typischerweise werden in UAVs FOGs in eine Trägheitsmesseinheit (IMU) integriert, die auch Beschleunigungsmesser zur Messung der linearen Beschleunigung enthält. Die IMU liefert kontinuierlich Echtzeit-Bewegungsdaten an den Bord-Navigationscomputer des UAVs. Der Computer verarbeitet diese Daten mithilfe von Sensorfusionsalgorithmen, um Folgendes zu schätzen:

Lage (Rollen, Nicken, Gieren)

Winkelgeschwindigkeit

Position und Geschwindigkeit (in Kombination mit GNSS)

Diese Daten ermöglichen die Flugsteuerung, Stabilisierung, Wegpunktverfolgung und autonome Entscheidungsfindung mit minimaler Abhängigkeit von externen Signalen.

LiCOF: Führende Innovation in der Trägheitsnavigation

LiCOF, gegründet 2019 und mit Hauptsitz in Wuhan, China, ist ein hochmodernes Unternehmen, das sich auf Trägheitssensorik-Technologien wie Glasfaser-Kreiselkompasse, MEMS-basierte IMUs und integrierte Navigationssysteme spezialisiert hat. Ihre Lösungen sind für den Einsatz in Hochleistungsanwendungen wie Drohnen, Robotik, autonomen Fahrzeugen und mehr konzipiert.

Unternehmensübersicht

Expertise: Forschung und Entwicklung, Entwicklung und Integration von fortschrittlichen Trägheitssensoren und Navigationstechnologien.

Produktpalette: Umfasst hochpräzise FOG-Sensoren, MEMS-IMUs und kombinierte GNSS/INS-Module, die für den UAV-Einsatz zugeschnitten sind.

Anwendungen: Robotik, Drohnen, autonome Fahrzeuge, intelligente Landwirtschaft, Baumaschinen und Satellitenkommunikation.

Durch die Weiterentwicklung sowohl der glasfaserbasierten als auch der MEMS-basierten Trägheitstechnologien ermöglichen es LiCOF, UAV-Herstellern und Systemintegratoren, Navigationssysteme zu bauen, die sich auf Präzision, Zuverlässigkeit und Belastbarkeit konzentrieren — unerlässlich für missionskritische Operationen.

Wichtige Vorteile der FOG-basierten Navigation in UAVs

Glasfaser-Kreiselkompass-basierte Systeme bieten zahlreiche Vorteile für die UAV-Navigation:

Festkörperzuverlässigkeit:

Das Fehlen beweglicher Teile bedeutet weniger Verschleiß, weniger Wartung und eine längere Betriebsdauer im Vergleich zu herkömmlichen mechanischen Kreiseln.

Hohe Genauigkeit:

FOGs bieten geringe Drift und stabile Winkelratenmesswerte, was für die Aufrechterhaltung einer präzisen Kontrolle über Langzeitflüge entscheidend ist.

Belastbarkeit in rauen Umgebungen:

FOGs widerstehen Vibrationen, Stößen und elektromagnetischen Störungen und sind ideal für UAVs, die unter dynamischen und herausfordernden Flugbedingungen eingesetzt werden.

Unabhängigkeit von GPS:

Ein FOG-fähiges INS verfolgt weiterhin Bewegung und Ausrichtung, selbst wenn GNSS-Signale schwach oder nicht vorhanden sind, wodurch ein unterbrechungsfreier Betrieb gewährleistet wird.

Häufig gestellte Fragen (FAQs)

F: Verwenden alle UAVs Glasfaser-Kreiselkompasse?

A: Nicht alle UAVs. Viele Drohnen für den Verbraucher- oder Hobbybereich verwenden MEMS-Kreiselkompasse aus Kostengründen und aufgrund ihrer Größe. Hochwertige Industrie- oder Militär-UAVs verlassen sich jedoch oft auf FOGs oder hybride Navigationssysteme, um eine überlegene Präzision und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

F: Können FOGs GPS vollständig ersetzen?

A: Während FOGs hervorragende Rotationsdaten und Bewegungsverfolgung bieten, messen sie nicht die absolute geografische Position wie GPS. Sie ergänzen GNSS-Systeme und gewährleisten eine kontinuierliche Navigation, wenn GPS nicht verfügbar ist.

F: Sind Glasfaser-Kreiselkompasse teuer?

A: FOGs sind aufgrund ihrer fortschrittlichen optischen Komponenten und Hochleistungsfähigkeiten tendenziell teurer als MEMS-Sensoren. Die Kosten sind jedoch in missionskritischen Anwendungen gerechtfertigt, in denen eine präzise Navigation erforderlich ist, wie z. B. Operationen außerhalb der Sichtweite (BVLOS).

F: Wie kompakt können FOG-basierte Navigationssysteme für UAVs sein?

A: Jüngste Fortschritte in der Miniaturisierung haben es ermöglicht, kompakte FOG-Module und IMUs in kleine bis mittelgroße UAVs zu integrieren, ohne die Leistung zu beeinträchtigen.

Fazit

Glasfaser-Kreiselkompasse sind ein wichtiger Ermöglicher von Hochleistungs-UAV-Navigationssystemen. Ihre überlegene Präzision, Zuverlässigkeit und Robustheit machen sie in Umgebungen, in denen GPS-Signale unzuverlässig oder nicht verfügbar sind, unverzichtbar. Durch die Bereitstellung genauer Rotationsdaten und die Unterstützung von Trägheitsnavigationssystemen tragen FOGs dazu bei, die Stabilität, Kontrolle und Autonomie von UAVs zu verbessern — entscheidend für die Durchführung komplexer Missionen in den Bereichen Gewerbe, Industrie und Verteidigung. Unternehmen wie LiCOF, mit ihrer Expertise in Trägheitssensorik und Navigationsintegration, verschieben die Grenzen des Möglichen in der UAV-Technologie und ebnen den Weg für noch widerstandsfähigere und leistungsfähigere Navigationssysteme in der Zukunft.