Giroscopi a fibra ottica che consentono ai droni di raggiungere un volo autonomo preciso

Giroscopio a Fibra Ottica: Panoramica

Cosa sono i giroscopi a fibra ottica?

I giroscopi a fibra ottica (FOG) sono sensori avanzati di velocità angolare che rilevano il movimento rotatorio sfruttando l'interferenza della luce all'interno di fibre ottiche avvolte. A differenza dei giroscopi meccanici tradizionali, i FOG funzionano senza parti in movimento, il che si traduce in una maggiore durata, minori esigenze di manutenzione ed eccezionale resistenza a vibrazioni e urti.

Quando integrati nei sistemi di navigazione degli UAV, i FOG forniscono dati rotazionali in tempo reale misurando la velocità di rotazione del veicolo lungo gli assi di rollio, beccheggio e imbardata. Questi dati sono fondamentali per una stima accurata dell'assetto e della direzione, anche quando i segnali di posizionamento esterni come il GNSS sono compromessi.

Perché i FOG sono cruciali per la navigazione degli UAV

Controllo preciso dell'assetto e stabilità

Per mantenere il controllo sull'assetto di un UAV — l'orientamento rispetto alla superficie terrestre — i giroscopi svolgono un ruolo essenziale. Forniscono al controllore di volo dati sulla velocità angolare in tempo reale, consentendo ai droni di mantenere un volo stabile, eseguire virate fluide e rispondere rapidamente alle forze aerodinamiche in cambiamento. Senza dati accurati del giroscopio, gli UAV possono subire deriva, oscillazioni o non riuscire a mantenere una traiettoria di volo stabile.

Navigazione senza GPS

Sebbene i sistemi GPS e GNSS siano comuni, sono suscettibili a interruzioni del segnale, disturbi ed errori causati da effetti multipath, soprattutto in ambienti urbani, al chiuso o in presenza di interferenze elettroniche. Incorporando i FOG nel sistema di navigazione inerziale (INS), gli UAV possono continuare a determinare il loro orientamento e movimento anche quando i segnali GPS vengono persi, garantendo prestazioni e sicurezza ininterrotte della missione.

Precisione eccezionale e bassa deriva

I FOG sono noti per le loro misurazioni rotazionali altamente stabili e la deriva minima nel tempo — un fattore critico in applicazioni che richiedono una navigazione precisa, come il rilevamento, la mappatura e le operazioni autonome. Questa bassa deriva assicura che, anche per lunghi periodi, le letture del sensore rimangano affidabili, riducendo la probabilità di errori che potrebbero accumularsi durante voli prolungati.

Come funziona la navigazione basata su FOG negli UAV

In genere, negli UAV, i FOG sono integrati in un'unità di misurazione inerziale (IMU), che include anche accelerometri per misurare l'accelerazione lineare. L'IMU fornisce continuamente dati di movimento in tempo reale al computer di navigazione di bordo dell'UAV. Il computer elabora questi dati utilizzando algoritmi di fusione dei sensori per stimare:

Assetto (rollio, beccheggio, imbardata)

Velocità angolare

Posizione e velocità (se combinati con il GNSS)

Questi dati consentono il controllo del volo, la stabilizzazione, il tracciamento dei waypoint e il processo decisionale autonomo, con una dipendenza minima dai segnali esterni.

LiCOF: Innovazione leader nella navigazione inerziale

LiCOF, fondata nel 2019 e con sede a Wuhan, in Cina, è un'azienda all'avanguardia specializzata in tecnologie di rilevamento inerziale come giroscopi a fibra ottica, IMU basate su MEMS e sistemi di navigazione integrati. Le loro soluzioni sono progettate per l'uso in applicazioni ad alte prestazioni come droni, robotica, veicoli autonomi e altro ancora.

Snapshot aziendale

Competenze: Ricerca e sviluppo, sviluppo e integrazione di sensori inerziali avanzati e tecnologie di navigazione.

Gamma di prodotti: Include sensori FOG ad alta precisione, IMU MEMS e moduli GNSS/INS combinati su misura per l'uso negli UAV.

Applicazioni: Robotica, droni, veicoli autonomi, agricoltura intelligente, macchinari di ingegneria e comunicazioni satellitari.

Facendo progredire sia le tecnologie inerziali a fibra ottica che quelle basate su MEMS, LiCOF consente ai produttori di UAV e agli integratori di sistemi di costruire sistemi di navigazione incentrati su precisione, affidabilità e resilienza — essenziali per le operazioni mission-critical.

Vantaggi chiave della navigazione basata su FOG negli UAV

I sistemi basati su giroscopi a fibra ottica offrono numerosi vantaggi per la navigazione degli UAV:

Affidabilità a stato solido:

La mancanza di parti in movimento significa minore usura, meno manutenzione e una maggiore durata operativa rispetto ai giroscopi meccanici tradizionali.

Alta precisione:

I FOG offrono letture di velocità angolare stabili e a bassa deriva, fondamentali per mantenere un controllo preciso durante voli di lunga durata.

Resilienza in ambienti difficili:

Resistenti a vibrazioni, urti e interferenze elettromagnetiche, i FOG sono ideali per gli UAV che operano in condizioni di volo dinamiche e impegnative.

Indipendenza dal GPS:

Un INS abilitato per FOG continua a tracciare il movimento e l'orientamento anche quando i segnali GNSS sono deboli o assenti, garantendo un funzionamento ininterrotto.

Domande frequenti (FAQ)

D: Tutti gli UAV utilizzano giroscopi a fibra ottica?

R: Non tutti gli UAV. Molti droni di livello consumer o per hobby utilizzano giroscopi MEMS per motivi di costo e dimensioni. Tuttavia, gli UAV industriali o militari di fascia alta si affidano spesso a FOG o sistemi di navigazione ibridi per garantire precisione e affidabilità superiori.

D: I FOG possono sostituire completamente il GPS?

R: Sebbene i FOG offrano dati rotazionali e tracciamento del movimento eccellenti, non misurano la posizione geografica assoluta come il GPS. Integrano i sistemi GNSS, garantendo una navigazione continua quando il GPS non è disponibile.

D: I giroscopi a fibra ottica sono costosi?

R: I FOG tendono a essere più costosi dei sensori MEMS a causa dei loro componenti ottici avanzati e delle capacità ad alte prestazioni. Tuttavia, il costo è giustificato in applicazioni mission-critical in cui è richiesta una navigazione precisa, come le operazioni Beyond Visual Line of Sight (BVLOS).

D: Quanto possono essere compatti i sistemi di navigazione basati su FOG per gli UAV?

R: I recenti progressi nella miniaturizzazione hanno reso possibile l'integrazione di moduli FOG compatti e IMU in UAV di piccole e medie dimensioni senza sacrificare le prestazioni.

Conclusione

I giroscopi a fibra ottica sono un fattore chiave per i sistemi di navigazione UAV ad alte prestazioni. La loro precisione, affidabilità e robustezza superiori li rendono indispensabili in ambienti in cui i segnali GPS non sono affidabili o non disponibili. Fornendo dati rotazionali accurati e supportando i sistemi di navigazione inerziale, i FOG contribuiscono a migliorare la stabilità, il controllo e l'autonomia degli UAV — fondamentali per l'esecuzione di missioni complesse nei settori commerciale, industriale e della difesa. Aziende come LiCOF, con la loro esperienza nel rilevamento inerziale e nell'integrazione della navigazione, stanno spingendo i confini di ciò che è possibile nella tecnologia UAV, aprendo la strada a sistemi di navigazione ancora più resilienti e capaci in futuro.