Волоконно-оптические гироскопы позволяют БПЛА осуществлять точный автономный полет

Волоконно-оптический гироскоп: Обзор

Что такое волоконно-оптические гироскопы?

Волоконно-оптические гироскопы (ВОГ) — это передовые датчики угловой скорости, которые обнаруживают вращательное движение, используя интерференцию света внутри скрученных оптических волокон. В отличие от традиционных механических гироскопов, ВОГ работают без движущихся частей, что приводит к повышенной долговечности, снижению потребности в обслуживании и исключительной устойчивости к вибрациям и ударам.

При интеграции в навигационные системы БПЛА ВОГ предоставляют данные о вращении в реальном времени, измеряя, как быстро аппарат вращается по осям крена, тангажа и рыскания. Эти данные жизненно важны для точной оценки ориентации и курса, даже когда внешние сигналы позиционирования, такие как GNSS, скомпрометированы.

Почему ВОГ критически важны для навигации БПЛА

Точное управление ориентацией и стабильность

Для поддержания контроля над ориентацией БПЛА — ориентацией относительно поверхности Земли — гироскопы играют важную роль. Они предоставляют контроллеру полета данные об угловой скорости в реальном времени, позволяя дронам поддерживать устойчивый полет, выполнять плавные повороты и быстро реагировать на изменяющиеся аэродинамические силы. Без точных данных гироскопа БПЛА могут испытывать дрейф, колебания или неспособность поддерживать стабильную траекторию полета.

Навигация без GPS

Хотя системы GPS и GNSS распространены, они подвержены прерываниям сигнала, помехам и ошибкам, вызванным многолучевым распространением, особенно в городских условиях, в помещениях или при наличии электронных помех. Включив ВОГ в инерциальную навигационную систему (ИНС), БПЛА могут продолжать определять свою ориентацию и движение даже при потере сигналов GPS, обеспечивая бесперебойное выполнение миссии и безопасность.

Исключительная точность и низкий дрейф

ВОГ известны своими высокостабильными измерениями вращения и минимальным дрейфом с течением времени — критическим фактором в приложениях, требующих точной навигации, таких как геодезия, картография и автономные операции. Этот низкий дрейф гарантирует, что даже в течение длительных периодов показания датчика остаются надежными, снижая вероятность ошибок, которые могут накапливаться в течение длительных полетов.

Как работает навигация на основе ВОГ в БПЛА

Как правило, в БПЛА ВОГ интегрируются в инерциальный измерительный блок (IMU), который также включает в себя акселерометры для измерения линейного ускорения. IMU непрерывно предоставляет данные о движении в реальном времени бортовому навигационному компьютеру БПЛА. Компьютер обрабатывает эти данные, используя алгоритмы слияния датчиков, чтобы оценить:

Ориентацию (крен, тангаж, рыскание)

Угловую скорость

Положение и скорость (в сочетании с GNSS)

Эти данные обеспечивают управление полетом, стабилизацию, отслеживание путевых точек и автономное принятие решений с минимальной зависимостью от внешних сигналов.

LiCOF: Лидер инноваций в инерциальной навигации

LiCOF, основанная в 2019 году и базирующаяся в Ухане, Китай, является передовой компанией, специализирующейся на инерциальных сенсорных технологиях, таких как волоконно-оптические гироскопы, IMU на основе MEMS и интегрированные навигационные системы. Их решения предназначены для использования в высокопроизводительных приложениях, таких как дроны, робототехника, автономные транспортные средства и многое другое.

Краткий обзор компании

Экспертиза: исследования и разработки, разработка и интеграция передовых инерциальных датчиков и навигационных технологий.

Ассортимент продукции: включает в себя высокоточные датчики ВОГ, IMU MEMS и комбинированные модули GNSS/INS, адаптированные для использования в БПЛА.

Применение: робототехника, дроны, автономные транспортные средства, интеллектуальное сельское хозяйство, инженерное оборудование и спутниковая связь.

Развивая как волоконно-оптические, так и инерциальные технологии на основе MEMS, LiCOF позволяет производителям БПЛА и системным интеграторам создавать навигационные системы, ориентированные на точность, надежность и устойчивость — что необходимо для критически важных операций.

Основные преимущества навигации на основе ВОГ в БПЛА

Системы на основе волоконно-оптических гироскопов обеспечивают многочисленные преимущества для навигации БПЛА:

Твердотельная надежность:

Отсутствие движущихся частей означает уменьшение износа, меньшее техническое обслуживание и увеличение срока службы по сравнению с традиционными механическими гироскопами.

Высокая точность:

ВОГ обеспечивают низкий дрейф и стабильные показания угловой скорости, что имеет решающее значение для поддержания точного управления во время длительных полетов.

Устойчивость в суровых условиях:

Выдерживая вибрации, удары и электромагнитные помехи, ВОГ идеально подходят для БПЛА, работающих в динамичных и сложных условиях полета.

Независимость от GPS:

ИНС с поддержкой ВОГ продолжает отслеживать движение и ориентацию, даже когда сигналы GNSS слабые или отсутствуют, обеспечивая бесперебойную работу.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Все ли БПЛА используют волоконно-оптические гироскопы?

О: Не все БПЛА. Многие дроны потребительского класса или для хобби используют гироскопы MEMS по соображениям стоимости и размера. Однако промышленные или военные БПЛА высокого класса часто полагаются на ВОГ или гибридные навигационные системы для обеспечения превосходной точности и надежности.

В: Могут ли ВОГ полностью заменить GPS?

О: Хотя ВОГ обеспечивают отличные данные о вращении и отслеживании движения, они не измеряют абсолютное географическое положение, как GPS. Они дополняют системы GNSS, обеспечивая непрерывную навигацию, когда GPS недоступен.

В: Дороги ли волоконно-оптические гироскопы?

О: ВОГ, как правило, дороже, чем датчики MEMS, из-за их передовых оптических компонентов и высоких эксплуатационных характеристик. Однако стоимость оправдана в критически важных приложениях, где требуется точная навигация, например, при операциях за пределами прямой видимости (BVLOS).

В: Насколько компактными могут быть навигационные системы на основе ВОГ для БПЛА?

О: Недавние достижения в области миниатюризации позволили интегрировать компактные модули ВОГ и IMU в БПЛА малого и среднего размера без ущерба для производительности.

Заключение

Волоконно-оптические гироскопы являются ключевым фактором, обеспечивающим высокопроизводительные навигационные системы БПЛА. Их превосходная точность, надежность и прочность делают их незаменимыми в средах, где сигналы GPS ненадежны или недоступны. Обеспечивая точные данные о вращении и поддерживая инерциальные навигационные системы, ВОГ помогают повысить стабильность, управление и автономность БПЛА — что имеет решающее значение для выполнения сложных задач в коммерческом, промышленном и оборонном секторах. Такие компании, как LiCOF, с их опытом в области инерциальных сенсорных технологий и интеграции навигации, расширяют границы возможного в технологии БПЛА, прокладывая путь к еще более устойчивым и функциональным навигационным системам в будущем.