Gyroscopes sợi quang cho phép UAVs để đạt được chính xác bay tự động

Tổng quan về Con quay hồi chuyển sợi quang

Con quay hồi chuyển sợi quang là gì?

Con quay hồi chuyển sợi quang (FOG) là các cảm biến vận tốc góc tiên tiến, phát hiện chuyển động quay bằng cách tận dụng sự giao thoa ánh sáng bên trong các sợi quang được cuộn. Không giống như con quay hồi chuyển cơ học truyền thống, FOG hoạt động mà không có bất kỳ bộ phận chuyển động nào, dẫn đến độ bền cao hơn, ít nhu cầu bảo trì hơn và khả năng chống rung và sốc vượt trội.

Khi được tích hợp vào hệ thống điều hướng UAV, FOG cung cấp dữ liệu quay theo thời gian thực bằng cách đo tốc độ quay của phương tiện dọc theo các trục lăn, ngẩng và hướng. Dữ liệu này rất quan trọng để ước tính thái độ và hướng đi chính xác, ngay cả khi các tín hiệu định vị bên ngoài như GNSS bị xâm phạm.

Tại sao FOG lại quan trọng đối với việc điều hướng UAV

Kiểm soát thái độ và sự ổn định chính xác

Để duy trì quyền kiểm soát thái độ của UAV — hướng của nó so với bề mặt Trái đất — con quay hồi chuyển đóng một vai trò thiết yếu. Chúng cung cấp cho bộ điều khiển chuyến bay dữ liệu tốc độ góc theo thời gian thực, cho phép máy bay không người lái duy trì chuyến bay ổn định, thực hiện các vòng quay trơn tru và phản ứng nhanh với các lực khí động học thay đổi. Nếu không có dữ liệu con quay hồi chuyển chính xác, UAV có thể bị trôi dạt, dao động hoặc không thể duy trì một đường bay ổn định.

Điều hướng không cần GPS

Mặc dù các hệ thống GPS và GNSS rất phổ biến, nhưng chúng dễ bị gián đoạn tín hiệu, gây nhiễu và lỗi do các hiệu ứng đa đường, đặc biệt là trong môi trường đô thị, trong nhà hoặc dưới nhiễu điện tử. Bằng cách kết hợp FOG vào hệ thống điều hướng quán tính (INS), UAV có thể tiếp tục xác định hướng và chuyển động của chúng ngay cả khi tín hiệu GPS bị mất, đảm bảo hiệu suất và an toàn của nhiệm vụ không bị gián đoạn.

Độ chính xác đặc biệt và độ trôi thấp

FOG được biết đến với các phép đo quay rất ổn định và độ trôi tối thiểu theo thời gian — một yếu tố quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu điều hướng chính xác, chẳng hạn như khảo sát, lập bản đồ và các hoạt động tự động. Độ trôi thấp này đảm bảo rằng ngay cả trong thời gian dài, các chỉ số của cảm biến vẫn đáng tin cậy, giảm khả năng xảy ra lỗi có thể tích lũy trong các chuyến bay kéo dài.

Cách thức hoạt động của điều hướng dựa trên FOG trong UAV

Thông thường, trong UAV, FOG được tích hợp vào một Đơn vị đo quán tính (IMU), bao gồm cả gia tốc kế để đo gia tốc tuyến tính. IMU liên tục cung cấp dữ liệu chuyển động theo thời gian thực cho máy tính điều hướng trên bo mạch của UAV. Máy tính xử lý dữ liệu này bằng cách sử dụng các thuật toán kết hợp cảm biến để ước tính:

Thái độ (lăn, ngẩng, hướng)

Vận tốc góc

Vị trí và vận tốc (khi kết hợp với GNSS)

Dữ liệu này cho phép điều khiển chuyến bay, ổn định, theo dõi điểm tham chiếu và ra quyết định tự động, với sự phụ thuộc tối thiểu vào các tín hiệu bên ngoài.

LiCOF: Dẫn đầu sự đổi mới trong điều hướng quán tính

LiCOF, được thành lập vào năm 2019 và có trụ sở tại Vũ Hán, Trung Quốc, là một công ty tiên tiến chuyên về các công nghệ cảm biến quán tính như con quay hồi chuyển sợi quang, IMU dựa trên MEMS và hệ thống điều hướng tích hợp. Các giải pháp của họ được thiết kế để sử dụng trong các ứng dụng hiệu suất cao như máy bay không người lái, robot, phương tiện tự hành, v.v.

Ảnh chụp nhanh về công ty

Chuyên môn: Nghiên cứu & Phát triển, phát triển và tích hợp các cảm biến quán tính và công nghệ điều hướng tiên tiến.

Dòng sản phẩm: Bao gồm các cảm biến FOG có độ chính xác cao, IMU MEMS và các mô-đun GNSS/INS kết hợp được thiết kế riêng cho việc sử dụng UAV.

Ứng dụng: Robot, máy bay không người lái, phương tiện tự hành, nông nghiệp thông minh, máy móc kỹ thuật và thông tin vệ tinh.

Bằng cách thúc đẩy cả công nghệ quán tính dựa trên sợi quang và MEMS, LiCOF cho phép các nhà sản xuất UAV và nhà tích hợp hệ thống xây dựng các hệ thống điều hướng tập trung vào độ chính xác, độ tin cậy và khả năng phục hồi — điều cần thiết cho các hoạt động quan trọng.

Những lợi ích chính của điều hướng dựa trên FOG trong UAV

Các hệ thống dựa trên con quay hồi chuyển sợi quang mang lại nhiều lợi thế cho việc điều hướng UAV:

Độ tin cậy trạng thái rắn:

Việc không có bộ phận chuyển động có nghĩa là giảm hao mòn, ít bảo trì hơn và kéo dài tuổi thọ hoạt động so với con quay hồi chuyển cơ học truyền thống.

Độ chính xác cao:

FOG cung cấp các chỉ số tốc độ góc ổn định và độ trôi thấp, rất quan trọng để duy trì khả năng kiểm soát chính xác trong các chuyến bay kéo dài.

Khả năng phục hồi trong môi trường khắc nghiệt:

Chịu được rung động, sốc và nhiễu điện từ, FOG rất lý tưởng cho UAV hoạt động trong điều kiện bay năng động và đầy thách thức.

Độc lập với GPS:

Một INS hỗ trợ FOG tiếp tục theo dõi chuyển động và hướng đi ngay cả khi tín hiệu GNSS yếu hoặc không có, đảm bảo hoạt động không bị gián đoạn.

Các câu hỏi thường gặp (FAQ)

Hỏi: Tất cả UAV có sử dụng con quay hồi chuyển sợi quang không?

Đáp: Không phải tất cả UAV. Nhiều máy bay không người lái cấp tiêu dùng hoặc sở thích sử dụng con quay hồi chuyển MEMS vì lý do chi phí và kích thước. Tuy nhiên, UAV công nghiệp hoặc quân sự cao cấp thường dựa vào FOG hoặc hệ thống điều hướng lai để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy vượt trội.

Hỏi: FOG có thể thay thế hoàn toàn GPS không?

Đáp: Mặc dù FOG cung cấp dữ liệu quay và theo dõi chuyển động tuyệt vời, nhưng chúng không đo vị trí địa lý tuyệt đối như GPS. Chúng bổ sung cho các hệ thống GNSS, đảm bảo điều hướng liên tục khi GPS không khả dụng.

Hỏi: Con quay hồi chuyển sợi quang có đắt không?

Đáp: FOG có xu hướng đắt hơn các cảm biến MEMS do các thành phần quang học tiên tiến và khả năng hiệu suất cao của chúng. Tuy nhiên, chi phí được chứng minh trong các ứng dụng quan trọng, nơi cần điều hướng chính xác, chẳng hạn như các hoạt động ngoài tầm nhìn (BVLOS).

Hỏi: Các hệ thống điều hướng dựa trên FOG có thể nhỏ gọn đến mức nào đối với UAV?

Đáp: Những tiến bộ gần đây trong thu nhỏ đã cho phép tích hợp các mô-đun FOG và IMU nhỏ gọn vào UAV cỡ nhỏ đến vừa mà không làm giảm hiệu suất.

Kết luận

Con quay hồi chuyển sợi quang là một yếu tố then chốt của các hệ thống điều hướng UAV hiệu suất cao. Độ chính xác, độ tin cậy và độ bền vượt trội của chúng khiến chúng không thể thiếu trong môi trường mà tín hiệu GPS không đáng tin cậy hoặc không khả dụng. Bằng cách cung cấp dữ liệu quay chính xác và hỗ trợ các hệ thống điều hướng quán tính, FOG giúp tăng cường sự ổn định, khả năng kiểm soát và quyền tự chủ của UAV — rất quan trọng để thực hiện các nhiệm vụ phức tạp trong các lĩnh vực thương mại, công nghiệp và quốc phòng. Các công ty như LiCOF, với chuyên môn của họ trong cảm biến quán tính và tích hợp điều hướng, đang vượt qua ranh giới của những gì có thể trong công nghệ UAV, mở đường cho các hệ thống điều hướng thậm chí còn linh hoạt và có khả năng hơn trong tương lai.