Co to jest włóknooptyczne inercyjne zintegrowane system nawigacji?

Czym jest zintegrowany system nawigacji bezwładnościowej z światłowodami? Zasada działania i zastosowanie

1. Wprowadzenie

Zintegrowany system nawigacji bezwładnościowej z światłowodami to precyzyjne, w pełni autonomiczne rozwiązanie nawigacyjne zbudowane w oparciu o żyroskopy światłowodowe (FOG) i wysokowydajne akcelerometry jako podstawowe urządzenia do pomiaru bezwładności. W przeciwieństwie do konwencjonalnych modułów nawigacyjnych MEMS, które skupiają się na niskich kosztach i miniaturyzacji, nawigacja bezwładnościowa z światłowodami charakteryzuje się ultra-niskim dryftem, konstrukcją półprzewodnikową i długoterminową stabilnością, co czyni ją jedną z najbardziej niezawodnych technologii nawigacyjnych dla zaawansowanego sprzętu przemysłowego, morskiego i lotniczego.

Ponieważ czysta nawigacja bezwładnościowa nieuchronnie generuje błędy kumulacyjne podczas długotrwałej pracy, światłowodowy system bezwładnościowy jest zazwyczaj łączony z GNSS, prędkościomierzem, DVL lub innymi pomocniczymi źródłami nawigacji, tworząc zintegrowane rozwiązanie nawigacyjne. Ta metoda fuzji kompensuje dryft bezwładnościowy informacjami o pozycjonowaniu zewnętrznym i zapewnia ciągłe, precyzyjne i wysoce niezawodne dane nawigacyjne w pełnym scenariuszu.

2. Podstawowa zasada działania

2.1 Podstawowe czujniki modułu pomiaru bezwładnościowego z światłowodami

Światłowodowy moduł bezwładnościowy zbiera dane o prędkości kątowej i sile właściwej w trzech osiach w czasie rzeczywistym za pomocą żyroskopów światłowodowych i precyzyjnych akcelerometrów. W oparciu o zasadę pomiaru optycznego Sagnaca, żyroskop rejestruje zmiany obrotu nośnika bez ruchomych części mechanicznych, realizując pomiar położenia bez zużycia i z wysoką stabilnością. Akcelerometr precyzyjnie mierzy ruch liniowy i zmiany grawitacji nośnika.

Dzięki rozwiązywaniu algorytmów nawigacji bezwładnościowej w czasie rzeczywistym, system stale dostarcza kąt położenia, prędkość kątową, prędkość i oryginalne dane bezwładnościowe, zapewniając odniesienie stanu ruchu o ultra-wysokiej częstotliwości dla nośnika.

2.2 Fuzja wielu czujników i korekcja błędów

Zintegrowany system nawigacji wykorzystuje zaawansowane algorytmy filtrowania Kalmana i adaptacyjnej fuzji do ścisłego sprzężenia danych bezwładnościowych z danymi GNSS lub innymi pomocniczymi danymi nawigacyjnymi.

Gdy sygnały satelitarne są stabilne, GNSS koryguje długoterminowy dryft nawigacji bezwładnościowej i utrzymuje absolutną dokładność pozycjonowania. Gdy GNSS jest zablokowany, przerwany lub zakłócony, światłowodowy moduł bezwładnościowy samodzielnie przejmuje precyzyjne nawigowanie po zliczeniu, aby zapewnić ciągłe dane nawigacyjne. Oba czujniki doskonale się uzupełniają, realizując brak dryftu w długim okresie, brak przerw w krótkim okresie.

3. Kluczowe zalety nawigacji zintegrowanej z światłowodami

• Ultra-niski długoterminowy dryft Żyroskop światłowodowy nie posiada tarcia mechanicznego ani zużycia strukturalnego, skutecznie tłumiąc błędy kumulacyjne, znacznie przewyższając stabilność zwykłych systemów nawigacji bezwładnościowej MEMS.
• Silna odporność na zakłócenia i autonomia Nie polega na zewnętrznych sygnałach elektromagnetycznych i może działać normalnie w warunkach braku sygnału GNSS, zakłóceń elektromagnetycznych i złożonych środowiskach osłoniętych.
• Doskonała adaptacja do środowiska Półprzewodnikowa konstrukcja optyczna charakteryzuje się silną odpornością na wibracje, wstrząsy i stabilnością w szerokim zakresie temperatur, nadaje się do długoterminowej ciągłej pracy zaawansowanego sprzętu.
• Wysokoczęstotliwościowe i precyzyjne dane wyjściowe Dostarcza dane o położeniu i nawigacji z wysoką częstotliwością, które mogą precyzyjnie rejestrować małe zmiany położenia i ruchy o wysokiej dynamice nośnika.
• Długa żywotność i wysoka niezawodność Konstrukcja bez strat mechanicznych znacznie zmniejsza wskaźnik awaryjności i koszty konserwacji, spełniając wymagania długoterminowych misji sprzętu lotniczego i morskiego.

4. Różnice między nawigacją zintegrowaną FOG a nawigacją zintegrowaną MEMS

Nawigacja bezwładnościowa MEMS charakteryzuje się miniaturyzacją, niskim zużyciem energii i niskim kosztem, i jest szeroko stosowana w dronach konsumenckich, AGV i cywilnych urządzeniach inteligentnych o niskiej prędkości. Ma jednak stosunkowo duży dryft i nie nadaje się do misji o ultra-długim czasie trwania i wysokiej precyzji.

Nawigacja zintegrowana z światłowodami poświęca część miniaturyzacji i wydajności kosztowej w zamian za ultra-wysoką stabilność i ultra-niski dryft. Jest głównie stosowana w zaawansowanych scenariuszach wymagających długiego czasu pracy, wysokiej precyzji i wysokiej niezawodności, tworząc komplementarne pozycjonowanie produktów z nawigacją bezwładnościową MEMS.

5. Główne scenariusze zastosowań

• Sprzęt morski i podwodny Statki przybrzeżne, podwodne pojazdy bezzałogowe (UUV) i sprzęt do wykrywania dna morskiego, zapewniające długoterminową autonomiczną nawigację bez sygnałów satelitarnych.
• Lotnictwo i samoloty specjalne Średnie i duże samoloty ze stałym skrzydłem, śmigłowce i platformy lotnicze o wysokiej prędkości, zapewniające stabilne położenie i odniesienie nawigacyjne dla lotów o wysokiej dynamice.
• Precyzyjne pomiary i mapowanie Pokładowe, okrętowe i lotnicze mobilne systemy mapowania, wspierające rozwiązywanie danych POS o wysokiej precyzji.
• Specjalistyczny sprzęt inteligentny Zaawansowane pojazdy autonomiczne, systemy stabilizacji maszyn budowlanych i specjalistyczne platformy robotyczne wymagające nawigacji o wysokiej stabilności.

6. Podsumowanie techniczne

Jako zaawansowane rozwiązanie nawigacji bezwładnościowej, zintegrowany system nawigacji bezwładnościowej z światłowodami łączy zalety autonomicznego pomiaru bezwładnościowego i fuzji danych z wielu źródeł. Rozwiązuje kluczowe problemy branżowe związane z zależnością od sygnału i błędem kumulacyjnym tradycyjnych metod nawigacji. Dzięki wyjątkowej stabilności i niezawodności stał się kluczową konfiguracją nawigacyjną dla zaawansowanego sprzętu inteligentnego w dziedzinie nawigacji morskiej, lotniczej i precyzyjnych pomiarów.