Hệ thống dẫn đường quán tính tích hợp sợi quang là gì? Nguyên lý & Ứng dụng

Hệ thống định vị quán tính sợi quang tích hợp là gì? Nguyên lý & Ứng dụng

1. Giới thiệu

Hệ thống định vị quán tính sợi quang tích hợp là một giải pháp định vị hoàn toàn tự động, có độ chính xác cao, được xây dựng với con quay hồi chuyển sợi quang (FOG) và gia tốc kế hiệu suất cao làm thiết bị cảm biến quán tính cốt lõi. Khác với các mô-đun định vị MEMS thông thường tập trung vào chi phí thấp và thu nhỏ, định vị quán tính sợi quang có đặc điểm trôi dạt cực thấp, cấu trúc trạng thái rắn và độ ổn định lâu dài, làm cho nó trở thành một trong những công nghệ định vị đáng tin cậy nhất cho thiết bị công nghiệp, hàng hải và hàng không vũ trụ cao cấp.

Vì định vị quán tính thuần túy không tránh khỏi sai số tích lũy trong quá trình hoạt động dài hạn, hệ thống quán tính sợi quang thường được kết hợp với GNSS, đồng hồ đo quãng đường, DVL hoặc các nguồn định vị phụ trợ khác để tạo thành một giải pháp định vị tích hợp. Phương pháp kết hợp này bù đắp sự trôi dạt quán tính bằng thông tin định vị bên ngoài và đạt được đầu ra định vị liên tục, có độ chính xác cao và độ tin cậy cao trong mọi tình huống.

2. Nguyên lý hoạt động cốt lõi

2.1 Cảm biến cốt lõi của Đơn vị đo quán tính sợi quang

Đơn vị quán tính sợi quang thu thập dữ liệu vận tốc góc ba trục và lực riêng ba trục theo thời gian thực thông qua con quay hồi chuyển sợi quang và gia tốc kế chính xác. Dựa trên nguyên lý cảm biến quang Sagnac, con quay hồi chuyển ghi lại sự thay đổi góc quay của vật mang mà không có bộ phận quay cơ học, thực hiện đo lường tư thế không mài mòn và có độ ổn định cao. Gia tốc kế cảm nhận chính xác chuyển động tuyến tính và sự thay đổi trọng lực của vật mang.

Thông qua việc giải thuật toán định vị quán tính theo thời gian thực, hệ thống liên tục xuất ra góc tư thế, tốc độ góc, vận tốc và dữ liệu quán tính gốc, cung cấp tham chiếu trạng thái chuyển động với tần số cực cao cho vật mang.

2.2 Kết hợp đa cảm biến & Hiệu chỉnh sai số

Hệ thống định vị tích hợp áp dụng các thuật toán lọc Kalman tiên tiến và thuật toán kết hợp thích ứng để ghép chặt dữ liệu quán tính với dữ liệu định vị phụ trợ GNSS hoặc các dữ liệu khác.

Khi tín hiệu vệ tinh ổn định, GNSS hiệu chỉnh sự trôi dạt dài hạn của định vị quán tính và duy trì độ chính xác định vị tuyệt đối. Khi GNSS bị chặn, gián đoạn hoặc bị nhiễu, đơn vị quán tính sợi quang độc lập thực hiện ước tính vị trí chính xác cao để đảm bảo đầu ra định vị liên tục. Hai cảm biến bổ sung cho nhau một cách hoàn hảo, đạt được không trôi dạt trong dài hạn, không gián đoạn trong ngắn hạn.

3. Ưu điểm cốt lõi của Định vị tích hợp sợi quang

• Trôi dạt dài hạn cực thấp Con quay hồi chuyển sợi quang không có ma sát cơ học và mài mòn cấu trúc, triệt tiêu hiệu quả sai số tích lũy, vượt xa độ ổn định của các hệ thống định vị quán tính MEMS thông thường.
• Khả năng chống nhiễu & tự chủ mạnh mẽ Nó không phụ thuộc vào tín hiệu điện từ bên ngoài và có thể hoạt động bình thường dưới điều kiện mất tín hiệu GNSS, nhiễu điện từ và môi trường che chắn phức tạp.
• Khả năng thích ứng môi trường tuyệt vời Cấu trúc quang trạng thái rắn có khả năng chống rung, chống sốc và ổn định nhiệt độ rộng mạnh mẽ, phù hợp với hoạt động liên tục dài hạn của thiết bị cao cấp.
• Đầu ra tần số cao & độ chính xác cao Cung cấp dữ liệu tư thế và định vị tốc độ cao, có thể nắm bắt chính xác các thay đổi tư thế nhỏ và chuyển động động cao của vật mang.
• Tuổi thọ cao & độ tin cậy cao Thiết kế không có tổn thất cơ học giúp giảm đáng kể tỷ lệ lỗi và chi phí bảo trì, đáp ứng yêu cầu nhiệm vụ chu kỳ dài của thiết bị hàng không vũ trụ và hàng hải.

4. Sự khác biệt giữa Định vị tích hợp FOG và Định vị tích hợp MEMS

Định vị quán tính MEMS có đặc điểm là thu nhỏ, tiêu thụ điện năng thấp và chi phí thấp, và được sử dụng rộng rãi trong máy bay không người lái tiêu dùng, AGV và thiết bị thông minh dân dụng tốc độ thấp. Tuy nhiên, nó có độ trôi dạt tương đối lớn và không phù hợp với các nhiệm vụ có độ chính xác cao, thời gian hoạt động cực dài.

Định vị tích hợp sợi quang hy sinh một phần khả năng thu nhỏ và hiệu suất chi phí để đổi lấy độ ổn định cực cao và độ trôi dạt cực thấp. Nó chủ yếu được sử dụng cho các kịch bản cao cấp yêu cầu thời gian hoạt động dài, độ chính xác cao và độ tin cậy cao, tạo thành một vị trí sản phẩm bổ sung với định vị quán tính MEMS.

5. Các kịch bản ứng dụng chính

• Thiết bị hàng hải & dưới nước Tàu ngoài khơi, UUV dưới nước và thiết bị dò tìm dưới biển, đạt được định vị tự động dài hạn mà không cần tín hiệu vệ tinh.
• Hàng không vũ trụ & Máy bay đặc biệt Máy bay cánh cố định cỡ trung và lớn, máy bay cánh quạt và nền tảng bay đặc biệt tốc độ cao, cung cấp tham chiếu tư thế và định vị ổn định cho chuyến bay động lực học cao.
• Khảo sát & Lập bản đồ độ chính xác cao Hệ thống lập bản đồ di động trên xe, trên tàu và trên không, hỗ trợ giải dữ liệu POS có độ chính xác cao.
• Thiết bị thông minh đặc biệt Xe tự hành cao cấp, hệ thống ổn định máy móc kỹ thuật và nền tảng robot đặc biệt yêu cầu định vị ổn định cao.

6. Tóm tắt kỹ thuật

Là một giải pháp định vị quán tính cao cấp, hệ thống định vị quán tính sợi quang tích hợp kết hợp các ưu điểm của cảm biến quán tính tự động và kết hợp dữ liệu đa nguồn. Nó giải quyết các điểm yếu cốt lõi của ngành về sự phụ thuộc vào tín hiệu và sai số tích lũy của các phương pháp định vị truyền thống. Với độ ổn định và độ tin cậy vượt trội, nó đã trở thành cấu hình định vị cốt lõi cho các thiết bị thông minh cao cấp trong các lĩnh vực hàng hải, hàng không vũ trụ và khảo sát chính xác.