Просмотрите статью за одну минуту.
Волоконно-оптический гироскопический инерциальный измерительный блок (FOG IMU) и MEMS IMU Из-за различий в технических принципах существуют значительные различия в точности, адаптивности к окружающей среде, надежности и других аспектах. Позиция волоконно-оптического гироскопа с инерциальным измерительным блоком (IMU) по-прежнему незаменима в областях стратегического вооружения, исследования дальнего космоса/глубоководья, высокодинамичных военных систем и научных приборов. Его основные преимущества заключаются в точности на уровне физических пределов, полной температурной стабильности и экстремальной устойчивости к воздействию окружающей среды. Даже если некоторые высокотехнологичные MEMS-устройства приближаются к тактическим характеристикам, они все еще не могут удовлетворить стратегические требования передовых оборонных технологий.
Ключевые области применения в сфере передовых оборонных технологий.
1. Навигация и управление военной техникой стратегического уровня
Межконтинентальные баллистические ракеты и стратегические атомные подводные лодки должны обеспечивать сверхвысокую точность позиционирования (стабильность нулевого смещения ≤ 0,05 °/ч) в условиях отсутствия спутниковых сигналов (например, в открытом море или космосе), а также противостоять сильным ударам (>25g), экстремальным температурам (-45℃~70℃) и электромагнитным помехам. Стабильность нулевого смещения (обычно ≥ 0,1°/ч) и ударопрочность MEMS IMU недостаточны, а накопление ошибок может привести к отклонению наведения от цели.
В системах управления ориентацией спутника космическая среда требует измерения угловой скорости на уровне микрорадиан (случайное блуждание ≤ 0,005°/√ ч) и долговременной стабильности (среднее время безотказной работы > 20000 часов). Термическая стабильность и радиационная стойкость волоконно-оптических гироскопов превосходят MEMS-гироскопы, которые лучше работают в вакууме и
Легко смещаются под воздействием радиации.
2. Сильные электромагнитные помехи и высокодинамичные тактические системы
В сильном электромагнитном поле платформ радиоэлектронной борьбы (таких как радиолокационные постановщики помех) MEMS-устройства подвержены скачкам данных из-за восприимчивости полупроводниковых структур к помехам, в то время как волоконно-оптические гироскопы имеют полностью оптическую конструкцию и обладают немагнитными свойствами материала, способными полностью противостоять электромагнитным помехам.
В процессе наведения гиперзвуковых летательных аппаратов возникают сильные вибрации и высокие температуры во время полета на сверхвысоких скоростях (>5 Маха). Инерциальный измерительный блок (IMU), состоящий из волоконно-оптического гироскопа и кварцевого акселерометра, способен выдерживать ударную нагрузку в 100g и вибрацию частотой 2000 Гц, в то время как структура MEMS подвержена резонансным отказам.
В системе управления огнём военных истребителей выполняется расчёт углов ориентации в реальном времени (погрешность).<0,01°) требуется во время полетов с высокой маневренностью (например, при перегрузке 9g). Линейность динамического отклика волоконно-оптического гироскопа (нелинейность масштабного коэффициента ≤ 50 ppm) значительно лучше, чем у MEMS (≥ 500 ppm).
3. Глубоководные исследования и автономная подводная навигация
В области применения беспилотных подводных аппаратов (AUV/ROV) и подводных сейсмометров требуется чисто инерциальная навигация в течение нескольких месяцев в глубоководных условиях без GPS, при этом погрешность позиционирования должна быть менее 1% от пройденного расстояния. Долговременная стабильность нулевого смещения волоконно-оптического гироскопа (≤ 0,1°/ч) и низкий уровень шума кварцевого акселерометра (≤ 100 мкг) позволяют проводить измерения в условиях микрогравитации, в то время как температурный дрейф MEMS (≥ 500 мкг) и накопление шума приводят к дрейфу позиционирования. Например, при подводной инспекции трубопроводов, если суммарная погрешность превышает 10 метров, это может привести к повреждению оборудования.
4. Научные исследования и высокоточная геодезия
При измерении градиента гравитации и полярных научных исследованиях помехи от полярного магнитного поля значительны, и отсутствует геомагнитная привязка. Немагнитные характеристики волоконно-оптических гироскопов позволяют осуществлять автономное определение направления на север (точность определения курса ≤ 0,08°), в то время как MEMS-технологии, основанные на магнитометрах, неэффективны в полярных регионах.
При калибровке орбит космических аппаратов в дальнем космосе, основанной на сочетании звездного света и инерциальной навигации, случайное угловое блуждание волоконно-оптического гироскопа (≤ 0,002°/√ч) приближается к квантовому пределу, а шум MEMS-устройств становится на один-два порядка выше (≥ 0,03°/√ч).
Ключевое сравнение производительности
В следующей таблице приведены основные, незаменимые преимущества инерциального измерительного блока на основе волоконно-оптического гелиевого генератора (FOG IMU):
Индекс эффективности | ИМУ для тумана | MEMS IMU | сценарий воздействия |
Стабильность при нулевом смещении | ≤ 0,05°/ч (Стратегический уровень) | ≥ 0,1°/ч (тактический уровень) | Долгосрочная неточность спутниковой навигации |
случайная прогулка по углу | ≤ 0,002°/√ч | ≥ 0,03°/√ч | Высокоточное управление ориентацией |
защита от электромагнитных помех | Весь оптический тракт изготовлен из немагнитного материала. | Уязвим к радиочастотным/магнитным помехам | Радиоэлектронная борьба, операции в полярных регионах |
Нечувствительность к вибрации | Низкий (твердотельная структура) | Высокое качество (резонанс блока качества) | Высокодинамическое управление транспортными средствами |
Адаптивность к температуре | Полный температурный дрейф ≤ 0,5°/ч | Снос ≥20°/ч | Экстремальные условия в космосе/глубоководье |
Долгосрочная надежность | Среднее время безотказной работы >20 000 ч | MTBF <10 000 ч | Жизненный цикл гражданской авиации/стратегического оборудования |
Основные показатели производительности волоконно-оптического гироскопического инерциального измерительного блока (IMU)
В таблице ниже перечислены основные показатели производительности двух трехосевых инерциальных измерительных блоков на основе волоконно-оптического гироскопа.
Указательный пункт | U-F3X100 | U-F3X90 | Единица | |
ТУМАН | Диапазон | ±500 | ±500 | °/с |
Стабильность при нулевом смещении | ≤ 0,05 | ≤0,10 | °/час | |
Повторяемость при нулевом смещении | ≤ 0,05 | ≤0,10 | °/час | |
Масштабный коэффициент повторяемости | ≤ 20 | ≤30 | ppm | |
Масштабный коэффициент нелинейности | ≤ 30 | ≤30 | ppm | |
Пропускная способность | ≥ 200 | ≥200 | Hz | |
Кварцевый Аксель | Диапазон | ≥±30 | ≥±30 | g |
Значение смещения | ≤±7 | ≤±7 | mg | |
Температурный коэффициент смещения | ≤60 | ≤100 | мкг /℃ | |
Температурный коэффициент масштабного фактора | ≤60 | ≤100 | ppm/℃ | |
Ежемесячная стабильность коэффициента масштабирования | ≤60 | ≤100 | ppm | |
Коэффициент нелинейности второго порядка | ≤60 | ≤100 | мкг/г2 | |
Заключение
Хотя MEMS IMUОни обладают преимуществами в стоимости, размере и энергопотреблении (например, в бытовой электронике и автомобильных навигационных системах). ИМУ для тумана Они по-прежнему остаются единственным выбором для сценариев с высокой точностью, высокой надежностью и сильной помехоустойчивостью. С развитием технологии MEMS она постепенно проникает на рынок недорогих волоконно-оптических гироскопов, но в упомянутых выше стратегических областях физические ограничения волоконно-оптической технологии по-прежнему остаются непреодолимыми.
Xml политика конфиденциальности блог Карта сайта
Авторское право
@ Микро-Магия Инк Все права защищены.
ПОДДЕРЖИВАЕМАЯ СЕТЬ
русский
