инерциальная навигация

Высокопроизводительный одноосевой MEMS-гироскоп MG-502 обладает максимальной частотой передачи данных 12 кГц, регулируемой полосой пропускания и 24-битной точностью выходного сигнала, что делает его идеальным выбором для стабилизации подвеса дронов, управления ориентацией и инерциальных навигационных систем. В современных беспилотных системах устойчивость в полете является необходимым условием для безопасной эксплуатации и выполнения задач. В условиях турбулентного воздушного потока, внезапных изменений нагрузки или агрессивных маневров летательный аппарат постоянно подвергается угловым движениям — тангажу, крену и рысканию. Для захвата и реагирования на эти динамические изменения необходим точный высокоскоростной датчик. Именно здесь на помощь приходят MEMS-гироскопы, такие как MG-502, в качестве незаметного, но необходимого «сенсорного органа» беспилотников.Точность по одной оси: возможности MG-502В отличие от традиционных трехкоординатных решений, MG-502 ориентирован на исключительную точность по одной оси, что делает его идеальным для интеграции в карданные подвесы, стабилизационные платформы и подсистемы инерциальной навигационной системы, требующие высокоточной обратной связи в одном направлении вращения.Ключевые особенности включают в себя:Высокоскоростной захват угловой скорости: благодаря возможности настройки частоты вывода данных до 12 000 Гц, MG-502 обеспечивает сверхбыструю реакцию на угловые изменения, что позволяет отслеживать быстрые маневры дрона без задержек.Разрешение выходных данных по угловой скорости 24 бита: в сочетании с заводской калибровкой масштабных коэффициентов это обеспечивает высокую точность данных об угловой скорости для алгоритмов управления полетом.Регулируемая полоса пропускания выходного сигнала от 12,5 Гц до 800 Гц: это позволяет разработчикам точно настраивать подавление шума и динамический отклик в зависимости от приложения — будь то плавная кинематографическая съемка или маневренная стабилизация полета.Интерфейс SPI с точной синхронизацией: MG-502 поддерживает связь по протоколу SPI Mode 3, что обеспечивает надежную интеграцию в режиме реального времени с блоками управления полетом.Разработано для интеграции в реальные условия эксплуатации.MG-502 — это не просто устройство с улучшенными внутренними характеристиками, оно разработано с учетом интеграции на системном уровне:Компактный 48-контактный керамический корпус: легко монтируется на печатные платы с минимальным уровнем помех сигнала, датчик обеспечивает надежную компоновку для антивибрационных и чувствительных к электромагнитным помехам конструкций.Энергоэффективная работа: благодаря входному напряжению 5 В и среднему току ~35 мА, устройство хорошо подходит для беспилотных летательных аппаратов, в том числе и для дронов с длительным временем полета.Настраиваемые параметры синхронизации: разработчики могут выбирать между внутренними сигналами синхронизации или внешними сигналами синхронизации для согласования выходных данных с общесистемными циклами объединения данных с датчиков — идеально подходит для навигационных приложений, критичных ко времени.Области применения: Стабильность, разработанная для решения критически важных задач.Беспилотники, оснащенные MG-502, получают значительное преимущество в следующих областях:Стабилизация подвесаВывод угловой скорости в реальном времени помогает обеспечить точное вращение в противоположных направлениях в бесщеточных двигателях, эффективно компенсируя вибрацию платформы и улучшая четкость изображения.Резервная копия инерциальной навигацииПри сбое сигнала GPS высокая точность передачи данных, обеспечиваемая MG-502, используется в алгоритмах инерциальной навигационной системы, что помогает в краткосрочной навигации по инерциальной системе координат.контур ориентации в пространстве полетаИнтегрированный в основной полетный контроллер, модуль MG-502 обеспечивает необходимую обратную связь для ПИД-регуляторов, позволяя поддерживать стабильность по крену/тангажу/рысканию в непредсказуемых условиях.Заключительные мыслиХотя в заголовках новостей доминируют трехосевые MEMS-гироскопы, иногда достаточно и одной оси — если она достаточно точна. Высокоточный одноосевой MEMS-гироскоп MG-502 сочетает в себе сверхбыструю передачу данных, настраиваемую полосу пропускания и надежность промышленного класса. Это идеальный выбор для инженеров, занимающихся разработкой дронов и стремящихся к максимальной точности управления по критически важной оси. В борьбе с гравитацией и хаосом MG-502 измеряет не просто вращение — он определяет стабильность.

Изучите принципы работы, военно-гражданское применение и рыночные перспективы тактических волоконно-оптических гироскопов (ВОГ). Узнайте о лучших продуктах, таких как GF-3G70 и GF-3G90, и откройте для себя их роль в аэрокосмической отрасли, беспилотных летательных аппаратах и ​​многом другом.1.ВведениеВ области современной инерциальной навигации волоконно-оптические гироскопы (ВОГ) стали одним из основных устройств благодаря своим уникальным преимуществам. Сегодня мы подробно рассмотрим принципы работы, текущее состояние рынка и типичные области применения этой технологии, уделяя особое внимание характеристикам волоконно-оптических гироскопов тактического класса.2.Принципы работы волоконно-оптических гироскоповВолоконно-оптический гироскоп — это полностью твердотельный волоконно-оптический датчик, основанный на эффекте Сагнака. Его основным компонентом является волоконно-оптическая катушка, в которой свет, излучаемый лазерным диодом, распространяется в двух направлениях. При вращении системы пути распространения двух световых лучей создают разность. Измеряя эту разность оптических путей, можно точно определить угловое смещение чувствительного компонента.Проще говоря, представьте, что вы излучаете два луча света в противоположных направлениях по круговой дорожке. Когда дорожка неподвижна, оба луча одновременно возвращаются в исходную точку. Однако, если дорожка вращается, свет, движущийся против направления вращения, «пройдёт большее расстояние», чем другой луч. Волоконно-оптический гироскоп вычисляет угол поворота, измеряя эту незначительную разницу.3.Техническая классификация и рыночное положениеВ зависимости от способа работы волоконно-оптические гироскопы можно разделить на следующие типы:Интерферометрический волоконно-оптический гироскоп (I-FOG)Резонансный волоконно-оптический гироскоп (R-FOG)Волоконно-оптический гироскоп с рассеянием Бриллюэна (B-FOG)С точки зрения уровней точности, они включают в себя:Тактический класс начального уровняВысококачественный тактический классНавигационный уровеньКласс точностиВ настоящее время рынок волоконно-оптических гироскопов демонстрирует двойное назначение: для военных и гражданских целей.Военное применение: системы управления ориентацией истребителей/ракет, навигация танков, измерение курса подводных лодок и т. д.Применение в гражданском секторе: навигация автомобилей/самолетов, измерение мостов, бурение нефтяных скварок и т. д.Стоит отметить, что волоконно-оптические гироскопы средней и высокой точности в основном используются в высокотехнологичном военном оборудовании, например, в аэрокосмической отрасли, в то время как недорогие, низкоточные изделия широко применяются в гражданских областях, таких как разведка нефти, системы управления ориентацией сельскохозяйственной техники и робототехника.4.Технические проблемы и тенденции развитияКлюч к созданию высокоточных волоконно-оптических гироскопов заключается в следующем:1.Изучение влияния оптических устройств и физической среды на производительность.2.Подавление шума относительной интенсивности.Благодаря развитию технологий оптоэлектронной интеграции и специальных оптических волокон, волоконно-оптические гироскопы быстро развиваются в направлении миниатюризации и снижения стоимости. Интегрированные, высокоточные и миниатюрные волоконно-оптические гироскопы станут основным типом устройств в будущем.5.Рекомендуемые тактические волоконно-оптические гироскопыВ качестве примера можно привести продукцию компании Micro-Magic: их тактические волоконно-оптические гироскопы отличаются средней точностью, низкой стоимостью и длительным сроком службы, что обеспечивает им значительные ценовые преимущества на рынке. Ниже представлены два популярных продукта:GF-3G70Эксплуатационные характеристики:Стабильность смещения: 0,02~0,05°/чТипичные области применения:Электрооптические модули/платформы управления полетомИнерциальные навигационные системы (ИНС)/Инерциальные измерительные блоки (ИМБ)устройства стабилизации платформыСистемы позиционированияСеверные искателиGF-3G90Эксплуатационные характеристики:Повышенная стабильность смещения: 0,006~0,015°/чДлительный срок службы, высокая надежностьТипичные области применения:Управление полетом БПЛАКартографирование и измерение инерциальной орбиты.Электрооптические модулиСтабилизаторы платформы6.ЗаключениеТехнология волоконно-оптических гироскопов имеет важное стратегическое значение для промышленного, оборонного и технологического развития страны. С развитием технологий и расширением областей применения волоконно-оптические гироскопы будут играть решающую роль во всё большем количестве сфер. Тактические изделия, благодаря отличному соотношению цены и качества, получают широкое распространение как на военном, так и на гражданском рынках.Г-Ф3Г70Трехосевой волоконно-оптический гироскопГ-Ф70ЗКСредняя и высокая точностьВолоконно-оптический гироскопГ-Ф3Г90Трехосевой волоконно-оптический гироскоп--

«Представлен углубленный анализ методов тестирования смещения (нулевого смещения) и масштабного коэффициента гибких кварцевых акселерометров, включая специализированные методы, такие как четырехточечный тест на качение и двухточечный тест, а также формулу расчета температурной чувствительности. Это применимо к высокоточным приложениям, таким как инерциальная навигация и космические аппараты». Смещение (нулевое смещение) и масштабный коэффициент гибких кварцевых акселерометров напрямую определяют точность измерений и долговременную стабильность акселерометра, особенно в сценариях высокоточных применений, таких как инерциальная навигация и управление ориентацией. Поэтому они являются двумя ключевыми показателями производительности при оценке кварцевых акселерометров. Основное значение смещения (нулевого смещения) заключается в присущей ему системной ошибке акселерометра, которая напрямую приводит к фундаментальному отклонению всех результатов измерений. Например, если нулевое смещение составляет 1 мг, то измеренное значение будет содержать эту ошибку независимо от фактического ускорения. Нулевое смещение также будет дрейфовать под воздействием таких факторов, как время, температура и вибрация (стабильность нулевого смещения). В инерциальных навигационных системах дрейф нуля непрерывно усиливается в результате операций интегрирования, что приводит к накоплению ошибок в положении и скорости. Температурные характеристики кварцевых материалов также могут вызывать изменение нулевого смещения с температурой (температурный коэффициент нулевого смещения), поэтому для подавления этого эффекта в высокоточных приложениях необходимы алгоритмы температурной компенсации. Масштабный коэффициент относится к пропорциональной зависимости между выходным сигналом акселерометра и фактическим входным ускорением. Ошибка масштабного коэффициента может напрямую приводить к пропорциональному искажению результатов измерений. Стабильность масштабного коэффициента напрямую влияет на производительность системы в условиях высокого динамического диапазона или переменной температуры. В операции интегрирования ускорения в инерциальной навигации ошибка масштабного коэффициента будет интегрироваться дважды, что еще больше усиливает ошибку положения. Таким образом, причина, по которой смещение и масштабный коэффициент стали ключевыми показателями производительности гибких кварцевых акселерометров, заключается в том, что они являются как фундаментальными источниками ошибок, так и ключевыми ограничениями для долговременной стабильности. В системных приложениях производительность этих двух параметров напрямую определяет, сможет ли акселерометр соответствовать требованиям высокой точности и высокой надежности, особенно в таких сценариях, как беспилотное вождение, космические аппараты, навигация подводных лодок и т. д., где допустимы ошибки. Онтест на предвзятостьИспытание на масштабный коэффициент может проводиться двумя методами: четырехточечным испытанием на прокатку (положения 0°, 90°, 180°, 270°) или двухточечным испытанием (положения 90°, 270°). Испытание на масштабный коэффициент может проводиться тремя методами: четырехточечный тест на качение (положения 0°, 90°, 180°, 270°), двухточечный тест (положения 90°, 270°) и вибрационный тест. На примере четырехточечного теста на качение в данной статье объясняется, как получить смещение и масштабный коэффициент акселерометра.  1.Методы проверки смещения и масштабирующих коэффициентов: а)Установите акселерометр на специальном испытательном стенде (многозубчатая индексирующая головка).б)Запуск испытательного стендас)Поверните испытательный стенд по часовой стрелке до положения 0°, зафиксируйте его и запишите результаты измерений нескольких комплектов тестируемых изделий в соответствии с заданной частотой дискретизации. В качестве результата измерения примите среднее арифметическое.г)Поверните испытательный стенд по часовой стрелке до положения 90°, зафиксируйте его и запишите результаты измерений нескольких комплектов тестируемых изделий в соответствии с заданной частотой дискретизации. В качестве результата измерения примите среднее арифметическое.е)Поверните испытательный стенд по часовой стрелке в положение 180°, зафиксируйте его и запишите результаты измерений нескольких комплектов тестируемых изделий в соответствии с заданной частотой дискретизации. В качестве результата измерения примите среднее арифметическое.f)Поверните испытательный стенд по часовой стрелке в положение 270°, зафиксируйте его и запишите результаты измерений нескольких комплектов тестируемых изделий в соответствии с заданной частотой дискретизации. В качестве результата измерения примите среднее арифметическое.г)Поверните испытательный стенд по часовой стрелке в положение 360°, затем против часовой стрелки, установив углы поворота 270°, 180°, 90° и 0°. После стабилизации запишите результаты измерений нескольких комплектов тестируемых изделий в соответствии с заданной частотой дискретизации и примите среднее арифметическое значение в качестве результата измерения.час)Рассчитайте смещение и масштабный коэффициент.тестируемого продукта с использованием следующих формул (1) и (2).K0 = -------------------------------------- (1) К1 =-------------------------------------- (2) Где:K0 -------СмещениеK1 -------Масштабный коэффициент        -------Среднее значение показаний прямого и обратного хода в положении 0°        -----Среднее суммарное показание вращения вперед и назад в положении 90°        --- Суммарное среднее значение прямого и обратного вращения в положении 180°        --- Среднее значение показаний для прямого и обратного вращения в положении 270° 2.Метод тестирования температурной чувствительности смещения и температурной чувствительности масштабного коэффициента.а)Запуск испытательного стендаб)Рассчитайте коэффициенты смещения и масштабирования в каждой температурной точке, используя формулы (1) и (2) при комнатной температуре, верхнем пределе рабочей температуры, указанном акселерометром, и нижнем пределе температуры, указанном акселерометром.с)Рассчитайтетемпературная чувствительностьакселерометра с использованием следующих формул (3) и (4):  ---------------------(3)где:---- Смещение температурной чувствительности----Смещение верхнего предела температуры датчика----Погрешность датчика комнатной температуры-----Смещение нижнего предела температуры датчикаВерхний предел температурыКомнатная температураНижний предел температуры   ---------------------(4)Где:----Температурная чувствительность масштабного коэффициента------Масштабный коэффициент----Масштабный коэффициент для верхнего предела температуры датчика----Масштабный коэффициент комнатной температуры датчика-----Масштабный коэффициент для нижнего предела температуры датчикаВерхний предел температурыКомнатная температураНижний предел температурыАС-1Кварцевый гибкий акселерометр AC-4Кварцевый гибкий акселерометр