بررسی فنی جامع ژیروسکوپ‌ها در ناوبری اینرسی

1. مقدمه

ژیروسکوپ‌ها اجزای حسگر اصلی سیستم‌های ناوبری اینرسی (INS) هستند.
آنها یک چارچوب مرجع اینرسی پایدار را فراهم می‌کنند و سرعت زاویه‌ای یک پلتفرم متحرک را نسبت به فضای اینرسی اندازه‌گیری می‌کنند و این امکان را فراهم می‌کنند:

• موقعیت‌یابی کاملاً خودکار

• خروجی پیوسته وضعیت و جهت‌گیری

• مقاومت بالا در برابر تداخل الکترومغناطیسی

• عملکرد بدون GPS یا سیگنال‌های خارجی

ژیروسکوپ‌ها به طور گسترده در موارد زیر استفاده می‌شوند:

• هوافضا

• سیستم‌های دریایی و زیر آب

• موشک‌ها و هدایت سلاح

• پهپادها و رباتیک

• اتوماسیون صنعتی

• نقشه‌برداری و نقشه‌کشی

• لوازم الکترونیکی مصرفی

2. طبقه‌بندی ژیروسکوپ

ژیروسکوپ‌ها را می‌توان بر اساس اصول عملکرد طبقه‌بندی کرد:

2.1 ژیروسکوپ‌های مکانیکی کلاسیک

(1) ژیروسکوپ دوار

• بر اساس یک جرم چرخان با سرعت بالا

• فناوری سنتی

• از نظر تاریخی در کشتی‌ها، هواپیماها و زیردریایی‌ها استفاده می‌شد

(2) ژیروسکوپ ارتعاشی

• نیروهای کوریولیس تولید شده توسط ارتعاش یک ساختار الاستیک را اندازه‌گیری می‌کند

• سبک وزن، کوچک، کم مصرف

• اساس بسیاری از ژیروسکوپ‌های MEMS مدرن را تشکیل می‌دهد

2.2 ژیروسکوپ‌های کوانتومی / نوری

(1) ژیروسکوپ‌های نوری

از اثر ساگناک برای تعیین سرعت زاویه‌ای از طریق تداخل نور استفاده می‌کنند.

انواع اصلی عبارتند از:

• RLG – ژیروسکوپ لیزری حلقوی

• IFOG – ژیروسکوپ فیبر نوری تداخلی

مزایا:

• بدون قطعات متحرک

• دقت بسیار بالا

• عمر طولانی و قابلیت اطمینان بالا

• به طور گسترده در هوانوردی، هوافضا، دریایی و سیستم‌های دفاعی پیشرفته استفاده می‌شود

3. درجات دقت ژیروسکوپ

فناوری‌های مختلف ژیروسکوپ سطوح مختلفی از دقت را ارائه می‌دهند.
محدوده‌های دقت استاندارد صنعت در زیر نشان داده شده است.

3.1 جدول دقت

3.2 توضیح درجه دقت

درجه استراتژیک

دقت:

• پایداری بایاس: 0.0001 – 0.01 °/h

استفاده شده برای:

• INS زیردریایی

• موشک‌های بالستیک و استراتژیک

• پلتفرم‌های هوافضای پیشرفته

فناوری‌های غالب:

• RLG با عملکرد بالا

• IFOG پیشرفته

درجه ناوبری

دقت:

• پایداری بایاس: 0.01 – 1 °/h

کاربردها:

• INS هواپیما

• ناوبری کشتی و زمینی

• نقشه‌برداری و نقشه‌کشی

فناوری‌ها:

• RLG

• IFOG با درجه بالا

درجه تاکتیکی

دقت:

• پایداری بایاس: 1 – 100 °/h

کاربردها:

• پهپادها

• سیستم‌های تثبیت‌کننده

• سلاح‌های میان‌برد

فناوری‌ها:

• IFOG

• DTG

• ژیروسکوپ‌های کوارتز

درجه تجاری / مصرفی

دقت:

• پایداری بایاس: 100 – 10,000+ °/h

ویژگی‌ها:

• اندازه کوچک

• هزینه کم

• قابلیت تولید بالا

کاربردها:

• تلفن‌های هوشمند و تبلت‌ها

• پهپادهای تجاری

• ربات‌های صنعتی

• واحدهای کنترل خودروهای زمینی

• دستگاه‌های پوشیدنی

فناوری:

• ژیروسکوپ‌های MEMS

4. روند تکامل فناوری

توسعه ژیروسکوپ به سمت موارد زیر در حال حرکت است:

• مکانیکی → نوری → MEMS حالت جامد

• آنالوگ → پردازش دیجیتال با سرعت بالا

• سیستم‌های مستقل بزرگ → IMUهای بسیار یکپارچه

• اول نظامی → گسترش سریع به بازارهای تجاری

ژیروسکوپ‌های نوری (RLG، IFOG) بر بازارهای دفاعی و هوافضای با دقت بالا تسلط دارند، در حالی که ژیروسکوپ‌های MEMS به استاندارد برای کاربردهای تجاری با حجم بالا تبدیل شده‌اند.

5. خلاصه

ژیروسکوپ‌ها اساس ناوبری اینرسی مدرن هستند. فناوری‌ها و کلاس‌های محصول مختلف نیازهای عملکردی متفاوتی را برآورده می‌کنند:

• RLG و IFOG دقت بسیار بالایی را ارائه می‌دهند که برای ماموریت‌های استراتژیک و ناوبری مناسب است.

• DTG، کوارتز و IFOG میان‌رده به طور گسترده در سیستم‌های تاکتیکی استفاده می‌شوند.

• ژیروسکوپ‌های MEMS اکنون از میلیاردها دستگاه تجاری از جمله پهپادها، ربات‌ها و لوازم الکترونیکی مصرفی پشتیبانی می‌کنند.

اگر برنامه شما نیاز دارد:

• ناوبری اینرسی با دقت بالا

• INS مبتنی بر ژیروسکوپ نوری

• IMUهای MEMS

• ادغام مهندسی و سفارشی‌سازی سیستم

تیم مهندسی ما می‌تواند راه‌حل‌های کاملی را از ماژول‌های حسگر تا سیستم‌های ناوبری کامل ارائه دهد.