نظرة عامة فنية شاملة على الجيروسكوبات في الملاحة بالقصور الذاتي

1. مقدمة

الجيروسكوبات هي المكونات الأساسية للاستشعار في أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي (INS).
توفر إطارًا مرجعيًا بالقصور الذاتي مستقرًا وتقيس السرعة الزاوية لمنصة متحركة بالنسبة للفضاء بالقصور الذاتي، مما يتيح:

• تحديد المواقع المستقلة بالكامل

• إخراج مستمر للاتجاه والتوجه

• مقاومة عالية للتداخل الكهرومغناطيسي

• التشغيل بدون نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أو الإشارات الخارجية

تستخدم الجيروسكوبات على نطاق واسع في:

• الفضاء

• الأنظمة البحرية وتحت الماء

• الصواريخ وتوجيه الأسلحة

• الطائرات بدون طيار والروبوتات

• الأتمتة الصناعية

• المسح ورسم الخرائط

• الإلكترونيات الاستهلاكية

2. تصنيف الجيروسكوب

يمكن تصنيف الجيروسكوبات وفقًا لمبادئ التشغيل:

2.1 الجيروسكوبات الميكانيكية الكلاسيكية

(1) الجيروسكوب الدوار

• يعتمد على كتلة دوارة عالية السرعة

• تكنولوجيا تقليدية

• تستخدم تاريخيًا في السفن والطائرات والغواصات

(2) الجيروسكوب الاهتزازي

• يقيس قوى كوريوليس المتولدة عن طريق اهتزاز هيكل مرن

• خفيف الوزن وصغير الحجم ومنخفض الطاقة

• يشكل أساس العديد من الجيروسكوبات MEMS الحديثة

2.2 الجيروسكوبات الكمية / البصرية

(1) الجيروسكوبات البصرية

تستخدم تأثير ساجناك لتحديد السرعة الزاوية من خلال تداخل الضوء.

تشمل الأنواع الرئيسية:

• RLG – جيروسكوب الليزر الحلقي

• IFOG – جيروسكوب الألياف الضوئية التداخلي

المزايا:

• لا توجد أجزاء متحركة

• دقة عالية للغاية

• عمر طويل وموثوقية عالية

• تستخدم على نطاق واسع في أنظمة الطيران والفضاء والبحرية والدفاع المتطورة

3. درجات دقة الجيروسكوب

توفر تقنيات الجيروسكوب المختلفة مستويات مختلفة من الدقة.
تظهر نطاقات الدقة القياسية في الصناعة أدناه.

3.1 جدول الدقة

3.2 شرح درجة الدقة

الدرجة الاستراتيجية

الدقة:

• استقرار التحيز: 0.0001 – 0.01 °/ساعة

تستخدم لـ:

• INS الغواصات

• الصواريخ الباليستية والاستراتيجية

• منصات الفضاء المتطورة

التقنيات المهيمنة:

• RLG عالي الأداء

• IFOG متطورة

درجة الملاحة

الدقة:

• استقرار التحيز: 0.01 – 1 °/ساعة

التطبيقات:

• INS الطائرات

• ملاحة السفن والأراضي

• رسم الخرائط والمسح

التقنيات:

• RLG

• IFOG عالية الجودة

الدرجة التكتيكية

الدقة:

• استقرار التحيز: 1 – 100 °/ساعة

التطبيقات:

• الطائرات بدون طيار

• أنظمة التثبيت

• الأسلحة متوسطة المدى

التقنيات:

• IFOG

• DTG

• جيروسكوبات الكوارتز

الدرجة التجارية / الاستهلاكية

الدقة:

• استقرار التحيز: 100 – 10,000+ °/ساعة

الميزات:

• صغير الحجم

• منخفض التكلفة

• قابلية إنتاج عالية

التطبيقات:

• الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية

• الطائرات بدون طيار التجارية

• الروبوتات الصناعية

• وحدات التحكم في المركبات الأرضية

• الأجهزة القابلة للارتداء

التكنولوجيا:

• جيروسكوبات MEMS

4. اتجاهات تطور التكنولوجيا

يتجه تطوير الجيروسكوب نحو:

• ميكانيكي → بصري → MEMS الحالة الصلبة

• تناظري → معالجة رقمية عالية السرعة

• أنظمة قائمة بذاتها كبيرة → وحدات IMU مدمجة للغاية

• عسكرية أولاً → توسع سريع في الأسواق التجارية

تهيمن الجيروسكوبات البصرية (RLG، IFOG) على أسواق الدفاع والفضاء عالية الدقة، بينما أصبحت جيروسكوبات MEMS هي المعيار للتطبيقات التجارية عالية الحجم.

5. الملخص

الجيروسكوبات هي أساس الملاحة بالقصور الذاتي الحديثة. تخدم التقنيات المختلفة وفئات المنتجات متطلبات الأداء المختلفة:

• RLG و IFOG توفر دقة عالية للغاية، ومناسبة للمهام الاستراتيجية والملاحة.

• DTG، Quartz، و IFOG متوسطة المستوى تستخدم على نطاق واسع في الأنظمة التكتيكية.

• جيروسكوبات MEMS تدعم الآن مليارات الأجهزة التجارية، بما في ذلك الطائرات بدون طيار والروبوتات والإلكترونيات الاستهلاكية.

إذا كان تطبيقك يتطلب:

• ملاحة بالقصور الذاتي عالية الدقة

• INS يعتمد على الجيروسكوب البصري

• وحدات IMU MEMS

• التكامل الهندسي وتخصيص النظام

يمكن لفريق الهندسة لدينا توفير حلول كاملة من وحدات الاستشعار إلى أنظمة الملاحة الكاملة.