الملاحة بالقصور الذاتي

يتميز الجيروسكوب MEMS أحادي المحور عالي الأداء MG-502 بمعدل بيانات أقصى يبلغ 12 كيلو هرتز، وعرض نطاق قابل للتعديل، ودقة إخراج 24 بت، مما يجعله خيارًا مثاليًا لتثبيت الكاميرا بدون طيار، والتحكم في الوضع، وأنظمة الملاحة بالقصور الذاتي. في أنظمة الطائرات المسيّرة الحديثة، يُعدّ استقرار وضعية الطيران شرطًا أساسيًا للتشغيل الآمن وتنفيذ المهام بكفاءة. فسواءً واجهت الطائرة تدفقًا هوائيًا مضطربًا، أو تغيرات مفاجئة في الحمولة، أو مناورات حادة، فإنها تتعرض باستمرار لحركات زاوية - الميل، والدوران، والانعراج. ويتطلب رصد هذه التغيرات الديناميكية والاستجابة لها مستشعرًا دقيقًا وعالي السرعة. وهنا يأتي دور الجيروسكوبات الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) مثل MG-502، باعتبارها "العضو الحسي" الصامت والضروري للطائرات المسيّرة.الدقة في محور واحد: قوة MG-502بخلاف الحلول التقليدية ثلاثية المحاور، يركز MG-502 على الدقة القصوى على طول محور واحد، مما يجعله مثاليًا للتكامل في أنظمة التثبيت، ومنصات التثبيت، والأنظمة الفرعية لنظام الملاحة بالقصور الذاتي التي تتطلب ردود فعل دقيقة للغاية في اتجاه دوراني واحد.تشمل الميزات الرئيسية ما يلي:التقاط معدل الزاوية عالي السرعة: بفضل معدلات إخراج البيانات القابلة للتكوين حتى 12000 هرتز، يتيح جهاز MG-502 استجابة فائقة السرعة للتغيرات الزاوية، مما يجعله قادرًا على تتبع مناورات الطائرات بدون طيار السريعة دون تأخير.دقة إخراج السرعة الزاوية 24 بت: بالإضافة إلى عوامل القياس المعايرة من المصنع، يضمن هذا بيانات سرعة زاوية عالية الدقة لخوارزميات التحكم في الطيران.نطاق تردد الإخراج القابل للتعديل من 12.5 هرتز إلى 800 هرتز: يسمح هذا للمطورين بضبط قمع الضوضاء والاستجابة الديناميكية حسب التطبيق - سواء كان ذلك التقاطًا سينمائيًا سلسًا أو تثبيتًا سريعًا للطيران.واجهة SPI مع توقيت دقيق: يدعم MG-502 اتصال SPI Mode 3، مما يسمح بالتكامل الموثوق في الوقت الحقيقي مع وحدات التحكم في الطيران.مصمم للتكامل مع العالم الحقيقيلا يقتصر جهاز MG-502 على المواصفات الداخلية فحسب، بل تم تصميمه مع مراعاة التكامل على مستوى النظام:حزمة سيراميكية صغيرة الحجم ذات 48 سنًا: يمكن تركيبها بسهولة على لوحات الدوائر المطبوعة مع تقليل تداخل الإشارة، ويدعم المستشعر تصميمًا قويًا للتصميمات المقاومة للاهتزاز والحساسة للتداخل الكهرومغناطيسي.تشغيل موفر للطاقة: مع مدخل 5 فولت ومتوسط ​​تيار يبلغ حوالي 35 مللي أمبير، فإنه يتناسب بشكل جيد مع ميزانيات الطاقة للطائرات بدون طيار، بما في ذلك تلك الخاصة بالطائرات بدون طيار طويلة المدى.خيارات المزامنة القابلة للتكوين: يمكن للمطورين الاختيار بين التوقيت الداخلي أو إشارات المزامنة الخارجية لمواءمة إخراج البيانات مع دورات دمج المستشعرات على مستوى النظام - وهو أمر مثالي لتطبيقات الملاحة الحساسة للوقت.التطبيقات: تصميم هندسي للاستقرار من أجل المهام الحرجةتكتسب الطائرات بدون طيار المجهزة بنظام MG-502 ميزة كبيرة في:تثبيت جيمباليساعد إخراج السرعة الزاوية في الوقت الحقيقي على تحقيق دوران عكسي دقيق في المحركات عديمة الفرش، مما يؤدي إلى إلغاء اهتزاز المنصة بشكل فعال وتحسين وضوح الصورة.نظام الملاحة بالقصور الذاتي الاحتياطيعندما تفشل إشارة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، فإن دقة البيانات العالية لجهاز MG-502 تغذي خوارزميات نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS) المثبتة، مما يساعد في الملاحة التقديرية قصيرة المدى.حلقة تحديد وضعية الطيرانيوفر جهاز MG-502، المدمج في وحدة التحكم الرئيسية في الطيران، تغذية راجعة أساسية لوحدات التحكم PID للحفاظ على استقرار الدوران/الميل/الانعراج في ظل ظروف غير متوقعة.الخاتمةرغم أن الجيروسكوبات ثلاثية المحاور بتقنية MEMS تتصدر عناوين الأخبار، إلا أن محورًا واحدًا قد يكون كافيًا في بعض الأحيان، شريطة أن يكون دقيقًا بما يكفي. يجمع جيروسكوب MG-502 أحادي المحور عالي الدقة بتقنية MEMS بين استجابة بيانات فائقة السرعة، ونطاق ترددي قابل للتكوين، وموثوقية عالية المستوى. إنه الخيار الأمثل لمهندسي الطائرات بدون طيار الذين يسعون إلى تحقيق أعلى دقة تحكم على طول محور بالغ الأهمية. في الصراع ضد الجاذبية والفوضى، لا يقيس جهاز MG-502 الدوران فحسب، بل يحدد الاستقرار.

استكشف مبادئ عمل الجيروسكوبات الليفية البصرية التكتيكية، وتطبيقاتها العسكرية والمدنية، وآفاق سوقها. تعرّف على أفضل المنتجات مثل GF-3G70 وGF-3G90، واكتشف دورها في صناعات الطيران والفضاء، والطائرات المسيّرة، وغيرها.1.مقدمةفي مجال الملاحة بالقصور الذاتي الحديثة، أصبحت الجيروسكوبات الليفية البصرية من الأجهزة الأساسية بفضل مزاياها الفريدة. سنتناول اليوم مبادئ عملها، ووضعها الحالي في السوق، وتطبيقاتها النموذجية، مع التركيز بشكل خاص على خصائص أداء الجيروسكوبات الليفية البصرية المستخدمة في التطبيقات التكتيكية.2.مبادئ عمل الجيروسكوبات الليفية البصريةالجيروسكوب الليفي البصري هو مستشعر ليفي بصري صلب بالكامل يعتمد على تأثير ساغناك. يتكون أساسه من ملف ليفي بصري، حيث ينتشر الضوء المنبعث من صمام ليزري ثنائي في اتجاهين على طول الملف. عند دوران النظام، يختلف مسارا انتشار شعاعي الضوء. وبقياس هذا الاختلاف في المسار البصري، يمكن تحديد الإزاحة الزاوية للمكون الحساس بدقة.ببساطة، تخيل إطلاق شعاعين ضوئيين في اتجاهين متعاكسين على مسار دائري. عندما يكون المسار ثابتًا، سيعود الشعاعان إلى نقطة البداية في آنٍ واحد. أما إذا كان المسار يدور، فإن الضوء المتحرك عكس اتجاه الدوران سيقطع مسافة أطول من الشعاع الآخر. يحسب الجيروسكوب الليفي البصري زاوية الدوران بقياس هذا الفرق الدقيق.3.التصنيف الفني ووضع السوقيمكن تقسيم الجيروسكوبات الليفية البصرية، بناءً على طرق عملها، إلى:الجيروسكوب الليفي البصري التداخلي (I-FOG)الجيروسكوب الرنيني ذو الألياف البصرية (R-FOG)جيروسكوب الألياف البصرية لتشتت بريلوين (B-FOG)أما فيما يتعلق بمستويات الدقة، فهي تشمل ما يلي:فئة تكتيكية منخفضة الجودةعيار تكتيكي عالي الجودةمستوى الملاحةدرجة الدقةيُظهر سوق الجيروسكوب الليفي البصري حاليًا خصائص الاستخدام المزدوج للتطبيقات العسكرية والمدنية:التطبيقات العسكرية: التحكم في وضعية الطائرات المقاتلة/الصواريخ، الملاحة للدبابات، قياس اتجاه الغواصات، إلخ.التطبيقات المدنية: الملاحة في السيارات/الطائرات، قياس الجسور، حفر آبار النفط، إلخ.تجدر الإشارة إلى أن الجيروسكوبات الليفية البصرية متوسطة إلى عالية الدقة تستخدم بشكل أساسي في المعدات العسكرية المتطورة مثل معدات الفضاء، في حين أن المنتجات منخفضة التكلفة ومنخفضة الدقة تستخدم على نطاق واسع في المجالات المدنية مثل استكشاف النفط والتحكم في وضعية الطائرات الزراعية والروبوتات.4.التحديات التقنية واتجاهات التطويريكمن مفتاح تحقيق دقة عالية في الجيروسكوبات الليفية البصرية في:1.دراسة تأثير الأجهزة البصرية والبيئات الفيزيائية على الأداء.2.كبح ضوضاء الشدة النسبية.مع تطور تقنية التكامل الكهروضوئي والألياف البصرية المتخصصة، تشهد الجيروسكوبات الليفية البصرية تطوراً سريعاً نحو التصغير وخفض التكلفة. وستصبح الجيروسكوبات الليفية البصرية المتكاملة عالية الدقة والمصغرة هي السائدة في المستقبل.5.منتجات الجيروسكوب الليفي البصري الموصى بها من الدرجة التكتيكيةعلى سبيل المثال، تتميز منتجات شركة مايكرو ماجيك، مثل الجيروسكوبات الليفية البصرية ذات الجودة التكتيكية، بدقة متوسطة، وتكلفة منخفضة، وعمر افتراضي طويل، مما يوفر لها مزايا سعرية كبيرة في السوق. فيما يلي منتجان شائعان:GF-3G70خصائص الأداء:استقرار الانحياز: 0.02~0.05 درجة/ساعةالتطبيقات النموذجية:وحدات كهروضوئية / منصات التحكم في الطيرانأنظمة الملاحة بالقصور الذاتي (INS) / وحدات القياس بالقصور الذاتي (IMU)أجهزة تثبيت المنصةأنظمة تحديد المواقعالباحثون عن الشمالGF-3G90خصائص الأداء:استقرار أعلى للانحياز: 0.006~0.015 درجة/ساعةعمر افتراضي طويل، موثوقية عاليةالتطبيقات النموذجية:التحكم في طيران الطائرة بدون طياررسم الخرائط والقياس بالقصور الذاتي المداريكبسولات كهروضوئيةمثبتات المنصة6.خاتمةتُعدّ تقنية الجيروسكوب الليفي البصري ذات أهمية استراتيجية بالغة للتنمية الصناعية والدفاعية والتكنولوجية للدول. ومع التطورات التكنولوجية وتوسع نطاق تطبيقاتها، ستلعب الجيروسكوبات الليفية البصرية دورًا محوريًا في مجالات أوسع. وتكتسب المنتجات ذات الجودة التكتيكية، بفضل كفاءتها العالية وتكلفتها المناسبة، انتشارًا واسعًا في الأسواق العسكرية والمدنية على حد سواء.G-F3G70جيروسكوب ثلاثي المحاور من الألياف البصريةG-F70ZKدقة متوسطة وعاليةجيروسكوب الألياف البصريةG-F3G90جيروسكوب ثلاثي المحاور من الألياف البصرية--

يُقدّم هذا البحث تحليلاً معمقاً لأساليب اختبار الانحياز (انحياز الصفر) ومعامل المقياس لمقاييس التسارع المرنة المصنوعة من الكوارتز، بما في ذلك تقنيات متخصصة مثل اختبار الدوران بأربع نقاط واختبار النقطتين، بالإضافة إلى صيغة حساب حساسية درجة الحرارة. وهذا ينطبق على التطبيقات عالية الدقة مثل الملاحة بالقصور الذاتي والمركبات الفضائية. يُحدد الانحياز (انحياز الصفر) ومعامل المقياس في مقاييس التسارع المرنة المصنوعة من الكوارتز دقة القياس واستقرارها على المدى الطويل بشكل مباشر، لا سيما في تطبيقات تتطلب دقة عالية مثل الملاحة بالقصور الذاتي والتحكم في الوضع. ولذلك، فهما مؤشران رئيسيان لتقييم أداء مقاييس التسارع المصنوعة من الكوارتز. تكمن الأهمية الأساسية للانحياز (انحياز الصفر) في خطأ النظام المتأصل في مقياس التسارع، والذي يؤدي مباشرةً إلى الانحراف الأساسي لجميع نتائج القياس. على سبيل المثال، إذا كان انحياز الصفر 1 ملليغرام، فإن القيمة المقاسة ستضيف هذا الخطأ بغض النظر عن التسارع الفعلي. كما ينحرف انحياز الصفر مع عوامل مثل الوقت ودرجة الحرارة والاهتزاز (استقرار انحياز الصفر). في أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي، يتضخم انحراف الصفر باستمرار من خلال عمليات التكامل، مما يؤدي إلى أخطاء تراكمية في الموضع والسرعة. يمكن أن تتسبب خصائص درجة حرارة مواد الكوارتز أيضًا في تغير انحياز الصفر مع درجة الحرارة (معامل درجة حرارة انحياز الصفر)، لذلك هناك حاجة إلى خوارزميات تعويض درجة الحرارة لكبح هذا التأثير في التطبيقات عالية الدقة. يشير عامل المقياس إلى العلاقة التناسبية بين إشارة خرج مقياس التسارع والتسارع المدخل الفعلي. يمكن أن يؤدي الخطأ في عامل المقياس مباشرةً إلى تشويه تناسبي لنتائج القياس. يؤثر استقرار عامل المقياس بشكل مباشر على أداء النظام في بيئات ذات نطاق ديناميكي عالٍ أو درجات حرارة متغيرة. في عملية تكامل التسارع للملاحة بالقصور الذاتي، سيتم تكامل خطأ عامل المقياس مرتين، مما يزيد من تضخيم خطأ الموضع. لذا، يُعدّ كلٌّ من الانحياز ومعامل المقياس مؤشرين رئيسيين لأداء مقاييس التسارع المرنة المصنوعة من الكوارتز، وذلك لكونهما مصدرين أساسيين للخطأ وقيودًا رئيسية على الاستقرار طويل الأمد. في تطبيقات الأنظمة، يُحدد أداء هذين العاملين بشكل مباشر قدرة مقياس التسارع على تلبية متطلبات الدقة العالية والموثوقية العالية، لا سيما في تطبيقات مثل القيادة بدون طيار، والمركبات الفضائية، والملاحة البحرية، وغيرها، حيث لا مجال للخطأ. الاختبار التحيزيمكن إجراء الاختبار بطريقتين: اختبار الدوران بأربع نقاط (عند الزوايا 0°، 90°، 180°، 270°) أو اختبار النقطتين (عند الزوايا 90°، 270°). أما اختبار عامل المقياس فيمكن إجراؤه بثلاث طرق: اختبار التدحرج بأربع نقاط (مواضع 0°، 90°، 180°، 270°)، واختبار النقطتين (مواضع 90°، 270°)، واختبار الاهتزاز. وباستخدام طريقة اختبار التدحرج بأربع نقاط كمثال، تشرح هذه المقالة كيفية الحصول على الانحياز ومعامل المقياس لمستشعر التسارع.  1.طرق اختبار عوامل التحيز والقياس: أ)قم بتثبيت مقياس التسارع على منصة اختبار محددة (رأس فهرسة متعدد الأسنان).ب)ابدأ تشغيل منصة الاختبارج)قم بتدوير منصة الاختبار في اتجاه عقارب الساعة إلى وضع 0 درجة، ثم قم بتثبيتها، وسجل مخرجات مجموعات متعددة من المنتجات المختبرة وفقًا لتردد أخذ العينات المحدد. خذ المتوسط ​​الحسابي كنتيجة للقياس؛د)قم بتدوير منصة الاختبار في اتجاه عقارب الساعة إلى وضع 90 درجة، ثم قم بتثبيتها، وسجل مخرجات مجموعات متعددة من المنتجات المختبرة وفقًا لتردد أخذ العينات المحدد. خذ المتوسط ​​الحسابي كنتيجة للقياس؛هـ)قم بتدوير منصة الاختبار في اتجاه عقارب الساعة إلى وضع 180 درجة، وثبّتها، وسجل مخرجات مجموعات متعددة من المنتجات المختبرة وفقًا لتردد أخذ العينات المحدد. خذ المتوسط ​​الحسابي كنتيجة للقياس؛و)قم بتدوير منصة الاختبار في اتجاه عقارب الساعة إلى وضع 270 درجة، وثبّتها، وسجل مخرجات مجموعات متعددة من المنتجات المختبرة وفقًا لتردد أخذ العينات المحدد. خذ المتوسط ​​الحسابي كنتيجة للقياس؛ز)أدر منصة الاختبار باتجاه عقارب الساعة حتى تصل إلى وضعية 360 درجة، ثم عكس اتجاه عقارب الساعة لضبط زوايا الدوران عند 270 درجة، و180 درجة، و90 درجة، و0 درجة. بعد استقرار الوضع، سجّل مخرجات عدة مجموعات من المنتجات المختبرة وفقًا لتردد أخذ العينات المحدد، واحسب المتوسط ​​الحسابي كنتيجة للقياس.ح)احسب الانحياز ومعامل القياسمن المنتج المختبر باستخدام الصيغة التالية (1) و (2).K0 = -------------------------------------- (1) K1 =-------------------------------------- (2) أين:K0 -------التحيزK1 -------عامل المقياس        -------المتوسط ​​الكلي للقراءات الأمامية والخلفية عند الوضع 0°        -----متوسط ​​القراءة الكلي للدوران الأمامي والخلفي عند وضع 90 درجة        --- متوسط ​​القراءة الإجمالية للدوران الأمامي والخلفي عند وضع 180 درجة        --- المتوسط ​​الإجمالي للقراءات للدوران الأمامي والخلفي عند وضع 270 درجة 2.طريقة اختبار حساسية درجة حرارة الانحياز وحساسية درجة حرارة عامل المقياسأ)ابدأ تشغيل منصة الاختبارب)احسب عوامل الانحياز والقياس عند كل نقطة درجة حرارة باستخدام الصيغتين (1) والصيغتين (2) عند درجة حرارة الغرفة، ودرجة حرارة التشغيل العليا المحددة بواسطة مقياس التسارع، ودرجة الحرارة الدنيا المحددة بواسطة مقياس التسارع.ج)احسبحساسية درجة الحرارةباستخدام الصيغة التالية (3) و (4) لمقياس التسارع:  ---------------------(3)أين:---- حساسية درجة حرارة الانحيازانحياز درجة الحرارة العليا للمستشعرانحياز مستشعر درجة حرارة الغرفة-----انحياز الحد الأدنى لدرجة حرارة المستشعر------ درجة الحرارة القصوىدرجة حرارة الغرفة------- درجة الحرارة الدنيا   ---------------------(4)أين:حساسية عامل المقياس لدرجة الحرارة------عامل المقياس----عامل قياس درجة الحرارة القصوى للمستشعرمعامل قياس درجة حرارة الغرفة للمستشعر-----عامل قياس الحد الأدنى لدرجة حرارة المستشعر------ درجة الحرارة القصوىدرجة حرارة الغرفة------- درجة الحرارة الدنياAC-1مقياس تسارع مرن من الكوارتز AC-4مقياس تسارع مرن من الكوارتز