Zırhlı platformlarda LRF stabilizasyonu için MEMS veya Sis mi? İşte bilmeniz gerekenler

Araç monte edilmiş LRF sistemlerinde, yetersiz atalet stabilizasyonu genellikle dinamik koşullar altında yanlış hizalama, kararsız aralık ve bozulmuş sistem performansı ile sonuçlanır.

Gerçek dünya deneyimine dayanarak, sis jiryası, araca monte edilmiş LRF uygulamalarında uzun süreli stabilite, titreşim bağışıklığı ve termal sağlamlık açısından MEM'lerden daha iyi performans gösterir. MEMS, alan kısıtlı veya bütçeye duyarlı platformlar için hala geçerlidir, ancak dikkatli tazminat tasarımı gerektirir.

Hareket altında performans için mühendislik yapıyorsanız, bu değiş tokuş daha yakından bakmayı hak eder.

İçindekiler

LRF stabilizasyonunda atalet sensörü ne yapar?

Stabilize lazer aralıklandırıcı sistemlerinde, atalet sensörleri platform hareket ettikçe görüş hattı tutarlılığını korumak için gerekli açısal hız verilerini sağlar. Projelerimde, bu sensörler tipik olarak bir gimbal kontrol döngüsü ile entegre edilir ve hızlı gerçek zamanlı düzeltmelerin araç perdesi, sapma ve titreşime karşı koymasını sağlar.

Doğru ve duyarlı atalet geri bildirimleri olmadan, üst düzey bir LRF bile dönüşler, arazi değişiklikleri veya geri tepme olayları sırasında hedef dışı sürüklenir-bu kritik senaryolarda kayıp zaman, bozulmuş doğruluk veya izleme başarısızlığına neden olur.

MEMS ve Sis Sensörleri Nasıl Çalışır?

Araca monte edilmiş LRF stabilizasyonunda, jiroskopun algılama prensibi sistem stabilitesini, doğruluğu ve uzun süreli güvenilirliği doğrudan etkiler. Aşağıdaki tablo, MEM'ler ve sis teknolojileri arasındaki temel farklılıkları mühendislik perspektifinden özetlemektedir:

MEMS GyroscopeSis jiroskop
Algılama İlkesiTitreşimli silikon yapısı Coriolis etkisini tespit ederSAGNAC ETKİSİ: Sarmal lifte optik faz kayması
Mekanik sağlamlıkŞok ve uzun süreli titreşime duyarlıHareketli parça yok; Mükemmel titreşim bağışıklığı
Sürüklenme performansıDaha yüksek önyargı sürüklenmesi; Tipik olarak 1-3 °/saatUltra düşük önyargı dengesizliği; Genellikle <0.1 °/saat
Termal davranışSıcaklığa bağlı önyargı değişikliklerine duyarlıGeniş termal aralıklarda kararlı
Boyut ve GüçKompakt form faktörü; <1 W TipikDaha büyük konut; 2-5 W güç tipik
Önerilen kullanım durumuHafif dinamik gereksinimlere sahip maliyete duyarlı, uzay sınırlı platformlarSürekli hareket ve titreşim altında yüksek performanslı stabilizasyon

LRF stabilizasyonu için temel performans metrikleri nelerdir?

Mobil elektro-optik sistemler için atalet modülleri tasarlama deneyimime göre, bir sensörün LRF stabilizasyonu için uygun olup olmadığını belirleyen temel performans metrikleri her zaman aynıdır: önyargı stabilitesi , açısal rastgele yürüyüş , bant genişliği , şok toleransı ve termal dayanıklılık .

Ancak MEMS ve Sis'in bu kriterlere karşı nasıl performans gösterdiği çok farklı.

MEMS Performans Özeti

MEMS Gyros kompakt ve uygun maliyetlidir, ancak dinamik koşullar altında performansları gürültü, sürüklenme ve termal hassasiyet nedeniyle bozulma eğilimindedir.

MetrikTipik MEMS aralığıDarbe
Önyargı dengesizliği3-10 °/saatZaman içinde kümülatif işaretleme hatası
Açısal rastgele yürüyüş0.1-0.5 °/√HRKısa zaman ölçeklerinde gürültülü izleme
Bant genişliği200–400 HzŞok güdümlü dinamikler altında mücadele edebilir
Şok toleransı2000-8000 gSensör yapısı etkiyi sağlıyor, ancak sinyal yanlılığı kayabilir veya doyurabilir
Sıcaklık aralığı-40 ° C ila +85 ° CHızlı değişiklikler altında sürüklenmeye eğilimli

Kompakt platformlar veya ılımlı stabilitenin kabul edilebilir olduğu maliyete duyarlı entegrasyon için, MEM'ler yeterli olabilir-dikkatli sinyal koşullandırma ve normal sıfırlamalarla.

Sis Performans Özeti

Sis Gyros, zorlu ortamlarda istikrar için tasarlanmıştır. Optik mimarileri üstün gürültü reddi ve uzun vadeli güvenilirlik sunar.

MetrikTipik sis aralığıDarbe
Önyargı dengesizliği0.01-0.1 °/saatKararlı uzun süreli izleme
Açısal rastgele yürüyüş<0.01 °/√HRPürüzsüz, düşük gürültülü stabilizasyon
Bant genişliği200-1000 HzDinamik yükler altında hızlı yanıt
Şok toleransı1000-5000 g
(kısa süreli)
Mekanik şok ve titreşim altında tutarlı sinyal bütünlüğünü korur
Sıcaklık aralığı-40 ° C ila +85 ° CAşırı iklimlerde bile minimal sürüklenme

MEM'ler yapısal olarak daha yüksek tepe şok yüklerini tolere edebilir, ancak genellikle sinyal bozulması yaşar. Sis daha düşük tepe şoku için derecelendirilebilir, ancak dinamik mekanik stres altında çıkış bütünlüğünü sürekli olarak koruyabilir.

Titreşim ve Şok Altında Performans: Bir Alan Testi Perspektifi

Mobil platformlarda titreşim ve etki istisnalar değil sabittir. Taret rotasyonu, off-road sürüşü veya geri tepme olayları sırasında, atalet sensörleri 3000-5000g'yi aşabilen ani hızlanmalara tabi tutulur.

Saha projelerinden gözlemler
  • Birden fazla paletli araç testinde, MEMS Gyros, tekrarlanan geri tepme olaylarından sonra, özellikle yüksek sıcaklıklarda gözlemlenebilir önyargı sapması gösterdi.
  • MEMS tabanlı sistemler ayrıca, periyodik yeniden sıfırlama gerektiren uzun süreli titreşim maruziyeti sırasında ara sıra sinyal süreksizliği sergilemiştir.
  • Buna karşılık, sis jiroskopları, sürekli şok yükleme ve yüksek frekanslı titreşimden sonra bile çıkış bütünlüğünü korudu.
Mühendislik yorumu
KriterlerMems imuSis jiroskop
Şoka YanıtÖnyargıyı kaydırabilir; tazminat gerektirirYüksek bağışıklık; kararlı çıktı
Titreşim Altında DavranışOlası ölçek faktörü varyasyonuMinimal etki
Uzun süreli mekanik stabiliteZamanla yorgunluğa duyarlıAşınma yok; Optik sistem doğal olarak sağlamdır
Tavsiye

Platformun sürekli titreşim, güçlü şok veya yapısal rezonansla karşılaşması bekleniyorsa, sis bazlı stabilizasyon önemli ölçüde daha güvenilirdir. MEMS sensörleri hala kritik olmayan alt sistemlerde kullanılabilir, ancak performans bozulmasını tespit etmek için tanı algoritmaları ile eşleştirilmelidir.

Hangi teknoloji zaman içinde daha iyi sürüklenme performansı sunuyor?

Şunu hayal edin:

Bir mobil platforma iki özdeş LRF stabilizasyon sistemi monte edilir. Biri MEMS Gyro kullanır; Diğeri taktik dereceli bir sis kullanır. Her ikisi de aynı anda açılır. GNSS düzeltmesi yok. Sıfırlama yok.

  • 10 dakika sonra , her iki sistem de doğru bir şekilde izler.
  • 30 dakika sonra , MEMS tabanlı birim, yazılım düzeltmesi gerektirecek kadar ince bir sürüklenme gösterir.
  • 60 dakika sonra , MEMS sensörü birkaç derece yanlış hizalama biriktirmiştir. Sistem, kararlı görüş hattını korumak için mücadele eder.
  • sis sistemi , sıfıra yakın sürüklenerek çalışmaya devam ederek düzeltme yapmadan alt derecelik doğruluğu koruyor.

Bu teorik değil - canlı platform denemelerinde defalarca gözlemlediğim şey bu.

Sisteminizin uzun süreler boyunca sürekli ve tam olarak çalışması gerekiyorsa, sis zemini tutan sensördür .

Termal kararlılık: Sıcaklık değiştiğinde ne olur?

Çevre sıcaklığı statik değildir - özellikle mobil platformlarda. 25 ° C'de başlayan ve doğrudan güneş ışığında 60 ° C'nin üzerine tırmanan sistemleri test ettim. İşte tipik olarak olanlar:

MEMS tabanlı sistemler

± 10 ° C'lik bir değişiklik bile sensör yanlılığını belirgin bir görüş hattı sapmasına neden olacak kadar kaydırabilir. Bazı sensörler sıcaklık telafi eğrilerini içerir, ancak hızlı veya eşit olmayan ısıtma altında düzeltmeler genellikle gecikir veya kısalır.

Sis tabanlı sistemler

Aksine, çok daha kararlı kalır. Optik mimarileri, termal genişlemeye karşı doğal olarak daha az duyarlıdır ve birçok taktik dereceli sis, aktif termal regülasyon veya bobin yalıtımı içerir-geniş ortam salınımlarına göre kalibrasyon.

Kısacası, sisteminiz güneşe maruz kalma, araç ısısı ıslatma veya sıfırın altındaki sabahları ve ardından sıcak öğleden sonraları olan ortamlarda çalışırsa, sis size çok daha fazla sıcaklık esnekliği sağlar -sık sık sıfırlama veya yazılım yamasına gerek yoktur.

Boyut, Ağırlık ve Güç: Taşarez nedir?

MEMS sensörleri küçük, hafif ve düşük güçtür . Modellerin çoğu birkaç santimetreye sığar, 50g'nin altında ağırdır ve 1W'dan daha az çeker. Bu onları alan ve gücün sınırlı olduğu kompakt sistemler için ideal hale getirir.

Sis sensörleri daha büyük ve daha ağırdır , genellikle 10-15 cm boyutunda, 300-500g ağırlıktır ve 3-5W güç tüketir. Ancak karşılığında, özellikle hassasiyetin boyuttan daha fazla önemli olduğu platformlarda daha iyi istikrar ve daha düşük sürüklenme

Kısacası:

  • Boyut ve güç kritik olduğunda MEM'leri kullanın
  • Kararlılık ve doğruluk kritik olduğunda sis kullanın

Maliyet ve Bakım: Gerçekten ne için ödüyorsunuz?

MEMS sensörleri uygun fiyatlıdır - genellikle birim başına sadece birkaç yüz dolar. , özellikle zorlu ortamlarda daha sık yeniden kalibrasyon, daha sıkı sinyal filtreleme ve daha kısa operasyonel ömür gerektirirler

Sis sensörleri başlangıçta daha pahalıdır , bazen birim başına birkaç bin dolar. özellikle kritik sistemlerde uzun vadeli istikrar, minimum bakım ve daha az yazılım düzeltmesi sunarlar

Doğru olanı mı arıyorsunuz? Bizimle Guideenav'da konuşun.

GuiTenav'da, zemin platformları, elektro-optik yükler ve gimbal monte edilmiş sistemlerde düzinelerce LRF stabilizasyon projesini destekledik. Entegrasyonunuz, taktik bir MEMS IMU'nun kompakt form faktörünü veya bir sis jiroskopunun ultra kararlı performansını gerektirir, doğru uyumu seçmenize yardımcı olabiliriz-teknik ve operasyonel olarak.

Ürün serimiz , sert, titreşim yoğun ortamlarda kanıtlanmış performansa sahip maliyet verimli MEM'lerden taktiksel sınıf sisine Ayrıca savunma ve endüstriyel uygulamalar için tam teknik belgeler, arayüz desteği ve özelleştirme seçenekleri sunuyoruz.