A IMU FOG na área de tecnologia de defesa de ponta é uma solução que os MEMS não conseguem alcançar.

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IMU giroscópio de fibra óptica (FOG IMU) e IMU MEMS Apresentam diferenças significativas em precisão, adaptabilidade ambiental, confiabilidade e outros aspectos devido às diferenças nos princípios técnicos. A posição do giroscópio de fibra óptica IMU ainda é insubstituível nos campos de armas estratégicas, exploração espacial/submarina profunda, sistemas militares de alta dinâmica e instrumentos científicos. Suas principais vantagens residem na precisão dentro dos limites físicos, estabilidade térmica completa e resistência ambiental extrema. Mesmo que alguns MEMS de ponta se aproximem do desempenho de nível tático, eles ainda não conseguem atender aos requisitos de nível estratégico da tecnologia de defesa de ponta.

Principais aplicações no campo da tecnologia de defesa de ponta

1. Navegação e orientação de equipamentos militares de nível estratégico

Mísseis balísticos intercontinentais e submarinos nucleares estratégicos precisam manter um posicionamento de altíssima precisão (estabilidade de polarização zero ≤ 0,05 °/h) em ambientes sem sinais de satélite (como em águas profundas ou no espaço), além de resistir a fortes impactos (>25g), temperaturas extremas (-45 °C a 70 °C) e interferência eletromagnética. A estabilidade de polarização zero (geralmente ≥ 0,1 °/h) e a resistência a choques das IMUs MEMS são insuficientes, e o acúmulo de erros pode levar ao desvio da trajetória em relação ao alvo.

No controle de atitude de satélites, o ambiente espacial exige medições de velocidade angular em nível de microrradianos (desvio aleatório ≤ 0,005°/√h) e estabilidade a longo prazo (MTBF > 20.000 horas). A estabilidade térmica e a resistência à radiação dos giroscópios de fibra óptica são superiores às dos MEMS, que apresentam melhor desempenho no vácuo e

Desviam-se facilmente sob radiação.

2. Interferência eletromagnética forte e sistemas táticos de alta dinâmica

No forte campo eletromagnético das plataformas de guerra eletrônica (como os bloqueadores de radar), os MEMS são propensos a saltos de dados devido à suscetibilidade das estruturas semicondutoras à interferência, enquanto os giroscópios de fibra óptica adotam um design totalmente óptico e possuem características de material não magnético que podem resistir completamente à interferência eletromagnética.

Durante o processo de orientação de aeronaves hipersônicas, vibrações severas e altas temperaturas são geradas durante o voo em velocidades ultra-altas (acima de Mach 5). A IMU, composta por um giroscópio de fibra óptica e um acelerômetro de quartzo, pode suportar impactos de 100g e vibrações de 2000Hz, enquanto a estrutura MEMS é propensa a falhas por ressonância.

No sistema de controle de fogo de jatos de combate militares, o cálculo do ângulo de atitude em tempo real (erro)<É necessário um fator de escala de 0,01° durante voos com alta manobrabilidade (como sobrecarga de 9g). A linearidade da resposta dinâmica do giroscópio de fibra óptica (não linearidade do fator de escala ≤ 50 ppm) é muito melhor do que a dos MEMS (≥ 500 ppm).

3. Exploração em águas profundas e navegação subaquática autônoma

Na aplicação de veículos subaquáticos não tripulados (AUV/ROV) e sismômetros subaquáticos, a navegação puramente inercial é necessária por vários meses em ambientes de águas profundas sem GPS, e o erro de posicionamento precisa ser inferior a 1% da distância de navegação. A estabilidade de longo prazo do giroscópio de fibra óptica (≤ 0,1°/h) e o baixo ruído do acelerômetro de quartzo (≤ 100 μg) permitem medições em microgravidade, enquanto a deriva térmica dos MEMS (≥ 500 μg) e o acúmulo de ruído levam à deriva de posicionamento. Por exemplo, na inspeção de dutos subaquáticos, se o erro cumulativo exceder 10 metros, pode causar danos ao equipamento.

4. Exploração científica e levantamentos topográficos de precisão

Na medição do gradiente de gravidade e na exploração científica polar, a interferência do campo magnético polar é grande e não há referência geomagnética. As características não magnéticas dos giroscópios de fibra óptica permitem a localização autônoma do norte (precisão de direção ≤ 0,08°), enquanto os sistemas MEMS dependem de magnetômetros e falham em regiões polares.

Na calibração da órbita de espaçonaves em espaço profundo, que depende da combinação da luz das estrelas e da navegação inercial, o desvio aleatório do ângulo do giroscópio de fibra óptica (≤ 0,002°/√h) se aproxima do limite quântico, e o ruído do MEMS é de uma a duas ordens de magnitude maior (≥ 0,03°/√h).

Comparação de desempenho chave

A tabela a seguir resume as principais vantagens insubstituíveis do FOG IMU:

Indicadores de desempenho principais da IMU giroscópica de fibra óptica

A tabela a seguir lista os principais indicadores de desempenho de duas IMUs FOG de três eixos.

Conclusão

Embora IMU MEMSOs dispositivos móveis apresentam vantagens em termos de custo, tamanho e consumo de energia (como eletrônicos de consumo e sistemas de navegação automotiva). IMU de nevoeiro Ainda são a única opção para cenários de alta precisão, alta confiabilidade e forte resistência a interferências. Com o avanço da tecnologia MEMS, ela está gradualmente penetrando no mercado de giroscópios de fibra óptica de baixo custo, mas nas áreas estratégicas mencionadas acima, as limitações físicas da tecnologia de fibra óptica ainda são insubstituíveis.

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