Компактні навігаційні системи для безпілотних дронів майбутнього
Коли безпілотні літальні апарати (БПЛА) або дрони використовуються для обстеження промислових будівель, складання карт місцевості або транспортування вантажів у логістичному секторі, вони мають бути якомога легшими, але нести максимально можливе корисне навантаження. Німецький інститут Fraunhofer IZM розробив для таких дронів компактний і легкий навігаційний блок (IMU), який забезпечує точність до сантиметра, раніше недосяжну для цивільних застосувань.
Метою дослідницького проєкту IMUcompact було розроблення пристрою, здатного відстежувати положення автономних дронів із високою точністю. Інерціальний вимірювальний блок (або скорочено IMU), що лежить в основі системи, по суті, використовує три осі гіроскопа і три датчики прискорення для визначення місця розташування в навігаційних системах або складання карти місцевості з точністю до сантиметра, навіть без сигналу GPS.
Компактні гіроскопи з низькою роздільною здатністю тепер є в більшості смартфонів і розумних годинників, наприклад, для визначення орієнтації екрана або камери. Хоча ці так звані МЕМС-гіроскопи також невеликі та легкі, на них легко впливають такі фактори навколишнього середовища, як зміни температури, вологості або електромагнітних полів. Це зробило їх менш придатними для використання на дронах, але системи IMU з вищою роздільною здатністю раніше не уявлялися можливим варіантом для промислового або комерційного використання через їхній розмір і вартість.
Оптичний мініатюрний гіроскоп
Інтерферометричний волоконно-оптичний мініатюрний гіроскоп (IFOG), розроблений в Інституті надійності та мікроінтеграції Fraunhoferа IZM, забезпечує вищий рівень деталізації і може бути встановлений на найрізноманітніші дрони-носії завдяки своїй компактності та малій вазі. Оскільки IFOG не містять рухомих частин і нечутливі до електромагнітного випромінювання, вони набагато краще підходять для використання в БПЛА, ніж традиційні альтернативи MEMS.
Новий метод складання був розроблений, щоб гарантувати, що електронні та оптичні компоненти IMU можуть бути розташовані таким чином, що досягається високий ступінь мініатюризації без шкоди для точності. Звичайні IMU мають роздільну здатність тільки в діапазоні від 25 до 30 см. Для порівняння: гіроскоп, розроблений у Fraunhofer IZM, тепер забезпечує абсолютну точність менше 10 см.
Особливе розташування вимірювальних компонентів на оптичній лаві, надрукованій на 3D-принтері, також надає їй великої механічної міцності для промислового застосування за дуже низької ваги. Крім того, дослідники розробили спеціальну друковану плату міцної та компактної конструкції.
Фотограмметричні вимірювання з повітря
Одним із перших практичних застосувань нового IMU є фотограмметрія за допомогою БПЛА. Фотограмметрія - це технологія вимірювання та ідентифікації фізичних об'єктів з використанням комбінації 2D-зображень і методів 3D-вимірювань, таких як LIDAR. При цьому вага ДІВ не повинна перевищувати 5 кг. Можливі застосування фотограмметрії за допомогою дронів включають автоматичне обстеження заводських будівель, технічний моніторинг морських вітряних турбін або автоматизовану інвентаризацію в сільському господарстві та тваринництві.
Фотограмметрія за допомогою дронів також може зробити важливий внесок в оцінку збитку в районах стихійних лих, особливо коли несподівані екологічні явища зачіпають великі території.
Постачальники онлайн-картографічних послуг також використовують фотограмметричні методи для створення цифрових 3D-карт, хоча це часто вимагає дорогого використання літаків або гірокоптерів з необхідною вимірювальною технікою на борту.
Також читайте: