用于国防 UAV 的惯性导航

无人机(UAV,即无人驾驶飞行器),通常被称为“无人机”,是一种携带特定任务载荷,且无需人类飞行员在机上操作的飞行器。无人机由操作员远程控制,或通过机载计算机和传感器自主运行。

近来,国防部队面临日益严峻的挑战,包括电子战和 GNSS 干扰,这突显了传统定位、导航和授时 (PNT) 系统的脆弱性。低成本 GNSS 干扰和欺骗技术的广泛普及,使得国防车辆仅依赖这些系统变得风险重重。
尽管如此,许多国防舰队仍未为 GNSS 受损环境做好准备。

将不含 ITAR 限制的惯性传感器集成到这些车辆中,对于在对抗性战场空间中维持 PNT 能力并确保国家安全至关重要。我们的久经实战考验的运动和导航解决方案,在此类情境下提供了可靠的替代方案和先进的对抗措施。

主页 国防 UAV 惯性导航

高精度加速度计和陀螺仪

惯性系统在防御设备和车辆(例如,无人驾驶飞行器)中作为主要和辅助导航辅助设备发挥着关键作用,与 GNSS、磁力计、空中数据和其他辅助传感器协同工作。这些系统提供连续的实时导航数据,这对于避碰、路径规划和情境感知至关重要。此外,INS 增强了车辆的自主性,使车辆能够在战场上更加独立地运行。

我们单独校准的惯性系统采用先进的 MEMS 技术加速度计和陀螺仪,为 PNT 解决方案带来了卓越的弹性和可靠性。通过复杂的传感器融合算法结合来自这些传感器的数据,高精度 INS 解决方案可以检测运动变化,同时通过自适应陷波滤波和 RAIM 提供干扰和欺骗缓解。

这种传感器融合实现了精确的导航数据,在较长时间内,航位推算漂移误差限制在行驶距离的 0.5% 到 2% 以内。

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坚固且节省空间的设计

我们的导航系统是基于 MEMS 的惯性测量单元 (IMU),有坚固的 MIL-STD 和紧凑的 OEM 两种外形尺寸可供选择。我们在法国设计和制造,使用的材料非常坚固,足以承受极端的军事条件,例如冲击、剧烈振动、急剧的温度变化和恶劣的气候。

我们出色的尺寸、重量和性能比使其成为 UAV 和巡飞弹药的理想选择,在这些应用中,有效载荷限制至关重要。

在这些环境中,可靠性至关重要,因为系统故障可能会影响任务的成功。这些材料经过军事标准 (MIL-STD 810) 测试,可确保关键系统继续以最佳状态运行,同时提供频率分析警报和传感器混合规避功能,以增强电子战的弹性。

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易于集成的 OEM 和盒式解决方案

我们的惯性传感器通过灵活的 API(包括二进制、NMEA 和 RESTful 接口)无缝集成到所有类型的无人机中。与流行的自动驾驶仪系统(如 Pixhawk 和 Ardupilot)的直接兼容性使我们的 INS 能够轻松安装,而无需进行重大调整和付出有限的努力。

这种适应性通过多种集成选项确保了快速实施,减少了停机时间和运营成本,同时保持了导航精度。借助我们可扩展的解决方案,国防部队可以确保其整个机队受益于增强的导航能力,从而支持关键任务操作,而不会中断无人机配置或需要复杂的改装。

我们在全球拥有 70 家分销商的网络,可确保为国防应用提供全球支持。

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我们的优势

我们很自豪地保证,即使在最恶劣的条件下,我们的系统也能结合先进技术来提供准确的实时运动数据。

动态导航 在快速变化的环境中提供高精度的定位和姿态数据。
GNSS 受限区域的弹性 在 GPS 干扰或 GPS 受限环境中保持性能。
紧凑和坚固耐用的设计 针对无人机集成进行了优化,符合恶劣条件下耐用性的军用标准
用于提高任务准确性的实时数据 实现精确的目标定位、监视和侦察任务。

适用于无人机导航的解决方案

我们的传感器在运动和输出之间提供极低的延迟。 它们经过精心设计,具有信号调理和FIR滤波功能,可在提供高带宽的同时保护测量免受振动的影响。

Pulse 40 IMU 迷你单元 右侧

Pulse-40

Pulse-40 IMU 是关键应用的理想选择。在尺寸、性能和可靠性之间无需妥协。
战术级 IMU 0.08°/√h 陀螺仪噪声 6µg 加速度计 12克,0.3瓦
发现
Pulse-40
Ellipse E INS 迷你单元(右)

Ellipse-E

Ellipse-E 通过与外部 GNSS 和传感器集成,提供精确的导航,并提供横摇、纵倾、航向、升沉和位置数据。
INS 外部 GNSS 0.05 ° 横滚 & 俯仰 0.2 ° 航向精度
发现
Ellipse-E
Ellipse N INS Mini Unit Right

Ellipse-N

Ellipse-N 是一款紧凑型高性能单天线 GNSS,可提供精确的厘米级定位和强大的导航功能。
INS 单天线 RTK GNSS 0.05 ° 横滚 & 俯仰 0.2 ° 航向精度
发现
Ellipse-N
Ellipse D INS 迷你单元(右)

Ellipse-D

Ellipse-D 是最小的具有双天线 GNSS 的惯性导航系统,可在任何条件下提供精确的航向精度和厘米级精度。
INS 双天线 RTK INS 0.05 ° 横滚和俯仰 0.2 ° 航向精度
发现
Ellipse-D
Ekinox Micro INS 迷你单元(右侧)

Ekinox Micro

Ekinox Micro 是一款紧凑型、高性能 INS,具有双天线 GNSS,可在关键任务应用中提供无与伦比的精度和可靠性。
INS 内部 GNSS 单/双天线 0.015 ° 横滚和纵倾 0.05 ° 航向精度
发现
Ekinox Micro
Quanta Plus INS 迷你单元 非背景 右侧

Quanta Plus

Quanta Plus 将战术级 IMU 与高性能 GNSS 接收器相结合,即使在最恶劣的 GNSS 环境中也能获得可靠的定位和姿态。它是一款小巧、轻便且高性能的产品,可以轻松集成到带有 LiDAR 或其他第三方传感器的测量系统中。
INS 内置测地型双天线 0.03 ° 航向精度 0.015 ° RTK 横滚和纵倾
发现
Quanta Plus
Quanta Extra INS 迷你单元(右)

Quanta Extra

Quanta Extra 以最紧凑的外形嵌入了高端陀螺仪和加速度计。它还集成了 RTK GNSS 接收器,可提供厘米级定位。为您的移动测绘解决方案带来最高的精度!
INS 内置测地型双天线 0.03 ° 航向精度 0.008 ° 横滚 & 俯仰
发现
Quanta Extra

国防应用手册

将我们的产品手册直接发送到您的收件箱!

案例分析

探索 SBG Systems 的 UAV 惯性解决方案背后的成功案例。了解我们的尖端导航系统如何改变了无人飞行器在各个行业的运营,从精准农业到国防。
每个案例研究都突出了实际应用,在这些应用中,我们先进的惯性传感器和 GNSS 技术提供了无与伦比的精度、可靠性和性能。

维京人

用于自主导航的紧凑型惯性导航系统

自主机器人

VIKINGS 自动机器人

Apogee 助力大规模高精度地图支持自动驾驶

移动测量

Zephir

Ellipse INS 助力打破世界纪录

车辆

Ellipse-D 为帆船提供了控制不可控因素的精度和信心。
GRYFN

与 Quanta Micro 集成的最先进的遥感技术

UAV LiDAR 和摄影测量

带有连接器和室外冷却系统的 GOBI 传感器
苏黎世UAS赛车队

利用 Ellipse-D 推进自动驾驶汽车工程

无人驾驶车辆

苏黎世UAS赛车队接近终点线
Cordel

使用 Quanta Plus 和 Qinertia 进行铁路维护

LiDAR 测绘

用于铁路维护的具有建模运动学包络的 Lidar 点云
发现我们所有的案例研究

他们在谈论我们

了解我们的惯性解决方案如何提升我们客户的运营并提高他们的生产力。

BoE Systems
“我们听说过一些关于 SBG 传感器在测量行业中使用的良好评价,因此我们使用 Ellipse-D 进行了一些测试,结果完全符合我们的需求。”
Jason L,创始人
Eberhard Karls Universität
“选择 Ellipse-N 是因为它满足了所有要求,并在精度、尺寸和重量之间提供了独特的平衡。”
Uwe P, Dr. Ing.
滑铁卢大学
“SBG Systems 的 Ellipse-D 易于使用、非常准确和稳定,而且外形小巧,这些对于我们的 WATonoTruck 开发至关重要。”
Amir K,教授兼主任

探索自主车辆的其他国防应用

了解惯性导航系统如何增强自动驾驶车辆在各种国防应用中的性能。从无人地面系统到自动车队和侦察平台,我们的解决方案提供任务成功所需的精确的定位、方向和可靠性——即使在 GNSS 受限的环境中。


您有疑问吗?

欢迎访问我们的常见问题解答部分!在这里,您可以找到关于 UAV 无人飞行器导航的最常见问题的答案。如果您找不到您要找的内容,请随时直接与我们联系!

在国防 UAV 中,有哪些可能的 INS 集成方式?

我们的解决方案非常适合与各种类型的国防无人机集成,从而为不同的运营需求提供多功能性和适应性。 我们的运动和导航传感器为您的系统带来战术传感,而不会影响 SWaP-C! 它们特别适合集成商使用。

 

对于依赖 GNSS 的无人机,我们的双天线 GNSS 接收器可提供卓越的精度。这有利于地面导航,并有助于在空中和地面导航之间进行过渡。此外,所有传感器都支持各种通信协议,例如 RS-232、CAN 和以太网,从而可以与无人机系统无缝集成。

 

最后,还可以集成外部定位解决方案,例如 DVL 或其他导航辅助设备,以提供精确的横摇、纵倾、航向和高度数据。这增强了在 GNSS 信号可能较弱或不可用的环境中的导航。

我们如何确保无人机军事应用中的传感器质量标准?

在 SBG Systems,为了确保我们的惯性测量单元 (IMU) 达到最高的质量标准,我们采用了一丝不苟的流程。 我们首先优化选择高端 MEMS 组件,重点关注符合我们严格质量要求的可靠加速度计和陀螺仪。 我们的 IMU 封装在坚固的外壳中,旨在承受振动和环境条件,从而保证耐用性和性能。

 

我们的自动化校准过程涉及一个双轴转台,并解决 -40°C 至 85°C 的温度范围。此校准可补偿各种因素,包括加速度计和陀螺仪中的偏差、交叉轴效应、未对准、比例因子和非线性,从而确保在所有天气条件下的一致性能。

 

我们的认证过程还包括严格的内部筛选,以确保只有符合我们规格的传感器才能继续投入生产。 每个 IMU 都附带详细的校准报告,并提供两年保修。 这种严谨的方法可确保长期的高质量、可靠性和一致的性能,从而为国防和其他关键应用提供卓越的 IMU。

 

我们还进行全面的环境和耐久性测试,以确保可靠性。我们的一些传感器符合多项MIL-STD标准,保证了抗冲击、振动和极端环境的能力。

如何在无人机 (UAV) 作业中控制输出延迟?

在无人机 (UAV) 操作中控制输出延迟对于确保快速响应的性能、精确的导航和有效的通信至关重要,尤其是在国防或任务关键型应用中。

输出延迟是实时控制应用中的一个重要方面,较高的输出延迟可能会降低控制回路的性能。我们的 INS 嵌入式软件旨在最大限度地减少输出延迟:一旦传感器数据被采样,扩展卡尔曼滤波器 (EKF) 在生成输出之前会执行小型且恒定时间的计算。通常,观察到的输出延迟小于一毫秒。

如果要获得总延迟,则应将处理延迟添加到数据传输延迟中。此传输延迟因接口而异。例如,在 115200 bps 的 UART 接口上发送的 50 字节消息将花费 4 毫秒才能完成传输。考虑更高的波特率以最大限度地减少输出延迟。

什么是 PNT?

PNT 代表定位、导航和授时——这三个基本支柱支持任何现代导航或协调系统,无论是在航空航天、国防、海事、自动驾驶车辆还是关键基础设施中。

以下是一个清晰的细分:

1. 定位

这回答了问题:“我在哪里?”
它提供精确的地理坐标(纬度、经度、海拔)。通常来自 GNSS(GPS、Galileo、GLONASS、BeiDou)或 GNSS 不可用时的 INS

对跟踪、制导、测绘和态势感知至关重要。

2. 导航

这回答了:“我如何从 A 点移动到 B 点?”
它涉及确定方向、速度和轨迹,以安全高效地到达目的地。包括速度、航向和姿态(横摇、纵倾、偏航)。

通常使用 IMU/INS、传感器融合算法、里程计或基于 GNSS 的导航来实现。

3. 定时

这回答了:“现在几点,精确到什么程度?”
准确、同步的时间对于系统和信号的协调至关重要。高精度计时是通信网络、军事系统、电网和 GNSS 本身的基础。

即使是微秒级的误差也可能导致通信、数据链路或地理定位失败。

为什么 PNT 很重要?

PNT 是每个现代自主或制导系统的核心——无论是导弹、无人机、车辆、USV、AUV 还是甚至是蜂窝网络。当 GNSS 性能下降或受限时,惯性系统 (IMU/INS) 将成为弹性 PNT 的支柱。

什么是惯性测量单元?

惯性测量单元 (IMU) 是一种复杂的设备,用于测量和报告物体的比力、角速度,有时还包括磁场方向。IMU 是各种应用中的关键组件,包括导航、机器人技术和运动跟踪。以下是其主要特性和功能的详细介绍:

  • 加速度计: 测量沿一个或多个轴的线性加速度。它们提供关于物体加速或减速速度的数据,并且可以检测运动或位置的变化。
  • 陀螺仪:测量角速度,即绕特定轴的旋转速率。陀螺仪有助于确定姿态变化,使设备能够保持其相对于参考系的位置。
  • 磁力计(可选):一些 IMU 包含磁力计,用于测量磁场的强度和方向。这些数据可以帮助确定设备相对于地球磁场的姿态,从而增强导航精度。

 

IMU提供关于物体运动的连续数据,从而可以实时跟踪其位置和方向。此信息对于无人机、车辆和机器人等应用至关重要。

 

在相机云台或无人机(UAV)等应用中,IMU通过补偿不必要的运动或振动来帮助稳定运动,从而实现更平稳的操作。

航空中的航位推算是什么?

航空领域的航位推算是一种传统的导航方法,通过使用测量或假设的参数(例如航向、空速、时间和风等环境因素)向前推算其上次已知位置,来估计飞机当前的飞行位置。

与依赖外部参考(如无线电信标、GNSS 卫星或视觉地标)不同,推算导航使用飞机自身的运动信息来计算其相对于起点的当前位置。飞行员或机载导航系统从已知的固定点开始,然后在给定的时间间隔内应用飞机的真实航向和真实空速来计算新的估计位置。

然而,由于飞机在受风影响的气团中移动,因此计算必须包含风向和风速;否则,计算出的轨迹将偏离实际飞行路径。

在现代航空中,惯性导航系统通过使用加速度计和陀螺仪测量线性加速度和旋转速率,并持续积分这些测量值来估计速度、姿态和位置,从而增强了推算导航能力。尽管这种惯性推算导航显著提高了对外部信号的独立性,但由于传感器偏差和噪声,它仍然会随着时间积累误差。因此,基于INS的推算导航通常与 GNSS 或其他辅助源结合使用,以限制漂移并保持长期精度。

尽管存在这些限制,但在 GNSS 信号中断、无线电静默任务或外部参考不可靠或受限的环境中,航位推算对于确保持续导航仍然至关重要。