基于硅光子的光学陀螺仪：战略级精度，实现无GPS导航
2025-10-16 17:08:50 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
基于硅光子的光学陀螺仪（SiPhOG），开创了陀螺仪制造的全新方法。这一突破使得在芯片级尺寸下实现高精度光学导航成为可能。
据麦姆斯咨询介绍，几十年来，全球定位系统（GPS）一直是现代导航技术的基石，为飞机、车辆、部队和商业系统提供导航定位功能。随着数字战争的加剧，卫星信号变得越来越不可靠。从战场到地下隧道，再到茂密的森林和城市峡谷，全球定位信号正遭受着干扰、欺骗，甚至被环境因素所阻挡。在这些GPS信号被屏蔽的区域，导航、瞄准及任务成功的风险呈指数级增长。
如果没有可靠的定位，各种自主系统就会失去位置、方向和速度感知，从而无法导航到目的地。然而，在现代战争中，自主系统和工业自动化依赖于精确而持续的导航。ANELLO Photonics公司正致力于通过基于硅光子的光学陀螺仪（SiPhOG）技术来弥补这一缺陷，这项突破性技术旨在重塑卫星信号失效之后，机器、士兵和车辆在陆地、空中和海上的导航方式。
战场盲区
在城市战区、地下隧道、茂密森林或敌方干扰设备附近等GPS对抗环境中，传统的导航解决方案失效。欺骗攻击可瞬间使自动驾驶汽车偏离数公里。干扰可使无人机在飞行途中瘫痪，导致其坠毁。即使在民用环境中，尤其是在冲突地区及其周边地区，GPS信号丢失也会扰乱商业机队、应急响应人员以及采矿或农业等行业。这些信号丢失会阻碍自主运行，降低生产力，并增加严重损害的风险。
上述这些问题并非空穴来风。俄乌战争已经展示了先进的GPS干扰能力，可以误导或瘫痪价值数百万美元的国防资产。因此，对独立、防欺骗导航的需求从未如此迫切。
基于硅光子芯片的战略级精度
ANELLO Photonics公司采用与集成电路（IC）相同的半导体工艺，打造了基于硅光子的光学陀螺仪（SiPhOG），开创了陀螺仪制造的全新方法。这一突破使得在芯片级尺寸下实现高精度光学导航成为可能。该硅光子陀螺仪充分利用了成熟的萨格纳克（Sagnac）效应——这是传统光纤陀螺仪 (FOG) 的核心，但是ANELLO采用先进的硅光子技术对其进行了重新架构，将相关功能集成到紧凑的硅光子芯片中。
这项创新的硅光子陀螺仪实现了：
- 零偏漂移< 0.5°/hr。这是以前只有大型、昂贵的光纤陀螺仪才能达到的性能水平。
- 纳弧度级角度灵敏度。对于长时间精准导航至关重要。
- 性能优于MEMS陀螺仪。对振动、热变化和电磁干扰具有强大的抵抗能力，是战区和工业环境的理想选择。
- 体积紧凑，硬币大小。易于集成到现有系统中，体积小巧，可用于士兵穿戴式设备、嵌入式机器人和可扩展的大众市场应用。
ANELLO基于硅光子的光学陀螺仪（SiPhOG）提供战略级光纤陀螺仪（FOG）系统的精度，但其尺寸、重量、功耗和成本却使其适合大规模战术部署。这种平衡使其在服务高端国防任务和成本敏感的商业市场方面具有独特的优势。
全栈惯性导航系统优势
仅靠硅光子陀螺仪是不够的。ANELLO将其陀螺仪与加速度计、磁力计、GPS（如有）和板载CPU逻辑器件集成到全栈惯性导航系统（INS）中。此外，该惯性导航系统使用ANELLO基于人工智能（AI）的传感器融合引擎，可以智能地协调数据、验证信号完整性并检测异常情况，例如陆地、空中和海上的GPS位置干扰或伪造或信号丢失。
ANELLO人工智能传感器融合引擎每约10毫秒实时处理和跟踪惯性位置及GPS位置。该引擎无需人工干预即可自动校正并无缝切换传感器模式，始终能够识别正确、错误或被欺骗的信息。ANELLO团队正在与众多客户一起，持续测试和优化该人工智能传感器融合引擎。
ANELLO希望最终打造出一个独立的智能导航平台，即使在GPS信号完全没有的环境下，也能保持精准的航向、速度和位置。ANELLO惯性导航系统的模块化设计使其能够轻松集成到各种主机平台，从无人车、无人机到装甲车，再到自主驾驶船只和机器人。
经现场验证的的防御韧性
在美国国防部的试验中，ANELLO惯性导航系统成功识别并实时抵御了GPS欺骗攻击。当车辆的GPS信号突然使其感知位置偏移数公里时，ANELLO人工智能传感器融合引擎会将该变化标记为物理上不可能，拒绝GPS输入，并无缝地依赖ANELLO惯性数据来保持精确定位。
如此强大的稳定性使ANELLO惯性导航技术适用于：
- 在干扰或争夺空域中运行的无人机；
- 在GPS不可用的自主地面车辆（AGV）；
- 面临GPS信号干扰或欺骗的海事系统；
- 陆地车辆，例如应急救援车辆，甚至运载车辆；
- 需要稳定、可靠的导航功能以进行移动作业的手持式士兵系统。
无论是安装在装甲车、无人机上，还是嵌入下一代步兵装备中，ANELLO基于硅光子的光学陀螺仪解决方案都能在精度和准确度至关重要时提供位置确定性。
跨行业应用案例
无卫星自主驾驶：国防领域仍然是一个明确的应用领域，但其更广泛的商业价值同样具有变革性。在农业领域，自动驾驶汽车在茂密的果园树冠下经常会失去GPS信号覆盖。在地下矿山或港口作业中，卫星信号会被完全遮挡。在这些环境下，ANELLO基于硅光子的光学陀螺仪驱动的惯性导航系统能够持续提供可靠的定位信息，确保自动驾驶系统不会失速、偏离或崩溃。
ANELLO基于硅光子的光学陀螺仪商业应用包括：
- 自动驾驶采矿车辆。使自动驾驶卡车和装载机能够精确安全地穿越隧道和信号遮挡的环境。
- 港口自动化和起重机系统。支持在GNSS信号较差的港口环境中运行自动起重机和货物搬运机，以实现不间断的集装箱装卸和更高的吞吐量。
- 工业机器人和物流。在GPS信号不可靠或不可用的室内和金属屏蔽环境中，为仓库机器人和检测系统提供高精度导航。
- 自主海事系统。为在沿海、港口或全潜任务中执行卫星信号不稳定任务的无人水面舰艇（USV）和自主水下航行器（AUV）提供可靠的导航。
ANELLO可快速集成到商用无人机、机器人叉车和施工车队中，将军用级导航扩展到日常自主应用场景。
实时智能导航
ANELLO平台的核心是先进的人工智能传感器融合引擎，可以每10毫秒从多个传感器获取数据，验证基于物理的合理性并重新校准其状态估计值。这使得惯性导航系统能够检测并拒绝虚假GPS信号，在GPS信号暂时中断的情况下继续自主导航，并在故障发生前识别信号衰减。
正是这种智能技术使惯性导航系统更加稳健，不仅仅是一种备用方案，更是在恶劣和动态环境中完全能够胜任的主要导航方法。它还显著降低了传统惯性导航系统通常伴随的运营风险和支持负担。
紧凑、可扩展、随时待命
随着军事冲突的演变以及全球基础设施向GPS信号不利地区扩展，惯性导航系统必须变得更小、更智能、更经济。ANELLO正在推进一项路线图，朝着完全集成的芯片级 惯性导航平台迈进，该平台将陀螺仪、激光器、处理器和算法集成在一个平台上。这使得现场部署速度更快、系统功耗更低，并广泛应用于军事和工业系统。
ANELLO的本土芯片制造能力也确保了供应链安全，而供应链安全在国防和工业自动化战略中日益重要。从士兵系统和无人机到自动驾驶货运车辆和工业机器人，ANELLO 硅光子芯片技术正将自身定位为实现高弹性、独立于GPS的自主作战“基石”。
重新定义导航的未来
未来的自主作战，无论是军用还是民用，都需要依赖于即使在GPS消失之后也能保持稳定运行的导航系统。凭借其先进的惯性导航平台，ANELLO提供的不仅仅是一个备用系统，而是一个全新的标准：该平台融合了战略级精度、紧凑设计和人工智能驱动的可靠性，可以推向大众市场，并安装到任何车辆或移动平台上。
在这个GPS信号拒止不仅是一种威胁，更是一种战术的时代，可靠的定位不再是可有可无的，而是至关重要的。 ANELLO正在重新定义导航的未来，它不仅赋予自主系统权力，还赋予依赖导航的人们信心，使他们能够随时随地精确地操作，即使在各种恶劣环境下也是如此。
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