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引言

全球导航卫星系统（GNSS）是一个包含多个卫星导航系统的综合术语。这个系统包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo、中国的北斗、日本的区域性QZSS以及印度的区域性NavIC。虽然GPS在中地球轨道上拥有超过30颗运行卫星，是使用最广泛的系统，但现代GNSS接收器通常同时使用多个系统来提高精确度和冗余度。

当GPS信号受到干扰或丢失时，自主系统主要依赖惯性测量单元（IMU）作为备用系统。这些电子器件通过测量加速度、角速度，有时还包括磁场强度来确定运动、方向和位置。核心部件包括用于测量线性加速度的加速度计、用于测量角速度的陀螺仪，以及可选的用于通过地球磁场确定方向的磁力计。

现代陀螺仪技术已经从传统的机械系统发展为两种主要类型：基于MEMS的陀螺仪和光纤陀螺仪（FOGs）。MEMS陀螺仪虽然体积小且成本效益高，但在温度敏感性、振动和电磁干扰方面面临挑战。光纤陀螺仪性能更优，但传统上需要100到5,000米的光纤长度，导致体积较大且成本较高。

图1展示了紧凑型硅基光电子陀螺仪的实物图

ANELLO光电子公司开发的硅基光电子光学陀螺仪（SiPhOG）代表了一项重大突破。这种创新器件在一个仅约2mm x 5mm的硅基光电子芯片上集成了多个光学组件，包括4个分光器/耦合器、3个光电探测器、2个调制器、1个延迟线、1个偏振滤波器、2个加热器和一个可变光衰减器。传统的光纤线圈被替换为硅氮化物芯片上的2-3µm光波导。

图2展示了SiPhOG技术在紧凑型IMU+中的实际应用

SiPhOG技术为以下创新产品奠定了基础：

1.ANELLO IMU+

这种器件集成了一个SiPhOG单元和运行实时操作系统的ASIL-D CPU。IP68防护等级确保了在恶劣环境中的最佳性能，特别适用于GPS信号通常无法到达的工业机器人应用场景。

图3展示了SiPhOG与GNSS技术的集成系统

2.ANELLO GNSS INS

该系统将一个SiPhOG与双五星座多频段GNSS接收器和硬件PTP时间同步结合。这种集成提供了增强的导航能力，具有强大的欺骗信号检测和缓解功能。

图4展示了全球最小的三轴光学陀螺仪IMU

3.ANELLO X3

X3在光学陀螺仪技术方面实现了重大进展，集成了三个SiPhOG单元作为低噪声和低漂移的光学智能传感器。每个单元都包含一个独立的6轴冗余IMU，配备独立的ASIL-D CPU。这种配置在性能上与传统FOGs相当，同时将尺寸、重量和功耗降低了80%。

图5展示了SiPhOG技术在海事导航系统中的最高级实现

4.ANELLO海事INS

这个先进系统在X3的基础上增加了双三频GNSS接收器，具有静态航向能力。专门为自主水面船只和水下船只设计，提供高精度和可靠性。

ANELLO技术的效果在精准农业应用中特别明显。在果园等具有茂密树叶会干扰GNSS信号的环境中，ANELLO GNSS INS表现出优越的性能。

图6展示了使用ANELLO GNSS INS时在果园环境中的精确度显著提升

系统的反欺骗能力在实际测试中得到验证。当受到GPS欺骗攻击时，配备ANELLO GNSS INS的车辆能够保持准确导航，同时检测和拒绝虚假信号。

图7展示了系统在陆地应用中的欺骗信号检测和拒绝能力

这些实际应用证明了SiPhOG技术在现代导航系统中的创新价值，在紧凑、节能的设计中提供了高精度和可靠性。硅基光电子技术与传统导航技术的融合，显著提升了自主导航能力，为各行业的自主运营提供了可靠保障。

参考来源