中国自主研发新一代激光陀螺仪专用芯片问世,推动国产化进程与产业升级换代

近日,国内新一代激光陀螺驱动系列功能芯片问世,由湖南二零八先进科技有限公司(下简称“二零八公司”)技术团队研发。相比行业内普遍应用的上一代激光陀螺驱动控制电路,激光陀螺驱动专用芯片降低了电路设计难度,大幅减小体积重量,实现了我国激光陀螺仪电路的低成本国产化,迈出了激光陀螺仪产品高集成化、国产化的关键一步。


国内新一代激光陀螺驱动系列功能芯片

“没落贵族”重现光芒——激光陀螺仪市场焕发广阔前景

以激光陀螺仪为核心部件的导航系统是一种惯性导航系统,相对于大家耳熟能详的GPS和北斗等卫星导航系统,熟知惯性导航系统的人很少。实际上,惯性导航系统的出现要比卫星导航系统早半个多世纪,卫星导航系统可以实现与惯性系统的组合导航,进一步提高导航系统的精度,但却不能完全替代惯性导航系统,惯性导航系统不仅能够提供位置信息,还能解析载体姿态信息,实现卫星导航系统无法实现的功能。此外,惯性系统不需要任何外部信息源,可以在深海、深空等各种场景下随时作业,并且能够抵抗电子干扰,在GPS等卫星导航系统失效的情况下仍可保持工作。因此,惯性导航系统是现代航空、航海、航天等领域的保底装备,激光陀螺仪等惯性器件更是无可替代的重要传感器,其技术水平也是衡量一个国家工业技术发展水平的重要标志之一。

20世纪60年代,美国率先成功研制激光陀螺仪,进而在世界范围内引发了一场导航领域的革命。由于具有重要战略意义,在相当长的一段时间内,激光陀螺仪相关产品与技术一直被欧美国家实施技术封锁,我国直到1994年才在国防科技大学原光电科学与工程学院教授、中国工程院院士、“激光陀螺仪之父”高伯龙的带领下,研制出第一台激光陀螺仪,成为全球第四个可独立研制激光陀螺仪的国家。

目前,激光陀螺仪已发展成为技术成熟、综合性能优越的一种陀螺仪。最新实践表明,卫星导航系统极易受到攻击和干扰,这一现实更凸显了激光陀螺仪等惯性导航系统的高精度优势,在长航时无人机、无人潜航器等新型使用场景中,激光陀螺仪这一类高性能器件将难以替代。

除了航空、航天、潜艇、舰船等市场的大规模需求外,在自动驾驶、工业自动化、机器人、轨道交通等民用领域,激光陀螺仪都将成为高精度测量和定位的重要传感器。

新一代专用“芯”突破,助力激光陀螺仪低成本国产化

面对广阔的市场前景,国内激光陀螺仪却由于起步较晚、与光纤陀螺仪出现时差短以及自身产能问题,加之技术门槛高、定价高以及易用性较差等原因,市场应用一直没能大规模展开。 

“激光陀螺仪主要由控制电路和传感器本体两部分组成,其中,控制电路是激光陀螺仪的‘大脑’,是激光陀螺仪性能与可靠性最为复杂的一部分,也是降成本和提高易用性的主要突破点之一。”二零八公司创始人、首席专家卢广锋表示,“上一代激光陀螺驱动控制电路采用分立器件形式,不仅体积大,而且需要生产商购买上百类零件自行组装,造成统一标准缺失、集成度低、成本高等问题。”


二零八公司研发新一代激光陀螺驱动系列功能芯片,比硬币更小

为弥补激光陀螺仪成本高昂的“致命”缺陷,推动国产化器件普及,二零八公司钻研多年,成功研制新一代激光陀螺驱动系列功能芯片。该系列芯片由5枚独立功能芯片组成,分别实现激光陀螺的高压启辉、高压维持、精密稳流、抖动驱动、稳频及锁区优化功能。相比上一代激光陀螺驱动控制电路,专用系列芯片大大降低了电路设计的难度,体积减小三分之一,成本降低一半,进一步推动了激光陀螺仪的低成本国产化,为进一步拓展应用打开了空间。此次专用芯片的研制成功,体现了二零八公司在这一领域领先的研发能力。

二零八团队:继承科技报国情怀,开拓陀螺仪千亿市场

据了解,二零八公司核心团队来自于国内某高水平激光陀螺研究所,原团队曾在领域内深耕激光陀螺40余年,是国内为数不多通过自主研发实现激光陀螺批产的团队。

以激光陀螺仪为代表的高性能惯性器件技术壁垒较高,国内专门从事这一领域研发的企业极少。自2019年成立以来,二零八公司与国内先进材料研究团队合作,旨在通过融合前沿基础研究与工程化实践,跨前沿学科实现新一代激光陀螺仪、半球谐振陀螺仪及高精度加速度计的技术研发、工程化和批量生产工艺研究,打造国内领先、国际先进的惯性器件研发生产与技术应用平台。2020年,公司曾成功研制2.5米边长的大型激光陀螺仪原型机,在我国大型激光陀螺建造领域开展了奠基性工作。

低成本、高精度、小体积是惯性导航系统未来的发展趋势,二零八公司在大力研发低成本驱动芯片的同时,也在加大投入研发下一代低成本高精度陀螺仪,在继承和发扬老一辈科学家艰苦奋斗、创新报国精神的基础上,推动激光陀螺仪等惯性器件在各型无人系统等领域的市场化进程,引领行业打开千亿级蓝海市场。

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