GPSの新しい代替品は、妨害とスプーフィングに耐えることができます

今年、2社 – カリフォルニア州サンタクララに本拠を置く Anello Photonics モントリオールベース 1つのシリコンチップフォトニクス（OSCP）-持っている 新しいジャイロスコープを導入 –on-a-チップ ナビゲーションシステム、 許可します 衛星信号なしの正確な見出しと距離追跡。

このような慣性ナビゲーションは、GPSが影響を受けやすいため、今日ではますます重要になっています ジャミング そして スプーフィング、ナビゲーションを破壊したり、誤解を招く位置データを提供したりできます。これらの問題は、紛争ゾーンでは十分に文書化されています ウクライナ そして 中東、軍事作戦が重要なGPS干渉に直面している場合。 ドローン用、位置決めのためにGPSに依存しているため、信号の喪失は壊滅的である可能性があり、ナビゲートできず、時にはクラッシュをもたらすことがあります。

光ジャイロスコープは、衛星ベースのグローバルナビゲーションシステムへの代替ナビゲーション技術と長い間見られてきました。リングレーザージャイロスコープのような大規模なユニットは、1970年代から存在しています。ただし、これらのデバイスをチップサイズに縮小することは、言うよりもはるかに簡単でした。

1970年代半ばに生成された光ジャイロスコープは、正確な回転センシングに必要な光信号強度を維持するのに困難でした。それらを縮小すると、信号対雑音の比率が悪化しました。したがって、ほとんどの微小電子装置がムーアの法則で記述された小型化経路に従ったように、光ベースのジャイロスコープは大きく、かさばり、パワーが空腹のままでした。

100キロメートルを運転すると、システムの距離測定値は100メートル以内、または移動距離の0.1％に正確になります。」 –マリオ・パニッチア、フォトニックスリング

それが物事の状態でした Caltech電気工学および医療工学教授 しかし、ハジミリ そして彼のチームは、以前のサイズと精度の制限を克服するブレークスルーを行いました。で 2018年の論文、彼らは、粒の粒に収まるほど小さい固体ジャイロスコープをどのように作成したかを説明しました。その前に現れた光ジャイロスコープのように、このジャイロスコープは サグナック効果、1913年にフランスの物理学者によって最初に実証された原則 Georges Sagnac。

SAGNAC効果は、光のビームが2つに分割され、円形の経路に沿って反対方向に送られると発生します。デバイスが回転すると、一方のビームが他のビームよりも先に検出器に到達し、回転角を正確に測定できます。この方法は外部信号に依存していないため、オープン通信チャネルを介した電磁干渉、振動、サイバー攻撃の免疫があります。これは、GPSが信頼できないか完全に拒否されるアプリケーションにとって理想的なソリューションです。

ノイズを排除する手法を導入することにより、ハジミリと彼の同僚は、市販の繊維光学ジャイロスコープの15分の1の光学ジャイロスコープを作成することができ、感度の点で同等でした。

Anello Photonicsのこのポケットサイズのチップベースの光ジャイロスコープは、より正確なバージョンと同じくらい正確です。Anello Photonics

AnelloとOSCPは市場に参入します

Hajimiriのブレークスルーから10年も経たないうちに、Anello PhotonicsとOSCPは、ジャイロスコープベースのシステムでナビゲーション市場を再構築することを検討しています。彼らは、ジャイロスコープの有効性を低下させることなく、より多くの小型化を可能にするさらなる改良を導入しました。 Anelloの低下窒化シリコン波動ガイドにより、ジャイロスコープ内で光が長く循環し、信号強度が改善され、誤差の蓄積が減少します。 Anelloの技術は、他のノイズ源をさらに抑制するため、より少ない導波路を保持すること、したがって信号をかすかに保持することで、正確な回転測定値にはまだ十分です。

その結果、Anello CEOのMario Panicciaは、2024年と今年初めにCESで紹介されたと述べています。 Panicciaは、彼の会社の慣性測定ユニット（IMUS）は、3つのチップベースのジャイロスコープと追加のコンポーネントで構成され、人の手のひらに収まると説明しています。彼らは、自律的なトラクターが最大800メートルの間、完全にまっすぐな溝を維持する必要がある農業を含む複数のアプリケーションに高い精度を提供します。ナビゲーションシステムにとっても長い距離は問題ありません、と彼は言います。 「100キロ運転すると、システムの距離測定は100メートル以内、または移動距離の0.1％に正確になります。」

OSCPはまた、小型化されたナビゲーション技術に進出しています。 CES 2025では、OSCPの創設者兼CEOであるKazem Zandiは、前任者の半分のサイズのアップグレードされたマルチギロスコープIMUを発表しました。 「それは小さいだけでなく、より効率的で安価でもあります」と、ラスベガスベースのTech ExpoのZandi氏は述べています。 「これらのジャイロスコープは、センチメートル以内に場所の精度を発見して死んだ計算を提供できます。」

AnelloとOCSPのIMUSは、GPSと一緒に動作するように設計されており、常に位置入力を監視しています。 GPS干渉が検出された場合、いずれかの会社のシステム内の人工知能（AI）は、ナビゲーションコントロールをジャイロスコープに自動的にシフトします。 「たとえば、あなたがニューヨークにいる場合」とパニシアは説明します。 [gyroscope]。」

Panicciaによると、Anelloの最新システムは、ナビゲーションを支援するためにランドマークが存在しない外洋の広大さで動作する無人の水中および地上車両専用に設計されています。 「海では、すべてが同じように見えます」と彼は言います。電流が陸上や空中の場所を追跡するよりもナビゲーションをより複雑にする海上空間では、アネロデバイスの位置エラーは移動距離の3または4％に似ていると言います。

Paniccia氏によると、彼は、小型化されたジャイロスコープを消防士用のハンドヘルドデバイスに埋め込み、階段や出口が見えなくなった煙に満ちた建物を航行できる未来を想定していると言います。 「それは本質的に電子コンパスになるでしょう」と彼は言います。