flagEnglish
flagעברית
רבינוביץ' 3, פתח-תקווה, ישראל
03-9047744
office@amironic.co.il
LinkedIn
YouTube
Product was added to your cart

עגלת קניות

waze

למה External Sync הוא קריטי במערכות Gyro ו-IMU

MEMS

במערכות ניווט, ייצוב ותצפית מודרניות, רוב המהנדסים מתמקדים ברעש, drift ודיוק הג’יירו.
אבל בפועל, הגורם שמפיל מערכות רבות הוא שגיאת זמן.

Gyro לא מודד "זווית".
הוא מודד קצב זוויתי בזמן מאוד מסוים.
אם הזמן הזה אינו מיושר למצלמה, ל-Radar או ל-GNSS, גם הג’יירו הטוב בעולם יפיק נתונים שגויים.

External Sync נועד לפתור בדיוק את הבעיה הזו.

תרשים זמן המשווה בין ג’יירו הפועל באופן חופשי (Free-Running) לבין ג’יירו עם External Sync, וממחיש כיצד סנכרון חיצוני מיישר את רגעי הדגימה של הג’יירו עם רגעי לכידת הפריימים של המצלמה ומונע סטיות זמן.

מהו זמן הדגימה האמיתי של הג’יירו

ג’יירו דוגם את קצב הסיבוב בנקודות זמן בדידות.
כל דגימה מייצגת את מהירות הסיבוב באותו רגע מדויק.

ב-G300D הדגימה יכולה להגיע עד 10,000 דגימות בשניה.
אבל השאלה הקריטית אינה כמה מהר הוא דוגם, אלא:

מי קובע מתי הדגימה מתבצעת?

  • במצב Free-running, הג’יירו דוגם לפי שעון פנימי.

  • במצב External Sync, הדגימה מתבצעת בדיוק לפי אות זמן חיצוני של המערכת.

רק האפשרות השניה מאפשרת שהמדידה תהיה חלק ממערכת מסונכרנת.

למה SPI, RS-422 או UART אינם סנכרון

מהנדסים רבים מניחים שאם הם קוראים נתונים בקצב קבוע, הם מסונכרנים.
בפועל, זה רק אומר שהנתונים מגיעים בקצב קבוע, לא שהם נמדדו בזמן קבוע.

בין רגע הדגימה לבין רגע קריאת הנתון עוברים:

  • פילטרים דיגיטליים

  • עיבוד פנימי

  • buffering

  • העברה סריאלית

  • פענוח במעבד

כל אחד מהשלבים האלו מוסיף latency ו-jitter.

לכן timestamp בתוכנה אינו מייצג את זמן המדידה אלא את זמן ההגעה של הנתון.

External Sync שולט על רגע הדגימה עצמו, לא על זמן הקריאה.

ההבדל הקריטי שרוב המערכות מפספסות

שלושה מושגים שונים:

Sampling
מתי החיישן באמת מדד את האות הפיזיקלי.

Timestamping
מתי המעבד קיבל את הנתון.

Synchronization
היכולת לשלוט על ה-sampling לפי שעון חיצוני.

רק External Sync שולט על ה-sampling.
כל השאר הוא רק תיעוד מאוחר של העבר.

יישור בזמן למצלמות, Radar ו-LIDAR

מצלמה פועלת בפריימים.
Radar פועל בפולסים.
LIDAR פועל בסריקות.

כדי לדעת מה הייתה הזווית של הפלטפורמה בזמן שכל פריים נלכד, הג’יירו חייב למדוד בדיוק באותו רגע.

External Sync מאפשר:

  • כל פתיחת תריס

  • כל פולס Radar

  • כל התחלת סריקה
    לגרום לג’יירו למדוד בדיוק באותו זמן.

כך נוצר יישור זמן אמיתי בין כל החיישנים.

תרשים שרשרת המדידה של ג’יירו עם External Sync, המראה כיצד אות הסנכרון החיצוני קובע את רגע הדגימה ב-ADC, ולאחר מכן הנתונים עוברים דרך פילטר, אריזת נתונים והעברה ב-RS422/485 עד למעבד. התרשים מדגיש שהזמן האמיתי נקבע בשלב הדגימה ולא בשלב קליטת הנתונים.

External Trigger לעומת חיישן חופשי

במצב Free-running:

  • הג’יירו דוגם לפי שעון פנימי

  • אין קשר לשאר המערכת

  • חייבים לנחש בדיעבד מתי המדידה בוצעה

במצב External Sync:

  • כל דגימה מתבצעת על פי פולס חיצוני

  • הג’יירו הופך להיות slave של המערכת

  • כל המדידות מיושרות לזמן האמיתי

זהו ההבדל בין חיישן לבין רכיב מערכת ניווט.

Real-world examples

UAV

מצלמה מייצרת פריימים.
הג’יירו חייב לדעת את זווית הרחפן בדיוק ברגע לכידת התמונה.
External Sync יוצר יישור מושלם בין וידאו לאינרציה.

Gimbal

בקר המנועים חייב לדעת מהי הזווית ברגע החישוב.
אם המדידה מאוחרת אפילו בעשירית מילישניה, נוצרות רטיטות ו-overshoot.

INS

GNSS, accelerometers ו-gyro חייבים להיות מיושרים בזמן.
בלי External Sync, פילטר קלמן תמיד משחזר את העבר במקום את ההווה.

תרשים מערכת של UAV המדגים כיצד מצלמה, ג’יירו וגימבל מחוברים באמצעות External Sync. אות הסנכרון מבטיח שכל מדידת הג’יירו מתבצעת בדיוק ברגע לכידת הפריים של המצלמה, וכך מאפשר ייצוב תמונה וניווט מדויקים בזמן אמת.

איך jitter בזמן יוצר סטיות ניווט

נניח מערכת דוגמת ב-1000 Hz, כלומר כל 1 מילישניה.
אם יש jitter של 100 מיקרו-שניות, זו סטיה של 10% בזמן הדגימה.

במהירות זווית של 300 מעלות לשניה, שגיאת הזמן יוצרת טעות זווית רגעית של:
0.03 מעלות בכל מדידה.

כאשר טעות כזו נכנסת לאינטגרציה, היא מצטברת ל-drift משמעותי.

External Sync מבטל jitter כי רגע הדגימה נקבע חומרתית ולא בתוכנה.

גרף המדגים כיצד jitter בתזמון הדגימה גורם להצטברות שגיאה ניווטית לאורך זמן. הקו העליון מייצג IMU ללא External Sync שבו חוסר יציבות בזמן יוצר drift הולך וגדל, בעוד שהקו התחתון מייצג IMU עם External Sync השומר על שגיאה קטנה ויציבה לאורך זמן.

מה לחפש בדף נתונים

ג’יירו שמתאים למערכות מסונכרנות צריך להציג:

  • External Sync חומרתי

  • קצב Sync של לפחות כמה kHz

  • latency דיגיטלי נמוך וקבוע

  • רוחב פס שמתאים לקצב הדגימה

  • ממשק נתונים מהיר

בלי כל אלה, הדיוק התיאורטי של הג’יירו לא מתורגם לביצועי מערכת.

טבלת השוואה בין ג’יירו G300D עם External Sync לבין ג’יירו MEMS טיפוסי, המדגישה את יתרונות ה-G300D בקצב סנכרון, latency, רוחב פס והשהיית נתונים. התרשים ממחיש מדוע G300D מתאים למערכות ניווט וייצוב מדויקות ולא רק לחישה כללית.

איך Amironic מספקת Gyros עם External Sync

Amironic משווקת את סדרת G300D SX2 של Gladiator Technologies עם:

  • External Sync עד 8 kHz בגרסה רגילה

  • External Sync עד 10 kHz עם VELOX Plus

  • latency דיגיטלי עד עשרות מיקרו-שניות

  • רוחב פס עד מאות הרץ

  • קצבי נתונים גבוהים במיוחד

זה מאפשר:

  • יישור מדויק עם מצלמות

  • סנכרון עם Radar ו-LIDAR

  • INS ברמת ניווט ולא רק חישה

זה ההבדל בין MEMS תעשייתי לבין MEMS שנבנה למערכות ניווט וייצוב אמיתיות.

שאלות נפוצות (FAQ)
דוגמאות קוד (קונספטואליות)
UAV – סנכרון ג’יירו למצלמה ולניווט
G300D vs Typical MEMS Gyro
Integration Notes (G300D in Real Systems)
Performance Metrics Explained - מה המספרים באמת אומרים
שאלות נפוצות (FAQ)

מה זה External Sync בג’יירו?
External Sync הוא קלט טריגר חומרתי שגורם לג’יירו לבצע מדידה בדיוק כאשר מתקבל פולס חיצוני.
במקום לדגום לפי שעון פנימי, ה-G300D דוגם לפי הזמן של המערכת.

למה External Sync עדיף על תזמון דרך SPI או RS422?
SPI ו-RS422 קובעים רק מתי הנתון נקרא.
הם לא קובעים מתי המדידה בוצעה בפועל בתוך החיישן.
External Sync שולט על רגע הדגימה עצמו, ברמת ה-ADC.

האם timestamp בתוכנה לא מספיק?
לא. Timestamp מתאר מתי הנתון הגיע למעבד, לא מתי המדידה התבצעה.
עיבוד פנימי, פילטרים והעברה סריאלית יוצרים השהיה משתנה (jitter).

איך שגיאת תזמון יוצרת drift?
כי קצב זוויתי חייב להיות משולב על ציר הזמן.
אם הזמן של כל מדידה שגוי, גם הזווית המחושבת שגויה, והטעות מצטברת.

האם External Sync נדרש בעבודה עם מצלמה?
כן. כל פריים של מצלמה נלכד ברגע מדויק.
כדי לדעת את זווית הפלטפורמה באותו רגע, הג’יירו חייב למדוד בדיוק בזמן זה.

האם External Sync חשוב לגימבל ול-UAV?
כן. מערכות בקרה מהירות דורשות מדידות מיושרות בזמן.
ללא סנכרון, נוצרים רטיטות, overshoot וסטיות.

האם ל-G300D יש טריגר חומרתי אמיתי?
כן. ל-G300D יש קלט External Sync ייעודי (single-ended או differential) שמפעיל את המדידה ישירות.

האם אפשר לעבוד גם ב-Free-running?
כן. ה-G300D תומך גם בדגימה חופשית וגם בדגימה מסונכרנת חיצונית.

מה קצב הסנכרון המקסימלי?
עד 8 kHz בגרסה רגילה ועד 10 kHz עם VELOX Plus.

מה קורה אם לא משתמשים ב-External Sync?
הג’יירו עובד לפי שעון פנימי, והמערכת צריכה לנחש מתי המדידה בוצעה.
זה מגביל מאוד את הדיוק של ניווט וייצוב.

דוגמאות קוד (קונספטואליות)

כך נראית ארכיטקטורה טיפוסית עם G300D ו-External Sync:

1. המערכת מייצרת פולס סנכרון
הבקר, ה-FPGA או בקר המצלמה מייצר פולס TTL או LVDS.

2. הפולס נכנס ל-G300D
כל פולס גורם לג’יירו ולמד התאוצה לבצע מדידה חדשה בדיוק באותו רגע.

3. ה-G300D שולח נתונים
לאחר המדידה, ה-IMU שולח חבילת נתונים דרך RS422/485.

4. המעבד קורא את הנתונים
המעבד מקבל את המדידה שכבר מיושרת לזמן המערכת.

לוגיקה טיפוסית (פסאודו קוד)

while (system_running):
wait_for_external_trigger()
imu_data = read_G300D_frame()
fuse_with_camera_and_gnss(imu_data)

במודל זה:

  • הטריגר החיצוני שולט על רגע המדידה

  • הקריאה הסריאלית רק מעבירה את הנתון

  • אין jitter בתזמון הדגימה

למה זה עדיף על polling

ב-polling:

imu_data = read_IMU()
timestamp = now()

ב-External Sync:

trigger -> measure -> transmit -> read

המדידה תמיד מתבצעת בזמן הידוע מראש.

UAV – סנכרון ג’יירו למצלמה ולניווט

ב-UAV מודרני פועלים יחד:

  • מצלמה או חיישן EO/IR

  • ג’יירו (G300D)

  • בקר טיסה

  • GNSS

כל פריים של המצלמה נלכד ברגע מדויק.
כדי לייצב את התמונה ולחשב כיוון, הג’יירו חייב למדוד את קצב הסיבוב באותו רגע בדיוק.

באמצעות External Sync:

  • בקר המצלמה או ה-FPGA שולח פולס

  • ה-G300D דוגם את קצב הסיבוב בדיוק באותו רגע

  • הנתונים משולבים עם התמונה ללא צורך בהשערות או תיקוני זמן

כך מתקבל:

  • וידאו מיוצב

  • ניווט מדויק

  • מיפוי נכון של כל פריים למרחב

Gimbal – שליטה בזמן אמת

בגימבל, לולאת הבקרה פועלת בקצבים של מאות הרץ.
כל השהיה או jitter במדידת הג’יירו יוצרים:

  • overshoot

  • רעידות

  • חוסר יציבות

כאשר ה-G300D עובד עם External Sync:

  • כל מדידה מתבצעת לפי שעון הבקר

  • לולאת הבקרה מקבלת נתונים ללא סטיות זמן

  • הגימבל נע חלק ויציב גם בתנועות מהירות

זה ההבדל בין גימבל שנראה "בסדר" לבין גימבל שנראה קולנועי.

INS – שילוב GNSS, תאוצה וג’יירו

במערכת ניווט אינרציאלית:

  • GNSS נותן מיקום

  • Accelerometers נותנים תאוצה

  • Gyro נותן סיבוב

פילטר קלמן מניח שכל המדידות מיושרות בזמן.
אם אחת מהן מאוחרת אפילו בעשירית מילישניה, נוצר bias מלאכותי ו-drift.

External Sync מאפשר:

  • יישור מלא של כל החיישנים

  • שילוב מדויק

  • ניווט יציב לאורך זמן

בלי External Sync, פילטר הניווט תמיד מתקן שגיאות שנוצרו מתזמון לא נכון.

G300D vs Typical MEMS Gyro

רוב חיישני MEMS נראים דומים בדפי נתונים, אבל בפועל הם בנויים למטרות שונות לגמרי.
הטבלה הבאה מראה למה G300D שייך לעולם של ניווט וייצוב, ולא לעולם של חיישני IOT.

מאפיין G300D (External Sync Gyro) MEMS טיפוסי
External Sync חומרתי כן, טריגר ייעודי למדידה אין, רק Free-running
קצב סנכרון עד 8 kHz, 10 kHz עם VELOX Plus לא קיים
שליטה על רגע הדגימה מלאה, לפי פולס חיצוני שעון פנימי בלבד
jitter בתזמון זניח, נקבע חומרתית משתנה ותלוי בתקשורת
latency דיגיטלי קבוע ומינימלי לא מוגדר או משתנה
רוחב פס עד מאות הרץ בדרך כלל מוגבל
קצב נתונים עד אלפי דגימות בשניה לרוב מאות הרץ
התאמה ל-UAV וגימבל כן מוגבל
התאמה ל-INS כן לא

למה זה חשוב בפועל?

MEMS טיפוסי נותן:

“קצב זוויתי בערך עכשיו”

G300D נותן:

“קצב זוויתי בדיוק ברגע שהמערכת ביקשה”

במערכות מבוססות מצלמה, Radar או GNSS, זה ההבדל בין:

  • נתונים שימושיים

  • לנתונים שמכניסים שגיאות לפילטר ולבקרה

למה לא רואים את זה בדפי נתונים?

כי רוב היצרנים מדווחים:

  • Noise

  • Bias

  • Range

אבל לא:

  • מתי המדידה באמת בוצעה

  • כמה jitter יש בתזמון

G300D נבנה מלכתחילה כג’יירו מסונכרן למערכות ניווט, לא כחיישן חופשי.

Integration Notes (G300D in Real Systems)

חיבורי חשמל

ה-G300D מוזן ממתח חד-צדדי בתחום 4.5V עד 5.5V.
הצריכה הטיפוסית נמוכה, אך המערכת חייבת לספק:

  • מתח נקי

  • רעש נמוך

  • יציבות בזמן פולסי Sync

מומלץ:

  • רגולטור ייעודי

  • קבלים קרובים למחבר

  • הארקה קצרה ונקיה

ממשק נתונים – RS422 / RS485

ה-G300D מתקשר דרך ממשק דיפרנציאלי RS422 או RS485.
זה מאפשר:

  • חסינות לרעש

  • כבלים ארוכים

  • עבודה בסביבות תעשייתיות וצבאיות

התקשורת היא:

  • חצי דו-כיוונית (half-duplex)

  • קצבי baud עד מיליוני ביטים לשניה

External Sync – איך מחברים נכון

ל-G300D יש פין ייעודי ל-External Sync.

בגרסה:

  • Single-ended משתמשים ב-TTL

  • Differential משתמשים ב-LVDS או אות דיפרנציאלי

הפולס צריך להיות:

  • בעל קצה עולה חד

  • ללא jitter

  • ממקור שעון משותף למצלמה או ל-FPGA

זהו הקלט הקריטי ביותר במערכת.

Clocking ושעון מערכת

במערכת רב-חיישנית:

  • המצלמה

  • ה-FPGA

  • הג’יירו
    חייבים להשתמש באותו reference clock.

ה-External Sync הוא זה שמיישר את כולם לזמן משותף.

פילטרים ורוחב פס

ה-G300D מאפשר לבחור:

  • רוחב פס

  • פילטרים דיגיטליים

  • קצב נתונים

יש להתאים:

  • רוחב הפס למהירות התנועה

  • קצב הסנכרון למהירות המערכת

יותר מהר אינו תמיד טוב יותר.
הזמן והסנכרון חשובים יותר מהרעש.

בדיקות מערכת

בעת אינטגרציה:

  • יש לבדוק שהפולסים מגיעים בקצב קבוע

  • יש לוודא שה-IMU מגיב לכל טריגר

  • יש להשוות בין זמן המצלמה לזמן המדידה

מערכת מסונכרנת תראה:

  • חוסר drift

  • ייצוב חלק

  • פילטר קלמן יציב

Performance Metrics Explained - מה המספרים באמת אומרים

מהנדסים ומנהלי פיתוח רואים בדף נתונים מספרים כמו ARW, Bias Stability ו-Bandwidth, אבל ללא הקשר מערכתי הם לא מספרים את הסיפור האמיתי. כאן נסביר איך המדדים של G300D מתורגמים לביצועי מערכת.

ARW (Angle Random Walk)

ARW מתאר את רעש המדידה קצר-הטווח של הג’יירו.
ב-G300D הערך הוא ברמה של אלפיות מעלה לשורש שניה.

מה זה אומר במערכת:

  • פחות רעש בזווית

  • פחות "רעד" בייצוב

  • תמונה יציבה יותר בגימבל

  • פילטר קלמן נקי יותר

אבל חשוב:
גם ARW נמוך לא עוזר אם המדידה אינה מסונכרנת בזמן. External Sync הוא זה שמאפשר ל-ARW לעבוד עבורך.

Bias Stability

Bias הוא ההיסט הקבוע של הג’יירו.
Bias Stability מתאר כמה ההיסט הזה משתנה לאורך זמן.

ב-G300D ה-Bias יציב מאוד, ולכן:

  • פחות drift

  • פחות תיקונים מה-GNSS

  • ניווט יציב גם כשאין קליטה

Bias טוב בלי External Sync עדיין ייצור שגיאה, כי ההיסט משתלב בזמן שגוי.

Bandwidth

רוחב הפס מגדיר אילו תנועות הג’יירו מסוגל למדוד.

במערכת גימבל או UAV:

  • תנועות מהירות דורשות רוחב פס גבוה

  • External Sync מבטיח שכל תנועה מהירה נמדדת בדיוק בזמן

רוחב פס גבוה ללא סנכרון גורם למדידה מהירה אבל לא מדויקת.

Digital Latency

זה הזמן בין המדידה לבין יציאת הנתון.

ב-G300D ההשהיה נמוכה וקבועה, ולכן:

  • לולאות בקרה יציבות

  • פילטרים מתנהגים כמצופה

  • אין jitter נסתר

ללא latency קבוע, גם External Sync לא יעזור.

Sync Rate

קצב הסנכרון קובע כמה פעמים בשניה ניתן למדוד בצורה מיושרת.

G300D תומך בעד 10,000 טריגרים בשניה, ולכן:

  • ניתן ליישר מדידות עם מצלמות מהירות

  • ניתן לעבוד עם מערכות radar ו-LIDAR

  • אין צורך ב-interpolation

השורה התחתונה

מדדים כמו ARW, Bias ו-Bandwidth חשובים.
אבל External Sync הוא זה שהופך אותם לביצועי מערכת אמיתיים.

G300D לא נמדד רק במעלות לשעה.
הוא נמדד בכמה טוב המערכת שלך יודעת איפה היא נמצאת – עכשיו.

Applications – היכן External Sync ו-G300D עושים את ההבדל

ה-G300D מיועד לפלטפורמות שבהן דיוק תזמון, יציבות ושילוב חיישנים קובעים את הצלחת המשימה.

UAV ומערכות ISR

ב-UAV כל פריים של מצלמה, עדכון GNSS ומדידת אינרציה חייבים להיות מיושרים בזמן.
External Sync מאפשר ל-G300D לדגום בדיוק ברגע לכידת התמונה וכך מתקבלים:

  • ייחוס גיאוגרפי מדויק

  • וידאו מיוצב

  • הערכת מצב מדויקת

  • ניווט יציב גם ללא GNSS

קריטי למערכות תצפית, מיפוי וייעוד מטרות.

מטעני EO/IR (אופטיקה ותרמיות)

מערכות EO/IR דורשות יישור מדויק בין אופטיקה לחיישני אינרציה.
External Sync מבטיח שכל פריים משויך לזווית הפלטפורמה הנכונה, ומאפשר:

  • ייצוב תמונה ברמת פיקסל

  • מעקב מטרות

  • ניווט מבוסס תמונה

  • שילוב חיישנים מתקדם

Radar ו-LiDAR

Radar ו-LiDAR פועלים בפולסים וסריקות.
External Sync מאפשר ל-G300D להיות מסונכרן לאותו מקור זמן וכך מתקבלים:

  • כיוון קרן מדויק

  • פיצוי תנועה

  • מיפוי מדויק

  • מעקב מטרות יציב

בלי סנכרון זמן, הביצועים מוגבלים פיזיקלית.

רובוטיקה ומערכות אוטונומיות

פלטפורמות אוטונומיות נשענות על שילוב חיישנים מהיר ומדויק.
ה-G300D מספק:

  • תזמון דטרמיניסטי

  • latency נמוך

  • מדידות תנועה מהירות

מה שמאפשר לוקליזציה, בקרה וניווט יציבים בסביבה דינמית.

השורה התחתונה

בכל היישומים הללו, External Sync הופך מדידת אינרציה מהערכה גסה לרפרנס זמן מדויק.
G300D מספק את שלמות התזמון הנדרשת לפלטפורמות חישה ואוטונומיה מודרניות.

Tags:

Related Articles