Система определения ориентации и курса (AHRS) — это устройство, использующее инерциальные MEMS-датчики (акселерометры, гироскопы) и магнитометры в сочетании с передовыми алгоритмами слияния данных с датчиков (чаще всего фильтр Калмана и его варианты) для расчета информации об ориентации в реальном времени (угол тангажа, угол крена, угол рыскания/курса) носителя (самолета, транспортного средства, корабля, робота и т. д.) относительно локальной горизонтальной плоскости и в северном направлении.

Основные сценарии применения AHRS

1. Области применения авиации, авиации и наземных транспортных средств.

В системе стабилизации и управления положением беспилотных летательных аппаратов система управления полетом опирается на высокочастотные данные о положении в реальном времени, предоставляемые системой AHRS, для стабилизации летательного аппарата, выполнения маневров (таких как повороты, набор высоты, снижение) и поддержания режима зависания. Это наиболее важное применение системы AHRS в беспилотных летательных аппаратах. В то же время, угол курса, предоставляемый системой AHRS, является ключевым входным параметром для интегрированных навигационных систем беспилотных летательных аппаратов (обычно интегрированных с GPS, барометрами и т. д.), используемых для отслеживания путевых точек и автономной навигации.

В системах управления летательными аппаратами малой авиации (летательными аппаратами, вертолетами) система AHRS предоставляет пилотам информацию о положении в пространстве и магнитном курсе на основном пилотажном дисплее (PFD). Интеграция AHRS с GPS и другими системами может обеспечить более надежные и устойчивые навигационные решения для летательных аппаратов малой авиации.

В системах стабилизации наземных транспортных средств система AHRS используется для определения угла крена и угловой скорости рыскания транспортного средства, предотвращения бокового скольжения и опрокидывания, а также для предоставления системе автоматического управления информацией о положении транспортного средства относительно дорожного покрытия для планирования траектории, принятия решений по управлению и объединения данных с датчиков (например, данных с камер и радаров).

1. Морские суда и другие области применения передовых технологий

Система AHRS отслеживает углы крена и тангажа судов в целях обеспечения безопасности навигации, управления грузами или научных исследований. В системе управления остойчивостью судна обратная связь по положению обеспечивается для стабилизирующих устройств, таких как противокрениевые кили и гиростабилизаторы. В автопилоте/системе управления траекторией судна предоставление информации о курсе является основой автопилота.

Система AHRS предоставляет информацию об ориентации и направлении движения наземным, воздушным или подводным роботам во время навигации мобильных роботов, что имеет решающее значение для автономного движения и позиционирования. В системе управления роботизированной рукой она определяет положение концевого эффектора или сустава роботизированной руки.

В системах дополненной и виртуальной реальности VR-гарнитура оснащена системой AHRS для отслеживания изменений положения головы пользователя и обновления перспективы виртуальной сцены. Одновременно она используется для захвата движений частей тела или объектов (обычно требуя более высокой точности и использования более профессиональных инерциальных измерительных блоков).

Основные преимущества AHRS

Система AHRS обладает следующими незаменимыми преимуществами:

→ Низкая стоимость: крупномасштабное производство с использованием технологии MEMS делает системы AHRS значительно дешевле, чем высокоточные волоконно-оптические или лазерные инерциальные навигационные системы (ИНС), что обеспечивает их широкое применение на потребительском и коммерческом рынках, таких как беспилотные летательные аппараты и автомобильная электроника.

→ Небольшие размеры, малый вес, низкое энергопотребление: MEMS-датчики очень компактны, и весь модуль AHRS может быть выполнен в очень компактном и легком виде с относительно низким энергопотреблением, что делает его очень подходящим для платформ с ограниченным пространством, весом и энергопотреблением (таких как небольшие дроны и носимые устройства).

→ Быстрый запуск и высокая динамическая реакция: после запуска устройство может быстро предоставлять точную информацию об ориентации в течение нескольких секунд или десятков секунд (в зависимости от скорости сходимости алгоритма), без необходимости длительного периода прогрева, как механические гироскопы. Способно быстро реагировать на интенсивные маневры несущего аппарата, выдавая высокочастотные данные об ориентации (обычно до 100 Гц и выше), что соответствует требованиям управления в реальном времени.

→Простота интеграции: как правило, предоставляет стандартизированные цифровые интерфейсы (такие как UART, SPI, I2C, CAN, RS232, RS422) для простой интеграции с другими системами (например, бортовыми компьютерами управления полетом, навигационными компьютерами, дисплеями).

Введение в характеристики сопутствующих товаров

Ниже приведены показатели производительности продукции серии AHRS.

Заключение

Система AHRS, благодаря своим основным характеристикам — твердотельному корпусу, низкой стоимости, малым размерам, низкому энергопотреблению и быстрому запуску, — стала ключевым устройством для определения ориентации во многих областях, таких как управление полетом современных дронов, модернизация авионики малых летательных аппаратов, управление устойчивостью транспортных средств, мониторинг и навигация положения судов, навигация роботов и VR/AR. Хотя ее абсолютная точность обычно ниже, чем у высококлассных инерциальных навигационных систем (INS), ее превосходная экономичность и адаптивность к окружающей среде делают ее наиболее широко используемым решением для определения ориентации.

• Предыдущий пост

  механизм защиты от перегрузки по току LDO

• Следующий пост

  Конфигурация плавного пуска понижающего преобразователя напряжения