мастерская по инерциальным навигационным системам

Основные положенияИзделие: ИНС на базе MEMS с поддержкой GNSS I3500Основные характеристики:Компоненты: экономичный MEMS-инерциальный измерительный блок (IMU), двухантенный модуль спутникового позиционирования, магнитометры и барометр.Функция: Обеспечивает высокоточные навигационные данные, поддерживая работоспособность системы во время сбоев GNSS.Области применения: подходит для дронов, автономной навигации, геодезии и анализа движения.Инерциальная навигация: объединяет инерциальные измерения для расчета положения, скорости и ориентации.Заключение: I3500 является примером интеграции MEMS-инерциальной навигационной системы и GNSS, повышающей надежность и точность навигации в различных секторах. Интегрированная навигация MINS/GNSS подразумевает объединение информации от MINS (MEMS INS) и GNSS (глобальной навигационной спутниковой системы). Эта интеграция сочетает в себе сильные стороны обеих систем, дополняя друг друга и обеспечивая точные результаты определения положения, скорости и ориентации (PVA).Классификация инерциальных навигационных систем на основе микроэлектромеханических систем (MEMS)После более чем 30 лет развития инерциальные технологии MEMS быстро продвинулись и нашли широкое применение. Появились различные практичные инерциальные устройства MEMS и MEMS-инерциальные навигационные системы (ИНС), нашедшие широкое применение в таких областях, как аэрокосмическая, морская и автомобильная промышленность. Тактические гироскопы MEMS (со стабильностью смещения от 0,1°/ч до 10°/ч, 1σ) и высокоточные акселерометры MEMS (со стабильностью смещения от 10⁻⁵g до 10⁻⁶g, 1σ) ознаменовали переход тактических MEMS-ИНС на стадию модельного применения.В целом, инерциальные системы на основе микроэлектромеханических систем (MEMS) можно разделить на три уровня: инерциальный сенсорный блок (ISA), инерциальный измерительный блок (IMU) и инерциальная навигационная система (INS), как показано на рисунке 1.Рис. 1 Три уровня Mems Ins (2)MEMS ISA: Состоит исключительно из трех MEMS-гироскопов и трех MEMS-акселерометров и не обладает возможностью автономной работы.MEMS IMU: Создан на основе архитектуры MEMS ISA с добавлением аналого-цифровых преобразователей, микросхем для математической обработки данных и специальных программ, что позволяет ему самостоятельно собирать и обрабатывать инерциальную информацию.MEMS INS: 进一步 расширяет возможности MEMS IMU за счет включения преобразования координат, процессов фильтрации и вспомогательных модулей, которые обычно включают магнитометры и платы приемников GNSS. Вспомогательные датчики, такие как магнитометры, особенно важны для обеспечения выравнивания MEMS INS и повышения производительности.Три новые модели инерциальной навигационной системы MEMS (Micro-Magic Inc-Mechanical System Inertial Navigation System) от Ericco, показанные на изображении ниже, подходят для применения в дронах, бортовых самописцах, интеллектуальных беспилотных транспортных средствах, позиционировании и ориентации дорожного полотна, обнаружении каналов, беспилотных надводных и подводных аппаратах.Рис. 2. Три новые модели Mems Ins от Ericco.Как работает инерциальная навигационная система MEMS с поддержкой GNSSGNSS предоставляет пользователям высокоточную информацию об абсолютном положении и времени в любых погодных условиях, в то время как инерциальные навигационные системы (ИНС) обеспечивают высокое кратковременное разрешение и высокую автономность. Их взаимодополняющие характеристики повышают общую производительность: ИНС может использовать свою высокую кратковременную точность для предоставления GNSS более непрерывной и полной навигационной информации, а GNSS может помочь оценить параметры ошибок ИНС, такие как смещение, тем самым получая более точные наблюдения и уменьшая дрейф ИНС.Рис. 3. Три уровня памяти.В частности, GNSS использует сигналы от орбитальных спутников для расчета положения, времени и скорости. Пока антенна имеет прямую видимость как минимум с четырьмя спутниками, навигация GNSS обеспечивает превосходную точность. Когда видимость спутников затруднена такими препятствиями, как деревья или здания, навигация становится ненадежной или невозможной.ИНС рассчитывает относительные изменения положения во времени, используя информацию об угловой скорости и ускорении от инерциального измерительного блока (ИМБ). ИМБ состоит из шести дополнительных датчиков, расположенных на трех ортогональных осях. На каждой оси находится акселерометр и гироскоп. Акселерометры измеряют линейное ускорение, а гироскопы — угловую скорость вращения. С помощью этих датчиков ИМБ может точно измерять свое относительное движение в трехмерном пространстве.ИНС использует эти измерения для вычисления положения и скорости. Еще одно преимущество измерений ИМС заключается в том, что они предоставляют угловые решения относительно трех осей. ИНС преобразует эти угловые решения в локальные ориентации (крен, тангаж и рыскание), предоставляя эти данные вместе с положением и скоростью.Рис. 4. Инерциальный измерительный блок. Система координат корпуса.Технология кинематического позиционирования в реальном времени (RTK) — это зрелый высокоточный алгоритм позиционирования GNSS, способный достигать точности на уровне сантиметров в открытой местности. Однако в сложных городских условиях препятствия и помехи сигнала снижают скорость определения неоднозначности, что приводит к снижению точности позиционирования. Поэтому исследование интегрированных систем позиционирования GNSS RTK и INS имеет решающее значение для таких областей, как автономная навигация, геодезия и картография, а также анализ движения.Новая модель I3500 от Micro-Magic Inc. — это экономичная инерциальная навигационная система на основе MEMS-технологии с поддержкой GNSS, высоконадежным MEMS-инерциальным измерительным блоком (IMU) и двухантенным полнодиапазонным модулем позиционирования и определения направления спутников. Она также включает в себя магнитометры и барометр, которые могут рассчитывать величину угла ориентации и помогать дрону достигать желаемой высоты.ЗаключениеИнтеграция инерциальных навигационных систем MEMS (INS) с технологией GNSS значительно повышает точность навигации за счет объединения их преимуществ. Благодаря быстрому развитию, системы MEMS INS в настоящее время широко используются в аэрокосмической, морской и автомобильной отраслях. GNSS обеспечивает точное позиционирование, а системы MEMS INS гарантируют непрерывную навигацию даже при сбоях в работе GNSS.Система I3500 от Micro-Magic Inc. является ярким примером такой интеграции, предлагая высокоточные навигационные данные, идеально подходящие для автономной навигации, геодезии и анализа движения.В заключение, интеграция GNSS и MEMS INS совершает революцию в навигации, повышая точность, надежность и универсальность в различных областях применения. I3500Высокоточная 3-осевая инерциальная навигационная система MEMS-гироскопа I3500