ПРИЛОЖЕНИЯ

Ключевые моментыПродукт: MEMS GNSS/INS компании Micro-Magic Inc, включая модель I3500 для картографических приложений.Функции:Размер: Компактный и легкий для легкой интеграции.Точность: нестабильность смещения 2,5°/ч, угловое случайное блуждание 0,028°/√ч.МЭМС-акселерометр: диапазон ±6g, нестабильность нулевого смещения

Ключевые моментыПродукт: Интегрированные навигационные решения GNSS/INSКлючевые особенности:Компоненты: Интегрированная система включает приемник GNSS, блок инерциальных измерений (IMU) и дополнительные датчики, такие как LiDAR или одометры.Функция: поддерживает точность и стабильность при потере сигнала GNSS с помощью дополнительных датчиков или ограничений состояния движения, таких как ZUPT.Применение: Идеально подходит для городской навигации, горнодобывающей промышленности, добычи нефти и других сред с потенциальными помехами для сигнала.Инерциальная навигация: для измерения положения, скорости и ускорения используются гироскопы и акселерометры.Вывод: конструкция интегрированной системы развивается, появляются решения, которые повышают надежность в сложных условиях, сохраняя при этом баланс между стоимостью и сложностью.В интегрированной навигационной системе GNSS/INS измерения GNSS играют решающую роль в корректировке INS. Поэтому правильное функционирование интегрированной системы зависит от непрерывности и стабильности спутниковых сигналов. Однако, когда система работает под эстакадами, кронами деревьев или внутри городских зданий, спутниковые сигналы могут легко блокироваться или создавать помехи, что потенциально может привести к потере захвата приемника GNSS. В этой статье обсуждаются решения для поддержания точности и стабильности. интегрированных навигационных систем GNSS/INS при потере спутниковых сигналов.При отсутствии спутникового сигнала в течение длительного периода отсутствие поправок ГНСС приводит к быстрому накоплению ошибок ИНС, особенно в системах с инерциальными измерительными блоками меньшей точности. Данная проблема приводит к снижению точности, стабильности и непрерывности работы интегрированной системы. Следовательно, крайне важно решить эту проблему, чтобы повысить надежность интегрированной системы в таких сложных средах.1.Два основных решения проблемы потери сигнала GNSS/INSВ настоящее время существует два основных решения проблемы потери спутникового сигнала.Решение 1. Интегрируйте дополнительные датчикиС одной стороны, в существующую систему GNSS/INS могут быть интегрированы дополнительные датчики, такие как одометры, LiDAR, астрономические датчики и визуальные датчики. Таким образом, когда потеря спутникового сигнала делает ГНСС недоступной, новые добавленные датчики могут предоставлять информацию измерений и формировать новую интегрированную систему с ИНС для подавления накопления ошибок ИНС. Проблемы этого подхода включают увеличение стоимости системы из-за дополнительных датчиков и потенциальную сложность конструкции, если новые датчики потребуют сложных моделей фильтрации.Рис.1 Системный обзор интегрированной навигационной системы GNSS IMU ОДО LiDAR SLAM.Решение 2: Технология ЗУПТС другой стороны, модель позиционирования с ограничениями состояния движения может быть создана на основе характеристик движения транспортного средства. Этот метод не требует добавления новых датчиков в существующую интегрированную систему, что позволяет избежать дополнительных затрат. Когда GNSS недоступна, новая информация измерений предоставляется ограничениями состояния движения для подавления расхождения INS. Например, когда транспортное средство неподвижно, можно применить технологию обновления при нулевой скорости (ZUPT) для подавления накопления ошибок INS.ZUPT — это недорогой и широко используемый метод уменьшения расхождения INS. Когда транспортное средство неподвижно, его скорость теоретически должна быть равна нулю. Однако из-за накопления ошибок INS с течением времени выходная скорость не равна нулю, поэтому выходную скорость INS можно использовать в качестве измерения ошибки скорости. Таким образом, на основе ограничения, согласно которому скорость транспортного средства равна нулю, можно составить соответствующее уравнение измерения, предоставляющее информацию об измерениях для интегрированной системы и подавляющее накопление ошибок ИНС.Рис.2 Блок-схема алгоритма GNSSIMU на основе ZUPT, тесно связанного с CERAV.Однако применение ZUPT требует, чтобы транспортное средство было неподвижным, что делает его статической технологией обновления с нулевой скоростью, которая не может предоставить информацию об измерениях во время обычных маневров транспортного средства. На практике это требует частой остановки транспортного средства из движущегося состояния, что снижает его маневренность. Кроме того, ЗУПТ требует точного определения стационарных моментов автомобиля. Если обнаружение не удалось, может быть предоставлена неверная информация об измерениях, что потенциально может привести к сбою этого метода и даже к снижению или отклонению точности интегрированной системы.ЗаключениеПотеря спутниковых сигналов может привести к быстрому накоплению ошибок в ИНС, особенно в сложных условиях, таких как городские районы. Представлены два основных решения: добавление дополнительных датчиков, таких как LiDAR или визуальные датчики, для обеспечения альтернативных измерений или использование ограничений состояния движения, таких как технология обновления нулевой скорости (ZUPT), для исправления ошибок INS. Каждый подход имеет свои преимущества и проблемы: интеграция датчиков увеличивает затраты и сложность, в то время как ZUPT требует, чтобы транспортное средство было неподвижным и точно обнаруживаемым, чтобы быть эффективным.Micro-Magic Inc находится в авангарде технологий инерциальной навигации и недавно представила три продукта MEMS INS с поддержкой GNSS с различными уровнями точности (промышленный уровень, тактический уровень и навигационный уровень). Примечательно, что MEMS GNSS/INS I3500 промышленного уровня имеет нестабильность смещения 2,5°/ч и угловое случайное блуждание 0,028°/√ч, а также высокоточный MEMS-акселерометр с большим диапазоном (±6g, нестабильность нулевого смещения).

Ключевые моментыПродукт: Интегрированная навигационная система GNSS/MEMS INSКлючевые особенности:Компоненты: Сочетает инерциальные датчики MEMS с приемниками GNSS для расширенных навигационных возможностей.Функция: Обеспечивает высокочастотные обновления и точную информацию о местоположении, скорости и ориентации путем интеграции инерциальных данных с поправками GNSS.Применение: Идеально подходит для дронов, бортовых самописцев, интеллектуальных беспилотных летательных аппаратов и подводных аппаратов.Объединение данных: используется фильтрация Калмана для объединения данных GNSS с данными MEMS INS, исправления накопленных ошибок и повышения общей точности.Вывод: Эта интегрированная система использует сильные стороны обеих технологий для повышения производительности и надежности навигации и имеет широкий спектр применений в различных отраслях.С развитием инерциальных устройств MEMS точность гироскопов MEMS и акселерометров MEMS постепенно улучшалась, что привело к быстрому прогрессу в применении МЭМС. МЭМС ИНС. Однако повышение точности инерциальных устройств MEMS оказалось недостаточным для удовлетворения все более высоких требований к точности MEMS INS. Таким образом, в центре внимания исследований MEMS INS стало повышение точности MEMS INS с помощью алгоритмов компенсации ошибок и других методов.Чтобы повысить производительность MEMS INS, исследователи изучили различные методы уменьшения ошибок в этих системах. Существует четыре основных подхода к уменьшению ошибок MEMS INS:Калибровка и компенсация параметров ошибок датчиков. Сюда входит использование математического моделирования и экспериментальных инструментов для стимулирования ошибок датчиков, систематическая калибровка детерминированных ошибок на уровне системы, а затем компенсация этих ошибок с помощью алгоритмов инерциальной навигации для улучшения общей производительности.Технология модуляции вращения. Применяя соответствующие схемы модуляции вращения, можно добиться периодического изменения ошибок датчика, не полагаясь на внешние источники информации. Эта автоматическая компенсация ошибок в алгоритме навигации подавляет влияние ошибок датчиков на MEMS INS.Технология резервирования инерционных устройств: благодаря низкой стоимости инерционных датчиков MEMS можно реализовать конструкции резервирования. Резервирование датчиков может эффективно снизить влияние случайных ошибок на MEMS INS, тем самым повышая производительность.Включение внешних источников информации: использование фильтрации Калмана для интегрированной навигации для подавления накопления ошибок MEMS INS.В этой статье далее будет представлен четвертый метод, который является наиболее практичной и широко исследованной формой интегрированной навигации — интегрированной навигационной системой GNSS/MEMS INS.Причины использования GNSS для помощи MEMS INSMEMS INS — это тип системы точного счисления, которая измеряет относительное состояние от предыдущего до текущего момента выборки. Для измерения он не полагается на акустические, оптические или электрические сигналы, что делает его очень устойчивым к внешним помехам и обману. Ее автономность и надежность делают ее основной навигационной системой для различных носителей, таких как самолеты, корабли и транспортные средства. На рис.1 приведены характеристики ИНС разных марок.Рис.1. Характеристики ИНС разных марок.MEMS INS обеспечивает высокую скорость обновления и может выводить полную информацию о состоянии, включая положение, скорость, положение, угловую скорость и ускорение, с высокой точностью краткосрочной навигации. Однако MEMS INS требует дополнительных источников информации для инициализации положения, скорости и ориентации, а ее чистая инерциальная навигационная ошибка накапливается с течением времени, особенно в INS тактического и коммерческого уровня.Комбинация GNSS/MEMS INS позволяет реализовать взаимодополняющие преимущества обеих систем: GNSS обеспечивает стабильную долговременную точность и может предлагать начальные значения положения и скорости, корректируя накопленные ошибки в MEMS INS посредством фильтрации. Между тем, MEMS INS может повысить скорость обновления выходных навигационных данных GNSS, расширить типы выходной информации о состоянии и помочь в обнаружении и устранении ошибок наблюдения GNSS.Базовая модель интегрированной навигации GNSS/MEMS INSБазовая модель интеграции GNSS/MEMS ИНС отражает функциональную связь между наблюдаемой информацией от датчиков (IMU и приемников) и навигационными параметрами носителя (положение, скорость и ориентация), а также виды и случайные модели ошибок измерения датчиков. . Навигационные параметры перевозчика должны быть описаны в конкретной опорной системе координат.Рис.2 Базовая модель Gnssmems Ins со встроенной навигациейЗадачи навигации обычно включают две или более системы координат: инерционные датчики измеряют движение носителя относительно инерциального пространства, тогда как навигационные параметры носителя (положение и скорость) обычно описываются в системе координат, фиксированной на Земле, для интуитивного понимания. Обычно используемые системы координат в интегрированной навигации GNSS/INS включают геоцентрическую инерциальную систему координат, геоцентрическую фиксированную систему координат, местную географическую систему координат и систему координат тела.В настоящее время алгоритмы интеграции GNSS/MEMS INS в абсолютную навигацию созрели, и на рынке появилось множество высокопроизводительных продуктов. Например, три недавно выпущенные модели MEMS INS от Micro-Magic Inc, показанные на изображении ниже, подходят для применения в дронах, бортовых самописцах, интеллектуальных беспилотных транспортных средствах, позиционировании и ориентации дорожного полотна, обнаружении каналов, беспилотных надводных транспортных средствах и подводных системах. транспортные средства.Рис.3. Три недавно выпущенных GNSS/MEMS INS от Micro-Magic Inc.I3500Высокоточная 3-осевая инерциальная навигационная система Mems Gyro I3500 I3700Высокоточный сельскохозяйственный GPS-трекер, модуль потребления, инерциальная навигационная система, Mtk Rtk Gnss Rtk, антенна, алгоритм Rtk 

Ключевые моментыПродукт: Инерциальная навигационная система (INS) и система глобального позиционирования (GPS).Ключевые особенности:Компоненты: INS использует акселерометры и гироскопы; GPS опирается на спутниковые сигналы.Функция: INS обеспечивает автономную навигацию без внешних сигналов; GPS обеспечивает точную геолокацию с глобальным покрытием.Применение: INS идеально подходит для подводных, подземных и космических работ; GPS используется в личной навигации, военной технике и слежении.Интеграция: объединение INS и GPS повышает точность и надежность в сложных условиях.Вывод: Выбор между INS и GPS зависит от конкретных потребностей, причем многие приложения получают выгоду от их интеграции для получения оптимальных навигационных решений.Для сложных транспортных средств, таких как самолеты, автономные транспортные средства, корабли, космические корабли, подводные лодки и БПЛА, крайне важно иметь точную систему для поддержания и контроля идеального движения. Двумя наиболее известными навигационными системами, используемыми сегодня, являются инерциальная навигационная система (INS) и система глобального позиционирования (GPS). Оба имеют свои уникальные преимущества и области применения, но выбор лучшей системы для ваших нужд зависит от нескольких факторов. В этой статье будут рассмотрены различия, сильные стороны и идеальные варианты использования каждой системы, чтобы помочь вам принять обоснованное решение.Понимание INS и GPSИнерциальная навигационная система (ИНС):Северный искатель MEMS может предоставлять информацию о курсе движущемуся телу полностью автономно, работая без зависимости от спутников, не подвержен влиянию климата и не требуя сложных операций. Он не только обеспечивает интерфейс вывода данных для компьютера, но также обеспечивает хороший человеко-машинный интерфейс.Искатель Севера MEMS в основном состоит из модуля инерциального измерения (IMU) и линейной части, а блок-схема аппаратного обеспечения показана на рисунке 1. Блок инерционного измерения (IMU) состоит из гироскопа и поворотного механизма. Схемная часть в основном состоит из четырех печатных плат, включая: плату питания, плату управления, плату усилителя мощности и опорную пластину. В таблице 1 показаны компоненты системы поиска севера.Глобальная система позиционирования (GPS):Система глобального позиционирования — это спутниковая навигационная система, которая предоставляет информацию о геолокации и времени приемнику GPS в любой точке Земли или вблизи нее, где есть беспрепятственная прямая видимость для четырех или более спутников GPS. GPS отличается высокой точностью и обеспечивает непрерывную информацию о местоположении, что делает его идеальным для широкого спектра применений: от персональной навигации до военных операций. Однако сигналы GPS могут блокироваться зданиями, деревьями или атмосферными условиями, что приводит к потенциальным неточностям.Технология GPS в основном используется для данных о местоположении, картографирования, отслеживания движущихся объектов, навигации, а также оценки и измерения времени. Однако эта информация зависит от спутниковых соединений, и если устройство GPS не может подключиться как минимум к четырем спутникам, предоставленных данных будет недостаточно для полной работоспособности. Сильные и слабые стороныСильные стороны ИНС:Независимость: не зависит от внешних сигналов, что делает его полезным в средах, где отсутствует GPS.Мгновенный ответ: обеспечивает немедленную информацию о положении и скорости.Надежность: Менее подвержен помехам или помехам сигнала.Слабые стороны ИНС:Дрейф: Накопленные ошибки со временем могут привести к неточностям.Сложность: как правило, более сложна и дорога, чем системы GPS.Рис.2 Плюсы и минусы Ins и GnssСильные стороны GPS:Точность: Предоставляет точную информацию о местоположении, часто в пределах нескольких метров.Охват: глобальный охват с постоянными обновлениями.Простота использования: широко доступен и относительно недорог.Сильные стороны GPS:Зависимость от сигнала: требуется прямая видимость спутников, которые могут быть заблокированы.Уязвимость: подвержен помехам, подделке и вмешательству.Объединение INS и GPSВо многих приложениях INS и GPS используются вместе, чтобы максимально использовать их взаимодополняющие преимущества. Интегрируя данные GPS с INS, система может корректировать дрейф INS и обеспечивать более надежную и точную навигацию. Эта комбинация особенно ценна в авиации, где непрерывная и точная навигация имеет решающее значение, а также в автономных транспортных средствах, где надежное и точное позиционирование имеет решающее значение для безопасной работы.С быстрым развитием микроэлектромеханических систем (MEMS) были разработаны меньшие по размеру и более портативные интегрированные навигационные системы с поддержкой GPS, такие как три модели Micro-Magic Inc с разными уровнями точности. Среди них сверхвысокая точность геодезической и тактической системы I6600, оснащенная мощным IMU, способным выдавать высокоточную информацию о местоположении, скорости и ориентации.ЗаключениеВыбор между INS и GPS зависит от ваших конкретных потребностей и условий, в которых вы будете работать. Если вам требуется система, независимая от внешних сигналов и способная работать в сложных условиях, INS может стать лучшим выбором. Однако, если вам нужна высокоточная, непрерывная информация о местоположении с глобальным покрытием, GPS, вероятно, будет лучшим вариантом. Для многих приложений объединение обеих систем может обеспечить оптимальное решение, обеспечивающее надежность и точность навигации.Понимая сильные и слабые стороны каждой системы, вы сможете принять обоснованное решение и выбрать навигационную систему, которая наилучшим образом соответствует вашим требованиям. I6700Инерциальная навигационная система с поддержкой MEMS GNSS  

Ключевые моментыПродукт: I3500 MEMS INS с поддержкой GNSSКлючевые особенности:Компоненты: экономичный MEMS IMU, модуль спутникового позиционирования с двумя антеннами, магнитометры и барометр.Функция: Предоставляет высокоточные навигационные данные, сохраняя производительность во время сбоев в работе GNSS.Применения: Подходит для дронов, автономной навигации, геодезии и анализа движения.Инерциальная навигация: объединяет инерциальные измерения для расчета положения, скорости и ориентации.Вывод: I3500 является примером интеграции MEMS INS и GNSS, повышая надежность и точность навигации в различных секторах. Интегрированная навигация MINS/GNSS означает объединение информации как из MINS (MEMS INS), так и из GNSS (глобальной навигационной спутниковой системы). Эта интеграция объединяет сильные стороны обеих систем, дополняя друг друга и обеспечивая точные результаты PVA (положение, скорость, отношение).Классификация МЭМС инерциальных навигационных системПосле более чем 30-летнего развития инерционная технология MEMS быстро продвинулась вперед и нашла широкое применение. Появились различные практические инерционные устройства MEMS и MEMS INS, которые нашли широкое применение в таких областях, как аэрокосмическая, морская и автомобильная промышленность. МЭМС-гироскопы тактического уровня (со стабильностью смещения от 0,1°/ч до 10°/ч, 1σ) и высокоточные акселерометры МЭМС (со стабильностью смещения от 10⁻⁵g до 10⁻⁶g, 1σ) ознаменовали появление тактических доведите MEMS INS до стадии применения модели.Как правило, инерциальные системы MEMS можно разделить на три уровня: узел инерционных датчиков (ISA), блок инерциальных измерений (IMU) и инерциальную навигационную систему (INS), как показано на рисунке 1.Рис.1. Три уровня входов памяти (2)MEMS ISA: состоит только из трех MEMS-гироскопов и трех MEMS-акселерометров и не имеет возможности работать независимо.MEMS IMU: основан на MEMS ISA путем добавления аналого-цифровых преобразователей, микросхем математической обработки и специальных программ, позволяющих независимо собирать и обрабатывать инерциальную информацию.MEMS INS: дальнейшее расширение 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 выравнивания MEMS INS и повышения производительности.Три недавно выпущенные модели MEMS INS (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, беспилотные надводные аппараты и подводные аппараты.Рис.2. Три недавно выпущенные модели Mems Ins от EriccoКак работает MEMS INS с поддержкой GNSSGNSS предоставляет пользователям всепогодную высокоточную информацию об абсолютном положении и времени, а инерциальные навигационные системы (INS) обеспечивают высокое краткосрочное разрешение и высокую автономность. Их взаимодополняющие характеристики улучшают общую производительность: INS может использовать свою высокую краткосрочную точность для предоставления GNSS более непрерывной и полной навигационной информации, а GNSS может помочь оценить параметры ошибок INS, такие как смещение, тем самым получая более точные наблюдения и уменьшая дрейф INS.Рис.3. Три уровня Mems InsВ частности, GNSS использует сигналы орбитальных спутников для расчета положения, времени и скорости. Пока антенна находится в прямой видимости как минимум с четырьмя спутниками, навигация GNSS обеспечивает превосходную точность. Когда видимость спутника затруднена такими препятствиями, как деревья или здания, навигация становится ненадежной или невозможной.INS рассчитывает изменения относительного положения с течением времени, используя информацию об угловой скорости и ускорении, полученную от инерциального измерительного блока (IMU). IMU состоит из шести взаимодополняющих датчиков, расположенных на трех ортогональных осях. На каждой оси есть акселерометр и гироскоп. Акселерометры измеряют линейное ускорение, а гироскопы измеряют скорость вращения. С помощью этих датчиков IMU может точно измерить свое относительное движение в трехмерном пространстве.INS использует эти измерения для расчета положения и скорости. Еще одним преимуществом измерений IMU является то, что они позволяют получить угловые решения по трем осям. INS преобразует эти угловые решения в местные положения (крен, тангаж и рыскание), предоставляя эти данные вместе с положением и скоростью.Рис.4. Система координат тела инерционного блока измерения.Кинематика реального времени (RTK) — это усовершенствованный высокоточный алгоритм позиционирования GNSS, способный достигать точности сантиметрового уровня в открытых средах. Однако в сложных городских условиях препятствия и помехи сигналу снижают скорость определения неоднозначности, что приводит к снижению возможности позиционирования. Поэтому исследование интегрированных систем позиционирования GNSS RTK и INS имеет решающее значение для таких областей, как автономная навигация, съемка и картографирование, а также анализ движения.I3500, недавно выпущенный компанией Micro-Magic Inc, представляет собой экономичную MEMS INS с поддержкой GNSS с высоконадежным MEMS IMU и двухантенным полносистемным полнодиапазонным спутниковым модулем позиционирования и направления. Он также оснащен магнитометрами и барометром, которые могут рассчитать величину угла ориентации и помочь дрону перейти на нужную высоту.ЗаключениеИнтеграция инерциальных навигационных систем MEMS (INS) с технологией GNSS значительно повышает точность навигации за счет объединения их сильных сторон. MEMS INS, благодаря своему быстрому развитию, в настоящее время широко используется в аэрокосмической, морской и автомобильной промышленности. GNSS обеспечивает точное позиционирование, а MEMS INS обеспечивает непрерывную навигацию даже во время сбоев в работе GNSS.Модель I3500 от Micro-Magic Inc является примером такой интеграции, предлагая высокоточные навигационные данные, идеально подходящие для автономной навигации, съемки и анализа движения.Таким образом, интеграция GNSS и MEMS INS революционизирует навигацию, повышая точность, надежность и универсальность в различных приложениях. I3500Высокоточная 3-осевая инерциальная навигационная система Mems Gyro I3500