ИНС

Волоконно-оптическая инерциальная навигационная система (ИНС) IF4060 не только обладает высокоточными возможностями автономного определения направления на север, но и демонстрирует исключительную тактическую ценность благодаря двум передовым функциям: динамическому выравниванию основания и выравниванию при передаче. Эти возможности напрямую определяют быструю реакцию системы и ее оперативную эффективность при развертывании на мобильных платформах, таких как палубные самолеты, установленные на транспортных средствах системы вооружения и рои беспилотных летательных аппаратов. 1. Динамическая центровка основания: установление исходной точки отсчета в условиях качания. Основная проблема динамической юстировки основания заключается в том, что возмущения, вызванные движением несущей, заглушают опорные сигналы — такие как угловая скорость Земли и вектор гравитации — обычно используемые для традиционной аналитической юстировки. Прибор IF4060 решает эту проблему, используя режим «динамической юстировки с помощью спутника», который работает в два этапа:  Этап грубой настройки: данные о скорости и положении, полученные от спутниковой навигационной системы, используются в качестве внешних наблюдений для построения фильтра Калмана; это позволяет приблизительно оценить матрицу ориентации и добиться сходимости ошибки курса с точностью до нескольких градусов. Этап точной настройки: на основе грубой настройки на этом этапе используются интегрированные данные угловой скорости и удельной силы инерциальной навигационной системы (ИНС). Для уточнения оценки углов смещения используется замкнутый контур фильтра Калмана, одновременно выявляющий дрейф гиродатчика и смещение акселерометра, что в конечном итоге обеспечивает высокоточную начальную инициализацию ориентации. По сравнению со статической юстировкой базы (5 минут), динамическая юстировка базы занимает приблизительно 15 минут (300 с + 600 с). Хотя она требует больше времени, она позволяет инициализировать систему во время движения или маневрирования платформы; кроме того, юстировка полностью основана на данных спутниковой навигации и не требует внешнего эталонного значения. В руководстве указано, что для динамической юстировки базы требуются достоверные спутниковые данные и значение DOP менее 8. Кроме того, скорость несущего объекта не может оставаться постоянной на нуле — это означает, что для обеспечения наблюдаемости системы необходим определенный уровень возбуждения, вызванного маневрированием. 2. Выравнивание при передаче данных: быстрая передача эталонных данных между «родительской» и «дочерней» платформами. Еще одна передовая функция IF4060 — выравнивание перед взлетом, разработанная для сценариев «родитель-потомок» — например, для выравнивания самолетов на авианосце перед взлетом или выравнивания БПЛА перед его отделением от корабля-носителя. Принцип его работы не зависит ни от спутников, ни от статической гравитации; вместо этого он получает навигационные данные в реальном времени (положение, скорость и ориентацию) от ведущей инерциальной навигационной системы (высокоточной платформы-носителя) по каналу связи. Сравнивая эти данные с выходными данными собственной внутренней инерциальной навигационной системы и используя алгоритмы сопоставления, он вычисляет обратное значение своей начальной ориентации и навигационных параметров. Основные технические проблемы выравнивания при передаче данных связаны с эффектом рычага и синхронизацией по времени. Поскольку ведомая и ведущая инерциальные системы установлены в разных местах, при маневрировании несущей возникают различия в линейной скорости (скорость рычага = угловая скорость × вектор рычага). IF4060 оснащен точным механизмом компенсации эффекта рычага (обрабатывающим эффекты рычага от DR к инерциальной системе, от GNSS к инерциальной системе и от инерциальной системы к платформе с разрешением 0,0001 м). Этот механизм преобразует измерения ведомой системы в опорную точку ведущей системы, тем самым устраняя ошибки согласования, вызванные структурным изгибом и внешними смещениями рычага. Одновременно сигнал PPS (импульсов в секунду) обеспечивает строгое согласование временных опорных точек между ведущей и ведомой системами, предотвращая динамические рассогласования, вызванные временной задержкой. 3. Ключевые ограничения для инженерной реализации Как динамическая, так и передаточная юстировка крайне чувствительны к качеству входных данных. При динамической юстировке система не может эффективно сходиться, если показания скорости GNSS остаются постоянно равными нулю или значение DOP (снижение точности) превышает допустимые пределы. При передаточной юстировке, если параметры рычага настроены неправильно, индикатор ошибки сигнализирует о «чрезмерном дрейфе юстировки». Кроме того, оба режима юстировки требуют, чтобы несущая сторона претерпела определенное изменение ориентации во время маневрирования — избегая сильных колебаний — для обеспечения наблюдаемости фильтра Калмана в полном состоянии. Краткое содержание Возможности динамического базирования и выравнивания при передаче данных, предоставляемые IF4060, по сути, расширяют понятие «статического определения направления на север» до «оценки на основе фильтра в динамических условиях» и расширяют понятие «автономного выравнивания» до «распределенной совместной передачи данных». Эти функции превращают IF4060 из простого датчика положения/ориентации в высококлассный тактический навигационный узел, способный к быстрому реагированию в рамках сетевых боевых систем.

Волоконно-оптическая инерциальная навигационная система IF4060 выпускается в трех моделях — A, B и C — соответствующих низкому, среднему и высокому уровням точности соответственно. Точность выравнивания курса по направлению на север (1σ) составляет 0,2°с·с·φ, 0,1°с·с·φ и 0,06°с·с·φ. Эта система классификации не является произвольной; она основана на всесторонней оценке характеристик основных компонентов, требований к применению и экономической эффективности. **Физические основы точной классификации** Точность определения направления на север в основном определяется стабильностью смещения инерциальных компонентов. Гироскопы в трех моделях IF4060 имеют стабильность смещения (среднее значение за 10 секунд) 0,2°/ч, 0,1°/ч и 0,06°/ч соответственно. Стабильность смещения гироскопа является критическим фактором, определяющим точность определения направления на север: чем ниже смещение, тем точнее гироскоп может определять компоненту угловой скорости Земли, что приводит к более высокой точности определения направления на север. Три уровня точности напрямую соответствуют трем уровням производительности гироскопа, образуя полную цепочку точности, простирающуюся от уровня компонентов до уровня системы. **Позиционирование высокоточных уровней на рынке** С точки зрения промышленности, точность наведения на север в 0,06°сек·φ относится к категории высокоточных тактических систем, способных удовлетворить самые высокие требования, такие как точное наведение и автономная навигация БПЛА. Уровень 0,1°сек·φ представляет собой среднеточный тактический уровень, подходящий для таких применений, как навигация наземных транспортных средств и военно-морских судов. Уровень 0,2°сек·φ ориентирован на приложения, чувствительные к стоимости и имеющие относительно невысокие требования к точности. Вместе эти три уровня охватывают весь спектр потребностей, от «высокотехнологичных/передовых» до «экономичных/практичных». **Инженерные аспекты многоуровневой конструкции** Стратегия предоставления трех уровней точности на одной платформе отражает зрелые инженерные принципы. Все три модели имеют идентичные внешние характеристики, такие как форм-фактор и интерфейсы, что позволяет пользователям гибко переключаться между уровнями точности без изменения схем интеграции системы. Что касается выбора компонентов, то волоконно-оптические гироскопы, естественно, демонстрируют колебания производительности в процессе производства; классификация и отгрузка продукции на основе фактически измеренных характеристик является наиболее экономичным и рациональным подходом. Этот метод предотвращает потери высокопроизводительных компонентов, обеспечивая при этом использование каждого блока в полной мере. Точное соответствие сценариям применения Класс точности 0,06° подходит для задач, требующих исключительной точности определения курса, таких как разведка с помощью БПЛА дальнего действия и выравнивание пусковых установок ракет. Класс 0,1° удовлетворяет потребностям большинства тактических машин, военно-морских навигационных систем и БПЛА малой и средней дальности. Класс 0,2° подходит для гражданских или учебных целей, где важен контроль затрат и умеренные требования к точности. Пользователи могут выбрать оптимальный вариант из этих трех уровней точности в зависимости от требований задачи и бюджетных ограничений. Трехуровневая классификация точности IF4060 представляет собой оптимальное решение, основанное на характеристиках гироскопа, потребностях применения и сбалансированное с точки зрения экономической эффективности, гарантирующее, что каждая копейка будет потрачена там, где это наиболее важно.

Волоконно-оптическая инерциальная навигационная система (ИНС) IF4060 представляет собой одноосевую систему с модуляцией вращения, состоящую в основном из миниатюрного волоконно-оптического гироскопа, кварцевых акселерометров, сервопривода, модуля питания, модуля сбора и обработки данных и модуля спутниковой навигации. Отличаясь компактными размерами, малым весом, высокой точностью и низкой стоимостью, изделие способно к самокалибровке определенных ошибок инерциальной составляющей. Как высококлассная тактическая ИНС, IF4060 подходит для широкого спектра сложных применений, включая беспилотные летательные аппараты малого и среднего размера и подводных роботов. Основные технические преимущества 1. Многоуровневая точность для гибкой адаптации Система IF4060 выпускается в трех моделях — A, B и C — соответствующих низкому, среднему и высокому уровням точности соответственно; они имеют идентичные внешние характеристики, такие как форм-фактор и интерфейсы. Точность выравнивания по курсу составляет 0,2° секφ, 0,1° секφ и 0,06° секφ (самонаведение по северу) соответственно; точность выравнивания по ориентации составляет 0,005° для всех моделей; а точность удержания курса (чисто инерциальный режим) составляет 0,1°/ч, 0,05°/ч и 0,03°/ч соответственно. Такая трехступенчатая конструкция точности позволяет системе IF4060 гибко удовлетворять различным требованиям к точности навигации в разных миссиях, от обычной разведки до высокоточных ударных операций. 2. Комплексные режимы работы Прибор IF4060 поддерживает несколько режимов работы, включая чисто инерциальный, инерциальный/спутниковый, инерциальный/DVL, инерциальный/одометрический, инерциальный/визуальный и морской компас. Он также поддерживает такие функции, как самонаведение на север, выравнивание с переносом, выравнивание с помощью спутника и высокоточная постобработка. Такое всестороннее покрытие режимов обеспечивает высокую надежность навигации в сложных условиях, включая отсутствие GPS, подводные, наземные и воздушные сценарии, полностью удовлетворяя требованиям адаптивности тактических приборов для сложных условий поля боя. 3. Превосходная точность интегрированной навигации В режиме спутниковой навигации точность удержания положения достигает 0,008°, точность определения скорости — 0,02 м/с, точность определения горизонтального положения — лучше 1,5 м, а точность определения вертикального положения — лучше 3 м. При использовании дифференциальной связи фазы несущей спутника система обеспечивает точность определения горизонтального положения 1 см + 1 ppm и точность определения вертикального положения 2 см + 1 ppm. Этот исключительный уровень точности интегрированной навигации гарантирует, что IF4060 полностью соответствует строгим требованиям к точному позиционированию, навигации и синхронизации (PNT), предъявляемым боевыми платформами тактического класса. 4. Превосходные характеристики основных компонентов Система IF4060 оснащена гироскопом с диапазоном измерения 500°/с, стабильностью смещения до 0,06°/ч (в среднем за 10 секунд) и полосой пропускания 400 Гц; акселерометр обеспечивает диапазон измерения 30g и стабильность смещения 50 мкг. Эти высокопроизводительные инерциальные компоненты обеспечивают надежную аппаратную основу для высокоточных навигационных возможностей системы. Адаптируется к суровым условиям и тактическим требованиям. Микросхема IF4060 работает в диапазоне температур от -45°C до +70°C, а её электромагнитная совместимость соответствует стандартам GJB151B для самолётов ВВС. Она поддерживает широкий диапазон входного напряжения от 12 В до 36 В и потребляет менее 12 Вт мощности. Благодаря габаритам 118 мм × 104 мм × 117 мм и весу всего 1,8 кг, её лёгкая, маломощная и высокотемпературная конструкция обеспечивает гибкую интеграцию и развертывание на различных тактических платформах. Что касается интерфейсов, IF4060 предоставляет входные/выходные порты RS422, RS232, Ethernet и PPS, а также настраиваемые параметры интерфейса CAN. Он поддерживает частоту обновления данных до 200 Гц, обеспечивая отклик в реальном времени в условиях высокой динамики работы. Сценарии применения Благодаря вышеупомянутым превосходным характеристикам, волоконно-оптическая инерциальная навигационная система IF4060 широко используется в следующих областях:  Беспилотные летательные аппараты малого и среднего размера: их легкая конструкция в сочетании с высокоточными навигационными возможностями обеспечивает надежный автономный полет, позиционирование на цель и поражение целей; Подводные роботы: интегрированные возможности инерциальной/доплеровской навигации и измерения вертикальных перемещений отвечают требованиям длительной и высокоточной подводной навигации; Наземная техника: Интегрированная инерциальная/одометрическая навигация в сочетании с функцией автоматического определения севера делает ее подходящей для тактических платформ, таких как бронированные машины и пусковые установки ракет; Морские системы: режимы работы морского компаса и высокоточное измерение положения отвечают потребностям судоходства и юстировки систем вооружения. Заключение Благодаря технологии модуляции вращения по одной оси, основным компонентам, включающим высокопроизводительные волоконно-оптические гироскопы и кварцевые акселерометры, гибкой конфигурации в различных диапазонах точности, комплексным режимам работы и превосходной интегрированной точности навигации, IF4060 зарекомендовал себя как высококлассная инерциальная навигационная система тактического класса. Будь то для БПЛА, подводных роботов, наземных транспортных средств или морских систем, IF4060 обеспечивает точные и стабильные навигационные решения благодаря исключительной производительности, надежной адаптации к окружающей среде и гибким возможностям конфигурации.

1. Введение: Технологический ландшафт и обзор рынка инерциальных навигационных систем.Инерциальные навигационные системы (ИНС), как технология автономной навигации, не зависящая от внешних сигналов, переживают беспрецедентный рост, обусловленный быстрым развитием передовых технологий, таких как искусственный интеллект, автономное вождение и коммерческая аэрокосмическая отрасль. В условиях жесткой рыночной конкуренции и стремительной технологической эволюции микроэлектромеханические системы (МЭМС) и волоконно-оптические гироскопы (ВОГ) стали двумя доминирующими технологическими направлениями в секторе ИНС. Каждая из них предлагает свои преимущества; следовательно, выбор правильной технологии для конкретных сценариев применения стал критически важной задачей для инженеров и групп по закупкам. Выбор между МЭМС и ВОГ — это не просто соревнование технических характеристик, а требует всесторонней оценки продолжительности миссии, условий окружающей среды, пороговых значений точности, ограничений по размеру, весу и энергопотреблению (SWaP) и бюджета.2. Основное сравнение: MEMS-инерциальные навигационные системы (INS) и волоконно-оптические инерциальные навигационные системы (INS).2.1. Принципы работы и технические различияMEMS-инерциальные навигационные системы (ИНС) используют микроскопические емкостные или пьезорезистивные структуры для измерения движения путем обнаружения механического смещения; такие системы могут быть упакованы на уровне чипа, что обеспечивает недорогое массовое производство. В отличие от них, волоконно-оптические ИНС используют эффект Сагнака, применяя километровые катушки оптического волокна для обнаружения вращения; их полностью твердотельная конструкция обеспечивает длительный срок службы и устойчивость в экстремальных условиях. Главное преимущество волоконно-оптических ИНС — высокая точность: достигается стабильность смещения всего 0,001°/ч и сохраняются навигационные возможности в течение десятков минут или нескольких часов после потери сигнала GNSS. MEMS-ИНС отличаются экстремальной миниатюризацией, низким энергопотреблением, экономичностью, мгновенным запуском и высокой ударопрочностью. В последние годы скорость дрейфа тактических MEMS-датчиков снизилась до нескольких градусов в час, а высококачественные изделия способны поддерживать точность определения положения в пределах 0,01° в течение 60-секундного сбоя GNSS, неуклонно сокращая разрыв в производительности с волоконно-оптическими инерциальными навигационными системами.3. Углубленный анализ сценариев применения MEMS-инерциальных навигационных систем.3.1. Беспилотные летательные аппараты и экономика полетов на малых высотахБеспилотные летательные аппараты потребительского класса и логистические дроны представляют собой ключевые сценарии применения MEMS-инерциальных навигационных систем (ИНС). В условиях слабых сигналов GNSS — таких как леса, подземные парковки и городские каньоны — MEMS-инерциальные измерительные блоки (ИМТ) обеспечивают дроны непрерывными и точными данными о положении (позиции и ориентации). Для дронов малого и среднего размера с временем полета менее 40 минут их малый вес и низкое энергопотребление идеально соответствуют требованиям SWaP (размер, вес и энергопотребление); кроме того, в таких перспективных секторах, как низковысотная логистика и беспилотные инспекции, наблюдается ежегодный рост заказов на них, превышающий 200%.3.2. Автономное вождение и интеллектуальные транспортные средстваИнтеллектуальное вождение стало крупнейшим источником роста на рынке гражданской инерциальной навигации. В практических приложениях транспортные средства, оснащенные модулями MEMS IMU, могут обеспечивать непрерывное и точное позиционирование — с погрешностью в пределах 8 сантиметров — даже в местах, где спутниковый сигнал полностью теряется, например, в трехуровневых подземных паркингах, тем самым успешно осуществляя автономную парковку. Технология MEMS INS отвечает требованиям точности большинства высокоточных, промышленных и потребительских приложений, обеспечивая «достаточную» точность при исключительном контроле затрат.3.3. Робототехника и физические агентыПо мере ускорения коммерциализации интеллектуального оборудования, такого как человекоподобные роботы, роботы-собаки и автоматизированные транспортные средства (AGV), рыночный спрос на инерциальные датчики ориентации демонстрирует структурный рост, учитывая их роль в качестве «нервов равновесия» и «мозжечка» роботов. При движении роботов по сложной местности сигналы GNSS могут прерываться; MEMS-инерциальные навигационные системы обеспечивают точную ориентацию для стабильной работы. В промышленной автоматизации MEMS-инерциальные навигационные системы стали отраслевым стандартом для задач, начиная от автономной навигации AGV и заканчивая управлением ориентацией промышленных роботизированных манипуляторов, благодаря своим компактным размерам и низкой стоимости.3.4. Точное земледелие и геодезияХотя сельскохозяйственные дроны и автономная сельскохозяйственная техника предъявляют относительно умеренные требования к точности навигационных систем, они нуждаются в высокой устойчивости к вибрации, перепадам температуры и загрязнениям окружающей среды. MEMS-инерциальные навигационные системы (ИНС) стали основным выбором в точном земледелии благодаря своей превосходной ударопрочности и экономичности. От мониторинга посева до внесения удобрений с переменной нормой, MEMS-ИНС обеспечивают сельскохозяйственное оборудование стабильными и надежными возможностями определения положения; кроме того, низкая стоимость за единицу — по сравнению с волоконно-оптическими решениями — делает возможным их крупномасштабное коммерческое внедрение.4. Углубленный анализ сценариев применения волоконно-оптических инерциальных навигационных систем.4.1. Аэрокосмическое и оборонное оборудованиеПрименение волоконно-оптических инерциальных навигационных систем (ИНС) в аэрокосмической и оборонной отраслях представляет собой «золотой стандарт». Будь то высокодинамичные тактические ракеты, системы управления ориентацией спутников или навигационные системы для крупных транспортных самолетов и истребителей, волоконно-оптические гироскопы (ВОГ) — с их исключительно низким дрейфом смещения и превосходной долговременной стабильностью — остаются незаменимыми основными компонентами. В аэрокосмической отрасли волоконно-оптические инерциальные навигационные системы (ИНС) работают независимо от внешних источников излучения и не подвержены влиянию географии, погоды или суровых условий окружающей среды; область их применения охватывает аэрокосмическую отрасль, поверхность земли, подземные пространства, открытый океан и даже глубоководные районы. Например, навигационные и системы управления для высокодинамичных платформ на основе технологии ВОГ обладают надежными возможностями в области навигации и управления транспортными средствами, находя широкое применение в тактических ракетах и ​​спутниковых платформах. В оборонной отрасли ВОГ служат основными компонентами для стратегического оборудования, такого как системы наведения ракет, военные БПЛА и системы управления ориентацией военно-морских судов, что делает их ключевым объектом международного контроля за экспортом технологий.4.2. Морская навигация и беспилотные подводные системыДля морских платформ, таких как глубоководные автономные подводные аппараты (АППА), беспилотные подводные аппараты (БППА) и надводные суда, сигналы спутниковой навигации часто не проникают в воду; в таких сценариях волоконно-оптическая инерциальная навигационная система (ИНС) становится единственным вариантом навигации. Волоконно-оптическая ИНС может обеспечить точность позиционирования с точностью лучше 1 морской мили (среднеквадратичное значение) в течение одного часа и погрешность курса не более 1 градуса в течение 72 часов — возможности, критически важные для подводных миссий, длящихся дни или даже недели. Современные устройства также обладают возможностью «поиска севера», что позволяет им быстро определять истинный север в условиях отсутствия сигналов GNSS или магнитных помех, тем самым являясь краеугольным камнем судоходной навигации и подводных исследований. Волоконно-оптические инерциальные навигационные системы на основе гиротронов стали необходимы для поддержания стабильности миссий беспилотных аппаратов, работающих в условиях сильного ветра, сложного рельефа местности и радиоэлектронной борьбы.4.3. Инспекция высокоскоростных железнодорожных путей и тяжелое машиностроениеИнспекция высокоскоростных железнодорожных путей предъявляет чрезвычайно жесткие требования к точности навигационных систем, требуя миллиметровой точности измерения геометрических параметров пути. Благодаря превосходной долговременной стабильности и низкому дрейфу, волоконно-оптические инерциальные навигационные системы (ИНС) стали стандартным оборудованием на железнодорожных транспортных средствах для технического обслуживания и инспекции; эти продукты широко применяются в различных секторах, от инспекции высокоскоростных железнодорожных путей до гражданской промышленности, такой как нефтегазовая и угольная промышленность. В сценариях, где сигналы GNSS полностью недоступны — например, в подземных шахтах и ​​туннелях — волоконно-оптические гибридные навигационные системы обеспечивают точность позиционирования лучше 0,1% от пройденного расстояния, поддерживая стабильную и непрерывную работу в сложных условиях на глубине до 1,4 километра под землей.4.4. Океанские суда и морские платформыНавигационные системы для океанских судов должны выдерживать месяцы и даже годы непрерывной морской эксплуатации; любой сбой в навигации может привести к катастрофическим последствиям. Благодаря своей полностью твердотельной конструкции, отсутствию вращающихся фрикционных компонентов, исключительно длительному сроку службы и высокой устойчивости к электромагнитным помехам, волоконно-оптические инерциальные навигационные системы (ИНС) служат «надежным якорем» для морской инерциальной навигации. В высокоточных приложениях, таких как морские буровые платформы и системы динамического позиционирования (ДП), волоконно-оптические гиросистемы обеспечивают непрерывные данные об ориентации и курсе, гарантируя безопасность и эффективность морских операций. Морские нефтедобывающие платформы, работающие в открытом океане, где на сигналы GNSS нельзя полагаться, также требуют абсолютных данных об ориентации, предоставляемых волоконно-оптическими ИНС.5. Комплексная система отбора и принятия решенийЧто касается стоимости, то значительно более низкая цена MEMS-инерциальных навигационных систем потенциально может перевести инерциальную навигационную технологию из разряда «военной роскоши» в сферу гражданских потребительских товаров. Стоимость одной тактической MEMS-системы составляет несколько тысяч долларов, в то время как навигационная волоконно-оптическая инерциальная навигационная система может стоить десятки или даже сотни тысяч долларов. Если бюджет проекта ограничен, а требования к точности имеют умеренный приоритет, MEMS-инерциальная навигационная система является более прагматичным выбором.Что касается точности и стабильности, то волоконно-оптическая инерциальная навигационная система (ИНС) необходима, если требуется поддерживать точность позиционирования в пределах нескольких сотен метров в течение более 30 минут после потери сигнала GNSS. Однако, если продолжительность миссии обычно составляет менее 15 минут и сигналы со спутников, как правило, доступны, высокопроизводительная MEMS-ИНС вполне способна справиться с этой задачей.Что касается ограничений по размеру, весу и энергопотреблению (SWaP), то MEMS-инерциальные навигационные системы (ИНС) значительно превосходят волоконно-оптические решения, что делает их идеальным выбором для дронов, носимых устройств и микророботов. Хотя волоконно-оптические ИНС были значительно уменьшены в размерах благодаря компактной конструкции, они все еще не могут конкурировать с MEMS-системами на уровне чипов с точки зрения миниатюризации.Что касается адаптации к окружающей среде... MEMS-инерциальные навигационные системы обладают исключительной ударопрочностью, что делает их пригодными для применения в условиях турбулентности транспортных средств или интенсивных вибраций, испытываемых дронами; напротив, волоконно-оптические инерциальные навигационные системы превосходно работают в суровых условиях, характеризующихся экстремальными температурами, высоким давлением в глубоководных районах и сильными электромагнитными помехами.ЗаключениеMEMS-инерциальные навигационные системы (ИНС) и волоконно-оптические ИНС представляют собой два различных эволюционных пути в технологии инерциальной навигации. Благодаря исключительной интеграции чиповых технологий, MEMS-технологии вывели инерциальную навигацию на массовый рынок гражданских приложений, таких как автомобили, дроны и робототехника. В то же время волоконно-оптическая технология, опирающаяся на суть полностью твердотельной оптики, поддерживает высочайший уровень точности и надежности в таких передовых отраслях, как аэрокосмическая промышленность, глубоководные исследования и оборонная промышленность. Для инженеров и лиц, принимающих решения о закупках, важнейший вывод заключается в том, что не существует единой «лучшей» технологии — есть только технология, наиболее подходящая для конкретного применения. Для действительно обоснованного выбора необходимо сбалансированное рассмотрение требований миссии, экологических проблем и бюджетных ограничений.

На дне карьера глубиной более 200 метров его со всех сторон окружают высокие скальные стены. 300-тонный беспилотный карьерный самосвал проводит работы по вскрышинию, но сталкивается с серьезной проблемой помех спутникового сигнала: сигналы GPS прерывисты, решения RTK часто ухудшаются, обычные интегрированные навигационные системы могут создавать достаточный дрейф, чтобы отклониться от полосы движения за несколько минут, а с одной стороны карьера находится глубоко залегающий участок, а с другой — твердые скальные стены. Любое отклонение от курса может привести к серьезным авариям. Именно в этом ключевом сценарии разработана высокоточная интегрированная навигационная система I7200 производства Micro-Magic Inc. — как, опираясь на комбинацию инерции и одометра, поддерживать точность позиционирования на уровне полосы движения для беспилотных транспортных средств в условиях систематического подавления спутниковых сигналов.Уверенность системы I7200 в первую очередь обусловлена ​​её сверхвысокоточным гироскопом. В чисто инерциальном режиме после исчезновения сигналов GNSS большинство интегрированных навигационных систем на основе MEMS накапливают несколько метров боковой погрешности в течение шестидесяти секунд, чего достаточно для отклонения карьерных самосвалов от полосы движения. Гироскоп I7200 обеспечивает стабильность нулевого смещения ≤ 0,1 °/ч, нестабильность нулевого смещения ≤ 0,02 °/ч и случайное смещение по углу ≤ 0,01 °/√ч. Это означает, что в течение 60 секунд без спутниковых сигналов дрейф курса контролируется в пределах 1°. Благодаря стабильности нулевого смещения ≤ 30 мкг и нестабильности нулевого смещения ≤ 10 мкг акселерометра, система может точно воспринимать каждый крен и тангаж транспортного средства на неровных дорогах и преобразовывать эти небольшие движения в точные расчеты перемещения. Благодаря интеграции внешней информации, такой как одометрия и алгоритмы кинематических ограничений, система I7200 обеспечивает точность позиционирования по инерциальной системе ≤1 метр в течение 60 секунд после потери сигнала GNSS. Этот уровень точности находится в пределах допустимого запаса прочности для поддержания полосы движения карьерных самосвалов. Возможность автоматического наведения на север — еще одна недооцененная, но крайне важная функция. I7200 поддерживает автономное наведение на север с точностью ≤1°, что позволяет карьерным самосвалам завершать инициализацию курса в неподвижном состоянии без каких-либо дополнительных действий. Для карьерных самосвалов, которые перемещаются между несколькими транспортными средствами, эта функция значительно упрощает процесс развертывания. На более глубоком уровне логика проектирования I7200 отвечает на ключевое противоречие в индустриализации автономного вождения: высокоточные датчики обладают превосходными характеристиками, но высокой стоимостью, в то время как недорогие датчики не отличаются надежностью в сложных условиях. I7200 превосходит по ключевым показателям гироскопов и акселерометров волоконно-оптические гироскопы — с полным температурным нулевым смещением ≤ 0,5 °/ч и полным температурным нулевым смещением акселерометра ≤ 1 мг — сохраняя при этом преимущества низкой стоимости и малых размеров решений MEMS. Размеры 93 мм × 85 мм × 49,5 мм и вес менее 500 грамм позволяют гибко устанавливать его в кабине или защитном боксе карьерного самосвала, а потребляемая мощность в стационарном режиме 4 Вт даже не требует отдельного рассмотрения конструкции системы теплоотвода. В этом и заключается ценность технологии I7200 для автономного вождения: она не позволяет автомобилю лететь быстрее в идеальных условиях, а дает ему понять, где он находится в самые опасные моменты.

The indirect calculation of heading angle through wheel speed difference is a simplified version of the classic "wheel speed odometer" method in vehicle dynamics. The core principle is to use the speed difference between the left and right wheels, combined with the vehicle's wheelbase, to calculate the angular velocity of the vehicle rotating around the vertical axis, and integrate it to obtain the heading angle. The specific implementation method is as follows: (1)    Calculate instantaneous yaw rate based on the linear velocity of the left and right wheels Read the left rear wheel speed  and right rear wheel speed (unit: rad/s), and calculate the linear velocity of the left and right wheels based on the wheelbase L (unit: m) and tire rolling radius r (unit: m):  ;  ; Directly using this formula will face many practical problems in reality, and algorithm level correction of steering geometry and compensation for sideslip and nonlinear regions are also required. Steering geometry correction (Ackermann steering geometry) typically uses the wheel speed of the non steering axis (usually the rear axle) to calculate the rate of change in heading angle. Side slip and nonlinear compensation usually involve the fusion of wheel speed difference calculation with IMU (Inertial Measurement Unit) gyroscope data (such as Kalman filtering), using wheel speed difference to correct the gyroscope's zero bias drift, and using the gyroscope to compensate for the dynamic delay of wheel speed calculation. (1)    Signal processing When driving at low speeds, the speed difference between the left and right wheels is very small. If the resolution of the wheel speed pulse counter is insufficient, it will cause the calculated heading angle change rate to jump severely. Low pass filtering is required to remove high-frequency noise using first-order low-pass filtering.   (2)    Integrating to calculate heading angle  In this way, high-precision estimation of heading angle change rate can be obtained solely through wheel speed sensors under low-speed and quasi-static conditions, which is of great value for short-term positioning and Dead Reckoning.

Для полной проверки работоспособности интегрированной навигационной системы I3700 в реальных условиях эксплуатации компания Micro-Magic Inc. провела всестороннее и тщательное тестирование производительности продукта в соответствии с требованиями заказчика. Тестирование охватывает шесть типичных сценариев, включая открытые дороги, городские каньоны, дороги, обсаженные деревьями, подземные гаражи, длинные туннели и эстакадные подъездные дороги, всесторонне оценивая точность позиционирования и стабильность системы в различных сложных условиях. В этом тесте в качестве эталонного значения используется высокоточная интегрированная навигационная система NovAte PwrPak7D-E1, а для постобработки и сглаживания данных применяется профессиональное программное обеспечение Waypoint Inertial Explorer, обеспечивающее высокую надежность и точность данных на уровне сантиметров.Результаты испытаний показывают, что в открытой местности с хорошим спутниковым сигналом I3700 имеет CEP95 (95% погрешность позиционирования) всего 4,64 сантиметра и горизонтальную среднеквадратичную ошибку 2,62 сантиметра. Доступность системы достигает 100%, обеспечивая позиционирование с точностью до сантиметра. В условиях сильных помех сигнала, таких как городские каньоны и обсаженные деревьями дороги, I3700 по-прежнему демонстрирует надежную работу, достигая CEP95 3,47 см и 6,99 см соответственно, а горизонтальная среднеквадратичная ошибка составляет 1,79 см и 4,77 см, что в полной мере демонстрирует его мощные возможности подавления многолучевого распространения и восстановления сигнала. В более сложных условиях полной потери сигнала GNSS, преимущества инерциальной навигации I3700 становятся очевидными. В ходе высокоскоростного испытания по пересечению туннеля, длившегося около 3 минут и имевшего длину 3003 метра, среднеквадратичное отклонение горизонтального положения системы составило 4,28 метра, среднеквадратичное отклонение скорости — 6,57 сантиметра в секунду, а среднеквадратичное отклонение угла курса оставалось стабильным на уровне 0,237°, что в полной мере демонстрирует превосходные возможности системы по контролю дрейфа в условиях длительного и высокодинамичного отсутствия сигнала GNSS. Интегрированная навигационная система I3700 объединяет высокопроизводительный MEMS-IMU и полнодиапазонный RTK GNSS-приемник с двумя антеннами, работающий в разных спутниковых системах и на всех частотах. Гироскоп имеет нестабильность нулевого смещения 1,6°/ч, а акселерометр — 18 мкг; точность позиционирования RTK достигает 1 сантиметра, а точность определения направления с помощью двух антенн составляет 0,2° (базовая линия 1 метр); обеспечивается 100% доступность в открытых средах, поддерживая высокую точность выходного сигнала даже при перекрытии сигнала и потере синхронизации, что делает систему подходящей для различных высокотехнологичных приложений, таких как дроны, беспилотные суда, автономное вождение, сельскохозяйственная техника и платформы стабилизации антенн спутниковой связи.Компания Micro-Magic Inc. заявила, что интегрированная навигационная система I3700 продемонстрировала превосходные комплексные характеристики в этом строгом тестировании, обеспечив не только позиционирование с точностью до сантиметра в открытой местности, но и поддерживая стабильный и надежный вывод положения в экстремальных условиях потери сигнала GNSS благодаря мощным алгоритмам инерциальной навигации. Ее превосходная адаптивность к окружающей среде и точность позиционирования полностью отвечают насущным требованиям современного интеллектуального оборудования к высокоточным и высоконадежным навигационным системам.   

При разработке истребителей нового поколения, ракет и гиперзвуковых летательных аппаратов летные испытания являются критически важным этапом для подтверждения их экстремальных характеристик и диапазона летных возможностей. Такие летательные аппараты часто развивают чрезвычайно высокие скорости, подвергаются интенсивным маневренным нагрузкам и имеют сложные траектории полета, что предъявляет жесткие требования к их бортовым навигационным системам. Эти системы должны не только обеспечивать стабильные и высокоточные навигационные данные в реальном времени в условиях высокой динамики, но и быть способными всесторонне и достоверно записывать каждую миллисекунду полетных параметров, предоставляя неоспоримую базу данных для анализа характеристик после полета и итераций проектирования. IF3900 высокоточная волоконно-оптическая гироинерциальная навигационная системаРазработанная компанией Micro-Magic Inc. система предлагает отработанное решение этой задачи благодаря исключительной стабильности смещения 0,001°/ч и высокоточному кварцевому акселерометру с точностью до 10 мкг, в сочетании с уникальными технологиями объединения данных с нескольких датчиков и постобработки.Главное преимущество системы IF3900 заключается в построении полной цепочки создания ценности данных — от восприятия в реальном времени до глубокого анализа после события. Во время испытательного полета система в реальном времени фиксирует каждое незначительное угловое и линейное движение летательного аппарата благодаря широкому динамическому диапазону гироскопа ±500°/с и акселерометра ±30g. Благодаря тесной интеграции с сигналами спутников GNSS, система может выдавать объединенные результаты навигации с частотой обновления до 800 Гц, точностью определения положения в реальном времени лучше 0,002° и точностью определения скорости 0,02 м/с, обеспечивая надежную ситуационную осведомленность для летчиков-испытателей и наземных командных центров.Однако, что действительно отличает IF3900 от традиционной инерциальной навигации, так это мощные возможности постобработки. Эта функция позволяет исследователям выполнять совместные точные вычисления между необработанными данными инерциального измерительного блока (IMU) и необработанными данными спутниковых наблюдений, записанными на борту, а также данными наземной дифференциальной опорной станции после завершения испытательного полета. Этот процесс позволяет эффективно устранить неизбежные мгновенные помехи сигнала, эффекты многолучевого распространения и кумулятивные ошибки инерциальных датчиков в режиме реального времени, тем самым повышая точность расчетов траектории, ориентации и скорости до нового уровня. Система поддерживает запись потоков необработанных данных через встроенные SD-карты или внешние высокоскоростные последовательные порты, а ее формат данных совместим со стандартным программным обеспечением для постобработки (например, Novatel Inertial Explorer), что обеспечивает плавный и профессиональный анализ данных.Для достижения этой цели в IF3900 заложен прочный фундамент на аппаратном уровне. Используемые волоконно-оптический гироскоп с замкнутым контуром управления и кварцевый акселерометр способны выдерживать ударную нагрузку в виде полусинусоидального импульса 30g за 11 мс и соответствуют условиям высокоинтенсивной вибрации, необходимым в экстремальных средах, таких как установка истребителей и запуск ракет, обеспечивая стабильную и надежную работу системы в реальных условиях сильных ударов и вибрации.Во время выполнения маневров гиперзвукового полета или испытаний истребителей на маневренность при больших углах атаки состояние полета быстро меняется, а окружающая среда чрезвычайно сложна. Ценность IF3900 заключается не только в его способности четко «видеть» этот момент, но и в предоставлении надежной «записи полета» посредством постобработки и «анализа» каждого момента. Технические специалисты Micro-Magic Inc. заявили, что этот файл является наиболее важной основой для анализа аэродинамических характеристик, оценки систем управления и даже проверки точности применения оружия.По мере того, как аэрокосмическая отрасль движется в направлении повышения скорости, эффективности и интеллектуальности, возрастают и требования к качеству и полноте данных испытательных полетов. Высокоточная волоконно-оптическая инерциальная навигационная система IF3900, обладающая высокими техническими характеристиками датчиков, надежной адаптивностью к окружающей среде и новаторскими возможностями постобработки, становится незаменимым высокоточным источником данных для управления разработкой нового поколения самолетов от летных испытаний до окончательной сборки. 

В Китае достигнут значительный прогресс в области инерциальных технологий — компания Micro Magic Inc. недавно объявила об успешном применении своей высокопроизводительной инерциальной навигационной системы IF3700 на ведущей в отрасли платформе высокотехнологичных промышленных дронов нового поколения «Tianhang Intelligence». Это сотрудничество знаменует собой всесторонний прорыв по ключевым показателям, таким как адаптивность к сложным условиям и долговременная стабильность, для отечественных высокоточных инерциальных датчиков, обеспечивая ключевую гарантию надежной работы промышленных дронов в сложных условиях.В профессиональных сценариях, таких как проверка электросетей, высотная съемка и аварийная разведка, промышленные дроны часто сталкиваются с серьезными проблемами, такими как сильные электромагнитные помехи, резкие перепады температуры и постоянная вибрация корпуса. Колебания характеристик традиционных датчиков легко приводят к дрейфу позиционирования и нарушению ориентации, что напрямую влияет на безопасность эксплуатации и качество данных. Технический директор компании «Tianhang Intelligence» сказал: «Мы искали датчик, который мог бы обеспечивать стабильное и точное измерение курса и ориентации на протяжении всего цикла миссии, и появление IF3700 стало своевременным». Успешное применение IF3700 обусловлено его выдающимися характеристиками по множеству ключевых параметров, которые напрямую определяют надежность навигационных систем дронов в экстремальных условиях.Система IF3700 использует высокоточный волоконно-оптический гироскоп с замкнутым контуром управления и точностью измерения температуры 0,01°/ч, а также высокоточный кварцевый акселерометр с точностью 20 мкг и функцией автономного компаса. Она обеспечивает точность позиционирования ≤ 0,003° и точность поддержания курса ≤ 0,01°/ч даже в чисто инерциальном режиме, демонстрируя высокую адаптивность к окружающей среде. Одновременно система поддерживает интегрированный инерциальный/спутниковый режим навигации с точностью позиционирования на уровне сантиметров (режим RTK) и точностью определения скорости лучше 0,02 м/с, что эффективно повышает эксплуатационные возможности беспилотных летательных аппаратов в зонах с помехами сигнала GNSS, таких как городские каньоны и лесные массивы. Кроме того, IF3700 обладает широкими возможностями настройки интерфейсов и высокой частотой обновления данных (до 800 Гц), что позволяет гибко взаимодействовать с системами управления полетом, загрузки и наземными станциями, отвечая строгим требованиям к работе в режиме реального времени и интеграции для беспилотных летательных аппаратов промышленного класса.Беспилотник «Tianhang Intelligent», оснащенный инерциальной навигационной системой IF3700, доказал свою эффективность в различных сложных условиях. При проведении топографических работ на сложном плато, даже при слабом сигнале GPS, система IF3700 поддерживала точность траектории полета на уровне сантиметров благодаря стабильной работе, успешно выполняя высокоточное 3D-моделирование. Во время работ по инспекции высоковольтных линий электропередачи, даже в условиях сильного электромагнитного излучения, система IF3700 оставалась полностью невосприимчивой к помехам, обеспечивая надежные и достоверные данные о навигации и ориентации, которые легли в основу автономного предотвращения столкновений с препятствиями и точного зависания. В операциях по доставке аварийных грузов, несмотря на значительные перепады температур во время длительных дневных и ночных миссий, система IF3700 продемонстрировала исключительную температурную стабильность, гарантируя отсутствие ухудшения точности навигации на протяжении всего процесса. Менеджер по продукции компании Micro Magic заявил: «Успех системы IF3700 в секторе высокотехнологичных промышленных дронов — это только начало. Он демонстрирует, что отечественные базовые датчики полностью способны удовлетворить потребности в разработке интеллектуального оборудования. Мы продолжим углублять наши знания в области инерциальных технологий, предоставляя большему количеству беспилотных платформ точное и надежное «сердце восприятия».

В сложных и постоянно меняющихся областях промышленности и исследований точность и надежность навигационных систем напрямую определяют успех или неудачу в выполнении задач. Высокоточная волоконно-оптическая инерциальная навигационная система серии IF3900, разработанная компанией Micro-Magic Inc., благодаря своему новаторскому техническому дизайну и исключительной производительности, предлагает инновационные решения для приоритетных сценариев применения, включая аэрокосмическую отрасль, автономное вождение, морские исследования и навигацию беспилотных летательных аппаратов.Изделия серии IF3900 оснащены высокоточными волоконно-оптическими гироскопами с замкнутым контуром управления и высокоточными кварцевыми акселерометрами, а также используют технологию слияния данных от нескольких датчиков для объединения инерциальных измерений с GNSS, обеспечивая долговременную высокоточную интегрированную навигацию. Одновременно с этим, IF3900 обладает возможностями постобработки, позволяющими повысить точность определения курса, ориентации и положения изделия с помощью программного обеспечения. Главное преимущество: идеальное сочетание точности и надежности. 1. Отличается лучшей в отрасли сверхвысокой точностью.Изделия серии IF3900 оснащены высокоточными волоконно-оптическими гироскопами с замкнутым контуром управления и стабильностью нулевого смещения 0,001°/ч, обеспечивающими чрезвычайно низкий дрейф в любых температурных условиях и гарантирующими долговременную стабильность ориентации и курса; встроенный высокоточный кварцевый акселерометр имеет стабильность нулевого смещения до 10 мкг, что позволяет точно определять движение несущего объекта без задержки динамического отклика, что подходит для высокоскоростных и маневренных сценариев; в то же время, благодаря интеграции технологии объединения данных с нескольких датчиков и сочетанию GNSS с данными инерциальных измерений, даже при временной потере спутниковых сигналов сохраняется точность позиционирования на уровне сантиметров за счет чисто инерциальной навигации. 2. Интеллектуальная постобработка выводит производительность на новый уровень.Благодаря поддержке дифференциальных опорных станций и программного обеспечения для постобработки, точность определения курса может достигать 0,002° (среднеквадратичное отклонение) за счет оптимизации алгоритма, а точность позиционирования может быть улучшена до RTK 2 см + 1 ppm, что отвечает высоким требованиям к отслеживанию данных в научной геодезии, геологической разведке и других областях. 3. Гибкая конфигурация и бесшовная интеграцияПоддерживает одно- и двухантенный режимы, многопротокольный вывод (RS232/RS422/CAN/Ethernet/USB), частоту обновления данных до 800 Гц, совместим с программным обеспечением постобработки Novatel и легко интегрируется с существующими системами. Благодаря интеллектуальной компенсации ошибок плеча, смещение между антенной GNSS и центром инерциальной навигации может быть откалибровано одним щелчком мыши, обеспечивая согласованность данных в сложных условиях установки. 4. Прочный и долговечный, не боится трудностей.В результате всесторонних вибрационных испытаний, охватывающих широкополосную случайную вибрацию в диапазоне 20–2000 Гц, многоосевое композитное сканирование частоты и переходный удар (полусинусоидальная волна 11 мс/30g), была подтверждена общая структурная стабильность и функциональная целостность системы в экстремальных механических условиях. В ходе испытаний с использованием электромагнитной мультифизической связи вибрации и температуры система продемонстрировала способность быстро восстанавливаться в условиях сильных возмущений. Сценарий применения: Расширение возможностей в высококлассных областях ⚪Автоматическое вождение и интеллектуальная транспортировка: предоставление информации о положении, скорости и ориентации транспортного средства в реальном времени, что помогает системам автоматического вождения достигать точности позиционирования на уровне сантиметров выше уровня L4.⚪ Дроны и роботы: Обеспечивают стабильную навигацию в помещениях или на сложном рельефе без сигналов GPS, поддерживают точное зависание и планирование траектории.⚪ Геодезические и разведочные работы: Возможность высокоточного позиционирования и непрерывной навигации обеспечивает непрерывность и точность геодезических и разведочных работ.⚪ Аэрокосмическая и оборонная промышленность: точное наведение и управление ориентацией в условиях высокой динамики для соответствия требованиям надежности военного уровня. Основные технические параметры ⚪ Точность определения ориентации: ≤ 0,002° (среднеквадратичное значение), с погрешностью ≤ 0,005° при поддержании инерции в течение 1 часа.⚪ Точность измерения скорости: ≤ 0,02 м/с (в комбинированном режиме навигации), ≤ 0,1 м/с в режиме чистой инерции.⚪ Широкий набор интерфейсов: 4-канальный RS422, 1-канальный CAN, 1-канальный Ethernet, USB и многоканальные интерфейсы для спутниковых антенн.⚪ Потребляемая мощность и габариты: потребляемая мощность ≤ 35 Вт, компактный дизайн (190 × 190 × 166 мм), вес ≤ 8,5 кг, подходит для переноски в условиях ограниченного пространства. Продукция серии IF3900, благодаря высокоточным инерциальным компонентам, возможностям объединения данных из различных источников и гибким возможностям постобработки, стала идеальным выбором для надежной навигации в сложных условиях. Пользователи могут в полной мере использовать интерфейсы протоколов для индивидуальной разработки, адаптируясь к различным требованиям приложений. 

 Инерциальные навигационные системы (ИНС) играют решающую роль в технологиях автономного вождения, особенно в преодолении ограничений других датчиков, таких как GPS, камеры и LiDAR. Они обеспечивают непрерывную, высокочастотную и непрерывную информацию о состоянии движения и являются одним из основных компонентов восприятия и позиционирования в системах автономного вождения. Основная функция инерциальной навигационной системы Основная функция инерциальной навигационной системы в автономном вождении — это восприятие состояния движения транспортного средства. Измерение трехмерного положения, скорости и углов ориентации (включая крен, тангаж, рыскание) транспортного средства. Инерциальный измерительный блок (ИМБ), как основной датчик ИНС, имеет очень высокую частоту обновления данных (обычно выше 100 Гц), значительно превосходящую GPS (1-10 Гц) и камеры/лидары (10-30 Гц), и может фиксировать мгновенные динамические изменения транспортного средства. 1. Основной сценарий применения: компенсация других дефектов датчика. В системах навигации для автономного вождения сигналы GPS часто теряются или становятся ненадежными, что приводит к прерыванию или серьезному ухудшению сигнала GPS, например, в туннелях, подземных гаражах и под эстакадами, где спутниковые сигналы полностью блокируются; в городских каньонах и районах с высотными зданиями сигналы GPS сильно отражаются и подвержены многолучевым помехам, что приводит к значительному снижению или даже полному отказу в определении местоположения; в густых лесах листья также могут блокировать спутниковые сигналы.На этом этапе системы инерциальной навигационной системы (ИНС) обычно играют важную роль. Используя метод инерциальной навигации (идентификации по пройденному расстоянию), на основе известных точных данных о положении и ориентации в предыдущий момент времени, измеренные инерциальным измерительным блоком (ИМБ) значения ускорения и угловой скорости интегрируются для расчета текущего относительного смещения и изменения ориентации транспортного средства, что позволяет определить новое положение и ориентацию. Это обеспечивает непрерывность позиционирования. Благодаря предоставлению высокочастотной информации об ориентации, даже при хорошем сигнале GPS, высокочастотная и высокоточная информация об ориентации (крен, тангаж, рыскание), предоставляемая ИНС, труднодоступна для других датчиков.В приведенной ниже таблице сравниваются показатели эффективности навигации интегрированной навигационной системы I4500 в условиях спутниковой навигации и при потере спутникового сигнала.Производительность системы I4500ПараметрыИндекс (среднеквадратичный)КомментарииТочность заголовкаДвойная GNSS0,1°Базовая линия 2 мОдна GNSS0,2°Необходимо маневрироватьТочность сохранения данных при сбоях GNSS0,2°/мин ОтношениеТочностьGNSS действителен0,1° Точность сохранения данных при сбоях GNSS0,2°/мин режим VG(Время отказа GNSS неограничено, ускорение не предусмотрено)2° Точность горизонтального позиционированияGNSS действителен1,2 мОдноточечное соединение2 см + 1 ppmРТКСбой GNSS (60 с)20 м 2. Центральный узел системы объединения данных с нескольких датчиков.В современных системах автоматического управления без исключения используется технология объединения данных с датчиков. Инерциальная навигационная система (ИНС) является ключевым узлом в этой системе.⚪ Интеграция с GNSS позволяет создать интегрированную навигационную систему GNSS/INS, представляющую собой наиболее классическую и отработанную комбинацию. GNSS обеспечивает абсолютное положение и долговременную стабильность, но обновления происходят медленно и подвержены помехам; INS предоставляет высокочастотную, непрерывную информацию об относительном движении и ориентации, но имеет место кумулятивная ошибка (дрейф). Фильтр Калмана использует преимущества обеих систем для взаимной коррекции: GNSS корректирует дрейф INS, а INS обеспечивает непрерывное позиционирование и плавный выходной сигнал GNSS при сбоях GNSS. Во-вторых, это позволяет повысить общую точность и устойчивость, а точность и надежность комбинированной системы значительно выше, чем у отдельных GNSS или INS. ⚪ Благодаря интеграции со спидометром, спидометр предоставляет информацию о скорости вращения колес (скорость, пройденное расстояние), что может помочь в коррекции ошибок инерциальной навигационной системы (ИНС) при оценке скорости, особенно при движении автомобиля по прямой. В следующей таблице показаны показатели производительности интегрированной навигационной системы I3700 производства Micro-Magic Inc. Даже в случае потери спутникового сигнала высокая точность измерений может быть достигнута благодаря алгоритмическому объединению данных ИНС и спидометра.Индексы точности навигации I3700Потерянное время блокировкиРежим навигацииТочность позиционированияТочность скоростиТочность тангажа/кренаТочность заголовка3sПодключиться к одометру1 см0,03 м/с0,1°0,2°10-е1m0,1 м/с0,1°0,2°60-е6m0,1 м/с0,2°0,35°⚪ Благодаря интеграции с визуальной/лидарной SLAM-системой, высокочастотные данные IMU могут обеспечивать прогнозирование движения для визуальной или лидарной обработки, снижая вычислительную сложность сопоставления изображений или облаков точек и повышая производительность и надежность в реальном времени (особенно в условиях быстрого движения или слабой текстуры). Точная информация об ориентации (крен, тангаж), предоставляемая INS, имеет решающее значение для правильного анализа геометрических взаимосвязей изображений с камеры или облаков точек LiDAR на склонах и неровных дорогах.Примеры примененияВ качестве примера рассмотрим продукт I6700, выпущенный компанией Micro-Magic Inc. Эта система может интегрировать различные вспомогательные датчики, такие как GNSS, одометр, магнитометр и т. д., и обеспечивать точную коррекцию курса для транспортных средств в различных режимах работы.Метод корректировки курса I6700ФункцияСостояниеКомментарииGNSS Двойная антенна НаправлениеВключение двух антеннПодходит для открытых полейКинематическое выравниваниеСамолёт、Автомобильная и морская промышленностьПодходит для маневрирования в больших пространствах со скоростью несущего груза не менее 3 м/с.Направление GPSTrueGPS включенПодходит для открытых полейВыравнивание ускоренияРежим вертолетаУскорение не менее 2,5 м/с² в течение 2 секундМагнитный заголовокВключить магнитный компасМагнитное поле в окружающей среде относительно стабильно.Компания MicroMagic Inc. выпустила высокоточные инерциальные навигационные системы.Краткое содержание:  Инерциальная навигационная система (ИНС) является основой системы позиционирования для автономного вождения. Она обеспечивает непрерывную, высокочастотную и невозмущенную информацию о состоянии движения и ориентации транспортного средства, что является ключевой технологией для обеспечения непрерывности позиционирования, надежности и высокой частоты отклика. Особенно в сложных сценариях, когда GPS теряет связь (туннели, городские каньоны), ИНС поддерживает свою способность позиционирования за счет инерциальной навигации, что является неотъемлемой частью резервирования безопасности. Хотя ее собственная суммарная ошибка требует тесной интеграции с другими датчиками (GNSS, датчики скорости вращения колес, системы машинного зрения, LiDAR) для коррекции, в рамках многосенсорной интеграции ИНС выступает в качестве центрального узла, значительно повышая точность, надежность и динамические характеристики всей системы позиционирования. С развитием технологии инерциальных измерительных блоков (например, повышением точности MEMS-гироскопов и миниатюризацией твердотельных лазерных гироскопов) и оптимизацией алгоритмов интеграции роль ИНС в автономном вождении будет становиться все более важной. 

Применение датчиков скорости вращения колес в инерциальных навигационных системах (ИНС) в основном проявляется в объединении данных от нескольких датчиков и коррекции ошибок, особенно играя важную роль в навигации транспортных средств. Инерциальные навигационные системы (ИНС) в основном полагаются на гироскопы и акселерометры для расчета положения, скорости и ориентации путем интегрирования, но существует проблема накопления ошибок. Датчики скорости вращения колес, как недорогие высокочастотные инкрементальные датчики, могут эффективно смягчить проблему расходимости ошибок в инерциальной навигации.В настоящее время в многосенсорных системах интегрированной навигации роль датчиков скорости вращения колес в основном заключается в коррекции скорости и позиционировании с использованием пройденного расстояния. Датчик скорости вращения колеса обеспечивает продольную скорость в реальном времени, сравнивает ее с результатом интегрирования ускорения инерциальной навигационной системы (ИНС) и объединяет данные с помощью фильтра Калмана (EKF/UKF) для подавления дрейфа скорости ИНС. В условиях отсутствия GPS-сигнала (туннели, подземные гаражи) датчик скорости вращения колеса предоставляет информацию о пройденном расстоянии, помогая ИНС вычислять относительное положение транспортного средства, что снижает накопление ошибок позиционирования. В данной статье косвенно рассчитывается скорость изменения угла курса путем анализа разницы скоростей вращения колес, определяемой датчиком скорости вращения колеса, что обеспечивает вспомогательную коррекцию для навигации транспортного средства по направлению движения.Датчики скорости вращения колес косвенно вычисляют скорость изменения угла поворота (т.е. угловой скорости), измеряя разницу скоростей между левым и правым колесами (разницу скоростей вращения колес), и их основной принцип основан на кинематической модели транспортного средства. Его преимущество заключается в высокой производительности в реальном времени и отсутствии кумулятивной ошибки, но он ограничен проскальзыванием, изменением параметров шин и т. д. В практических системах для повышения устойчивости необходима интеграция данных с нескольких датчиков (таких как инерциальная навигационная система, GPS).