الملاحة بواسطة MEMS في البيئات التي تم رفض استخدام نظام تحديد المواقع

تعتمد تطبيقات الملاحة الصناعية والعسكرية والمستقلة الحديثة في جميع أنحاء العالم بشكل كبير على تقنية تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية الموثوقة، والمعروفة في المقام الأول باسم GNSS أو تتبع الموقع القائم على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). ومع ذلك، فإن إشارات الأقمار الصناعية GNSS هشة للغاية وتتأثر بسهولة بالعوائق المادية والمناطق المحيطة المعقدة والتداخل الكهرومغناطيسي والتشويش المتعمد للإشارة والانتحال. لهذا السبب،بيئات الملاحة التي تم رفض نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).أصبحت واحدة من أكبر التحديات التشغيلية للطائرات بدون طيار، والروبوتات المستقلة، والمركبات العسكرية، ومعدات التعدين تحت الأرض، وأنظمة الأتمتة الصناعية في جميع أنحاء العالم. مع استمرار انخفاض موثوقية GNSS في ظروف العمل المعقدة،أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي القائمة على MEMSأصبحت حلول تحديد المواقع الأكثر موثوقية والتي لا غنى عنها للملاحة المستمرة والمستقلة والمستقلة عن الإشارة دون أي دعم عبر الأقمار الصناعية.

أبيئة محرومة من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).يشير إلى أي منطقة تشغيلية تكون فيها إشارات تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية GNSS غير متاحة تمامًا، أو ضعيفة للغاية، أو محجوبة، أو مشوشة، أو منتحلة رقميًا. في سيناريوهات العمل الحاسمة هذه، لا يمكن لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وأنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية العالمية توفير بيانات مستقرة لتحديد المواقع، مما يؤدي إلى فشل الملاحة، وانحراف الموقع، وانحراف المسار، ومخاطر السلامة للمعدات المستقلة والمركبات المأهولة.

تتضمن سيناريوهات العمل الشائعة التي تم رفض نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في العالم الحقيقي والتي تتطلب حلول ملاحة MEMS عالية الأداء ما يلي:

• البيئات الصناعية الداخلية: المستودعات الكبيرة وورش المصانع ومراكز التخزين اللوجستية والمباني الصناعية المغلقة حيث لا تستطيع إشارات الأقمار الصناعية اختراق هياكل المباني.
• سيناريوهات الوادي الحضري: مناطق المدن الشاهقة الكثيفة حيث تحجب المباني الشاهقة خط رؤية القمر الصناعي وتتسبب في توهين شديد لإشارة GNSS وتداخل متعدد المسارات.
• العمليات تحت الأرض والتعدين: المناجم تحت الأرض، ومشاريع بناء الأنفاق، وهندسة مترو الأنفاق، ومواقع فحص خطوط الأنابيب تحت الأرض مع تغطية صفرية عبر الأقمار الصناعية.
• مهمات الملاحة تحت الماء: الروبوتات البحرية تحت الماء، ومعدات التفتيش تحت سطح البحر، والمركبات الهندسية تحت الماء التي لا يمكنها استقبال أي إشارات GPS تحت الماء.
• مناطق القتال العسكرية والدفاعية: بيئات ساحة المعركة مع تشويش GNSS وانتحال الإشارة والقمع الكهرومغناطيسي والتداخل الملاحي المعادي.

في جميع هذه المناطق الصعبة لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، يفشل نظام الملاحة التقليدي عبر نظام تحديد المواقع العالمي (GNSS) تمامًا، مما يجعل الأمر صعبًاتقنية الملاحة بالقصور الذاتي MEMS هي الحل الأساسي لتحديد المواقع البديللتشغيل موثوق على المدى الطويل.

أنظمة الملاحة MEMSتم تصميمها حول وحدات قياس بالقصور الذاتي عالية الأداء (IMUs) مدمجة مع جيروسكوبات MEMS الدقيقة ومقاييس تسارع MEMS. على عكس أجهزة استقبال GNSS التي تعتمد على إشارات الأقمار الصناعية الخارجية، يعمل نظام الملاحة MEMS بالكامل مع بيانات الاستشعار الموجودة على متن الطائرة، مما يجعله مستقلاً تمامًا ومكتفيًا بذاته ومحصنًا ضد أي تداخل للإشارة الخارجية أو فقدان الإشارة.

لا يتطلب نظام الملاحة MEMS بالقصور الذاتي نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، أو نظام GNSS، أو إشارات المحطة الأساسية الخارجية، أو دعم الشبكة اللاسلكية. يتم حساب جميع بيانات تحديد المواقع والسرعة والمواقف محليًا بواسطة نظام الملاحة بالقصور الذاتي نفسه. تضمن هذه الميزة المستقلة عن الإشارة أداءً مستقرًا للملاحة حتى في بيئات التشويش الأكثر كثافة والمناطق الميتة لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) المحظورة بالكامل.

يختلف نظام INS القائم على نظام GNSS عن نظام GNSS، الذي يقوم بتحديث بيانات تحديد الموقع فقط عند التردد المنخفض ويعاني من انقطاع الإشارة، ويوفر تتبعًا مستمرًا للحركة عالي التردد وقياس الموقف في الوقت الفعلي وحساب السرعة المستقرة وإخراج الموقع الدقيق. وهو يدعم الحركة الديناميكية عالية السرعة، والتغييرات المعقدة في المواقف، والتنقل دون انقطاع على المدى الطويل لجميع أنواع المنصات المستقلة.

تتميز أجهزة استشعار القصور الذاتي الصناعية والدفاعية الحديثة عالية الجودة MEMS بتصميم مصغر وهيكل خفيف الوزن واستهلاك منخفض للطاقة. ويمكن دمجها بسهولة في الطائرات الصغيرة بدون طيار، والمركبات الأرضية بدون طيار، والروبوتات الصناعية، والناقلات العسكرية، وآلات التعدين، وأجهزة التفتيش المحمولة. إن قابلية التوسع العالية تجعل نظام الملاحة MEMS مناسبًا لكل من الأتمتة الصناعية التجارية والتطبيقات العسكرية الدفاعية المتطورة.

مبدأ العمل الأساسيأنظمة الملاحة بالقصور الذاتي MEMSيعتمد على خوارزميات نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS) التي تعالج بيانات الحركة في الوقت الفعلي التي تم جمعها بواسطة أجهزة استشعار القصور الذاتي MEMS عالية الدقة.

• جيروسكوبات MEMS: قم بقياس السرعة الزاوية في الوقت الفعلي وتتبع دوران الموقف، بما في ذلك زوايا الميل والالتفاف والانعراج.
• مقاييس التسارع MEMS: كشف التسارع الخطي في ثلاثة أبعاد وحساب إزاحة الحركة وتغيرات السرعة.

يقوم معالج الملاحة بالقصور الذاتي بدمج بيانات السرعة الزاوية والتسارع بشكل مستمر مع مرور الوقت لإجراء حسابات دقيقةالموقف في الوقت الحقيقي، والسرعة، والتوجهدون أي إشارات إشارة الأقمار الصناعية الخارجية. تضمن طريقة الحساب بالقصور الذاتي الخالصة التنقل المستقل تمامًا في جميع الظروف التي يرفض فيها نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

لحل مشكلات انحراف أجهزة الاستشعار البسيطة وتحقيق أداء ملاحي عالي الدقة على المدى الطويل، تعتمد أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي MEMS الحديثة على تقنيات متقدمةتكنولوجيا الانصهار متعددة الاستشعار. من خلال الجمع بين بيانات القصور الذاتي IMU مع أجهزة استشعار مساعدة إضافية وخوارزميات تصفية ذكية، يقلل النظام بشكل فعال من الضوضاء ويصحح الأخطاء ويثبت نتائج تحديد المواقع على المدى الطويل.

أجهزة الاستشعار الشائعة المستخدمة في التنقل بدمج أجهزة الاستشعار MEMS:

• الكاميرات المرئية للملاحة المرئية وتصحيح SLAM البصري
• أجهزة استشعار LiDAR لإجراء مسح بيئي عالي الدقة ومعايرة تحديد المواقع
• مقاييس المغناطيسية والبارومترات لتعويض الموقف والارتفاع

الخوارزميات المهنية مثلتصفية كالمان وتصفية كالمان الموسعة (EKF)يتم تطبيقها على نطاق واسع لمنع انحراف أجهزة الاستشعار، وتقليل الأخطاء التراكمية، والحفاظ على مخرجات ملاحية مستقرة وموثوقة للمهام طويلة الأمد.

يتيح نظام الملاحة بالقصور الذاتي MEMS للطائرات بدون طيار الصناعية والطائرات بدون طيار العسكرية إجراء تحكم مستقر في الطيران، والتفتيش المستقل، وتنفيذ المهام بدقة في الأماكن الداخلية، ومجموعات المباني الحضرية، ومناطق ساحة المعركة المزدحمة بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) دون دعم تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية.

تعتمد روبوتات المستودعات ومركبات AGV في المصانع وروبوتات الخدمة على نظام الملاحة MEMS لتحديد المواقع الداخلية وتجنب العوائق وتخطيط المسار تلقائيًا، مما يضمن التشغيل المستقر في البيئات الصناعية الداخلية الخالية تمامًا من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

بالنسبة للمركبات العسكرية والطائرات بدون طيار التكتيكية وأنظمة المهام الدفاعية، يوفر نظام الملاحة بالقصور الذاتي MEMS تحديد المواقع بشكل موثوق حتى في ظل هجمات التشويش والانتحال الشديدة على نظام GNSS، مما يضمن سلامة المهمة ومرونة الملاحة في ساحة المعركة.

تتطلب معدات التعدين وآلات بناء الأنفاق وروبوتات الكشف تحت الماء نظام الملاحة MEMS المرفوض لنظام تحديد المواقع العالمي (MEMS) للعمل بشكل طبيعي في بيئات تحت الأرض وتحت الماء خالية من الأقمار الصناعية على المدى الطويل.

القيد الرئيسي لأجهزة استشعار القصور الذاتي MEMS ذات الجودة الاستهلاكية ومنخفضة التكلفة هوانحراف الملاحة وتراكم الأخطاء. تتراكم انحيازات المستشعر الصغيرة والضوضاء تدريجيًا على مدار ساعات العمل الطويلة، مما يتسبب في انحراف بطيء للموضع. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤثر التغيرات في درجات الحرارة والاهتزاز الميكانيكي والضغط البيئي القاسي أيضًا على استقرار المستشعر.

• تكامل دمج أجهزة الاستشعار المتعددة لتقليل الانجراف على المدى الطويل
• الذكاء الاصطناعي لتعويض الأخطاء الذكي وخوارزميات التنقل المتقدمة
• معايرة المصنع الاحترافية، وتعويض درجة الحرارة، وتكنولوجيا قمع الاهتزاز
• الجمع مع SLAM وتصحيح GNSS في بعض الأحيان عند توفر الإشارات

مع تزايد عدم اليقين بشأن موثوقية إشارة GNSS في جميع أنحاء العالم، أصبحت الملاحة بالقصور الذاتي MEMS تقنية تأسيسية أساسية للأنظمة المستقلة والأتمتة الصناعية ومعدات الدفاع. يتضمن اتجاه التطوير المستقبلي لنظام الملاحة MEMS GPS أجهزة استشعار MEMS عالية الدقة منخفضة الانجراف، وخوارزميات دمج أجهزة الاستشعار الذكية المدعومة بالذكاء الاصطناعي، وتكامل أعمق مع أنظمة الرؤية وLiDAR، وتصغير المعدات الدقيقة، وقدرة أكبر على التكيف البيئي مع ظروف العمل القاسية.

أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي MEMS للبيئات المرفوضة لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS).هي تقنية أساسية أساسية لجميع الأجهزة المستقلة التي تعمل بدون إشارات الأقمار الصناعية. بفضل الاستقلالية القوية والاستقرار العالي والقدرة على التكيف على نطاق واسع، يضمن نظام الملاحة MEMS أداءً مستمرًا وموثوقًا وآمنًا لتحديد المواقع في جميع سيناريوهات العمل المعقدة والمحظورة بالإشارات، ليصبح حل الملاحة الأكثر أهمية للجيل التالي من الأنظمة الصناعية والدفاعية المستقلة في جميع أنحاء العالم.