Qu'est-ce que le système de navigation intégrée par inertie MEMS? Principe et application

1. Introduction

Le système de navigation intégrée par inertie MEMS est une solution de navigation autonome miniature, peu puissante et rentable, basée sur des capteurs d'inertie du système microélectro-mécanique (MEMS).Centré sur les gyroscopes et accéléromètres MEMS hautes performances, le système intègre des données de positionnement multi-sources pour obtenir une résolution d'attitude en temps réel, un calcul de vitesse et une sortie de positionnement continue.Différente de la navigation inertielle à fibre optique de haute précision adaptée aux scénarios aérospatiaux et maritimes de premier ordre, la navigation intégrée MEMS se concentre sur la légèreté, la miniaturisation et l'évolutivité de masse, couvrant la plupart des scénarios de navigation intelligente civile et industrielle.

La navigation par inertie MEMS pure générera une légère dérive cumulative pendant le fonctionnement à long terme en raison des caractéristiques inhérentes des structures micro-mécaniques.le système adopte un mécanisme de fusion multi-capteurs, combinant étroitement les données de mesure de l'inertie MEMS avec le GNSS, le SLAM visuel, le lidar, le compteur d'heures des roues et d'autres sources de positionnement auxiliaires.Il équilibre parfaitement les avantages matériels peu coûteux et les performances de navigation de haute stabilité, devenant la technologie de navigation inertielle la plus largement utilisée dans le domaine de l'économie de basse altitude et des équipements intelligents industriels.

2Principe de fonctionnement

2.1 Mécanisme de détection par unité inertielle MEMS

Le composant principal de détection du système est une unité d'imagerie interne MEMS de haute stabilité, qui intègre des gyroscopes miniatures à trois axes et des accéléromètres à trois axes sur une seule puce.Le gyroscope MEMS capture en temps réel la vitesse angulaire de rotation du porteur (roll)L'accéléromètre MEMS détecte avec précision l'accélération linéaire et les changements d'accélération gravitationnelle pendant le mouvement du porteur.

Grâce à des algorithmes de résolution de l'inertie en temps réel, l'unité produit indépendamment des angles d'attitude à haute fréquence, du taux angulaire, de l'accélération du mouvement et des données inertielles originales.Il peut suivre en permanence l'état de mouvement dynamique du transporteur sans dépendre de sources de signaux externes, réalisant une perception d'attitude et un calcul mort entièrement autonomes.

2.2 Suppression de la fusion et de la dérive par plusieurs capteurs

Le système de navigation intégré MEMS adopte un filtrage adaptatif Kalman optimisé et des algorithmes de fusion intelligents pour fusionner organiquement les données inertielles avec les données de positionnement externes.Le système fonctionne en deux modes de fonctionnement principaux pour assurer une sortie stable dans tous les scénarios.

Dans des environnements ouverts avec des signaux GNSS stables, les données de positionnement par satellite calibrent et suppriment la dérive cumulée à long terme des capteurs inertiels MEMS,corriger en temps réel de minuscules erreurs d'attitude et de positionnement pour maintenir des résultats de positionnement absolus de haute précision. Dans les scénarios où le GNSS est interdit ou où le signal est interféré, tels que les canyons urbains, les tunnels, les forêts denses et les ateliers intérieurs,l'unité inertielle MEMS effectue indépendamment un calcul mort à court terme de haute précision, remplissant de manière transparente les lacunes de positionnement et assurant une navigation et une attitude ininterrompues.faible dérive en exploitation à long terme, zéro interruption dans les scénarios complexes à court terme.

3Les principaux avantages de la navigation intégrée MEMS

• Miniaturisé et légerIl est doté d'une conception hautement intégrée au niveau de la puce, d'une taille ultra-petite et d'un poids ultra-léger.parfaitement adapté aux limites strictes de charge et d'espace des petits et moyens appareils intelligents.
• Faible puissance et performances à coût élevéComparées aux systèmes de navigation par fibre optique et par inertiel laser, les solutions MEMS présentent une consommation d'énergie plus faible et des coûts de fabrication plus faibles,soutien au déploiement de lots à grande échelle et à l'application populaire.
• Une forte réponse dynamiquePrend en charge la sortie de données haute fréquence, capture de manière sensible les changements rapides d'attitude, les accélérations et les décélérations fréquentes et les mouvements rapides de direction des porteurs,adapté à des scénarios de mouvement civil très dynamiques.
• Excellente capacité d'adaptationIntégre une résistance aux vibrations de niveau industriel, une résistance aux chocs et une technologie d'étalonnage à haute température, s'adaptant de manière stable à des conditions de travail complexes telles que les vibrations du véhicule,Turbulences du vent et chocs au sol.
• Compatibilité de fusion soupleFacilement compatible avec le GNSS, le lidar, le SLAM visuel, le compteur de kilomètres et d'autres modules de positionnement traditionnels, prenant en charge des solutions de fusion personnalisées pour différents scénarios d'application.

4Différences entre les MEMS et la navigation intégrée FOG

La navigation intégrée MEMS et la navigation intégrée en fibre optique (FOG) forment une matrice de produits haut de gamme et bas de gamme entièrement complémentaire dans l'industrie de la navigation par inertie.La technologie MEMS repose sur des structures de puces microélectromécaniques, présentant des avantages de faible coût, de miniaturisation et de production de masse, mais avec une capacité limitée de suppression de la dérive à long terme, adaptée à des scénarios civils et industriels de moyenne et basse précision.

La navigation inertielle en fibre optique FOG adopte une structure de détection optique à l'état solide, avec une dérive ultra-faible et une stabilité à long terme ultra-haute, mais un volume plus important et un coût plus élevé,principalement destinés à des scénarios de haute précision tels que l'aérospatialeLa navigation intégrée MEMS comble le déficit du marché de la navigation inertielle universelle de haute fiabilité.et est la technologie de base pour le développement rapide de l'économie mondiale de basse altitude et de la fabrication industrielle intelligente.

5Principaux scénarios d'application

• UAVs civils et industrielsLargement utilisé dans l'inspection de l'alimentation, la surveillance aérienne, la distribution logistique, la protection des plantes agricoles et les drones de sauvetage d'urgence,fournir un contrôle d'attitude stable et des données de navigation continue pour des scénarios de vol complexes.
• Conduite intelligente et robots mobilesIl sert les véhicules autonomes à basse vitesse, les voitures de patrouille du campus, les véhicules d'assainissement, les AGV intérieurs et les robots AMR, résolvant les problèmes d'interruption de positionnement dans les scénarios déniés par le GNSS.
• Équipements industriels intelligentsAppliqué à la surveillance de l'attitude des machines d'ingénierie, à la stabilisation intelligente du cardan, aux équipements de géométrie et de cartographie portables, réalisant la correction de l'attitude en temps réel et la surveillance de l'état de mouvement.
• Équipement économique à basse altitudeIl couvre divers transporteurs sans pilote de petite et moyenne taille, fournissant un support fiable de navigation par inertie pour les transports urbains à basse altitude et les équipements terminaux intelligents.

6. Résumé technique

En tant que solution de navigation inertielle la plus répandue et la plus polyvalente dans les domaines industriel et civil, le système de navigation intégrée inertielle MEMS équilibre les performances, le volume,la consommation d'énergie et le coût parfaitementGrâce à la technologie de fusion multi-capteurs, il compense le défaut de dérive inhérent à la navigation inertielle MEMS unique, réalisant stable,navigation continue et de haute précision et perception de l'attitudeIl s'agit de la technologie de base de détection pour les équipements sans pilote intelligents, l'automatisation industrielle et l'industrialisation de l'économie de basse altitude.et soutient l'application commerciale à grande échelle de l'équipement terminal intelligent mondial.