سیستم ناوبری اینرسیایی یکپارچه MEMS چیست؟ اصول و کاربرد

1مقدمه

سیستم ناوبری یکپارچه بی وقفه MEMS یک راه حل ناوبری مستقل کوچک، کم مصرف و مقرون به صرفه بر اساس سنسورهای بی وقفه سیستم میکرو الکترو مکانیکی (MEMS) است.متمرکز بر جیروسکوپ های MEMS با عملکرد بالا و شتاب سنجها، این سیستم داده های موقعیت یابی چند منبع را برای دستیابی به حل موقعیت در زمان واقعی، محاسبه سرعت و خروجی موقعیت یابی مداوم ادغام می کند.متفاوت از ناوبری بی وقفه فیبر نوری با دقت بالا که برای سناریوهای فضانوردی و دریایی سطح بالا طراحی شده است، ناوبری یکپارچه MEMS بر سبک وزن، کوچک سازی و مقیاس پذیری گسترده تمرکز دارد و بیشتر سناریوهای ناوبری هوشمند غیرنظامی و صنعتی را پوشش می دهد.

برای حل این مشکل، در طول عملیات طولانی مدت به دلیل ویژگی های ذاتی ساختارهای میکرومکانیکی، حرکت کمکی ایجاد می شود.سیستم یک مکانیسم فیوژن چند سنسور را اتخاذ می کند.، ترکیب دقیق داده های اندازه گیری بی وقفه MEMS با GNSS، SLAM بصری، لیدار، دوچرخه و سایر منابع موقعیت گیری کمکی.این به طور کامل مزایای سخت افزار کم هزینه و عملکرد ناوبری با ثبات بالا را متعادل می کند، تبدیل شدن به گسترده ترین تکنولوژی ناوبری بی وقفه در اقتصاد کم ارتفاع و زمینه تجهیزات هوشمند صنعتی.

2اصل اصلی کار

2.1 مکانیسم سنجش واحد بی وقفه MEMS

قطعه اصلی سنجش سیستم یک IMU MEMS با ثبات بالا است که ژایروسکوپ های سه محوری کوچک و شتاب سنج سه محوری را بر روی یک تراشه واحد ادغام می کند.ژایروسکوپ MEMS سرعت زاویه ای دوران حامل را در زمان واقعی ضبط می کند., pitch, yaw) ، در حالی که شتاب سنج MEMS به طور دقیق سرعت خطی و تغییرات شتاب گرانشی را در طول حرکت حامل حس می کند.

از طریق الگوریتم های حل بی وقفه در زمان واقعی، واحد به طور مستقل زاویه های موضع فرکانس بالا، نرخ زاویه ای، شتاب حرکت و داده های بی وقفه اصلی را تولید می کند.می تواند به طور مداوم حالت حرکت پویا حامل را بدون تکیه بر هیچ منبع سیگنال خارجی ردیابی کند، درک کاملا مستقل نگرش و حساب مردگان.

2.2 فشرده سازی چند سنسور Fusion & Drift

سیستم ناوبری یکپارچه MEMS از فیلترسازی سازگار Kalman بهینه شده و الگوریتم های فیوژن هوشمند برای فیوژن ارگانیک داده های بی وقفه با داده های موقعیت گذاری خارجی استفاده می کند.سیستم در دو حالت کار اصلی کار می کند تا خروجی پایدار در تمام سناریو را تضمین کند.

در محیط های باز با سیگنال های پایدار GNSS، داده های موقعیت یابی ماهواره ای کالیبراسیون و سرکوب حرکت تجمعی دراز مدت سنسورهای بی وقفه MEMS را انجام می دهد.اصلاح اشتباهات کوچک در موقعیت و موقعیت در زمان واقعی برای حفظ نتایج موقعیت مطلق با دقت بالا. در سناریوهای GNSS انکار شده یا اختلال سیگنال مانند دره های شهری، تونل ها، جنگل های متراکم و کارگاه های داخلی،واحد بی وقفه MEMS به طور مستقل محاسبه ی کوتاه مدت با دقت بالا را انجام می دهد.، به طور یکپارچه پر کردن شکاف های موقعیت و اطمینان از ناوبری بدون وقفه و حالت خروجی.حرکت کم در عملیات طولانی مدت، قطع صفر در سناریوهای پیچیده کوتاه مدت.

3مزایای اصلی ناوبری یکپارچه MEMS

• کوچک و سبکطراحی سطح تراشه ای بسیار یکپارچه، با اندازه بسیار کوچک و وزن بسیار سبک را اتخاذ می کند.به طور کامل با محدودیت های سنگین بار و فضای دستگاه های هوشمند کوچک و متوسط سازگار است.
• قدرت کم و هزینه بالادر مقایسه با سیستم های ناوبری فیبر نوری و بی وقفه لیزر، راه حل های MEMS دارای مصرف انرژی پایین تر و هزینه های تولید پایین تر هستند.پشتیبانی از استفاده از دسته های بزرگ و استفاده گسترده.
• پاسخ پویا و پویااز خروجی داده های فرکانس بالا پشتیبانی می کند، به طور حساس تغییرات سریع موضع، شتاب و کاهش مکرر و حرکات تیز فرمان حامل را ضبط می کند.مناسب برای سناریوهای حرکت غیرنظامی با پویایی بالا.
• سازگاری عالی با سناریوهامقاومت در برابر لرزش در سطح صنعتی، مقاومت در برابر شوک و تکنولوژی کالیبراسیون درجه حرارت بالا، سازگار با شرایط کار پیچیده مانند لرزش خودرو،آشفتگی باد و ضربه زمین.
• سازگاری انعطاف پذیر فیوژنبه راحتی سازگار با GNSS، lidar، SLAM بصری، odometer و سایر ماژول های موقعیت یابی اصلی، پشتیبانی از راه حل های فیوژن سفارشی برای سناریوهای کاربردی مختلف.

4تفاوت بین MEMS و FOG Navigation

ناوبری یکپارچه MEMS و ناوبری یکپارچه فیبر نوری (FOG) یک ماتریس محصول کم قیمت و پیشرفته را در صنعت ناوبری جوملا تشکیل می دهند.تکنولوژی MEMS بر ساختار تراشه های میکرو الکترومکانیکی تکیه دارد، با مزایای کم هزینه، کوچک سازی و تولید انبوه، اما با قابلیت محدود سرکوب طولانی مدت، مناسب برای سناریوهای مدنی و صنعتی متوسط و کم دقت است.

ناوبری بی وقفه فیبر نوری FOG از ساختار سنجش نوری حالت جامد استفاده می کند، با حرکت بسیار کم و ثبات بلند مدت بسیار بالا، اما حجم بزرگتر و هزینه بالاتر دارد.که عمدتاً برای سناریوهای دقیق بالا مانند هوافضا مورد استفاده قرار می گیرد.، تجهیزات اعماق دریاها و نقشه برداری و نقشه برداری با کیفیت بالا. ناوبری یکپارچه MEMS شکاف بازار ناوبری بی وقفه جهانی با قابلیت اطمینان بالا را پر می کند.و تکنولوژی پایه ای اصلی برای توسعه سریع اقتصاد جهانی کم ارتفاع و تولید هوشمند صنعتی است..

5سناریوهای کاربرد اصلی

• هواپیماهای بدون سرنشین غیرنظامی و صنعتیبه طور گسترده ای در بازرسی برق، بررسی هوایی، توزیع لجستیک، حفاظت از گیاهان کشاورزی و هواپیماهای بدون سرنشین نجات اضطراری استفاده می شود.ارائه کنترل وضعیت پایدار و داده های ناوبری مستمر برای سناریوهای پرواز پیچیده.
• رانندگی هوشمند و ربات های متحرکخدمات خودروهای خودران کم سرعت، خودروهای گشت دانشگاه، خودروهای بهداشتی، AGV های داخلی و روبات های AMR، حل مشکلات قطع موقعیت در سناریوهای GNSS انکار شده است.
• تجهیزات هوشمند صنعتیبه نظارت روی حالت ماشین آلات مهندسی، ثبات گیمبال هوشمند، تجهیزات نقشه برداری و نقشه برداری قابل حمل، تحقق اصلاح حالت در زمان واقعی و نظارت بر حالت حرکت اعمال می شود.
• تجهیزات کم ارتفاعشامل حامل های مختلف بدون سرنشین کوچک و متوسط است که پشتیبانی قابل اعتماد از ناوبری بی وقفه را برای حمل و نقل کم ارتفاع شهری و تجهیزات پایانی هوشمند فراهم می کند.

6خلاصه ی فنی

به عنوان رایج ترین و متنوع ترین راه حل ناوبری بی وقفه در زمینه های صنعتی و غیرنظامی، سیستم ناوبری یکپارچه بی وقفه MEMS عملکرد، حجم،مصرف برق و هزینه کاملااز طریق فن آوری همجوشی چند سنسور، نقص ذاتی حرکت در جهت حرکت واحد MEMS را جبران می کند،ناوبری مستمر و دقیق و درک موضعاین فناوری اصلی سنجش برای تجهیزات هوشمند بدون سرنشین، اتوماسیون صنعتی و صنعتی سازی اقتصاد در ارتفاع پایین است.و از کاربرد تجاری در مقیاس بزرگ تجهیزات پایانی هوشمند جهانی پشتیبانی می کند..