MEMS INS در مقابل GPS: راه اندازی شکاف عملکرد، نقش های مکمل و موارد استفاده از صنعت

در چشم انداز به سرعت در حال تکامل موقعیت دقیق و ردیابی حرکت،سیستم های ناوبری جاودان MEMS (MEMS INS)و سیستم موقعیت مکانی جهانی (GPS) به عنوان دو فناوری پایه ای ایستاده اند که هرکدام برای حل چالش های ناوبری متفاوت طراحی شده اند. در حالی که GPS مدت ها است که در فضای باز، موارد استفاده از موقعیت مکانی جهانی تسلط دارد.,MEMS INS به عنوان یک راه حل مستقل و مکمل برای محیط هایی که سیگنال های GPS شکست می خورند یا غیر قابل اعتماد هستند، ظهور کرده است.و ذینفعان صنعت در زمینه هوافضا، دفاع، وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAVs) ، وسایل نقلیه مستقل و عملیات دریایی، درک تفاوت های فنی، معیارهای عملکرد،و برنامه های کاربردی ایده آل از MEMS در مقابل GPS ضروری است برای ساخت قویاین مقاله به مکانیسم اصلی فنی، مزایای کلیدی، محدودیت ها و استراتژی های پیاده سازی دنیای واقعی هر دو فناوری می پردازد.با تمرکز بر بهینه سازی عملکرد ناوبری در شرایط سخت و پویا.

MEMS INS بهسیستم های میکرو الکترو مکانیکی (MEMS)سنسورها ٫ از جمله ژایروسکوپ ها، شتاب سنجها و اغلب مغناطیس سنجها ٫ برای محاسبه موقعیت، سرعت و حالت (مراجع) در زمان واقعی بدون تکیه بر سیگنال های خارجی.کار بر اساس اصل حساب و کتاب، این سیستم به طور مداوم شتاب خطی و چرخش زاویه ای را اندازه گیری می کند و این داده ها را در طول زمان برای ردیابی حرکت نسبت به یک نقطه شروع ثابت ادغام می کند.تکنولوژی غیرفعال، MEMS INS نیازی به اتصال ماهواره ای، سیگنال های رادیویی یا زیرساخت های خارجی برای عملکرد ندارد، که آن را به طور ذاتی مستقل می کند.

ماژول های مدرن MEMS INS با دقت بالا از الگوریتم های فیوژن سنسور پیشرفته برای به حداقل رساندن حرکت (یک محدودیت طبیعی سیستم های بی وقفه) و حفظ دقت در طول دوره های طولانی استفاده می کنند.با مدل های صنعتی و تاکتیکی که ثبات استثنایی را برای برنامه های مهم ارائه می دهندبرخلاف سیستم های جاودانی مکانیکی قدیمی، راه حل های مبتنی بر MEMS با توجه به تولید میکروفابریکاسیون سبک نیمه هادی، جمع و جور، کم مصرف و مقرون به صرفه هستند.

GPS یک سیستم ناوبری رادیویی مبتنی بر ماهواره ای است که توسط نیروی فضایی ایالات متحده،متشکل از شبکه ای از ماهواره های در مدار که زمان دقیق و داده های موقعیت را به گیرنده های زمینی منتقل می کنندگیرنده GPS موقعیت جغرافیایی خود را (عرض، طول، ارتفاع) با سه گانه کردن سیگنال های حداقل چهار ماهواره محاسبه می کند، با استفاده از زمان سفر سیگنال برای تعیین فاصله.GPS مطلق را ارائه می دهد، موقعیت مکانی جهانی با دقت ثابت در محیط های باز و در فضای باز با خط دید روشن به آسمان، اما عملکرد آن به شدت در مناطق مانع از سیگنال کاهش می یابد.

محدودیت های MEMS INSمعایب اصلی MEMS INS این استحرکت موضعی ذاتیدر حالی که دقت بالا صنعتی و تاکتیکی MEMS INS این انحراف را به طور قابل توجهی به حداقل می رساند،نمی تواند بدون کالیبراسیون دوره ای یا افزایش سیگنال به طور نامحدود دقت موقعیت مطلق را حفظ کند..

محدودیت های GPS:GPS در محیط های بدون GPS کاملاً بی اثر است و به شدت در برابر اختلال عمدی و جعلی سازی خطرات عمده در برنامه های دفاعی و امنیتی آسیب پذیر است.همچنین نمی تواند داده های دقیق نگرش (توجه) را ارائه دهد.، فقط مختصات موضعی، که آن را برای وظایف کنترل حرکتی پویا مانند ثبات پرواز UAV یا ناوبری اتوماتیک وسیله نقلیه ناکافی می کند.

• دفاع و ارتش:ناوبری تاکتیکی سربازان، ثبات سلاح، ناوبری وسایل نقلیه زمینی در میدان های جنگی گیر کرده و موقعیت مکانی وسایل نقلیه زیر آب
• هواپیمای بدون سرنشین:پرواز داخلی، عملیات دره شهری و کنترل پرواز پس از از دست دادن سیگنال
• رباتیک صنعتی:اتوماسیون انبار، تجهیزات معدن زیرزمینی و کنترل دقیق حرکت
• دستگاه های قابل حمل:ابزار سنجش دستی، تجهیزات جستجو و نجات و تجهیزات ناوبری پوشیدنی

• ناوبری مصرف کننده در فضای باز (GPS خودرو، نقشه برداری تلفن های هوشمند)
• ناوبری دریایی در اقیانوس باز
• کشاورزی دقیق (عملیات میدان باز)
• ردیابی و لجستیک دارایی های عمومی در فضای باز

موثرترین سیستم های ناوبری مدرن ترکیبMEMS INS و GPSاز طریق همجوشی سنسورها، استفاده از نقاط قوت هر دو فناوری برای از بین بردن محدودیت های فردی. GPS کالیبراسیون موقعیت مطلق را برای اصلاح حرکت MEMS INS فراهم می کند،در حالی که MEMS INS در طول قطع شدن سیگنال GPS ناوبری بی نقص را حفظ می کنداین سیستم هیبریدی استاندارد صنعت برای UAV ها، اتومبیل های مستقل، هواپیماهای نظامی،کشتی های دریایی، و سیستم های هوافضا، ارائه قابلیت اطمینان و دقت بی نظیر در تمام شرایط عملیاتی.

MEMS INS و GPS فناوری های ناوبری رقابتی نیستند، بلکه ابزارهای مکمل هستند که برای مقابله با چالش های موقعیت یابی منحصر به فرد طراحی شده اند.در حالی که MEMS INS ارائه می دهد مستقلبرای کاربردهای مهم که نیاز به ناوبری بدون وقفه و با دقت بالا دارند،ادغام MEMS INS با GPS استاندارد طلایی استبا افزایش تقاضا برای سیستم های ناوبری انعطاف پذیر در صنایع دفاعی، هوافضا و مستقل،MEMS INS همچنان نقش محوری در برطرف کردن شکاف های عملکردی که تنها توسط GPS باقی مانده است، ایفا خواهد کرد..