¿Qué es un sistema de navegación integrado inercial MEMS?

1. Introducción

El sistema de navegación integrada inercial MEMS es una solución de navegación autónoma en miniatura, de baja potencia y rentable basada en sensores inerciales de sistema microelectro-mecánico (MEMS).Centrado en giroscopios y acelerómetros MEMS de alto rendimiento, el sistema integra datos de posicionamiento de múltiples fuentes para lograr la resolución de actitud en tiempo real, el cálculo de velocidad y la salida de posicionamiento continuo.Diferente de la navegación inercial de fibra óptica de alta precisión diseñada para escenarios aeroespaciales y marinos de primer nivel, la navegación integrada MEMS se centra en el peso ligero, la miniaturización y la escalabilidad masiva, cubriendo la mayoría de los escenarios de navegación inteligente civil e industrial.

La navegación inercial MEMS pura generará una ligera deriva acumulativa durante el funcionamiento a largo plazo debido a las características inherentes de las estructuras micro-mecánicas.el sistema adopta un mecanismo de fusión de múltiples sensores, combinando estrechamente los datos de medición inercial MEMS con GNSS, SLAM visual, lidar, odómetro de ruedas y otras fuentes de posicionamiento auxiliares.Equilibra perfectamente las ventajas de hardware de bajo costo y el alto rendimiento de navegación de estabilidad, convirtiéndose en la tecnología de navegación inercial más utilizada en la economía de baja altitud y en el campo de los equipos inteligentes industriales.

2Principio de trabajo básico

2.1 Mecanismo de detección por unidad inercial MEMS

El componente de detección principal del sistema es una unidad de detección de alta estabilidad MEMS IMU, que integra giroscopios en miniatura de tres ejes y acelerómetros de tres ejes en un solo chip.El giroscopio MEMS captura la velocidad angular en tiempo real de la rotación del portador (roll), pitch, yaw), mientras que el acelerómetro MEMS detecta con precisión la aceleración lineal y los cambios de aceleración gravitacional durante el movimiento del portador.

A través de algoritmos de resolución inercial en tiempo real, la unidad emite independientemente ángulos de actitud de alta frecuencia, velocidad angular, aceleración de movimiento y datos inerciales originales.Puede seguir continuamente el estado de movimiento dinámico del portador sin depender de ninguna fuente de señal externa, realizando una percepción de la actitud totalmente autónoma y el cálculo muerto.

2.2 Fusión y supresión de deriva con múltiples sensores

El sistema de navegación integrado MEMS adopta un filtro adaptativo optimizado de Kalman y algoritmos de fusión inteligentes para fusionar orgánicamente los datos inerciales con los datos de posicionamiento externos.El sistema funciona en dos modos de trabajo básicos para garantizar una salida estable en todo el escenario.

En entornos abiertos con señales GNSS estables, los datos de posicionamiento por satélite calibran y suprimen la deriva acumulada a largo plazo de los sensores de inercia MEMS,corrección de pequeños errores de posición y posición en tiempo real para mantener resultados de posicionamiento absoluto de alta precisión. En escenarios de denegación de GNSS o interferencia de la señal, como cañones urbanos, túneles, bosques densos y talleres en interiores,la unidad inercial MEMS realiza de forma independiente el cálculo de muertos de alta precisión a corto plazo, llenando sin problemas los vacíos de posicionamiento y garantizando una navegación ininterrumpida y una salida de posición.baja deriva en operaciones a largo plazo, cero interrupciones en escenarios complejos a corto plazo.

3Las principales ventajas de la navegación integrada MEMS

• Miniaturizado y ligeroAdopta un diseño altamente integrado a nivel de chip, con un tamaño ultrapequeño y un peso ultraligero.adaptándose perfectamente a los estrictos límites de carga y espacio de los dispositivos inteligentes pequeños y medianos.
• Baja potencia y alto costo de rendimientoEn comparación con los sistemas de navegación por fibra óptica e inercia láser, las soluciones MEMS presentan un menor consumo de energía y menores costes de fabricación,apoyo a la implantación de lotes a gran escala y a la aplicación popular.
• Respuesta dinámica fuerteApoya la salida de datos de alta frecuencia, captura de manera sensible los cambios rápidos de posición, aceleración y desaceleración frecuentes y movimientos bruscos de dirección de los portadores,adecuado para escenarios de movimiento civil de alta dinámica.
• Excelente capacidad de adaptaciónIntegra la resistencia a las vibraciones de nivel industrial, la resistencia a los golpes y la tecnología de calibración a altas temperaturas, adaptándose de manera estable a condiciones de trabajo complejas como la vibración del vehículo,Turbulencia del viento y golpes al suelo.
• Compatibilidad flexible de la fusiónFácilmente compatible con GNSS, lidar, SLAM visual, odómetro y otros módulos de posicionamiento convencionales, que admiten soluciones de fusión personalizadas para diferentes escenarios de aplicación.

4. Diferencias entre MEMS y FOG de navegación integrada

La navegación integrada MEMS y la navegación integrada de fibra óptica (FOG) forman una matriz de productos de gama alta y baja totalmente complementaria en la industria de la navegación inercial.La tecnología MEMS se basa en estructuras de chips microelectromecánicos, con ventajas de bajo coste, miniaturización y producción en masa, pero con una capacidad limitada de supresión de deriva a largo plazo, adecuada para escenarios civiles e industriales de mediana y baja precisión.

La navegación inercial de fibra óptica FOG adopta una estructura de detección óptica de estado sólido, con una deriva ultra baja y una estabilidad a largo plazo ultra alta, pero tiene un volumen más grande y un costo más alto,que sirven principalmente para escenarios de alta precisión, como el aeroespacialLa navegación integrada MEMS llena el vacío del mercado de la navegación inercial universal de alta fiabilidad.y es la tecnología fundamental para el rápido desarrollo de la economía global de baja altitud y la fabricación industrial inteligente.

5. Principales escenarios de aplicación

• Vehículos no tripulados civiles e industrialesAmpliamente utilizado en inspección de energía, inspección aérea, distribución logística, protección de plantas agrícolas y drones de rescate de emergencia,proporcionar un control de actitud estable y datos de navegación continua para escenarios de vuelo complejos.
• Conducción inteligente y robots móvilesSirve para vehículos autónomos de baja velocidad, patrullas de campus, vehículos de saneamiento, AGVs en interiores y robots AMR, resolviendo problemas de interrupción de posicionamiento en escenarios denegados por GNSS.
• Equipo industrial inteligenteAplicado en el monitoreo de la actitud de la maquinaria de ingeniería, estabilización inteligente del gimbal, equipos portátiles de topografía y mapeo, realizando corrección de actitud en tiempo real y monitoreo del estado de movimiento.
• Equipo económico de baja altitudAbarca varios transportistas no tripulados de tamaño pequeño y mediano, que proporcionan un soporte fiable de navegación inercial para el transporte urbano a baja altitud y equipos terminales inteligentes.

6Resumen técnico

Como la solución de navegación inercial más popular y versátil en los campos industrial y civil, el sistema de navegación integrada inercial MEMS equilibra el rendimiento, el volumen, la velocidad y la velocidad.Consumo de energía y costo perfectamenteA través de la tecnología de fusión de sensores múltiples, compensa el defecto de deriva inherente de la navegación inercial MEMS única, logrando una navegación estable,navegación continua y de alta precisión y percepción de la actitudEs la tecnología de detección básica para equipos no tripulados inteligentes, automatización industrial e industrialización de la economía de baja altitud.y apoya la aplicación comercial a gran escala de equipos terminales inteligentes globales.