การนําทาง MEMS ในสภาพแวดล้อมที่ปฏิเสธ GPS

การใช้งานทางอุตสาหกรรม ทหาร และการนําทางแบบอิสระในยุคปัจจุบัน ทั่วโลกขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีการตั้งตําแหน่งดาวเทียมที่น่าเชื่อถือ เป็นหลักที่รู้จักกันในชื่อ GNSS หรือการติดตามตําแหน่งที่ใช้ GPSอย่างไรก็ตาม, สัญญาณดาวเทียม GNSS เป็นที่อ่อนแออย่างมากและได้รับผลกระทบง่ายจากอุปสรรคทางกายภาพ, สภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน, การแทรกแซงทางแม่เหล็กไฟฟ้า, และการยับยั้งและการปลอมสัญญาณโดยเจตนาเพราะเหตุนี้,สภาพแวดล้อมการนําทางที่ปฏิเสธ GPSได้กลายเป็นหนึ่งในความท้าทายทางการดําเนินงานที่ใหญ่ที่สุด สําหรับเครื่องบินไร้ผู้ขับเคลื่อน ร็อบอตอิสระ เครื่องจักรทหาร อุปกรณ์เหมืองแร่ใต้ดิน และระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมทั่วโลกเมื่อความน่าเชื่อถือของ GNSS ยังคงลดลงในสภาพการทํางานที่ซับซ้อน,ระบบการนําทางแบบอินเนอร์เซียลที่ใช้ MEMSได้กลายเป็นทางแก้ปัญหาที่น่าเชื่อถือและจําเป็นที่สุด สําหรับการนําทางแบบต่อเนื่อง, อัตโนมัติ และอิสระจากสัญญาณ โดยไม่ต้องมีการสนับสนุนดาวเทียม

Aสภาพแวดล้อมที่ปฏิเสธ GPSหมายถึงพื้นที่ปฏิบัติการใด ๆ ที่สัญญาณตําแหน่งดาวเทียม GNSS ไม่สามารถใช้งานได้โดยสิ้นเชิง, มีอ่อนแออย่างมาก, ป้องกัน, ติดจอม, หรือปลอมภาพดิจิตอลระบบ GPS และระบบนําทางดาวเทียมทั่วโลก ที่เป็นมาตรฐานไม่สามารถให้ข้อมูลตําแหน่งที่มั่นคงได้ส่งผลให้เกิดความล้มเหลวในการนําทาง, การเคลื่อนที่ตําแหน่ง, การเบี่ยงเบนเส้นทาง, และความเสี่ยงต่อความปลอดภัยสําหรับอุปกรณ์อิสระและรถยนต์ที่มีคนขับ

สถานการณ์การทํางานที่ถูกปฏิเสธจาก GPS ในโลกจริงที่ต้องการการแก้ไขการนําทาง MEMS ที่มีประสิทธิภาพสูง ได้แก่

• สภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมภายใน: คลังสินค้าขนาดใหญ่ ห้างหุ้นโรงงาน ศูนย์จัดเก็บสินค้าและอาคารอุตสาหกรรมที่ปิดไว้ ที่สัญญาณดาวเทียมไม่สามารถเจาะเข้าไปในโครงสร้างอาคาร
• สถานการณ์คลองเมือง: พื้นที่เมืองที่มีความหนาแน่นสูง ที่อาคารสูงปิดสายตาดาวเทียม และทําให้สัญญาณ GNSS ผ่อนคลายและมีการขัดแย้งหลายเส้นทาง
• การดําเนินงานใต้ดินและการทําเหมืองแร่: เหมืองใต้ดิน, โครงการก่อสร้างอุโมงค์, วิศวกรรมรถไฟใต้ดิน, และสถานที่ตรวจสอบท่อน้ําใต้ดินที่ไม่มีการครอบคลุมดาวเทียม
• ภารกิจการเดินเรือใต้น้ํา: หุ่นยนต์ใต้ทะเล อุปกรณ์ตรวจสอบใต้ทะเล และยานยนต์วิศวกรรมใต้ทะเล ที่ไม่สามารถรับสัญญาณ GPS ใต้น้ําได้
• พื้นที่การต่อสู้ทางทหารและการป้องกัน: สภาพแวดล้อมสนามรบที่มี GNSS จับยั้ง, การปลอมสัญญาณ, การยับยั้งแม่เหล็กไฟฟ้า, และการแทรกแซงการนําทางที่เป็นศัตรู

ในทุกพื้นที่ที่ท้าทาย GPS เหล่านี้ การนําทางแบบ GNSS แบบดั้งเดิมล้มเหลวโดยสิ้นเชิงเทคโนโลยีการนําทางแบบอินเนอร์เซียล MEMSสําหรับการทํางานที่น่าเชื่อถือได้นาน

ระบบการนําทาง MEMSถูกสร้างขึ้นรอบหน่วยการวัดความอ่อนแอที่มีประสิทธิภาพสูง (IMU) ที่บูรณาการกับจิโรสโกป MEMS ความแม่นยําและเครื่องวัดความเร่ง MEMS ไม่เหมือนกับเครื่องรับ GNSS ที่พึ่งพาสัญญาณดาวเทียมภายนอกMEMS inertial navigation ใช้ข้อมูลจากเซ็นเซอร์บนเครื่องทําให้มันเป็นระบบอิสระอย่างสมบูรณ์แบบ และมีความคุ้มกันต่อการขัดขวางสัญญาณภายนอกหรือการสูญเสียสัญญาณ

การนําทางโดยอัตโนมัติ MEMS ไม่ต้องใช้ GPS ไม่ต้องใช้ GNSS ไม่ต้องใช้สัญญาณจากสถานีฐานภายนอก และไม่ต้องใช้เครือข่ายไร้สายและข้อมูลท่าทางถูกคํานวณโดยระบบจราจรอินเนอร์เซียลเองคุณลักษณะที่อิสระจากสัญญาณนี้ทําให้การนําทางได้คงที่ แม้แต่ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงที่สุดและเขตตาย GPS ที่ถูกกั้นอย่างสมบูรณ์

ไม่เหมือน GNSS ที่อัพเดทข้อมูลตําแหน่งได้เพียงความถี่ต่ํา และมีสัญญาณถูกขัดแย้งการวัดอารมณ์ในเวลาจริง, การคํานวณความเร็วที่มั่นคง และการออกตําแหน่งที่แม่นยํา มันสนับสนุนการเคลื่อนไหวความเร็วสูงแบบไดนามิกและการเดินเรือที่ไม่หยุดยั้งนานสําหรับทุกชนิดของแพลตฟอร์มอิสระ.

เครื่องตรวจจับความอ่อนแอ MEMS ระดับอุตสาหกรรมและการป้องกันที่ทันสมัย มีการออกแบบขนาดเล็ก โครงสร้างเบาและใช้พลังงานน้อย สามารถบูรณาการในไมโครโดรนได้ง่ายยานที่ใช้บนพื้นดินโดยไม่มีคนขับ, หุ่นยนต์อุตสาหกรรม, เครื่องขนส่งทหาร, เครื่องจักรการเหมืองแร่, และอุปกรณ์ตรวจสอบพกพาความสามารถในการปรับขนาดสูงทําให้การนําทาง MEMS เหมาะสําหรับการอัตโนมัติอุตสาหกรรมพาณิชย์และการใช้งานทหารด้านการป้องกันระดับสูง.

หลักการทํางานหลักของระบบการนําทางแบบอินเนอร์เซียล MEMSซึ่งใช้อัลการิทึมระบบการนําทางแบบอินเนอร์เซียล (INS) ที่ประมวลผลข้อมูลการเคลื่อนไหวในเวลาจริงที่รวบรวมโดยเซ็นเซอร์อินเนอร์เซียล MEMS ความละเอียดสูง

• เครื่องจิโรสโกป MEMS: วัดความเร็วมุมในเวลาจริงและการหมุนอารมณ์ทางรถไฟฟ้า รวมถึงมุมปิช, รอลล์ และยาว
• เครื่องวัดเร่ง MEMS: สังเกตความเร่งเชิงเส้นในสามมิติและคํานวณการเคลื่อนไหวการย้ายและความเร็วการเปลี่ยนแปลง

เครื่องประมวลผลการนําทางอินเนอร์เชียล ติดรวมข้อมูลความเร็วมุมและความเร่งต่อเนื่องตลอดเวลา เพื่อคํานวณตําแหน่ง, ความเร็ว และทิศทางในเวลาจริงโดยไม่มีสัญญาณอ้างอิงดาวเทียมภายนอก วิธีการคํานวณแบบเฉพาะเฉื่อยนี้ทําให้การนําทางเป็นอิสระอย่างสมบูรณ์แบบ ในทุกสภาพที่ GPS ไม่ยอมรับ

เพื่อแก้ปัญหาเล็ก ๆ น้อย ๆ ของเซ็นเซอร์และบรรลุผลงานการนําทางแม่นยําสูงในระยะยาว ระบบนําทางอเนอร์เซียล MEMS ที่ทันสมัยใช้ระบบที่ก้าวหน้าเทคโนโลยีฟิวชั่นหลายเซนเซอร์โดยการรวมข้อมูลความอ่อนแอของ IMU กับเซ็นเซอร์ผู้ช่วยเพิ่มเติม และอัลการ์ตูมการกรองที่ฉลาด ระบบนี้สามารถลดเสียงดังได้อย่างมีประสิทธิภาพ แก้ไขความผิดพลาดและทําให้ผลการตั้งตําแหน่งในระยะยาวมั่นคง.

เครื่องตรวจจับทั่วไปที่ใช้ในการนําทาง MEMS sensor fusion:

• กล้องถ่ายภาพสําหรับการนําทางทางทางสายตาและการแก้ไขทางสายตา SLAM
• เครื่องตรวจจับ LiDAR สําหรับการสแกนสภาพแวดล้อมและการปรับตําแหน่งความแม่นยําสูง
• เครื่องวัดแม่เหล็กและเครื่องวัดน้ําอากาศสําหรับการชําระความสูงและการชําระความสูง

อัลกอริทึมมืออาชีพ เช่นการกรอง Kalman และการกรอง Kalman ขยาย (EKF)ได้ถูกนําไปใช้อย่างแพร่หลายในการยับยั้งการเคลื่อนไหวของเซ็นเซอร์ ลดความผิดพลาดสะสม และรักษาผลิตการนําทางที่มั่นคงและน่าเชื่อถือสําหรับภารกิจระยะยาว

MEMS inertial navigation ทําให้ Drone อุตสาหกรรม และ UAVs ทหารสามารถควบคุมการบินได้อย่างมั่นคง ตรวจสอบโดยอิสระ และดําเนินภารกิจอย่างแม่นยําในพื้นที่ภายในและพื้นที่สนามรบที่ติด GPS โดยไม่มีการสนับสนุนการตั้งตําแหน่งทางดาวเทียม.

หุ่นยนต์โกดัง รุ่น AGV ของโรงงาน และหุ่นยนต์บริการพึ่งพาการนําทาง MEMS สําหรับการตั้งตําแหน่งภายในบ้าน การหลีกเลี่ยงอุปสรรค และการวางแผนเส้นทางอัตโนมัติรับรองการทํางานที่มั่นคงในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมภายในที่ไม่มี GPS.

สําหรับยานพาหนะทหาร เครื่องบินไร้คนขับแบบแท็กติก และระบบภารกิจการป้องกัน MEMS inertial navigation ให้การตั้งตําแหน่งที่น่าเชื่อถือ แม้จะอยู่ในภาวะ GNSS หน่วงซ่อนและโจมตี spoofing ที่หนักการรับประกันความปลอดภัยของภารกิจและความแข็งแกร่งในการเดินเรือในสนามรบ.

อุปกรณ์เหมืองแร่ เครื่องจักรก่อสร้างอุโมงค์และหุ่นยนต์ตรวจจับใต้น้ํา ทั้งหมดนี้ต้องการการนําทางที่ปฏิเสธ GPS MEMS เพื่อทํางานปกติในสภาพแวดล้อมใต้ดินและใต้น้ําที่ไม่มีดาวเทียมในระยะยาว.

ข้อจํากัดหลักของเซ็นเซอร์ความอ่อนแอ MEMS ระดับผู้บริโภคและราคาถูกคือการเคลื่อนไหวทางเดินเรือและการสะสมความผิดพลาดความคัดค้านของเซ็นเซอร์เล็ก ๆ และเสียงดังค่อยๆสะสมขึ้นในช่วงเวลาทํางานที่ยาวนาน ส่งผลให้มีการสับสนในตําแหน่งช้าและความเครียดของสิ่งแวดล้อมที่รุนแรงยังสามารถส่งผลกระทบต่อความมั่นคงของเซ็นเซอร์.

• การบูรณาการผสมผสานหลายเซนเซอร์เพื่อลดการลื่นไหลระยะยาว
• AI อัจฉริยะการชดเชยความผิดพลาดและอัลการิทึมการนําทางที่ก้าวหน้า
• เทคโนโลยีการปรับขนาดโรงงานมืออาชีพ การชดเชยอุณหภูมิ และการยับยั้งการสั่น
• การผสมผสานกับ SLAM และการแก้ไข GNSS บางครั้งเมื่อสัญญาณมีอยู่

ด้วยความไม่แน่นอนที่เพิ่มขึ้นของความน่าเชื่อถือของสัญญาณ GNSS ทั่วโลก การนําทางโดยอัตโนมัติ MEMS ได้กลายเป็นเทคโนโลยีพื้นฐานหลักสําหรับระบบอิสระและอุปกรณ์ป้องกันทิศทางการพัฒนาในอนาคตของการนําทางโดยการปฏิเสธ GPS MEMS ประกอบด้วยเซ็นเซอร์ MEMS ที่มีความแม่นยําสูงกว่าและมีความเคลื่อนไหวต่ําการบูรณาการอย่างลึกซึ้งกับระบบการมองเห็นและ LiDAR, การลดขนาดของเครื่องมือขนาดเล็ก และความสามารถในการปรับปรุงสภาพแวดล้อมที่ดีกว่าสําหรับสภาพการทํางานที่รุนแรง

ระบบการนําทางอเนอร์เซียล MEMS สําหรับสภาพแวดล้อมที่ปฏิเสธ GPSเป็นเทคโนโลยีหลักที่จําเป็นสําหรับอุปกรณ์อิสระทั้งหมดที่ทํางานโดยไม่ต้องสัญญาณดาวเทียม ด้วยอิสระที่แข็งแกร่ง, ความมั่นคงสูงและการปรับปรุงได้อย่างกว้างขวาง,และผลการตั้งตําแหน่งที่ปลอดภัยในทุกฉากการทํางานที่ซับซ้อนและปิดสัญญาณกลายเป็นทางแก้ไขการนําทางที่สําคัญที่สุด สําหรับระบบอุตสาหกรรมและการป้องกันที่อิสระรุ่นใหม่ทั่วโลก.