Điều hướng MEMS trong môi trường không có GPS

Các ứng dụng định vị công nghiệp, quân sự và tự trị hiện đại trên toàn thế giới phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ định vị vệ tinh đáng tin cậy, chủ yếu được gọi là GNSS hoặc theo dõi vị trí dựa trên GPS.Tuy nhiên, tín hiệu vệ tinh GNSS cực kỳ mong manh và dễ bị ảnh hưởng bởi các chướng ngại vật vật lý, môi trường xung quanh phức tạp, nhiễu điện từ và nhiễu tín hiệu và giả mạo có chủ ý.Vì lý do này.,Môi trường định vị không có GPSđã trở thành một trong những thách thức hoạt động lớn nhất cho máy bay không người lái, robot tự động, xe quân sự, thiết bị khai thác ngầm và hệ thống tự động hóa công nghiệp trên toàn cầu.Khi độ tin cậy của GNSS tiếp tục giảm trong điều kiện làm việc phức tạp,Hệ thống định vị quán tính dựa trên MEMSđã trở thành giải pháp định vị đáng tin cậy và không thể thiếu cho định vị liên tục, tự trị và độc lập với tín hiệu mà không cần bất kỳ hỗ trợ vệ tinh nào.

AMôi trường bị từ chối GPSđề cập đến bất kỳ khu vực hoạt động nào mà tín hiệu định vị vệ tinh GNSS hoàn toàn không có sẵn, bị suy yếu nghiêm trọng, bị chặn, bị nhiễu hoặc giả mạo kỹ thuật số. Trong các kịch bản hoạt động quan trọng này,GPS tiêu chuẩn và hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu không thể cung cấp dữ liệu định vị ổn định, dẫn đến sự cố điều hướng, di chuyển vị trí, lệch tuyến đường và rủi ro an toàn cho thiết bị tự trị và xe có người lái.

Các kịch bản làm việc thực tế thường xuyên bị từ chối GPS đòi hỏi các giải pháp định vị MEMS hiệu suất cao bao gồm:

• Môi trường công nghiệp trong nhà: Các nhà kho lớn, xưởng sản xuất, trung tâm lưu trữ hậu cần và các tòa nhà công nghiệp kín nơi tín hiệu vệ tinh không thể thâm nhập vào cấu trúc tòa nhà.
• Các kịch bản hẻm núi đô thị: Các khu vực thành phố cao tầng dày đặc, nơi các tòa nhà cao ngăn chặn tầm nhìn vệ tinh và gây ra sự suy yếu tín hiệu GNSS nghiêm trọng và nhiễu đa đường.
• Hoạt động khai thác dưới lòng đất và khai thác mỏ: Mỏ ngầm, các dự án xây dựng đường hầm, kỹ thuật tàu điện ngầm và các địa điểm kiểm tra đường ống ngầm không có sóng vệ tinh.
• Nhiệm vụ điều hướng dưới nước: Robot dưới nước, thiết bị kiểm tra dưới nước và xe kỹ thuật dưới nước không thể nhận bất kỳ tín hiệu GPS nào dưới nước.
• Khu vực chiến đấu quân sự và quốc phòng: Môi trường chiến trường với nhiễu GNSS, giả mạo tín hiệu, ức chế điện từ và nhiễu điều hướng thù địch.

Trong tất cả các lĩnh vực thách thức GPS này, định vị GNSS truyền thống hoàn toàn thất bại, làm choCông nghệ định vị quán tính MEMS giải pháp định vị thay thế cốt lõicho hoạt động lâu dài đáng tin cậy.

Hệ thống định vị MEMSđược xây dựng xung quanh các đơn vị đo lường quán tính hiệu suất cao (IMU) được tích hợp với các kính quay MEMS chính xác và máy đo tốc độ MEMS. Không giống như các máy thu GNSS dựa trên tín hiệu vệ tinh bên ngoài,MEMS điều hướng quán tính hoạt động hoàn toàn với dữ liệu cảm biến trên tàu, làm cho nó hoàn toàn tự trị, tự chủ, và miễn nhiễm với bất kỳ sự can thiệp tín hiệu bên ngoài hoặc mất tín hiệu nào.

Điều hướng quán tính MEMS không cần GPS, không cần GNSS, không cần tín hiệu trạm cơ sở bên ngoài, và không hỗ trợ mạng không dây.và dữ liệu thái độ được tính toán tại địa phương bởi hệ thống định vị quán tính chính nóTính năng độc lập tín hiệu này đảm bảo hiệu suất điều hướng ổn định ngay cả trong môi trường nhiễu dữ dội nhất và các vùng chết GPS bị chặn hoàn toàn.

Không giống như GNSS, chỉ cập nhật dữ liệu định vị ở tần số thấp và bị gián đoạn tín hiệu, INS dựa trên MEMS cung cấp theo dõi chuyển động liên tục tần số cao,đo thái độ thời gian thực, tính toán tốc độ ổn định, và đầu ra vị trí chính xác. Nó hỗ trợ chuyển động động động tốc độ cao, thay đổi thái độ phức tạp,và điều hướng không bị gián đoạn trong thời gian dài cho tất cả các loại nền tảng tự trị.

Các cảm biến quán tính MEMS công nghiệp và quốc phòng cấp cao hiện đại có thiết kế thu nhỏ, cấu trúc nhẹ và tiêu thụ năng lượng thấp.Xe mặt đất không người lái, robot công nghiệp, tàu sân bay quân sự, máy đào và thiết bị kiểm tra di động.Tính khả năng mở rộng cao làm cho định vị MEMS phù hợp cho cả tự động hóa công nghiệp thương mại và các ứng dụng quân sự quốc phòng cao cấp.

Nguyên tắc hoạt động cốt lõi củaHệ thống định vị quán tính MEMSdựa trên các thuật toán hệ thống định vị quán tính (INS) xử lý dữ liệu chuyển động thời gian thực được thu thập bởi các cảm biến quán tính MEMS chính xác cao.

• Máy quay xoáy MEMS: đo tốc độ góc thời gian thực và quay vị trí đường ray, bao gồm góc cúi, lăn và cúi.
• Máy đo tốc độ MEMS: Phát hiện gia tốc tuyến tính trong ba chiều và tính toán thay đổi di chuyển và vận tốc.

Bộ xử lý định vị quán tính liên tục tích hợp dữ liệu tốc độ góc và gia tốc theo thời gian để tính toán chính xácvị trí, tốc độ và định hướng thời gian thựcKhông có bất kỳ tín hiệu tham chiếu vệ tinh bên ngoài nào. Phương pháp tính toán quán tính thuần túy này đảm bảo điều hướng hoàn toàn độc lập trong tất cả các điều kiện bị từ chối GPS.

Để giải quyết các vấn đề di chuyển cảm biến nhỏ và đạt được hiệu suất định vị chính xác cao lâu dài, các hệ thống định vị quán tính MEMS hiện đại áp dụng các công nghệ tiên tiếnCông nghệ tổng hợp đa cảm biếnBằng cách kết hợp dữ liệu quán tính IMU với các cảm biến phụ trợ bổ sung và các thuật toán lọc thông minh, hệ thống có hiệu quả giảm tiếng ồn, sửa lỗi,và ổn định kết quả định vị dài hạn.

Các cảm biến phổ biến được sử dụng trong điều hướng tổng hợp cảm biến MEMS:

• Máy ảnh thị giác để điều hướng thị giác và chỉnh sửa SLAM thị giác
• Các cảm biến LiDAR cho quét môi trường và hiệu chuẩn vị trí chính xác cao
• Máy đo từ tính và khí barometer để điều chỉnh thái độ và độ cao

Các thuật toán chuyên nghiệp nhưlọc Kalman và lọc Kalman mở rộng (EKF)được áp dụng rộng rãi để ngăn chặn sự trôi dạt của cảm biến, giảm lỗi tích lũy và duy trì đầu ra định vị ổn định và đáng tin cậy cho các nhiệm vụ kéo dài.

Điều hướng quán tính MEMS cho phép máy bay không người lái công nghiệp và máy bay không người lái quân sự thực hiện điều khiển bay ổn định, kiểm tra tự trị và thực hiện nhiệm vụ chính xác trong không gian trong nhà, tập hợp tòa nhà đô thị,và các khu vực chiến trường bị tắc GPS mà không có hỗ trợ định vị vệ tinh.

Robot kho, AGV của nhà máy và robot dịch vụ dựa trên định vị MEMS cho vị trí trong nhà, tránh chướng ngại vật và lập kế hoạch tuyến đường tự động,đảm bảo hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp trong nhà hoàn toàn không có GPS.

Đối với xe quân sự, UAV chiến thuật và hệ thống nhiệm vụ quốc phòng, điều hướng quán tính MEMS cung cấp vị trí đáng tin cậy ngay cả trong các cuộc tấn công nhiễu và giả mạo GNSS nặng nề,đảm bảo an toàn nhiệm vụ và khả năng phục hồi trong điều hướng chiến trường.

Thiết bị khai thác mỏ, máy xây dựng đường hầm,và robot phát hiện dưới nước tất cả đều yêu cầu điều hướng GPS từ chối MEMS để hoạt động bình thường trong môi trường dưới lòng đất và dưới nước không có vệ tinh lâu dài.

Hạn chế chính của các cảm biến quán tính MEMS cấp tiêu dùng và chi phí thấp làDi chuyển hàng hải và tích lũy lỗi. Sự thiên vị cảm biến nhỏ và tiếng ồn dần tích lũy trong thời gian làm việc dài, gây ra độ lệch vị trí chậm.và căng thẳng môi trường khắc nghiệt cũng có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của cảm biến.

• Tích hợp tổng hợp đa cảm biến để giảm trôi dạt lâu dài
• AI bù đắp lỗi thông minh và các thuật toán định vị tiên tiến
• Công nghệ hiệu chỉnh nhà máy chuyên nghiệp, bù nhiệt độ và ức chế rung động
• Kết hợp với SLAM và sửa lỗi GNSS thỉnh thoảng khi có tín hiệu

Với sự không chắc chắn ngày càng tăng về độ tin cậy tín hiệu GNSS trên toàn thế giới, điều hướng quán tính MEMS đã trở thành một công nghệ nền tảng cốt lõi cho các hệ thống tự trị, tự động hóa công nghiệp,và thiết bị phòng thủHướng phát triển trong tương lai của MEMS GPS từ chối điều hướng bao gồm các cảm biến MEMS độ chính xác cao hơn, các thuật toán hợp nhất cảm biến thông minh được hỗ trợ bởi AI,tích hợp sâu hơn với hệ thống hình ảnh và LiDAR, thu nhỏ cho các thiết bị vi mô, và khả năng thích nghi môi trường mạnh mẽ hơn đối với điều kiện làm việc cực đoan.

Hệ thống định vị quán tính MEMS cho môi trường không có GPSlà công nghệ cốt lõi thiết yếu cho tất cả các thiết bị tự trị hoạt động mà không có tín hiệu vệ tinh.,và hiệu suất định vị an toàn trong tất cả các kịch bản làm việc phức tạp và bị chặn tín hiệu,trở thành giải pháp định vị quan trọng nhất cho các hệ thống công nghiệp và quốc phòng tự trị thế hệ tiếp theo trên toàn thế giới.