Hệ thống định vị quán tính tích hợp MEMS là gì? Nguyên lý & Ứng dụng

1. giới thiệu

Hệ thống điều hướng tích hợp quán tính MEMS là một giải pháp điều hướng tự trị nhỏ, năng lượng thấp, hiệu quả về chi phí dựa trên các cảm biến quán tính hệ thống điện cơ vi mô (MEMS).Tập trung vào các máy quay và máy đo tốc độ MEMS hiệu suất cao, hệ thống tích hợp dữ liệu định vị đa nguồn để đạt được giải quyết thái độ thời gian thực, tính toán vận tốc và đầu ra định vị liên tục.Khác với định vị quán tính bằng sợi quang chính xác cao được thiết kế cho các kịch bản hàng không vũ trụ và hàng hải hàng đầu, MEMS tích hợp điều hướng tập trung vào trọng lượng nhẹ, thu nhỏ và khả năng mở rộng khối lượng, bao gồm hầu hết các kịch bản điều hướng thông minh dân sự và công nghiệp.

Định hướng quán tính MEMS thuần túy sẽ tạo ra sự trôi dạt tích lũy nhẹ trong quá trình hoạt động lâu dài do các đặc điểm vốn có của các cấu trúc vi cơ học.hệ thống sử dụng cơ chế hợp nhất đa cảm biến, kết hợp chặt chẽ dữ liệu đo lường quán tính MEMS với GNSS, SLAM trực quan, lidar, số đường xe và các nguồn định vị phụ trợ khác.Nó cân bằng hoàn hảo lợi thế phần cứng chi phí thấp và hiệu suất điều hướng ổn định cao, trở thành công nghệ định vị quán tính được sử dụng rộng rãi nhất trong lĩnh vực kinh tế độ cao thấp và thiết bị thông minh công nghiệp.

2Nguyên tắc làm việc cốt lõi

2.1 Cơ chế cảm biến đơn vị quán tính MEMS

Thành phần cảm biến cốt lõi của hệ thống là một IMU MEMS ổn định cao, tích hợp các kính quay ba trục nhỏ và các máy đo tốc độ ba trục trên một con chip duy nhất.Máy quay MEMS ghi lại tốc độ góc thời gian thực của vòng xoay của tàu sân bay (roll), pitch, yaw), trong khi máy đo tốc độ MEMS cảm nhận chính xác sự gia tốc tuyến tính và sự thay đổi gia tốc hấp dẫn trong chuyển động của tàu sân bay.

Thông qua các thuật toán giải quyết quán tính thời gian thực, đơn vị độc lập phát ra các góc thái độ tần số cao, tốc độ góc, gia tốc chuyển động và dữ liệu quán tính ban đầu.Nó có thể liên tục theo dõi trạng thái chuyển động động động của người mang mà không cần dựa vào bất kỳ nguồn tín hiệu bên ngoài, thực hiện nhận thức thái độ tự trị hoàn toàn và tính toán chết.

2.2 Fusion & Drift Suppression đa cảm biến

Hệ thống định vị tích hợp MEMS sử dụng lọc Kalman thích nghi tối ưu và thuật toán hợp nhất thông minh để hợp nhất dữ liệu quán tính với dữ liệu định vị bên ngoài.Hệ thống hoạt động trong hai chế độ làm việc cốt lõi để đảm bảo hiệu suất ổn định toàn cảnh.

Trong môi trường mở với tín hiệu GNSS ổn định, dữ liệu định vị vệ tinh hiệu chỉnh và ngăn chặn sự trôi dạt tích lũy lâu dài của các cảm biến quán tính MEMS,điều chỉnh các lỗi thái độ và định vị nhỏ trong thời gian thực để duy trì kết quả định vị tuyệt đối chính xác caoTrong các kịch bản bị từ chối hoặc nhiễu tín hiệu GNSS như hẻm núi đô thị, đường hầm, rừng dày đặc và hội thảo trong nhà,đơn vị quán tính MEMS độc lập thực hiện tính toán chết ngắn hạn chính xác cao, hoàn toàn lấp đầy khoảng trống định vị và đảm bảo dẫn đường không bị gián đoạn và đầu ra vị trí.Trượt thấp trong hoạt động lâu dài, không bị gián đoạn trong các kịch bản phức tạp ngắn hạn.

3Ưu điểm chính của MEMS Integrated Navigation

• Thu nhỏ và nhẹSử dụng thiết kế chip tích hợp cao, với kích thước cực nhỏ và trọng lượng cực nhẹ. Nó có thể được nhúng trong cabin thiết bị hẹp,thích nghi hoàn hảo với giới hạn tải trọng và không gian nghiêm ngặt của các thiết bị thông minh cỡ nhỏ và trung bình.
• Năng lượng thấp & Hiệu suất chi phí caoSo với các hệ thống định vị quán tính bằng sợi quang và laser, các giải pháp MEMS có mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn và chi phí sản xuất thấp hơn,hỗ trợ triển khai hàng loạt quy mô lớn và ứng dụng phổ biến.
• Phản ứng mạnh mẽHỗ trợ đầu ra dữ liệu tần số cao, thu thập nhạy cảm những thay đổi thái độ nhanh chóng, tăng tốc và chậm lại thường xuyên và chuyển động lái mạnh của tàu sân bay,thích hợp cho các kịch bản chuyển động dân sự năng động cao.
• Khả năng thích nghi hoàn hảo với tình huốngTích hợp khả năng chống rung động công nghiệp, khả năng chống va chạm và công nghệ hiệu chuẩn nhiệt độ cao, thích nghi ổn định với các điều kiện làm việc phức tạp như rung động xe.ồn ào gió và va chạm mặt đất.
• Khả năng tương thích với hợp nhất linh hoạtDễ dàng tương thích với GNSS, lidar, SLAM trực quan, số dặm và các mô-đun định vị chính thống khác, hỗ trợ các giải pháp tổng hợp tùy chỉnh cho các kịch bản ứng dụng khác nhau.

4Sự khác biệt giữa MEMS và FOG Integrated Navigation

Điều hướng tích hợp MEMS và điều hướng tích hợp sợi quang (FOG) tạo thành một ma trận sản phẩm cao cấp hoàn toàn bổ sung trong ngành công nghiệp điều hướng quán tính.Công nghệ MEMS dựa trên cấu trúc chip vi điện cơ học, có lợi thế chi phí thấp, thu nhỏ và sản xuất hàng loạt, nhưng với khả năng ngăn chặn trôi dài hạn, phù hợp với các kịch bản dân sự và công nghiệp trung bình và độ chính xác thấp.

Điều hướng quán tính bằng sợi quang FOG sử dụng cấu trúc cảm biến quang trạng thái rắn, với độ trôi dạt cực thấp và độ ổn định dài hạn cực cao, nhưng có khối lượng lớn hơn và chi phí cao hơn,chủ yếu phục vụ các kịch bản chính xác cao cấp như hàng không vũ trụ, thiết bị biển sâu và khảo sát và lập bản đồ chất lượng cao.và là công nghệ nền tảng cốt lõi cho sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế tầm thấp toàn cầu và sản xuất thông minh công nghiệp.

5Các kịch bản ứng dụng chính

• Máy bay không người lái dân dụng và công nghiệpĐược sử dụng rộng rãi trong kiểm tra năng lượng, khảo sát trên không, phân phối hậu cần, bảo vệ thực vật nông nghiệp và máy bay không người lái cứu hộ khẩn cấp,cung cấp kiểm soát thái độ ổn định và dữ liệu định vị liên tục cho các kịch bản bay phức tạp.
• Lái xe thông minh và robot di độngDịch vụ cho các phương tiện tự trị tốc độ thấp, xe tuần tra trong khuôn viên trường, xe vệ sinh, AGV trong nhà và robot AMR, giải quyết các vấn đề gián đoạn vị trí trong các kịch bản bị từ chối GNSS.
• Thiết bị thông minh công nghiệpÁp dụng cho việc giám sát thái độ máy móc kỹ thuật, ổn định gimbal thông minh, thiết bị khảo sát và lập bản đồ di động, nhận ra điều chỉnh thái độ thời gian thực và giám sát trạng thái chuyển động.
• Thiết bị kinh tế ở độ cao thấpBao gồm nhiều tàu sân bay không người lái cỡ nhỏ và trung bình, cung cấp hỗ trợ định vị quán tính đáng tin cậy cho vận chuyển ở độ cao thấp đô thị và thiết bị đầu cuối thông minh.

6. Tóm tắt kỹ thuật

Là giải pháp định vị quán tính phổ biến và linh hoạt nhất trong các lĩnh vực công nghiệp và dân sự, hệ thống định vị tích hợp quán tính MEMS cân bằng hiệu suất, khối lượng,tiêu thụ năng lượng và chi phí hoàn hảoThông qua công nghệ tổng hợp đa cảm biến, nó bù đắp cho các khuyết tật di chuyển vốn có của đơn MEMS điều hướng quán tính, nhận ra ổn định,định vị liên tục và chính xác cao và nhận thức thái độNó là công nghệ cảm biến cơ bản cốt lõi cho thiết bị không người lái thông minh, tự động hóa công nghiệp và công nghiệp hóa nền kinh tế độ cao thấp,và hỗ trợ ứng dụng thương mại quy mô lớn của thiết bị đầu cuối thông minh toàn cầu.