Что такое MEMS INS с поддержкой GNSS и как он работает?

Ключевые моменты

Продукт: MEMS INS I3500 с поддержкой GNSS.

Ключевые особенности:

• Компоненты: экономичный MEMS IMU, двухантенный модуль спутникового позиционирования, магнитометры и барометр.
• Функция: выдает высокоточные навигационные данные и сохраняет работоспособность при пропадании GNSS.
• Применение: подходит для дронов, автономной навигации, геодезии и анализа движения.
• Инерциальная навигация: объединяет инерциальные измерения для расчета положения, скорости и пространственной ориентации.

Вывод: I3500 наглядно показывает, как интеграция MEMS INS и GNSS повышает надежность и точность навигации в различных отраслях.

Интегрированная навигация MINS/GNSS означает объединение информации от MINS (MEMS INS) и GNSS (глобальной навигационной спутниковой системы). Такая интеграция сочетает сильные стороны обеих систем, чтобы они дополняли друг друга и обеспечивали точные результаты PVA: положения, скорости и ориентации.

Классификация MEMS-инерциальных навигационных систем

После более чем 30 лет развития MEMS-инерциальные технологии продвинулись очень далеко и получили широкое применение. Появились различные практические MEMS-инерциальные приборы и MEMS INS, которые активно используются в аэрокосмической сфере, морской отрасли и автомобильной промышленности. MEMS-гироскопы тактического класса со стабильностью смещения 0,1°/ч-10°/ч (1σ) и высокоточные MEMS-акселерометры со стабильностью смещения 10⁻⁵g-10⁻⁶g (1σ) ознаменовали переход MEMS INS тактического класса на этап прикладного использования.

В целом MEMS-инерциальные системы можно разделить на три уровня: сборка инерциальных датчиков ISA, инерциальный измерительный блок IMU и инерциальная навигационная система INS, как показано на рис. 1.

Рис. 1. Три уровня MEMS INS.

• MEMS ISA: состоит только из трех MEMS-гироскопов и трех MEMS-акселерометров и не может работать самостоятельно.
• MEMS IMU: строится на основе MEMS ISA и добавляет АЦП, математический процессор и специализированные программы, что позволяет самостоятельно собирать и обрабатывать инерциальную информацию.
• MEMS INS: далее расширяет MEMS IMU, добавляя преобразование координат, фильтрацию и вспомогательные модули, к которым обычно относятся магнитометры и платы приемника GNSS. Вспомогательные датчики, такие как магнитометры, особенно важны для выравнивания MEMS INS и повышения производительности.

Три недавно выпущенные модели MEMS INS от Ericco, показанные на изображении ниже, подходят для дронов, бортовых регистраторов, интеллектуальных беспилотных автомобилей, позиционирования и ориентации дорожного полотна, обследования каналов, беспилотных надводных судов и подводных аппаратов.

Рис. 2. Три недавно выпущенные модели MEMS INS от Ericco.

Как работает MEMS INS с поддержкой GNSS

GNSS предоставляет пользователям всепогодную высокоточную абсолютную информацию о положении и времени, тогда как инерциальные навигационные системы INS обеспечивают высокое кратковременное разрешение и сильную автономность. Их взаимодополняющие характеристики улучшают общую производительность: INS может использовать свою высокую кратковременную точность, чтобы обеспечивать GNSS более непрерывной и полной навигационной информацией, а GNSS может помогать оценивать параметры ошибок INS, такие как смещение, получая более точные наблюдения и уменьшая дрейф INS.

Рис. 3. Три уровня MEMS INS.

В частности, GNSS использует сигналы орбитальных спутников для вычисления положения, времени и скорости. Пока антенна имеет прямую видимость как минимум четырех спутников, навигация GNSS обеспечивает отличную точность. Когда видимость спутников перекрывается препятствиями, например деревьями или зданиями, навигация становится ненадежной или невозможной.

INS рассчитывает относительные изменения положения во времени, используя информацию об угловой скорости и ускорении от инерциального измерительного блока IMU. IMU содержит шесть взаимодополняющих датчиков, размещенных по трем ортогональным осям. На каждой оси установлен акселерометр и гироскоп. Акселерометры измеряют линейное ускорение, а гироскопы — скорость вращения. Благодаря этим датчикам IMU может точно измерять свое относительное движение в трехмерном пространстве.

INS использует эти измерения для вычисления положения и скорости. Еще одно преимущество измерений IMU состоит в том, что они дают угловые решения по трем осям. INS преобразует эти угловые решения в локальные углы ориентации — крен, тангаж и курс — и выдает эти данные вместе с положением и скоростью.

Рис. 4. Система координат корпуса инерциального измерительного блока.

RTK — это зрелый алгоритм высокоточного позиционирования GNSS, способный обеспечивать сантиметровую точность в открытой местности. Однако в сложной городской среде препятствия и помехи снижают вероятность надежного разрешения неоднозначностей, из-за чего ухудшается способность к позиционированию. Поэтому исследования интегрированных систем позиционирования GNSS RTK и INS имеют большое значение для автономной навигации, геодезии, картографии и анализа движения.

Недавно выпущенный Micro-Magic Inc I3500 представляет собой экономичную MEMS INS с поддержкой GNSS, оснащенную высоконадежным MEMS IMU и двухантенным полночастотным полноспектральным модулем спутникового позиционирования и ориентирования. Он также интегрирует магнитометры и барометр, которые могут вычислять величину угла ориентации и помогать дрону выходить на требуемую высоту.

Заключение

Интеграция MEMS-инерциальных навигационных систем INS с технологией GNSS значительно повышает точность навигации за счет объединения сильных сторон обеих технологий. MEMS INS благодаря быстрому развитию сегодня широко применяется в аэрокосмической отрасли, морской сфере и автомобильной промышленности. GNSS обеспечивает точное позиционирование, а MEMS INS поддерживает непрерывную навигацию даже при пропадании сигнала GNSS.

I3500 от Micro-Magic Inc является наглядным примером такой интеграции, обеспечивая высокоточные навигационные данные, идеально подходящие для автономной навигации, геодезии и анализа движения.

Итак, интеграция GNSS и MEMS INS меняет навигацию, повышая точность, надежность и универсальность в самых разных применениях.