1Inleiding
Fiber Optic Gyroscope (FOG) is al lang de belangrijkste oplossing voor tactische en hoge-precisie navigatie.TochMet de snelle opwaardering van MEMS-inertialsensoren in de afgelopen jaren concurreren hoogwaardige MEMS-gyroscopen geleidelijk met low-end en middellange FOG-producten.
Tegenwoordig wordt MEMS op grote schaal toegepast in antennestabilisatie, landbouwmachinebesturing, navigatie met onbemande voertuigen en andere velden die ooit werden gedomineerd door FOG.Om de werkelijke prestatiekloof tussen de twee technologieën te verduidelijken, hebben we een praktische vergelijkingstest uitgevoerd tussen een high-end tactische MEMS IMU en een instapniveau industriële FOG, met betrekking tot hardwareconfiguratie, softwarealgoritme en daadwerkelijke navigatie resultaten.
2. Technische upgrade van moderne MEMS voor nauwkeurige navigatie
Traditionele goedkope MEMS'en hadden vroeger grote fouten en slechte stabiliteit, veel slechter dan FOG.bandbreedte en g-gevoeligheidMet behulp van ingebouwde hogesnelheidsoperaties en geavanceerde sensorfoutcompensatiealgoritmen kunnen moderne MEMS tactische navigatieprestaties bereiken.
In een steeds groter aantal industriële en buitenavigatiescenario's wordt van FOG naar hoogwaardige MEMS overgeschakeld.precisielandbouwmachines en diverse onbemande apparatuur (UAV/UGV/USV)In het verleden konden gebruikers voor een stabiele precisie alleen kiezen voor dure FOG- of RLG-systemen (meer dan 30.000 dollar).
3. Testsysteem Hardware Configuratie
We bouwden twee complete INS/GNSS navigatiesystemen met hetzelfde software-algoritme en testomstandigheden voor een eerlijke vergelijking.
3.1 Hybride FOG-systeem
Dit systeem maakt gebruik van twee FOG-systemen voor de meting van de buiging en de toonhoogte, een MEMS-gyro voor de meting van de rollen, plus een standaard drieassige versnellingsmeter, magnetometer en barometer.000 (kleine partij)De geselecteerde FOG beschikt over een hoge bandbreedte, stabiele bias en een lage hoekrandomloop, geschikt voor scenario's met een hoge dynamiek en hoge stabiliteit.
3.2 Volledig MEMS-systeem
Dit systeem maakt gebruik van drie geavanceerde MEMS gyroscopen voor de volledige as rotatie sensing, die overeenkomen met dezelfde hulpsensoren als het FOG-systeem.000De doorgevoerde industriële MEMS IMU zorgt voor een uitstekende balans tussen bandbreedte, stabiliteit, geluids- en trillingsresistentie.met een breedte van niet meer dan 50 mm,.
3.3 Belangrijke parameters van de kernsensor
MEMS IMU kernspecificaties: 330Hz bandbreedte, 6,25°/h gyro bias stabiliteit, ultra lage dwarsaxisfout (0,087%), uitstekende trillingsonderdrukking en lineaire prestaties.
FOG Core Specs: 1000Hz ultra-hoge bandbreedte, 3°/h biasstabiliteit, veel lagere hoekige willekeurige wandeling, betere driftweerstand op lange termijn.
4. Navigatie Software Framework
Beide systemen draaien met hetzelfde 1000Hz hogesnelheidsnavigatie-algoritme gebaseerd op de traditionele SINS inertiële oplossing.dubbel-antenna-richting, magnetometerrichting, barometerhoogte en optionele OBDII-snelheidsgegevens van het voertuig.
Elke hulpsensor maakt verschillende werkdefecten goed: GNSS corrigeert de algehele positieverschuiving, magnetometer helpt bij het initialiseren van de koers tijdens GNSS-uitval, barometer stabiliseert hoogtegegevens,Het volledige softwaresysteem is ontworpen om zich aan te passen aan volledige GNSS-werkomstandigheden,van open lucht naar stedelijke beschutte scenario's.
5. Drie standaardnavigatie vergelijkingstests
We hebben drie groepen tests op systeemniveau ontworpen om het prestatieverschil tussen MEMS en FOG volledig te verifiëren in dagelijkse, complexe en extreme GNSS-uitvalsscenario's.
5.1 Open luchttest (goed GNSS-signaal)
In open omgevingen met voldoende satellietsignalen bereiken beide systemen een zeer nauwkeurige precisie.
FOG-systeem: rol 0,08°, helling 0,08°, post 0,13°
MEMS-systeem: rol 0,10°, kantel 0,10°, post 0,14°
Onder goede GNSS-omstandigheden heeft MEMS slechts een kleine prestatiekloof van ongeveer 5% in vergelijking met FOG, en beide kunnen voldoen aan de behoeften van hoge precisie houdingsstabilisatie.
5.2 Complexe stedelijke test (Multi-Path & Weak GNSS)
In stedelijke centra met hoge gebouwen en smalle wegen, GNSS-signalen lijden ernstige reflectie en verzwakking.
De FOG-fusieoplossing behoudt een positiefout binnen 10 meter met een stabiel en soepel traject.met een prestatieverschil van 20%~30% ten opzichte van FOG.
Na het toevoegen van OBDII-verkeerssnelheidsgegevens voor de hulpfusie controleert het geoptimaliseerde MEMS-systeem ook de fout binnen 10 meter stabiel, waardoor bijna hetzelfde niveau als FOG wordt bereikt.
5.3 Pure INS-test (GNSS volledige uitval)
Dit is de meest kritieke test om de onafhankelijke navigatie te verifiëren.5 minuten (rijafstand ongeveer 5500 m) om de prestaties van zuivere traagheidsdrift te vergelijken.
FOG-systeemMaximale drift slechts 7 meter, uitstekende lange termijn onafhankelijke navigatiestabiliteit.
Originele MEMS-systeem: maximale drift bereikt 75 meter, ongeveer 3 keer groter dan FOG, voornamelijk veroorzaakt door accelerometer spoorfout accumulatie.
Geoptimaliseerde MEMS met OBDII: Drift verminderd tot minder dan 10 meter, volledig vergelijkbaar met de onafhankelijke navigatieprestaties van FOG.
6Conclusies en gids voor de selectie van de aanvragen
Het prestatieverschil tussen moderne high-end MEMS en low-end FOG is snel aan het verkleinen en het traditionele absolute voordeel van FOG wordt geleidelijk verzwakt.
Voordelen van FOG: Betere langetermijnstabiliteit, kleinere zuivere traagheidsdrift, grotere aanpassingsvermogen voor extreme omgevingen en volledig onafhankelijke navigatie met hoge precisie zonder aanvullende sensoren.Het is nog steeds de eerste keuze voor high-end strategische en lange duur navigatie taken.
Voordelen van MEMS: Extrem hoge kostenprestaties (1/10 kosten van FOG), kleinere afmetingen, lichter gewicht en lager stroomverbruik.high-end MEMS kan low-end FOG vervangen in de meeste tactische en industriële scenario's.
Selectievoorstel:
-
Voor open-sky-scenario's met stabiele GNSS-signalen vervangt MEMS volledig low-end FOG met een hogere kostenprestatie.
-
Voor complexe stedelijke zwakke signaalscenario's kan MEMS met multi-sensor fusie een nauwkeurigheid op FOG-niveau bereiken.
-
Voor langdurige volledig onafhankelijke navigatie zonder externe signalen heeft FOG nog steeds onvervangbare voordelen.
Met de continue iteratie van MEMS technologie en multi-sensor fusie algoritmen,de MEMS met hoge prestaties zullen in de toekomst de traditionele toepassingen voor lage en middelgrote FOG in meer commerciële en industriële gebieden verder vervangen..
Uw bericht moet tussen de 20-3.000 tekens bevatten!
