1. Introduction
Le gyroscope à fibre optique (FOG) est depuis longtemps la solution dominante pour la navigation tactique et de haute précision.Cependant, avec la mise à niveau rapide des capteurs d'inertie MEMS ces dernières années, les gyroscopes MEMS hautes performances sont progressivement en concurrence avec les produits FOG bas de gamme et de milieu de gamme.
De nos jours, le MEMS est largement appliqué dans la stabilisation des antennes, le contrôle des machines agricoles, la navigation des véhicules sans pilote et d'autres domaines autrefois dominés par le FOG.Pour clarifier l'écart de performance réel entre les deux technologies, nous avons effectué un test de comparaison pratique entre un IMU MEMS tactique haut de gamme et un FOG industriel d'entrée de gamme, couvrant la configuration matérielle, l'algorithme logiciel et les résultats de navigation réels.
2Mise à niveau technique des MEMS modernes pour la navigation de précision
Les MEMS traditionnels à faible coût avaient auparavant de grandes erreurs et une faible stabilité, bien inférieures à celles du FOG.largeur de bande et sensibilité gSoutenu par un fonctionnement intégré à grande vitesse et des algorithmes avancés de compensation des erreurs des capteurs, le MEMS moderne peut atteindre des performances de navigation au niveau tactique.
De plus en plus de scénarios de navigation industrielle et extérieure passent de FOG à MEMS de haute qualité.machines agricoles de précision et divers équipements sans pilote (UAV/UGV/USV)Dans le passé, les utilisateurs ne pouvaient choisir que des systèmes FOG ou RLG coûteux (plus de 30 000 $) pour une précision stable.
3. Configuration du matériel du système de test
Nous avons construit deux systèmes de navigation INS/GNSS complets avec le même algorithme logiciel et des conditions de test pour une comparaison équitable.
3.1 Système hybride FOG
Ce système adopte deux FOG pour la mesure de l'inclinaison et de la hauteur, un gyroscope MEMS pour la mesure du roulement, ainsi qu'un accéléromètre, un magnétomètre et un baromètre standard à trois axes.000 (petit lot)Le FOG sélectionné présente une large bande passante, un biais stable et une marche aléatoire angulaire faible, adaptée à des scénarios à forte dynamique et à haute stabilité.
3.2 Système MEMS complet
Ce système utilise trois gyroscopes MEMS haut de gamme pour la détection de la rotation de l'axe complet, correspondant aux mêmes capteurs auxiliaires que le système FOG.000L'IMU MEMS de qualité industrielle adoptée permet d'obtenir un excellent équilibre entre la bande passante, la stabilité, le bruit et la résistance aux vibrations.avec une sensibilité transversale ultra-faible après étalonnage d'usine.
3.3 Paramètres clés du capteur central
Les spécifications de base de l'IMU MEMS: largeur de bande de 330 Hz, stabilité de biais gyroscopique de 6,25°/h, très faible erreur d'axe transversal (0,087%), excellente suppression des vibrations et performance linéaire.
Spécifications du noyau FOG: bande passante ultra-haute de 1000 Hz, stabilité de biais de 3°/h, marche aléatoire angulaire beaucoup plus faible, meilleure résistance à la dérive à long terme.
4. Cadre logiciel de navigation
Les deux systèmes fonctionnent avec le même algorithme de navigation à haute vitesse de 1000 Hz basé sur la solution inertielle SINS traditionnelle.position de la double antenne, la trajectoire du magnétomètre, l'altitude du baromètre et les données de vitesse OBDII du véhicule en option.
Chaque capteur auxiliaire compense les différents défauts de fonctionnement: GNSS corrige la dérive de position globale, le magnétomètre aide à l'initialisation de la trajectoire pendant les pannes de GNSS, le baromètre stabilise les données d'altitude,et la vitesse OBDII du véhicule suppriment efficacement la dérive de voie dans des environnements complexes.du ciel ouvert aux scénarios urbains protégés.
5Trois tests de comparaison de navigation standard
Nous avons conçu trois groupes de tests au niveau du système pour vérifier pleinement la différence de performance entre MEMS et FOG dans les scénarios quotidiens, complexes et extrêmes de panne GNSS.
5.1 Test en ciel ouvert (bon signal GNSS)
Dans des environnements ouverts avec des signaux satellites suffisants, les deux systèmes atteignent une précision très proche.
Système FOG: roulement 0,08°, inclinaison 0,08°, position 0,13°
Système MEMS: roulement 0,10°, inclinaison 0,10°, position 0,14°
Dans de bonnes conditions GNSS, le MEMS n'a qu'un léger écart de performance d'environ 5% par rapport au FOG, et les deux peuvent répondre aux besoins de stabilisation d'attitude de haute précision.
5.2 Essai urbain complexe (GNSS multi-pistes et faible)
Dans les scénarios de centres urbains avec de hauts bâtiments et des routes étroites, les signaux GNSS subissent une réflexion et une atténuation sévères.
La solution de fusion FOG maintient l'erreur de positionnement à moins de 10 mètres avec une trajectoire stable et lisse.avec un écart de performance de 20% à 30% par rapport à la FOG.
Après avoir ajouté des données de vitesse OBDII pour la fusion auxiliaire, le système MEMS optimisé contrôle également de manière stable l'erreur à moins de 10 mètres, atteignant presque le même niveau que FOG.
5.3 Épreuve INS pure (GNSS à coupure complète)
C'est le test le plus critique pour vérifier la capacité de navigation indépendante.5 minutes (distance de conduite d'environ 5500 m) pour comparer les performances de dérive par inertie pure.
Système FOGDrift maximale de seulement 7 mètres, excellente stabilité de navigation indépendante à long terme.
Système MEMS original: La dérive maximale atteint 75 mètres, environ 3 fois plus grande que la FOG, principalement causée par l'accumulation d'erreur de piste de l'accéléromètre.
MEMS optimisé avec OBDII: La dérive réduite à moins de 10 mètres, totalement comparable aux performances de navigation indépendantes du FOG.
6Conclusion et guide de sélection des candidatures
L'écart de performance entre les MEMS modernes haut de gamme et les FOG bas de gamme se réduit rapidement et l'avantage absolu traditionnel des FOG s'affaiblit progressivement.
Avantages du brouillard: une meilleure stabilité à long terme, une plus faible dérive inertielle pure, une plus grande adaptabilité à des environnements extrêmes et une navigation de haute précision totalement indépendante sans capteurs auxiliaires.Il est toujours le premier choix pour les tâches de navigation stratégique et longue durée haut de gamme.
Avantages du MEMS: Des performances extrêmement élevées en termes de coût (1/10 du coût de FOG), une taille plus petite, un poids plus léger et une consommation d'énergie plus faible.les MEMS haut de gamme peuvent remplacer les FOG bas de gamme dans la plupart des scénarios tactiques et industriels.
Suggestion de sélection:
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Pour les scénarios de ciel ouvert avec des signaux GNSS stables, le MEMS remplace complètement le FOG bas de gamme avec des performances à coût plus élevé.
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Pour les scénarios urbains complexes de signal faible, les MEMS avec fusion multi-capteurs peuvent atteindre une précision de niveau FOG.
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Pour une navigation entièrement indépendante sur de longues périodes sans aucun signal externe, le FOG conserve encore des avantages irremplaçables.
Avec l'itération continue de la technologie MEMS et des algorithmes de fusion multi-capteurs,Les MEMS à haute performance remplaceront davantage les applications traditionnelles de FOG bas et moyen de gamme dans des domaines plus commerciaux et industriels à l'avenir..
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