1Εισαγωγή
Το γυροσκόπιο οπτικών ινών (FOG) είναι από καιρό η βασική λύση για τακτική και υψηλής ακρίβειας πλοήγηση.Παρόλα αυτά, με την ταχεία αναβάθμιση των αισθητήρων αδράνειας MEMS τα τελευταία χρόνια, τα γυροσκόπια MEMS υψηλών επιδόσεων ανταγωνίζονται σταδιακά τα προϊόντα FOG χαμηλής και μεσαίας κατηγορίας.
Σήμερα, το MEMS εφαρμόζεται ευρέως στη σταθεροποίηση κεραίων, στον έλεγχο γεωργικών μηχανημάτων, στην πλοήγηση μη επανδρωμένων οχημάτων και σε άλλους τομείς που κάποτε κυριαρχούνταν από το FOG.Για να διευκρινιστεί το πραγματικό χάσμα απόδοσης μεταξύ των δύο τεχνολογιών, διεξήγαμε μια πρακτική δοκιμή σύγκρισης μεταξύ υψηλού επιπέδου τακτικών MEMS IMU και πρωτοβάθμιας βιομηχανικής FOG, που καλύπτει τη διαμόρφωση υλικού, αλγόριθμο λογισμικού και τα πραγματικά αποτελέσματα πλοήγησης.
2Τεχνική αναβάθμιση του σύγχρονου MEMS για ακριβή πλοήγηση
Τα παραδοσιακά φθηνά MEMS είχαν μεγάλα σφάλματα και κακή σταθερότητα, πολύ κατώτερα από το FOG.εύρος ζώνης και ευαισθησία gΥποστηριζόμενα από ενσωματωμένες λειτουργίες υψηλής ταχύτητας και προηγμένους αλγόριθμους αντιστάθμισης σφαλμάτων αισθητήρων, τα σύγχρονα MEMS μπορούν να επιτύχουν τακτικές επιδόσεις πλοήγησης.
Όλο και περισσότερα βιομηχανικά και εξωτερικά σενάρια πλοήγησης μετατοπίζονται από το FOG σε υψηλής ποιότητας MEMS.γεωργικά μηχανήματα ακριβείας και διάφοροι μη επανδρωμένοι εξοπλισμός (UAV/UGV/USV)Στο παρελθόν, οι χρήστες μπορούσαν να επιλέξουν μόνο ακριβά συστήματα FOG ή RLG (πάνω από 30.000 δολάρια) για σταθερή ακρίβεια.
3. Διαμόρφωση υλικού του συστήματος δοκιμής
Κατασκευάσαμε δύο πλήρη συστήματα πλοήγησης INS / GNSS με τον ίδιο αλγόριθμο λογισμικού και συνθήκες δοκιμής για δίκαιη σύγκριση.
3.1 Υβριδικό σύστημα FOG
Το σύστημα αυτό υιοθετεί διπλό FOG για τη μέτρηση της γρίπης και του τερματισμού, ένα MEMS gyroscope για τη μέτρηση κυλίνδρων, καθώς και ένα τριαξικό επιταχυνόμετρο, μαγνητόμετρο και βαρόμετρο.000 (μικρή παρτίδα)Το επιλεγμένο FOG διαθέτει υψηλό εύρος ζώνης, σταθερή παρακμή και χαμηλή γωνιακή τυχαία κίνηση, κατάλληλο για σενάρια υψηλής δυναμικής και υψηλής σταθερότητας.
3.2 Πλήρες σύστημα MEMS
Το σύστημα αυτό χρησιμοποιεί τρία υψηλής τεχνολογίας γυροσκόπια MEMS για την ανίχνευση της περιστροφής του πλήρους άξονα, τα οποία ταιριάζουν με τους ίδιους βοηθητικούς αισθητήρες με το σύστημα FOG.000Το υιοθετημένο MEMS IMU βιομηχανικής κλάσης επιτυγχάνει εξαιρετική ισορροπία εύρους ζώνης, σταθερότητας, αντοχής στον θόρυβο και στις δονήσεις,με εξαιρετικά χαμηλή ευαισθησία διατομής μετά από εργοστασιακή βαθμονόμηση.
3.3 Βασικές παραμέτρους του αισθητήρα πυρήνα
Βασικές προδιαγραφές της ΜΜΕΣ: εύρος ζώνης 330Hz, σταθερότητα στρέβλωσης 6,25°/h, εξαιρετικά χαμηλό σφάλμα διατομής (0,087%), εξαιρετική καταστολή δονήσεων και γραμμική απόδοση.
Ειδικές προδιαγραφές πυρήνα FOG: 1000Hz υπερ-υψηλό εύρος ζώνης, σταθερότητα παραμερισμού 3°/h, πολύ χαμηλότερη γωνιακή τυχαία κίνηση, καλύτερη αντοχή σε μακροχρόνια παρασυρόμενα.
4. Το πρόγραμμα πλοήγησης
Και τα δύο συστήματα εκτελούν τον ίδιο αλγόριθμο πλοήγησης υψηλής ταχύτητας 1000Hz βασισμένο στην παραδοσιακή λύση αδράνειας SINS. Το σύστημα συγχωνεύει δεδομένα από πολλαπλές πηγές για να καταστείλει την παραίτηση, συμπεριλαμβανομένης της θέσης και της ταχύτητας GNSS,διπλή κεραία, πορεία μαγνητομέτρου, ύψος βαρομέτρου και προαιρετικά δεδομένα ταχύτητας OBDII του οχήματος.
Κάθε βοηθητικός αισθητήρας αντισταθμίζει διαφορετικά ελαττώματα λειτουργίας: το GNSS διορθώνει τη γενική απόκλιση θέσης, το μαγνητόμετρο βοηθά στην εκκίνηση πορείας κατά τη διάρκεια διακοπών του GNSS, το βαρόμετρο σταθεροποιεί τα δεδομένα υψόμετρου,Το σύνολο του συστήματος λογισμικού έχει σχεδιαστεί για να προσαρμόζεται στις πλήρεις συνθήκες εργασίας του GNSS,Από τον ανοιχτό ουρανό σε αστικά προστατευμένα σενάρια.
5Τρεις τυποποιημένες δοκιμές σύγκρισης πλοήγησης
Σχεδιάσαμε τρεις ομάδες δοκιμών σε επίπεδο συστήματος για να επαληθεύσουμε πλήρως τη διαφορά απόδοσης μεταξύ MEMS και FOG σε καθημερινά, περίπλοκα και ακραία σενάρια διακοπής GNSS.
5.1 Δοκιμή ανοικτού ουρανού (καλό σήμα GNSS)
Σε ανοιχτά περιβάλλοντα με επαρκή δορυφορικά σήματα, και τα δύο συστήματα επιτυγχάνουν πολύ κοντινή ακρίβεια.
Σύστημα FOG: Ρολ 0,08°, Στροφή 0,08°, κλάση 0,13°
Σύστημα MEMS: Ρολ 0,10°, Στροφή 0,10°, Θέση 0,14°
Υπό καλές συνθήκες GNSS, το MEMS έχει μόνο ένα μικρό κενό απόδοσης περίπου 5% σε σύγκριση με το FOG, και τα δύο μπορούν να ανταποκριθούν στις ανάγκες σταθεροποίησης στάσης υψηλής ακρίβειας.
5.2 Σύνθετη αστική δοκιμή (πολλαπλές διαδρομές και αδύναμο GNSS)
Σε σενάρια αστικών κέντρων με ψηλά κτίρια και στενούς δρόμους, τα σήματα GNSS υποφέρουν από σοβαρή αντανάκλαση και εξασθένιση.
Η λύση σύντηξης FOG διατηρεί σφάλμα θέσης εντός 10 μέτρων με σταθερή και ομαλή τροχιά.με κενό απόδοσης 20%~30% σε σύγκριση με το FOG.
Μετά την προσθήκη δεδομένων ταχύτητας οχήματος OBDII για βοηθητική σύντηξη, το βελτιστοποιημένο σύστημα MEMS ελέγχει επίσης σταθερά το σφάλμα εντός 10 μέτρων, επιτυγχάνοντας σχεδόν το ίδιο επίπεδο με το FOG.
5.3 Πραγματική δοκιμή INS (πλήρης διακοπή GNSS)
Αυτή είναι η πιο κρίσιμη δοκιμή για να επαληθεύσουμε την ανεξάρτητη ικανότητα πλοήγησης.5 λεπτά (απόσταση οδήγησης περίπου 5500m) για τη σύγκριση των καθαρών επιδόσεων αδράνειας.
Σύστημα FOGΜέγιστη ορμή μόνο 7 μέτρα, εξαιρετική μακροχρόνια ανεξάρτητη σταθερότητα πλοήγησης.
Αρχικό σύστημα MEMS: Η μέγιστη παρασυρόμενη απόσταση φτάνει τα 75 μέτρα, περίπου 3 φορές μεγαλύτερη από το FOG, κυρίως λόγω της συσσώρευσης σφαλμάτων τροχιάς επιταχυνόμετρου.
Βελτιωμένο MEMS με OBDII: Η παρασυρόμενη απόσταση μειώθηκε σε λιγότερο από 10 μέτρα, πλήρως συγκρίσιμη με τις ανεξάρτητες επιδόσεις πλοήγησης του FOG.
6Συμπέρασμα & Οδηγός επιλογής των αιτήσεων
Το χάσμα απόδοσης μεταξύ των σύγχρονων MEMS υψηλού επιπέδου και των FOG χαμηλού επιπέδου μειώνεται ραγδαία και το παραδοσιακό απόλυτο πλεονέκτημα του FOG εξασθενεί σταδιακά.
Πλεονεκτήματα της ομίχλης: Καλύτερη μακροχρόνια σταθερότητα, μικρότερη καθαρή αδράνεια, μεγαλύτερη προσαρμοστικότητα σε ακραία περιβάλλοντα και πλήρως ανεξάρτητη πλοήγηση υψηλής ακρίβειας χωρίς κανένα βοηθητικό αισθητήρα.Παραμένει η πρώτη επιλογή για υψηλού επιπέδου στρατηγικές και μακράς αντοχής αποστολές πλοήγησης.
Πλεονεκτήματα του MEMS: Εξαιρετικά υψηλή απόδοση κόστους (κόστους 1/10 του FOG), μικρότερο μέγεθος, ελαφρύτερο βάρος και χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας.τα υψηλού επιπέδου MEMS μπορούν να αντικαταστήσουν τα χαμηλού επιπέδου FOG στα περισσότερα τακτικά και βιομηχανικά σενάρια.
Προτεινόμενη επιλογή:
-
Για σενάρια ανοιχτού ουρανού με σταθερά σήματα GNSS, το MEMS αντικαθιστά πλήρως το χαμηλού επιπέδου FOG με υψηλότερη απόδοση κόστους.
-
Για περίπλοκα σενάρια ασθενούς αστικού σήματος, τα MEMS με σύντηξη πολυαισθητήρων μπορούν να επιτύχουν ακρίβεια επιπέδου FOG.
-
Για μακροχρόνια πλήρως ανεξάρτητη πλοήγηση χωρίς εξωτερικά σήματα, το FOG εξακολουθεί να διατηρεί αναντικατάστατα πλεονεκτήματα.
Με τη συνεχή επανάληψη της τεχνολογίας MEMS και των αλγορίθμων σύντηξης πολυαισθητήρων,τα υψηλής απόδοσης MEMS θα αντικαταστήσουν περαιτέρω τις παραδοσιακές εφαρμογές χαμηλής και μεσαίας τεχνολογίας FOG σε περισσότερους εμπορικούς και βιομηχανικούς τομείς στο μέλλον.
Το μήνυμά σας πρέπει να αποτελείται από 20-3.000 χαρακτήρες!
