1紹介
ファイバーオプティックジロスコップ (FOG) は,長年,戦術および高精度のナビゲーションのための主流のソリューションであり,従来の高級ジロテクノロジーの信頼性のある低コストの代替手段として機能しています.しかし近年,MEMS慣性センサーの急速なアップグレードにより,高性能MEMSジロスコップは,徐々に低端および中端のFOG製品と競合しています.
現在,MEMSはアンテナ安定化,農業機械制御,無人車両ナビゲーション,かつてはFOGが支配していた他の分野で広く適用されています.この2つの技術との実際の性能格差を明らかにするためにハードウェアの構成やソフトウェアアルゴリズム そして実際のナビゲーション結果をカバーした 高級戦術MEMSIMUと入門レベルの工業FOGの実用的な比較テストを行いました
2精密ナビゲーションのための近代MEMSの技術的なアップグレード
低コストの伝統的なMEMSは,大きなエラーと安定性が低かったが,今日のアップグレードされたMEMSセンサーは,偏差安定性,抗振動能力,帯域幅とg感度高速操作と高度なセンサーエラー補償アルゴリズムが組み込まれているため,現代のMEMSは戦術レベルのナビゲーション性能を達成できます.
より多くの産業および屋外ナビゲーションシナリオがFOGから高級MEMSに移行しています.典型的なケースにはアンテナ配列安定化,精密農業機械と様々な無人機 (UAV/UGV/USV)過去には,安定した精度のために高額なFOGまたはRLGシステム (3万ドル以上) を選択することが可能であった.現在,アップグレードされたMEMSはコストのわずか10分の"で比較可能な基本的なパフォーマンスを提供することができます.
3テストシステム ハードウェアの構成
同じソフトウェアアルゴリズムとテスト条件で 公平な比較を図りました
3.1 FOGハイブリッドシステム
このシステムには,イイとピッチの測定のために2つのFOG,ロール測定のために1つのMEMSジロ,標準の3軸加速計,磁気計,気圧計が採用されています.総BOMコストは約8ドルです.000 (少量)選択されたFOGは,高動力および高安定性シナリオに適した高帯域幅,安定したバイアス,低角ランダムウォークを特徴としています.
3.2 完全なMEMSシステム
この システム は,全軸 回転 センサー を 用い,FOG システム と 同じ 補助 センサー を 使っ て 3 つ の 高級 MEMS 陀螺 計 を 使用 し て い ます.総 費用 は 約 1 ドル です.000採用された工業級のMEMS IMUは,帯域幅,安定性,ノイズおよび振動抵抗の優れたバランスを達成します.工場校正後,横軸感度が極低.
3.3 コアセンサーのキーパラメータ
MEMS IMU コアスペック: 330Hz帯域幅,6.25°/hのジロバイアス安定性,極低の横軸誤差 (0.087%),優れた振動抑制と線形性能.
FOGコア仕様1000Hz超高帯域幅,時速3°の偏差安定性,より低い角度ランダムウォーク,より優れた長期漂流耐性.
4. ナビゲーションソフトウェアフレームワーク
両方のシステムは同じ1000Hz高速ナビゲーションアルゴリズムを従来のSINS慣性ソリューションに基づいて実行します. システムは,GNSS位置と速度を含む漂流を抑制するために,複数のソースデータを融合します.2つのアンテナの方向磁気計の走行方向,気圧計の高さ,およびオプションの車両OBDII速度データ
各補助センサーは異なる動作欠陥を補う:GNSSは全体的な位置漂移を修正し,磁気計はGNSSの切断時にコース初期化を支援し,気圧計は高度データを安定させる,複雑な環境で車両の速度を効果的に抑制する.ソフトウェアシステムは,GNSSの完全な作業条件に適応するように設計されています.オープン・スカイから 都市で保護されたシナリオへ.
53つの標準ナビゲーション比較テスト
システムレベルでのテストを 3つのグループで設計し 日常的で複雑で極端なGNSS切断シナリオで MEMSとFOGの性能差を完全に検証しました
5.1 オープン・スカイ・テスト (良いGNSS信号)
衛星信号が十分あるオープン環境では,両システムは非常に近い精度を達成する.姿勢誤差の比較は以下のとおりである.
FOGシステム:ロール0.08°,ピッチ0.08°,第0.13°
MEMSシステム:ロール0.10°,ピッチ0.10°,正規番号0.14°
良いGNSS条件下では,MEMSはFOGと比較してわずか5%の性能差しかなく,どちらも高精度の姿勢安定化ニーズを満たすことができる.
5.2 複雑な都市テスト (多経路・弱いGNSS)
高層ビルと狭い道路のある都市の中心部では,GNSS信号は深刻な反射と衰弱を経験する.純粋なGPSソリューションの誤差は100メートルに達する.
FOG融合ソリューションは,安定し平らな軌道で10m以内の位置位置誤差を維持する.オリジナルのMEMSソリューションは15m以内であり,不安定なGNSS更新によってわずかに影響を受ける.性能格差は,FOGと比較して20%~30%.
補助融合のためのOBDII車両速度データを追加した後,最適化されたMEMSシステムは10メートル以内の誤差を安定的に制御し,FOGとほぼ同じレベルを達成します.
5.3 純 INS テスト (GNSS 全断)
これは独立航路の能力を検証する 最も重要なテストです5分 (運転距離約5500m) 純慣性漂流性能を比較する.
FOGシステム最大漂流距離は7メートル 優れた長期独立航行安定性
オリジナルMEMSシステム: 最大漂流距離は75メートルで,FOGより約3倍大きい. 主に加速計の軌跡誤差の蓄積による.
OBDII で MEMS を最適化: 漂流は10m未満に削減され,FOGの独立航海性能と完全に比較できます.
6結論 と 申請 選定 ガイド
現代の高級MEMSと低級FOGの性能格差は急速に縮小し,FOGの伝統的な絶対優位性は徐々に弱くなっている.
FOG の 利点: より良い長期安定性,より少ない純粋慣性漂流,極端な環境への適応性,そして補助センサーなしで完全に独立した高精度ナビゲーション.高級戦略や長距離航海の任務では 首席選択となっています.
MEMS の 利点: 非常に高いコスト性能 (FOGの10分の1コスト),より小さいサイズ,軽い重量,低電力消費.GNSS信号サポートまたは単純な補助センサー融合 (車両の速度など)高級MEMSは,ほとんどの戦術および産業用シナリオで低級FOGを代替することができます..
選択の提案:
-
安定したGNSS信号を持つオープン・スカイシナリオでは,MEMSはより高いコスト性能を持つ低端FOGを完全に置き換える.
-
複雑な都市弱信号シナリオでは,マルチセンサー融合によるMEMSはFOGレベルの精度を達成できます.
-
外部信号なしで長時間完全に自律的な航行を行うためには,FOGは依然として不可替代的な利点を持っています.
MEMS技術とマルチセンサ融合アルゴリズムの 継続的な繰り返しにより高性能MEMSは,将来,より商業的および産業分野での従来の低端および中端FOGアプリケーションをさらに置き換えるでしょう..
メッセージは20〜3,000文字にする必要があります。
