1Введение.
Волоконно-оптический гироскоп (FOG) уже давно является основным решением для тактической и высокоточной навигации.Однако, с быстрым обновлением инерциальных датчиков MEMS в последние годы высокопроизводительные гироскопы MEMS постепенно конкурируют с низкоклассными и среднеклассными продуктами FOG.
В настоящее время MEMS широко применяется в стабилизации антенн, управлении сельскохозяйственными машинами, навигации беспилотных транспортных средств и других областях, которые когда-то доминировали над FOG.Чтобы прояснить фактический разрыв в производительности между двумя технологиями, мы провели практическое сравнительное испытание между высокотехнологичным тактическим IMU MEMS и начальным промышленным FOG, охватывающим конфигурацию оборудования, программный алгоритм и фактические результаты навигации.
2. Техническое обновление современных MEMS для точной навигации
Традиционные недорогие MEMS имели большие ошибки и плохую стабильность, намного ниже FOG.пропускная способность и чувствительность gПри поддержке встроенных высокоскоростных операций и передовых алгоритмов компенсации ошибок датчиков современные MEMS могут достигать тактической навигационной производительности.
Все больше и больше сценариев промышленной и наружной навигации переходят от FOG к высококачественным MEMS. Типичные случаи включают стабилизацию антенны,точные сельскохозяйственные машины и различные беспилотные оборудования (БПЛА/УГВ/УСВ)В прошлом пользователи могли выбирать только дорогие системы FOG или RLG (более 30 000 долларов США) для стабильной точности.
3. Конфигурация аппаратного обеспечения системы испытания
Мы построили две полные навигационные системы INS/GNSS с одним и тем же программным алгоритмом и условиями тестирования для честного сравнения.
3.1 Гибридная система FOG
Эта система использует двойной FOG для измерения загнутия и наклона, один MEMS гиро для измерения проката, плюс стандартный трехосевой акселерометр, магнитометр и барометр.000 (небольшая партия)Выбранный FOG имеет высокую пропускную способность, стабильный уклон и низкий угловой случайный ход, подходящий для высокодинамических и высокостабильных сценариев.
3.2 Полная система MEMS
Эта система использует три высокотехнологичных гироскопа MEMS для обнаружения вращения по всей оси, соответствующих тем же вспомогательным датчикам, что и система FOG.000Принятый МЭМС IMU промышленного класса обеспечивает отличное соотношение пропускной способности, стабильности, шумоустойчивости и вибрационной устойчивости.с ультранизкой чувствительностью по перекрестной оси после заводской калибровки.
3.3 Ключевые параметры центрального датчика
Основные характеристики MEMS IMU: пропускная способность 330 Гц, стабильность гирокосмоса 6,25°/ч, сверхнизкая погрешность поперечной оси (0,087%), отличное подавление вибраций и линейные характеристики.
Спецификации FOG Core: 1000 Гц сверхвысокая пропускная способность, стабильность отклонения 3°/ч, гораздо более низкий угловой случайный ход, лучшая долгосрочная стойкость дрейфу.
4. Программное обеспечение навигации
Обе системы работают на одном и том же высокоскоростном навигационном алгоритме 1000 Гц, основанном на традиционном инерциальном решении SINS. Система объединяет многоисточники данных для подавления дрейфа, включая положение и скорость GNSS,двойная антенна, направление магнитометра, высота барометра и дополнительные данные скорости OBDII транспортного средства.
Каждый вспомогательный датчик компенсирует различные дефекты работы: GNSS корректирует общий дрейф положения, магнитометр помогает инициализации курса во время отключений GNSS, барометр стабилизирует данные высоты,и скорость OBDII транспортного средства эффективно подавляет дрейф трассы в сложных условиях. Вся программная система разработана для адаптации к полным условиям работы GNSS,от открытого неба до городских защищенных сценариев.
5Три стандартных сравнительных теста навигации
Мы разработали три группы тестов на уровне системы, чтобы полностью проверить разницу в производительности между MEMS и FOG в повседневных, сложных и экстремальных сценариях отключения GNSS.
5.1 Испытание открытого неба (хороший сигнал GNSS)
В открытых условиях с достаточным количеством спутниковых сигналов обе системы достигают очень близкой точности.
Система ПОГ: прокат 0,08°, наклон 0,08°, позиция 0,13°
Система MEMS: прокат 0,10°, наклон 0,10°, позиция 0,14°
При хороших условиях GNSS MEMS имеет лишь крошечный разрыв в производительности около 5% по сравнению с FOG, и оба могут удовлетворять потребности в высокоточной стабилизации положения.
5.2 Комплексное городское испытание (многопутный и слабый GNSS)
В городских центрах с высокими зданиями и узкими дорогами сигналы GNSS страдают от сильного отражения и ослабления.
Оригинальное решение MEMS находится в пределах 15 метров, слегка затронуто нестабильными обновлениями GNSS,с разрывом производительности 20%~30% по сравнению с FOG.
После добавления данных скорости OBDII для вспомогательного слияния, оптимизированная система MEMS также стабильно контролирует ошибку в пределах 10 метров, достигая почти того же уровня, что и FOG.
5.3 Проверка чистого INS (полное отключение GNSS)
Это самый важный тест для проверки независимой навигационной способности.5 минут (расстояние движения около 5500 м) для сравнения чисто инерциального дрейфа.
Система ПОГМаксимальный дрейф всего 7 метров, отличная долгосрочная независимая навигационная стабильность.
Оригинальная система MEMS: Максимальный дрейф достигает 75 метров, примерно в 3 раза больше, чем у FOG, в основном из-за накопления ошибок на трассе акселерометра.
Оптимизированный MEMS с OBDII: Дрейф сокращен до менее 10 метров, полностью сопоставимый с независимой навигационной производительностью FOG.
6Заключение и руководство по выбору заявок
Разрыв в производительности между современными высокопроизводительными MEMS и низкопроизводительными FOG быстро сокращается, а традиционное абсолютное преимущество FOG постепенно ослабевает.
Преимущества ПОГ: Лучшая долгосрочная стабильность, меньший чистый инерциальный дрейф, более высокая адаптивность к экстремальным условиям и полностью независимая высокоточная навигация без каких-либо вспомогательных датчиков.Он по-прежнему является первым выбором для высокотехнологичных стратегических и долгосрочных навигационных задач..
Преимущества MEMS: чрезвычайно высокая производительность (1/10 стоимости FOG), меньшие размеры, меньший вес и меньшее потребление энергии.MEMS высокого уровня может заменить FOG низкого уровня в большинстве тактических и промышленных сценариев.
Предложение по выбору:
-
Для сценариев открытого неба со стабильными сигналами GNSS MEMS полностью заменяет низкокачественный FOG с более высокой производительностью.
-
Для сложных городских сценариев слабого сигнала MEMS с мультисенсорным синтезом может достигать точности уровня FOG.
-
Для долгосрочной полностью самостоятельной навигации без каких-либо внешних сигналов, FOG по-прежнему сохраняет незаменимые преимущества.
С постоянной итерацией технологии MEMS и алгоритмов мультисенсорного синтеза,Высокопроизводительные MEMS в дальнейшем заменят традиционные низко- и среднеклассные приложения FOG в более коммерческих и промышленных областях в будущем.
Ваше сообщение должно содержать от 20 до 3000 символов!
