1. Giriş
Fiber Optic Gyroscope (FOG), taktik ve yüksek hassasiyetli navigasyon için uzun süredir ana akım çözüm olmuştur.Ancak, son yıllarda MEMS inersiyal sensörlerinin hızlı bir şekilde yükseltilmesiyle, yüksek performanslı MEMS jiroskopları yavaş yavaş düşük ve orta aralık FOG ürünleriyle rekabet ediyorlar.
Günümüzde, MEMS, anten stabilizasyonu, tarım makineleri kontrolü, insansız araç navigasyonu ve bir zamanlar FOG'nin egemen olduğu diğer alanlarda yaygın olarak uygulanmaktadır.İki teknoloji arasındaki gerçek performans farkını açıklamak için, donanım konfigürasyonu, yazılım algoritması ve gerçek navigasyon sonuçlarını kapsayan yüksek seviye taktik MEMS IMU ile giriş seviyesindeki endüstriyel FOG arasında pratik bir karşılaştırma testi yaptık.
2- Kesin Navigasyon için Modern MEMS'in Teknik Geliştirilmesi
Geleneksel düşük maliyetli MEMS'lerin büyük hataları ve düşük istikrarı vardı, FOG'dan çok daha düşüktü.bant genişliği ve g duyarlılığıİçeriye yerleştirilmiş yüksek hızlı işlem ve gelişmiş sensör hata telafi algoritmaları ile desteklenen modern MEMS, taktik düzeyde navigasyon performansına ulaşabilir.
Giderek daha fazla endüstriyel ve açık hava navigasyon senaryosu, FOG'dan yüksek dereceli MEMS'e geçiyor.hassas tarım makineleri ve çeşitli insansız ekipman (UAV/UGV/USV)Geçmişte, kullanıcılar sadece sabit hassasiyet için pahalı FOG veya RLG sistemlerini (30.000 dolardan fazla) seçebiliyorlardı.
3Test Sistemi Donanım Yapılandırması
İki tam INS/GNSS navigasyon sistemini aynı yazılım algoritması ve test koşulları ile adil bir karşılaştırma için inşa ettik.
3.1 FOG Hibrit Sistemi
Bu sistem, yay ve pitch ölçümü için çift FOG, yuvarlanma ölçümü için bir MEMS gyrometer ve standart üç eksenli hızlandırıcı, manyetometre ve barometre kullanır.000 (küçük parti)Seçilen FOG, yüksek dinamik ve yüksek istikrarlı senaryolar için uygun yüksek bant genişliği, istikrarlı yanlıştırma ve düşük açılı rastgele yürüyüş özelliklerine sahiptir.
3.2 Tam MEMS sistemi
Bu sistem, FOG sistemiyle aynı yardımcı sensörlerle eşleşen, tam eksenli dönüş algılaması için üç yüksek kaliteli MEMS jiroskopu kullanır.000Kullanılan endüstriyel sınıf MEMS IMU bant genişliği, istikrar, gürültü ve titreşim direnci arasında mükemmel bir dengeyi sağlar.fabrikada kalibre edildikten sonra çok düşük çapraz eksen duyarlılığı.
3.3 Temel Sensör Anahtar Parametreleri
MEMS IMU Temel Özellikleri: 330Hz bant genişliği, 6.25°/h gyro yanılsama istikrarı, çok düşük çapraz eksen hatası (0,087%), mükemmel titreşim bastırma ve doğrusal performans.
FOG Core Özellikleri: 1000Hz ultra yüksek bant genişliği, 3 ° / h yanılsama istikrarı, çok daha düşük açılı rastgele yürüyüş, daha iyi uzun süreli sürüklenme direnci.
4. Navigasyon Yazılım Çerçevesi
Her iki sistem de geleneksel SINS inersiyal çözümü temelinde aynı 1000Hz yüksek hızlı navigasyon algoritmasını çalıştırır.Çift anteneli yön, manyetometre rotası, barometre yüksekliği ve araç OBDII hız verileri.
Her yardımcı algılayıcı farklı çalışma kusurlarını telafi eder: GNSS genel konum sürüklenmesini düzeltir, manyetometre GNSS kesintileri sırasında yön başlangıçına yardımcı olur, barometre yükseklik verilerini dengeler,ve OBDII araç hızı karmaşık ortamlarda ray sürüklenmesini etkili bir şekilde bastırır.Açık gökyüzünden şehir korumacı senaryolarına.
5. Üç Standart Navigasyon Karşılaştırma Testleri
Günlük, karmaşık ve aşırı GNSS kesinti senaryolarında MEMS ve FOG arasındaki performans farkını tam olarak doğrulamak için üç grup sistem düzeyinde test tasarladık.
5.1 Açık Gökyüzü Testi (iyi GNSS sinyali)
Yeterli uydu sinyali olan açık ortamlarda, her iki sistem de çok yakın bir hassasiyete ulaşır.
FOG Sistemi: 0,08° yuvarlanma, 0,08° eğim, 013° pozisyon
MEMS Sistemi: 0,10° yuvarlama, 0,10° eğim, 0,14° pozisyon
İyi GNSS koşullarında, MEMS, FOG ile karşılaştırıldığında sadece yaklaşık% 5'lik küçük bir performans boşluğuna sahiptir ve her ikisi de yüksek hassasiyetli tavır dengeleme ihtiyaçlarını karşılayabilir.
5.2 Karmaşık Kentsel Test (Çok Yolu ve Zayıf GNSS)
Yüksek binalar ve dar yollar bulunan kentsel merkez senaryolarında, GNSS sinyalleri şiddetli yansıma ve zayıflama yaşar.
FOG füzyon çözümü, istikrarlı ve pürüzsüz yörüngede 10 metre içinde konumlandırma hatasını korur.FOG ile karşılaştırıldığında %20~30% performans farkı ile.
Yardımcı füzyon için OBDII araç hız verilerini ekledikten sonra, optimize edilmiş MEMS sistemi de hatayı 10 metre içinde istikrarlı bir şekilde kontrol ederek FOG ile neredeyse aynı seviyeye ulaşır.
5.3 Saf INS testi (GNSS tam kesinti)
Bu, bağımsız navigasyon yeteneğini doğrulamak için en kritik test.5 dakika (yaklaşık 5500m sürüş mesafesi) saf inersiyel sürüklenme performansını karşılaştırmak için.
FOG SistemiMaksimum sürüklenme sadece 7 metre, mükemmel uzun süreli bağımsız navigasyon istikrarı.
Orijinal MEMS Sistemi: Maksimum sürüklenme 75 metreye ulaşır, FOG'dan yaklaşık 3 kat daha büyüktür, esas olarak hızlandırıcı pist hatası birikimi nedeniyle.
OBDII ile optimize edilmiş MEMS: Sürüklenme 10 metreden daha az, FOG'un bağımsız navigasyon performansı ile tamamen karşılaştırılabilir.
6Sonuç ve Başvuru Seçimi Rehberi
Modern üst düzey MEMS ile düşük seviyeli FOG arasındaki performans farkı hızla daralıyor ve FOG'un geleneksel mutlak avantajı yavaş yavaş zayıflıyor.
Sis Avantajları: Daha iyi uzun süreli istikrar, daha küçük saf inersiyel sürüklenme, aşırı ortamlara daha fazla uyumluluk ve herhangi bir yardımcı sensör olmadan tamamen bağımsız yüksek hassas navigasyon.Hala yüksek seviye stratejik ve uzun dayanıklılıklı navigasyon görevleri için ilk seçimdir..
MEMS Avantajları: Son derece yüksek maliyet performansı (FOG'un 1/10 maliyeti), daha küçük boyut, daha hafif ağırlık ve daha düşük güç tüketimi. GNSS sinyali desteği veya basit yardımcı sensör füzyonu ile (araç hızı gibi),Yüksek kaliteli MEMS, çoğu taktik ve endüstriyel senaryoda düşük kaliteli FOG'un yerini alabilir..
Seçim Önerisi:
-
Istikrarlı GNSS sinyalleri olan açık gökyüzü senaryoları için, MEMS daha yüksek maliyet performansı ile düşük maliyetli FOG'u tamamen değiştirir.
-
Karmaşık kentsel zayıf sinyal senaryoları için, çoklu sensörlü füzyonlu MEMS, FOG düzeyinde hassasiyete ulaşabilir.
-
Herhangi bir dış sinyalleri olmadan uzun süreli tamamen bağımsız navigasyon için, FOG hala yenilmez avantajlara sahiptir.
MEMS teknolojisinin ve çoklu sensörlü füzyon algoritmalarının sürekli tekrarlanması ile,Yüksek performanslı MEMS, gelecekte daha fazla ticari ve endüstriyel alanda geleneksel düşük ve orta kaliteli FOG uygulamalarını daha fazla değiştirecektir..
Mesajınız 20-3.000 karakter arasında olmalıdır!
