APLICACIONES

Puntos claveProducto: MEMS GNSS/INS de Micro-Magic Inc, incluido el modelo I3500 para aplicaciones cartográficas.Características:Tamaño: Compacto y liviano para una fácil integraciónPrecisión: inestabilidad de polarización de 2,5°/h, caminata aleatoria angular de 0,028°/√hAcelerómetro MEMS: rango ±6g, inestabilidad de polarización cero

Puntos claveProducto: Soluciones de navegación integrada GNSS/INSCaracterísticas clave:Componentes: El sistema integrado incluye un receptor GNSS, una unidad de medición inercial (IMU) y sensores opcionales como LiDAR u odómetros.Función: Mantiene la precisión y la estabilidad durante la pérdida de señal GNSS utilizando sensores adicionales o restricciones de estado de movimiento como ZUPT.Aplicaciones: Ideal para navegación urbana, minería, extracción de petróleo y otros entornos con posibles obstrucciones de señales.Navegación inercial: utiliza giroscopios y acelerómetros para medir la posición, la velocidad y la aceleración.Conclusión: El diseño del sistema integrado está evolucionando, con soluciones que mejoran la solidez en entornos desafiantes y al mismo tiempo equilibran el costo y la complejidad.En un sistema de navegación integrado GNSS/INS, las mediciones GNSS desempeñan un papel fundamental en la corrección del INS. Por tanto, el buen funcionamiento del sistema integrado depende de la continuidad y estabilidad de las señales de los satélites. Sin embargo, cuando el sistema funciona bajo pasos elevados, copas de árboles o dentro de edificios urbanos, las señales de los satélites pueden verse obstruidas o interferidas fácilmente, lo que podría provocar una pérdida de bloqueo en el receptor GNSS. Este artículo analiza soluciones para mantener la precisión y la estabilidad. de los sistemas de navegación integrados GNSS/INS cuando se pierden las señales de los satélites.Cuando la señal del satélite no está disponible durante un período prolongado, la falta de correcciones GNSS hace que los errores del INS se acumulen rápidamente, especialmente en sistemas con unidades de medida inerciales de menor precisión. Este problema conduce a una disminución en la precisión, estabilidad y continuidad del funcionamiento del sistema integrado. En consecuencia, es esencial abordar este problema para mejorar la robustez del sistema integrado en entornos tan complejos.1.Dos soluciones principales para abordar la pérdida de señal de GNSS/INSActualmente, existen dos soluciones principales para abordar el escenario de pérdida de señal satelital.Solución 1: integrar sensores adicionalesPor un lado, se pueden integrar sensores adicionales en el sistema GNSS/INS existente, como odómetros, LiDAR, sensores astronómicos y sensores visuales. Por lo tanto, cuando la pérdida de señal satelital hace que el GNSS no esté disponible, los sensores recién agregados pueden proporcionar información de medición y formar un nuevo sistema integrado con el INS para suprimir la acumulación de errores del INS. Los problemas con este enfoque incluyen mayores costos del sistema debido a los sensores adicionales y la posible complejidad del diseño si los nuevos sensores requieren modelos de filtrado complejos.Fig.1 Descripción general del sistema de navegación integrado GNSS IMU ODO LiDAR SLAM.Solución 2: Tecnología ZUPTPor otro lado, se puede establecer un modelo de posicionamiento con restricciones de estado de movimiento en función de las características de movimiento del vehículo. Este método no requiere agregar nuevos sensores al sistema integrado existente, evitando así costos adicionales. Cuando el GNSS no está disponible, la nueva información de medición la proporcionan las restricciones del estado de movimiento para suprimir la divergencia del INS. Por ejemplo, cuando el vehículo está parado, se puede aplicar la tecnología de actualización de velocidad cero (ZUPT) para suprimir la acumulación de errores del INS.ZUPT es un método de bajo costo y comúnmente utilizado para mitigar la divergencia del INS. Cuando el vehículo está parado, la velocidad del vehículo debería ser teóricamente cero. Sin embargo, debido a la acumulación de errores INS a lo largo del tiempo, la velocidad de salida no es cero, por lo que la velocidad de salida INS se puede utilizar como medida del error de velocidad. Por lo tanto, basándose en la restricción de que la velocidad del vehículo es cero, se puede establecer una ecuación de medición correspondiente, que proporciona información de medición para el sistema integrado y suprime la acumulación de errores del INS.Fig.2 Diagrama de flujo del algoritmo estrechamente acoplado GNSSIMU basado en ZUPT con CERAV.Sin embargo, la aplicación de ZUPT requiere que el vehículo esté estacionario, lo que la convierte en una tecnología de actualización estática de velocidad cero que no puede proporcionar información de medición durante las maniobras normales del vehículo. En aplicaciones prácticas, esto requiere que el vehículo se detenga con frecuencia cuando está en movimiento, lo que reduce su maniobrabilidad. Además, ZUPT requiere una detección precisa de los momentos estacionarios del vehículo. Si la detección falla, se puede proporcionar información de medición incorrecta, lo que podría provocar el fallo de este método e incluso provocar que la precisión del sistema integrado disminuya o diverja.ConclusiónLa pérdida de señales de satélite puede provocar una rápida acumulación de errores en el INS, especialmente en entornos complejos como las zonas urbanas. Se presentan dos soluciones principales: agregar sensores adicionales, como LiDAR o sensores visuales, para proporcionar mediciones alternativas, o usar restricciones de estado de movimiento como la tecnología Zero-Velocity Update (ZUPT) para corregir errores de INS. Cada enfoque tiene sus propias ventajas y desafíos, ya que la integración de sensores aumenta los costos y la complejidad, mientras que ZUPT requiere que el vehículo esté estacionario y se detecte con precisión para que sea efectivo.Micro-Magic Inc está a la vanguardia de la tecnología de navegación inercial y recientemente ha introducido tres productos MEMS INS asistidos por GNSS con distintos niveles de precisión (nivel industrial, nivel táctico y nivel de navegación). En particular, el MEMS GNSS/INS I3500 de nivel industrial presenta una inestabilidad de polarización de 2,5°/hr y un recorrido aleatorio angular de 0,028°/√hr, junto con un acelerómetro MEMS de alta precisión con un amplio rango (±6g, inestabilidad de polarización cero).

Puntos claveProducto: Sistema de navegación integrado GNSS/MEMS INSCaracterísticas clave:Componentes: Combina sensores inerciales MEMS con receptores GNSS para mejorar las capacidades de navegación.Función: Proporciona actualizaciones de alta frecuencia e información precisa sobre posición, velocidad y actitud integrando datos inerciales con correcciones GNSS.Aplicaciones: Ideal para drones, registradores de vuelo, vehículos inteligentes no tripulados y vehículos submarinos.Fusión de datos: utiliza el filtrado de Kalman para fusionar datos GNSS con datos MEMS INS, corrigiendo errores acumulados y mejorando la precisión general.Conclusión: Este sistema integrado aprovecha las fortalezas de ambas tecnologías para mejorar el rendimiento y la confiabilidad de la navegación, con una amplia gama de aplicaciones en diversas industrias.Con el desarrollo de dispositivos inerciales MEMS, la precisión de los giroscopios y acelerómetros MEMS ha mejorado gradualmente, lo que ha dado lugar a rápidos avances en la aplicación de INS MEMS. Sin embargo, la mejora en la precisión de los dispositivos inerciales MEMS no ha sido suficiente para satisfacer las demandas de precisión cada vez más altas de MEMS INS. Por lo tanto, mejorar la precisión de MEMS INS mediante algoritmos de compensación de errores y otros métodos se ha convertido en un foco de investigación de MEMS INS.Para mejorar el rendimiento de MEMS INS, los investigadores han explorado varios métodos para reducir los errores en estos sistemas. Hay cuatro enfoques principales para reducir los errores de MEMS INS:Calibración y compensación de parámetros de error del sensor: esto implica el uso de modelos matemáticos y herramientas experimentales para estimular los errores del sensor, calibrar sistemáticamente errores deterministas a nivel del sistema y luego compensar estos errores mediante algoritmos de navegación inercial para mejorar el rendimiento general.Tecnología de modulación de rotación: al aplicar esquemas de modulación de rotación adecuados, se pueden hacer que los errores del sensor varíen periódicamente sin depender de fuentes de información externas. Esta compensación automática de errores en el algoritmo de navegación suprime la influencia de los errores del sensor en MEMS INS.Tecnología de redundancia de dispositivos inerciales: debido al bajo costo de los sensores inerciales MEMS, se pueden implementar diseños de redundancia. La redundancia en los sensores puede reducir efectivamente el impacto de los errores aleatorios en MEMS INS, mejorando así el rendimiento.Incorporación de fuentes de información externas: uso del filtrado de Kalman para la navegación integrada para suprimir la acumulación de errores MEMS INS.Este artículo presentará con más detalle el cuarto método, que es la forma de navegación integrada más práctica y ampliamente investigada: el sistema de navegación integrada GNSS/MEMS INS.Razones para utilizar GNSS para ayudar a MEMS INSMEMS INS es un tipo de sistema de navegación a estima que mide el estado relativo desde el momento de muestreo anterior al actual. No depende de señales acústicas, ópticas o eléctricas para realizar mediciones, lo que lo hace altamente resistente a interferencias y engaños externos. Su autonomía y confiabilidad lo convierten en un sistema de navegación central para diversos transportistas, como aviones, barcos y vehículos. La figura 1 enumera el rendimiento del INS de diferentes grados.Fig.1 El rendimiento del INS de diferentes grados.MEMS INS ofrece una alta tasa de actualización y puede generar información de estado completa, incluida la posición, la velocidad, la actitud, la velocidad angular y la aceleración, con una alta precisión de navegación a corto plazo. Sin embargo, MEMS INS requiere fuentes de información adicionales para inicializar la posición, velocidad y actitud, y su error de navegación inercial puro se acumula con el tiempo, particularmente en INS de grado táctico y comercial.La combinación GNSS/MEMS INS puede aprovechar las ventajas complementarias de ambos sistemas: GNSS proporciona una precisión estable a largo plazo y puede ofrecer valores iniciales de posición y velocidad, corrigiendo los errores acumulados en MEMS INS mediante filtrado. Mientras tanto, MEMS INS puede mejorar la tasa de actualización de la salida de navegación GNSS, enriquecer los tipos de salida de información de estado y ayudar a detectar y eliminar fallas de observación GNSS.Modelo Básico de Navegación Integrada GNSS/MEMS INSEl modelo básico de integración GNSS/MEMS INS refleja la relación funcional entre la información observada de los sensores (IMU y receptores) y los parámetros de navegación del operador (posición, velocidad y actitud), así como los tipos y modelos aleatorios de errores de medición de los sensores. . Los parámetros de navegación del transportista deben describirse en un sistema de coordenadas de referencia específico.Fig.2 Modelo básico de navegación integrada Gnssmems InsLos problemas de navegación generalmente involucran dos o más sistemas de coordenadas: los sensores inerciales miden el movimiento del portaaviones en relación con el espacio inercial, mientras que los parámetros de navegación del portaaviones (posición y velocidad) generalmente se describen en un sistema de coordenadas fijo en la Tierra para una comprensión intuitiva. Los sistemas de coordenadas comúnmente utilizados en la navegación integrada GNSS/INS incluyen el sistema de coordenadas inerciales centrado en la Tierra, el sistema de coordenadas fijas de la Tierra centrado en la Tierra, el sistema de coordenadas geográficas locales y el sistema de coordenadas corporales.Actualmente, los algoritmos para la integración GNSS/MEMS INS en navegación absoluta han madurado y han surgido en el mercado muchos productos de alto rendimiento. Por ejemplo, los tres modelos MEMS INS recientemente lanzados por Micro-Magic Inc, que se muestran en la imagen a continuación, son adecuados para aplicaciones en drones, registradores de vuelo, vehículos inteligentes no tripulados, posicionamiento y orientación de carreteras, detección de canales, vehículos de superficie no tripulados y submarinos. vehículos.Fig.3 Los tres INS GNSS/MEMS recientemente lanzados por Micro-Magic IncI3500Sistema de navegación inercial Mems Gyro I3500 de 3 ejes de alta precisión I3700Módulo rastreador Gps agrícola de alta precisión, sistema de navegación inercial de consumo, algoritmo Rtk de antena Mtk Rtk Gnss Rtk 

Puntos claveProducto: Sistema de Navegación Inercial (INS) y Sistema de Posicionamiento Global (GPS)Características clave:Componentes: INS utiliza acelerómetros y giroscopios; El GPS se basa en señales de satélite.Función: INS proporciona navegación autónoma sin señales externas; El GPS ofrece una geolocalización precisa con cobertura global.Aplicaciones: INS es ideal para aplicaciones submarinas, subterráneas y espaciales; El GPS se utiliza en navegación personal, militar y de seguimiento.Integración: la combinación de INS y GPS mejora la precisión y la confiabilidad en entornos complejos.Conclusión: La elección entre INS y GPS depende de necesidades específicas, y muchas aplicaciones se benefician de su integración para obtener soluciones de navegación óptimas.Para vehículos complejos como aviones, vehículos autónomos, barcos, naves espaciales, submarinos y vehículos aéreos no tripulados, es esencial contar con un sistema preciso para mantener y controlar el movimiento perfecto. Dos de los sistemas de navegación más destacados que se utilizan en la actualidad son el Sistema de Navegación Inercial (INS) y el Sistema de Posicionamiento Global (GPS). Ambos tienen sus ventajas y aplicaciones únicas, pero elegir el mejor sistema para sus necesidades depende de varios factores. Este artículo explorará las diferencias, fortalezas y casos de uso ideales para cada sistema para ayudarlo a tomar una decisión informada.Entendiendo el INS y el GPSSistema de navegación inercial (INS):El buscador de norte MEMS puede proporcionar información de rumbo al cuerpo en movimiento de forma totalmente autónoma, funcionando sin depender de satélites, sin verse afectado por el clima y sin requerir operaciones complejas. No sólo proporciona la interfaz de salida de datos para la computadora, sino que también proporciona una buena interfaz hombre-máquina.El buscador MEMS North se compone principalmente del módulo de medición inercial (IMU) y la parte de línea, y el diagrama de bloques de hardware se muestra en la Figura 1. La unidad de medición inercial (IMU) se compone de un giroscopio y un mecanismo giratorio. La parte del circuito se compone principalmente de cuatro placas de circuito, que incluyen: placa de alimentación, placa de control, placa amplificadora de potencia y placa base. La Tabla 1 muestra los componentes del sistema de búsqueda del norte.Sistema de Posicionamiento Global (GPS):El Sistema de Posicionamiento Global es un sistema de navegación basado en satélites que proporciona geolocalización e información horaria a un receptor GPS en cualquier lugar de la Tierra o cerca de ella donde haya una línea de visión sin obstáculos hacia cuatro o más satélites GPS. El GPS es muy preciso y proporciona información de posicionamiento continua, lo que lo hace ideal para una amplia gama de aplicaciones, desde navegación personal hasta operaciones militares. Sin embargo, las señales de GPS pueden verse obstruidas por edificios, árboles o condiciones atmosféricas, lo que genera posibles imprecisiones.La tecnología GPS se utiliza principalmente para datos de ubicación, mapeo, seguimiento de objetos en movimiento, navegación y estimaciones y mediciones de tiempo. Sin embargo, esta información depende de las conexiones satelitales y, si el dispositivo GPS no puede conectarse a al menos cuatro satélites, los datos proporcionados serán insuficientes para una funcionalidad operativa completa. Fortalezas y debilidadesFortalezas del INS:Independencia: No depende de señales externas, lo que lo hace útil en entornos sin GPS.Respuesta instantánea: proporciona actualizaciones inmediatas sobre la posición y la velocidad.Robustez: Menos susceptible a interferencias o interferencias de señal.Debilidades del INS:Deriva: los errores acumulados pueden generar imprecisiones con el tiempo.Complejidad: Generalmente más complejos y costosos que los sistemas GPS.Fig.2 Pros y contras de Ins y GnssPuntos fuertes del GPS:Precisión: proporciona información de ubicación precisa, a menudo dentro de unos pocos metros.Cobertura: Cobertura global con actualizaciones continuas.Facilidad de uso: Ampliamente disponible y relativamente económico.Puntos fuertes del GPS:Dependencia de la señal: Requiere una línea de visión clara hacia los satélites, que pueden estar obstruidos.Vulnerabilidad: Susceptible a interferencias, suplantaciones y interferencias.Combinando INS y GPSEn muchas aplicaciones, INS y GPS se utilizan juntos para aprovechar sus puntos fuertes complementarios. Al integrar los datos del GPS con el INS, el sistema puede corregir la deriva del INS y proporcionar una navegación más confiable y precisa. Esta combinación es particularmente valiosa en la aviación, donde la navegación continua y precisa es fundamental, y en los vehículos autónomos, donde un posicionamiento robusto y preciso es esencial para una operación segura.Con el rápido desarrollo de los sistemas microelectromecánicos (MEMS), se han desarrollado sistemas de navegación integrados asistidos por GPS más pequeños y portátiles, como los tres modelos de Micro-Magic Inc con diferentes niveles de precisión. Entre ellos, el sistema topográfico y táctico de ultra alta precisión I6600 está equipado con una potente IMU, capaz de generar información de posición, velocidad y actitud de alta precisión.ConclusiónLa elección entre INS y GPS depende de sus necesidades específicas y del entorno en el que operará. Si necesita un sistema que sea independiente de señales externas y que pueda funcionar en entornos difíciles, INS puede ser la mejor opción. Sin embargo, si necesita información de posicionamiento continua y altamente precisa con cobertura global, el GPS probablemente sea la mejor opción. Para muchas aplicaciones, la combinación de ambos sistemas puede proporcionar la solución óptima, asegurando confiabilidad y precisión en la navegación.Al comprender las fortalezas y limitaciones de cada sistema, podrá tomar una decisión informada y seleccionar el sistema de navegación que mejor se adapte a sus necesidades. I6700Sistema de navegación inercial asistido por MEMS GNSS  

Puntos claveProducto: MEMS INS asistido por GNSS I3500Características clave:Componentes: IMU MEMS rentable, módulo de posicionamiento por satélite de doble antena, magnetómetros y barómetro.Función: Proporciona datos de navegación de alta precisión, manteniendo el rendimiento durante interrupciones del GNSS.Aplicaciones: Adecuado para drones, navegación autónoma, topografía y análisis de movimiento.Navegación inercial: combina mediciones inerciales para el cálculo de posición, velocidad y actitud.Conclusión: El I3500 ejemplifica la integración de MEMS INS y GNSS, mejorando la confiabilidad y precisión de la navegación en varios sectores. La navegación integrada MINS/GNSS, se refiere a la fusión de información tanto del MINS (MEMS INS) como del GNSS (Sistema Global de Navegación por Satélite). Esta integración combina las fortalezas de ambos sistemas para complementarse entre sí y lograr resultados PVA (Posición, Velocidad, Actitud) precisos.Clasificación de sistemas de navegación inercial MEMSDespués de más de 30 años de desarrollo, la tecnología inercial MEMS ha avanzado rápidamente y ha tenido una amplia aplicación. Han surgido varios dispositivos inerciales MEMS prácticos y MEMS INS, que han encontrado un amplio uso en campos como las industrias aeroespacial, marítima y automotriz. Los giroscopios MEMS de grado táctico (con una estabilidad de polarización de 0,1°/h a 10°/h, 1σ) y los acelerómetros MEMS de alta precisión (con una estabilidad de polarización de 10⁻⁵g a 10⁻⁶g, 1σ) han marcado la entrada de la tecnología táctica. calificar MEMS INS en la etapa de aplicación del modelo.Generalmente, los sistemas inerciales MEMS se pueden clasificar en tres niveles: Conjunto de sensores inerciales (ISA), Unidad de medición inercial (IMU) y Sistema de navegación inercial (INS), como se ilustra en la Figura 1.Fig.1 Tres niveles de Mems Ins (2)MEMS ISA: Compuesto únicamente por tres giroscopios MEMS y tres acelerómetros MEMS, carece de la capacidad de operar de forma independiente.MEMS IMU: se basa en MEMS ISA agregando convertidores A/D, chips de procesamiento matemático y programas específicos, lo que le permite recopilar y procesar información inercial de forma independiente.MEMS INS: amplía aún más MEMS IMU incorporando transformación de coordenadas, procesos de filtrado y módulos auxiliares, que normalmente incluyen magnetómetros y placas receptoras GNSS. Los sensores auxiliares, como los magnetómetros, son particularmente importantes para ayudar a alinear MEMS INS y mejorar el rendimiento.Los tres modelos MEMS INS (Micro-Magic Inc-Mechanical System Inertial Navigation System) recientemente lanzados por Ericco, que se muestran en la imagen a continuación, son adecuados para aplicaciones en drones, registradores de vuelo, vehículos inteligentes no tripulados, posicionamiento y orientación de carreteras, detección de canales, vehículos de superficie no tripulados y vehículos submarinos.Fig.2 Los tres modelos Mems Ins recientemente lanzados por EriccoCómo funciona MEMS INS asistido por GNSSGNSS proporciona a los usuarios información de posición y hora absoluta de alta precisión y para todo clima, mientras que los sistemas de navegación inercial (INS) ofrecen alta resolución a corto plazo y gran autonomía. Sus características complementarias mejoran el rendimiento general: el INS puede aprovechar su alta precisión a corto plazo para proporcionar al GNSS información de navegación más continua y completa, mientras que el GNSS puede ayudar a estimar parámetros de error del INS como el sesgo, obteniendo así observaciones más precisas y reduciendo la deriva del INS.Fig.3 Tres niveles de Mems InsEspecíficamente, GNSS utiliza señales de satélites en órbita para calcular la posición, el tiempo y la velocidad. Siempre que la antena tenga una conexión de línea de visión con al menos cuatro satélites, la navegación GNSS logra una precisión excelente. Cuando la visibilidad del satélite se ve obstruida por obstáculos como árboles o edificios, la navegación se vuelve poco fiable o imposible.INS calcula los cambios de posición relativa a lo largo del tiempo utilizando información de velocidad angular y aceleración de la unidad de medición inercial (IMU). La IMU consta de seis sensores complementarios dispuestos en tres ejes ortogonales. Cada eje tiene un acelerómetro y un giroscopio. Los acelerómetros miden la aceleración lineal, mientras que los giroscopios miden la velocidad de rotación. Con estos sensores, la IMU puede medir con precisión su movimiento relativo en el espacio 3D.INS utiliza estas medidas para calcular la posición y la velocidad. Otra ventaja de las mediciones IMU es que proporcionan soluciones angulares alrededor de los tres ejes. INS convierte estas soluciones angulares en actitudes locales (alabeo, cabeceo y guiñada), proporcionando estos datos junto con la posición y la velocidad.Fig.4 Sistema de coordenadas corporales de la unidad de medida inercialReal-Time Kinematic (RTK) es un algoritmo maduro de posicionamiento de alta precisión de GNSS, capaz de lograr una precisión de nivel centimétrico en entornos abiertos. Sin embargo, en entornos urbanos complejos, las obstrucciones de la señal y las interferencias reducen la tasa de fijación de ambigüedades, lo que lleva a una disminución de la capacidad de posicionamiento. Por lo tanto, la investigación de los sistemas de posicionamiento integrados GNSS RTK e INS es crucial para campos como la navegación autónoma, la topografía y la cartografía y el análisis de movimiento.El I3500, recientemente lanzado por Micro-Magic Inc, es un MEMS INS rentable con ayuda de GNSS con una IMU MEMS altamente confiable y un módulo satelital direccional y de posicionamiento de banda completa de sistema completo de doble antena. También integra magnetómetros y un barómetro, que pueden calcular el tamaño del ángulo de actitud y ayudar al dron a navegar hasta la altitud deseada.ConclusiónLa integración de los sistemas de navegación inercial (INS) MEMS con la tecnología GNSS mejora significativamente la precisión de la navegación al combinar sus puntos fuertes. MEMS INS, con su rápido avance, ahora se usa ampliamente en las industrias aeroespacial, marítima y automotriz. GNSS proporciona un posicionamiento preciso, mientras que MEMS INS garantiza una navegación continua, incluso durante interrupciones del GNSS.El I3500 de Micro-Magic Inc ejemplifica esta integración, ofreciendo datos de navegación de alta precisión, ideales para navegación autónoma, topografía y análisis de movimiento.En resumen, la integración de GNSS y MEMS INS revoluciona la navegación al mejorar la precisión, la confiabilidad y la versatilidad en diversas aplicaciones. I3500Sistema de navegación inercial Mems Gyro I3500 de 3 ejes de alta precisión