في تصميم أنظمة الملاحة والتحكم، نظام مرجعي للوضع والاتجاه (AHRS) و نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS) هما وحدتان تقنيتان رئيسيتان. على الرغم من أنهما مبنيتان على وحدات القياس بالقصور الذاتي (IMUs)تختلف طرق المعالجة ونتائج الإخراج ونطاقات التطبيق الخاصة بها اختلافًا جوهريًا.
ستقارن هذه المقالة بين نظامي AHRS وINS بعمق من حيث تكوين النظام، وخوارزمية دمج المستشعرات، والنموذج الرياضي، وتحليل مصدر الخطأ، والتطبيقات النموذجية، وذلك لتوفير الدعم النظري والتطبيقي للممارسة الهندسية والبحث.
تتكون أنظمة AHRS عادةً من ثلاثة أنواع من أجهزة الاستشعار: الجيروسكوبات ثلاثية المحاور (أجهزة استشعار معدل الدوران الزاوي)؛ مقاييس التسارع ثلاثية المحاور (أجهزة استشعار التسارع الخطي)؛ مقاييس المغناطيسية ثلاثية المحاور (أجهزة استشعار المجال المغناطيسي للأرض).
يتم دمج هذه البيانات من خلال خوارزمية ترشيح لتقدير الوضع ثلاثي الأبعاد الحالي (المعبر عنه بزوايا أويلر أو الرباعيات).
تتكون أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي عادةً من وحدة قياس القصور الذاتي (جيروسكوب + مقياس تسارع)، وتُحقق وظائف الملاحة من خلال الحساب التكاملي:
قم بتكامل التسارع للحصول على السرعة، ثم قم بالتكامل للحصول على الموضع؛
قم بتكامل السرعة الزاوية لحساب تغيرات الوضع.
يمكن دمج نظام الملاحة بالقصور الذاتي في "نظام الملاحة المستقل" لتحقيق تحديد المواقع المستمر لفترة زمنية معينة حتى في بيئة لا يتوفر فيها نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).
افترض أن السرعة الزاوية على المحاور الثلاثة هي
باستخدام الكواتيرنيون
يمثل هذا الوضع، وبالتالي فإن صيغة تحديث الوضع هي كما يلي:
بالإضافة إلى مقياس المغناطيسية ومقياس التسارع، يتم تحقيق تصحيح خطأ الوضع من خلال الترشيح التكميلي أو ترشيح كالمان الموسع (EKF).
مخطط توضيحي لصيغة تصحيح خطأ الوضع (الترشيح التكميلي):
جوهر نظام الملاحة بالقصور الذاتي هو دمج التسارع مرتين:
حساب السرعة:
حساب الموقع:
بما أن بيانات وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) تحتوي على ضوضاء وتحيز، فإن عملية التكامل ستؤدي إلى تراكم الأخطاء (الانحراف):
ولتحقيق هذه الغاية، غالباً ما يتم دمج نظام الملاحة بالقصور الذاتي مع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أو الرؤية أو النطاق العريض للغاية (UWB) للحد من انحراف الخطأ.
| مصدر الخطأ | نظام AHRS | INS |
|---|---|---|
| انحياز الجيروسكوب | يُسبب انحرافًا بطيئًا في الوضعية، ويمكن تصحيحه باستخدام مقياس المغناطيسية. | يتراكم ذلك ليؤدي إلى انحراف كبير في الوضعية والسرعة والموقع |
| خطأ مقياس التسارع | يؤثر على تقدير اتجاه الجاذبية | يؤثر بشدة على تقدير الموقع؛ وتنمو الأخطاء طويلة الأجل بشكل تربيعي |
| تداخل مقياس المغناطيسية | تقدير تأثير الانحراف (الاتجاه) | غير متأثر بشكل عام (لم يتم استخدام مقياس مغناطيسي) |
| خطأ التكامل العددي | تكامل من الدرجة الأولى مع أخطاء يمكن التحكم بها | يؤدي التكامل من الدرجة الثانية إلى أخطاء كبيرة |
| متانة الخوارزمية | خوارزميات فصل الوضعية الناضجة (عالية) | متوسط الصعوبة؛ يتطلب ترشيحًا قويًا ونمذجة للأخطاء. يدعم |
| نوع الخوارزمية | الاستخدام النموذجي في أنظمة AHRS | الاستخدام النموذجي في نظام التأمين الوطني |
|---|---|---|
| الترشيح التكميلي | دمج سريع للبيانات المتعلقة بالوضع للأجهزة ذات القدرة الحاسوبية المنخفضة | نادر الاستخدام (دقة غير كافية) |
| مرشح كالمان (EKF) | يدمج الجيروسكوب ومقياس التسارع ومقياس المغناطيسية لتصحيح الأخطاء | يدمج الجيروسكوب ومقياس التسارع والمراجع الخارجية (مثل نظام تحديد المواقع العالمي GPS) |
| تحديث السرعة الصفرية (ZUPT) | غير مستخدم | يُستخدم عادةً في توجيه المشاة لتقليل الانحراف |
| نظام الملاحة البصرية بالقصور الذاتي/SLAM | غير قابل للتطبيق | بالإضافة إلى أجهزة الاستشعار البصرية لتحسين دقة الملاحة |
| طلب | نظام AHRS | INS |
|---|---|---|
| طائرات بدون طيار صغيرة | ✅ للتحكم في وضعية الطائرة وتقدير اتجاهها | ✅ يُستخدم لتخطيط المسار أو في البيئات التي لا تتوفر فيها إشارة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). |
| سماعات الواقع الافتراضي/المعزز | ✅ يوفر خاصية تتبع اتجاه الرأس | ❌ غير مطلوب (دقة تحديد الموقع غير ضرورية) |
| المركبات ذاتية القيادة | ❌ الموقف وحده لا يكفي للتنقل | ✅ ضروري لمطابقة الخرائط بدقة عالية والملاحة التقديرية في المناطق التي لا تتوفر فيها خدمة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). |
| توجيه الصواريخ | ❌ دقة غير كافية للاستخدام المستقل | ✅ يلزم وجود نظام الملاحة بالقصور الذاتي عالي الدقة في البيئات الديناميكية العالية |
| تحت الأرض/تحت الماء | ❌ فشل مقياس المغناطيسية في مثل هذه البيئات | ✅ يتكامل مع السونار/النطاق العريض للغاية للملاحة الدقيقة |
A5000 – مستشعر وضعية AHRS عالي الدقة بتقنية MEMS
A5000 عبارة عن نظام متكامل للغاية مخرج رقمي عالي الدقة لنظام تحديد المواقع العالمي (AHRS) (نظام مرجعي للوضع والاتجاه). تشمل سماته الأساسية ما يلي:
مقياس تسارع ثلاثي المحاور عالي الدقة مدمج، الجيروسكوب ومقياس المغناطيسية
يستخدم مرشح كالمان ذو 6 حالات للمستشعر دمج البيانات لتعزيز متانة تقدير الوضعية
تشمل المخرجات زاوية الاتجاه (الانحراف)، زاوية الميل (الميل)، زاوية الدوران (الدوران) ومعلومات السرعة الزاوية والتسارع
مناسب لسيناريوهات إدراك المواقف مثل الطائرات بدون طيار، والروبوتات، ومركبات التعدين، والمركبات الموجهة آلياً، ومعدات الأتمتة الزراعية، إلخ.
تصميم مصغرمناسب للتطبيقات ذات المساحة المحدودة
I3700 – نظام الملاحة بالقصور الذاتي كامل الميزات (INS)
في المقابل، فإن I3700 هو نظام الملاحة بالقصور الذاتي لتطبيقات الملاحة الذاتية عالية الديناميكية، تتضمن وحدة قياس القصور الذاتي عالية الأداء وتدعم دمج الإشارات الخارجية (مثل نظام تحديد المواقع العالمي GPS). تشمل ميزاتها الرئيسية ما يلي:
الناتج زاوية الوضع + السرعة + الموقع ثلاثي الأبعاددعم الملاحة طويلة المدى
مناسب للسيناريوهات التي تتطلب قدرات ملاحة ذاتية كاملة، مثل المناجم تحت الأرض، والبيئات الخالية من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، والزراعة الدقيقة، أو الأنظمة البحرية غير المأهولة.
يدعم واجهات بيانات متعددة، متوافق مع أنظمة دمج SLAM و GPS و UWB
بفضل وحدة معالجة الإشارات الرقمية القوية، يتميز بثبات ممتاز وقدرات تحكم في الانحراف على المدى الطويل
Xml سياسة الخصوصية المدونة خريطة الموقع
حقوق النشر
@ شركة مايكرو ماجيك كل الحقوق محفوظة.
دعم الشبكة
بالعربية
