حساب الموقع باستخدام بيانات الملاحة بالقصور الذاتي (IMU)
Jan 14, 2025
النقاط الرئيسيةالمنتج: نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS) القائم على وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU)الميزات الرئيسية:المكونات: يستخدم مقاييس التسارع والجيروسكوبات بتقنية MEMS للقياس في الوقت الحقيقي للتسارع والسرعة الزاوية.الوظيفة: دمج بيانات الموقع والاتجاه الأولية مع قياسات وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) لحساب الموقع والاتجاه في الوقت الفعلي.التطبيقات: مثالية للملاحة الداخلية، والفضاء، والأنظمة المستقلة، والروبوتات.التحديات: معالجة أخطاء المستشعر، والانحراف التراكمي، وتأثيرات البيئة الديناميكية باستخدام أساليب المعايرة والترشيح.الخلاصة: يوفر تحديد المواقع بدقة في البيئات الصعبة، مع أداء قوي عند دمجه مع أنظمة تحديد المواقع المساعدة مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). يُعدّ حساب الموقع باستخدام بيانات القصور الذاتي (IMU) تقنية شائعة لتحديد المواقع. تعتمد هذه التقنية على حساب موقع الجسم المستهدف في الوقت الفعلي باستخدام معلومات التسارع والسرعة الزاوية التي توفرها وحدة قياس القصور الذاتي (IMU)، بالإضافة إلى معلومات الموقع والاتجاه الأولية. ستتناول هذه المقالة مبادئ حساب الموقع باستخدام بيانات الملاحة بالقصور الذاتي، وسيناريوهات التطبيق، وبعض التحديات التقنية ذات الصلة.1. مبدأ حساب الموقع بناءً على بيانات الملاحة بالقصور الذاتي البحتةيُعد حساب الموقع باستخدام بيانات الملاحة بالقصور الذاتي طريقة لتحديد المواقع تعتمد على مبدأ القياس بالقصور الذاتي. وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) عبارة عن مستشعر يدمج مقياس تسارع وجيروسكوب. ومن خلال قياس تسارع وسرعة دوران الجسم المستهدف في ثلاثة اتجاهات، يمكن استخلاص معلومات الموقع والاتجاه.في حساب الموقع باستخدام بيانات الملاحة بالقصور الذاتي، من الضروري أولاً الحصول على معلومات الموقع والاتجاه الأوليين للجسم المستهدف. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام مستشعرات أخرى (مثل نظام تحديد المواقع العالمي GPS والبوصلة وغيرها) أو عن طريق المعايرة اليدوية. تلعب معلومات الموقع والاتجاه الأوليين دورًا هامًا في عملية الحل، إذ توفر نقطة انطلاق لتحويل بيانات التسارع والسرعة الزاوية المقاسة بواسطة وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) إلى تغيرات فعلية في الإزاحة والاتجاه للجسم المستهدف.بعد ذلك، وبناءً على بيانات التسارع والسرعة الزاوية المقاسة بواسطة وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU)، بالإضافة إلى معلومات الموقع والاتجاه الأوليين، يمكن استخدام خوارزميات التكامل العددي أو الترشيح لحساب موقع الجسم المستهدف في الوقت الفعلي. تعتمد طريقة التكامل العددي على تجزئة بيانات التسارع والسرعة الزاوية وتكاملها للحصول على سرعة الجسم المستهدف وإزاحته. أما خوارزمية الترشيح فتستخدم أساليب مثل ترشيح كالمان أو ترشيح كالمان الموسع لتصفية البيانات المقاسة بواسطة وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) بهدف الحصول على تقدير لموقع الجسم المستهدف واتجاهه.2. سيناريوهات تطبيق حساب موقع بيانات الملاحة بالقصور الذاتي البحتيُستخدم حساب الموقع باستخدام بيانات الملاحة بالقصور الذاتي فقط على نطاق واسع في العديد من المجالات. ومن بينها، تُعدّ الملاحة الداخلية أحد التطبيقات النموذجية لحساب الموقع باستخدام بيانات الملاحة بالقصور الذاتي فقط. ففي البيئات الداخلية، عادةً ما تكون إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) غير متاحة، ويمكن لحساب الموقع باستخدام بيانات الملاحة بالقصور الذاتي فقط الاستفادة من البيانات المقاسة بواسطة وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) لتحقيق تحديد دقيق لموقع الأجسام المستهدفة داخل المباني. وهذا ذو أهمية بالغة في مجالات مثل القيادة الذاتية وروبوتات الملاحة الداخلية.يمكن استخدام حساب الموقع باستخدام بيانات الملاحة بالقصور الذاتي فقط في مجال الطيران والفضاء. ففي الطائرات، ونظرًا لاحتمالية تداخل إشارة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على ارتفاعات عالية أو بعيدًا عن سطح الأرض، يُمكن استخدام حساب الموقع باستخدام بيانات الملاحة بالقصور الذاتي فقط كطريقة احتياطية لتحديد الموقع. إذ يُمكنه حساب موقع الطائرة واتجاهها في الوقت الفعلي من خلال البيانات التي يقيسها جهاز القياس بالقصور الذاتي (IMU)، وتزويد نظام التحكم في الطيران بها لتحقيق استقرار الاتجاه وتخطيط مسار الرحلة.3. تحديات حساب الموقع باستخدام بيانات الملاحة بالقصور الذاتي البحتةلا تزال حسابات الموقع القائمة على بيانات الملاحة بالقصور الذاتي البحتة تواجه بعض التحديات في التطبيقات العملية. أولًا، يحتوي مستشعر وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) نفسه على أخطاء وتشويش، مما يؤثر على دقة تحديد الموقع. ولتحسين دقة الحل، يلزم معايرة مستشعر وحدة القياس بالقصور الذاتي وتعويض الأخطاء، كما تُستخدم خوارزمية ترشيح مناسبة لتقليل الخطأ.يُعدّ حساب الموقع بالاعتماد على بيانات الملاحة بالقصور الذاتي فقط عرضةً للأخطاء التراكمية أثناء التحركات طويلة الأمد. ونظرًا لخصائص عملية التكامل، فحتى مع دقة قياس مستشعر وحدة القياس بالقصور الذاتي العالية، سيؤدي التكامل طويل الأمد إلى تراكم أخطاء تحديد الموقع. ولحل هذه المشكلة، يمكن استخدام وسائل تحديد موقع أخرى (مثل نظام تحديد المواقع العالمي GPS، والمستشعرات البصرية، وما إلى ذلك) لتحديد الموقع بشكل مساعد، أو يمكن استخدام طريقة ملاحة بالقصور الذاتي متكاملة بإحكام.يتطلب حساب الموقع باستخدام بيانات الملاحة بالقصور الذاتي فقط مراعاة تأثير البيئة الديناميكية. ففي البيئة الديناميكية، قد يتأثر الجسم المستهدف بقوى خارجية، مما يُسبب انحرافات في البيانات المقاسة بواسطة وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU). ولتحسين دقة الحل، يمكن تعويض تأثيرات البيئات الديناميكية من خلال طرق مثل تقدير الحركة والمعايرة الديناميكية.لخصيُعد حساب الموقع باستخدام بيانات القصور الذاتي البحتة طريقةً لتحديد المواقع تعتمد على قياسات وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU). فمن خلال جمع بيانات التسارع والسرعة الزاوية، بالإضافة إلى معلومات الموقع والاتجاه الأوليين، يتم حساب موقع واتجاه الجسم المستهدف في الوقت الفعلي. ولها تطبيقات واسعة في الملاحة الداخلية والفضاء وغيرها من المجالات. مع ذلك، يواجه حساب الموقع باستخدام بيانات الملاحة بالقصور الذاتي البحتة تحدياتٍ مثل خطأ المعايرة والخطأ التراكمي والبيئة الديناميكية. ولتحسين دقة الحل وقوته، يلزم اعتماد طرق معايرة مناسبة وخوارزميات ترشيح وطرق تحديد مواقع مساعدة. تتميز وحدات القياس بالقصور الذاتي MEMS التي طورتها شركة Micro-Magic Inc بدقة عالية نسبيًا، مثل UF300A وUF300B، وهما منتجات عالية الدقة ومخصصة للملاحة. لمزيد من المعلومات حول وحدات القياس بالقصور الذاتي، يُرجى التواصل مع فنيينا المختصين في أقرب وقت. UF300وحدة قياس القصور الذاتي المصغرة عالية الدقة، وحدة قياس القصور الذاتي بالألياف الضوئية -