التطبيقات

النقاط الرئيسيةالمنتج: نظام MEMS GNSS/INS من شركة Micro-Magic Inc، بما في ذلك الطراز I3500 لتطبيقات رسم الخرائط.سمات:الحجم: صغير الحجم وخفيف الوزن لسهولة التكاملالدقة: 2.5 درجة/ساعة عدم استقرار متحيز، 0.028 درجة/√ساعة مشي عشوائي زاويمقياس تسارع MEMS: نطاق ±6 جرام، عدم استقرار متحيز

النقاط الرئيسيةالمنتج: حلول الملاحة المتكاملة GNSS/INSالميزات الرئيسية:المكونات: يتضمن النظام المتكامل جهاز استقبال GNSS، ووحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU)، وأجهزة استشعار اختيارية مثل LiDAR أو عدادات المسافات.الوظيفة: يحافظ على الدقة والثبات أثناء فقدان إشارة GNSS باستخدام أجهزة استشعار إضافية أو قيود حالة الحركة مثل ZUPT.التطبيقات: مثالي للملاحة الحضرية، والتعدين، وقطع الأشجار، والبيئات الأخرى التي تحتوي على عوائق محتملة للإشارة.التنقل بالقصور الذاتي: يستخدم الجيروسكوبات ومقاييس التسارع لقياس الموقع والسرعة والتسارع.الاستنتاج: يتطور تصميم النظام المتكامل، مع حلول تعزز المتانة في البيئات الصعبة مع الموازنة بين التكلفة والتعقيد.في نظام الملاحة المتكامل GNSS/INS، تلعب قياسات GNSS دورًا حاسمًا في تصحيح INS. ولذلك فإن الأداء السليم للنظام المتكامل يعتمد على استمرارية واستقرار إشارات الأقمار الصناعية. ومع ذلك، عندما يعمل النظام تحت الجسور أو مظلات الأشجار أو داخل المباني الحضرية، يمكن بسهولة إعاقة إشارات الأقمار الصناعية أو التداخل معها، مما قد يؤدي إلى فقدان القفل في جهاز استقبال GNSS. وتناقش هذه المقالة الحلول للحفاظ على الدقة والاستقرار أنظمة الملاحة المتكاملة GNSS/INS عند فقدان إشارات الأقمار الصناعية.عندما تكون إشارة القمر الصناعي غير متاحة لفترة طويلة، يؤدي عدم وجود تصحيحات GNSS إلى تراكم أخطاء INS بسرعة، خاصة في الأنظمة ذات وحدات قياس القصور الذاتي ذات الدقة المنخفضة. وتؤدي هذه المشكلة إلى تراجع دقة واستقرار واستمرارية تشغيل النظام المتكامل. وبالتالي، فمن الضروري معالجة هذه المشكلة لتعزيز قوة النظام المتكامل في مثل هذه البيئات المعقدة.1. حلان رئيسيان لمعالجة فقدان إشارة GNSS/INSيوجد حاليًا حلان رئيسيان لمعالجة سيناريو فقدان إشارة القمر الصناعي.الحل 1: دمج أجهزة الاستشعار الإضافيةمن ناحية، يمكن دمج أجهزة استشعار إضافية في نظام GNSS/INS الحالي، مثل عدادات المسافات، وLiDAR، وأجهزة الاستشعار الفلكية، وأجهزة الاستشعار البصرية. وبالتالي، عندما يؤدي فقدان إشارة القمر الصناعي إلى عدم توفر نظام GNSS، يمكن لأجهزة الاستشعار المضافة حديثًا توفير معلومات القياس وتشكيل نظام متكامل جديد مع INS لمنع تراكم أخطاء INS. تتضمن مشكلات هذا النهج زيادة تكاليف النظام بسبب أجهزة الاستشعار الإضافية وتعقيد التصميم المحتمل إذا كانت أجهزة الاستشعار الجديدة تتطلب نماذج تصفية معقدة.الشكل 1 نظرة عامة على نظام الملاحة المتكامل GNSS IMU ODO LiDAR SLAM.الحل 2: تقنية ZUPTمن ناحية أخرى، يمكن إنشاء نموذج تحديد المواقع مع قيود حالة الحركة بناءً على خصائص حركة السيارة. ولا تتطلب هذه الطريقة إضافة أجهزة استشعار جديدة إلى النظام المتكامل الحالي، وبالتالي تجنب التكاليف الإضافية. عندما لا يكون GNSS متاحًا، يتم توفير معلومات القياس الجديدة من خلال قيود حالة الحركة لقمع انحراف INS. على سبيل المثال، عندما تكون السيارة ثابتة، يمكن تطبيق تقنية التحديث الصفري السرعة (ZUPT) لمنع تراكم أخطاء INS.ZUPT هي طريقة منخفضة التكلفة وشائعة الاستخدام للتخفيف من تباعد INS. عندما تكون السيارة متوقفة، يجب أن تكون سرعة السيارة صفرًا نظريًا. ومع ذلك، نظرًا لتراكم أخطاء INS بمرور الوقت، فإن سرعة الإخراج ليست صفرًا، لذلك يمكن استخدام سرعة إخراج INS كمقياس لخطأ السرعة. وبالتالي، استنادًا إلى القيد المتمثل في أن سرعة السيارة صفر، يمكن إنشاء معادلة قياس مقابلة، مما يوفر معلومات القياس للنظام المتكامل ويمنع تراكم أخطاء INS.الشكل 2. المخطط الانسيابي لخوارزمية GNSSIMU المستندة إلى ZUPT المقترنة بإحكام مع CERAV.ومع ذلك، فإن تطبيق ZUPT يتطلب أن تكون السيارة ثابتة، مما يجعلها تقنية تحديث ثابتة للسرعة صفر ولا يمكنها توفير معلومات القياس أثناء المناورات العادية للمركبة. وفي التطبيقات العملية، يتطلب ذلك توقف السيارة بشكل متكرر من حالة الحركة، مما يقلل من قدرتها على المناورة. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب ZUPT الكشف الدقيق عن اللحظات الثابتة للمركبة. إذا فشل الاكتشاف، فقد يتم تقديم معلومات قياس غير صحيحة، مما قد يؤدي إلى فشل هذه الطريقة وحتى التسبب في انخفاض دقة النظام المتكامل أو اختلافها.خاتمةيمكن أن يؤدي فقدان إشارات الأقمار الصناعية إلى تراكم الأخطاء بسرعة في نظام INS، خاصة في البيئات المعقدة مثل المناطق الحضرية. يتم تقديم حلين رئيسيين: إضافة أجهزة استشعار إضافية، مثل LiDAR أو أجهزة الاستشعار المرئية، لتوفير قياسات بديلة، أو استخدام قيود حالة الحركة مثل تقنية Zero-Velocity Update (ZUPT) لتصحيح أخطاء INS. ولكل نهج مزاياه وتحدياته الخاصة، حيث يؤدي تكامل أجهزة الاستشعار إلى زيادة التكاليف والتعقيد، بينما يتطلب ZUPT أن تكون السيارة ثابتة ويتم اكتشافها بدقة لتكون فعالة.تعد شركة Micro-Magic Inc في طليعة تكنولوجيا الملاحة بالقصور الذاتي وقد قدمت مؤخرًا ثلاثة منتجات MEMS INS بمساعدة GNSS بمستويات مختلفة من الدقة (المستوى الصناعي والمستوى التكتيكي ومستوى الملاحة). ومن الجدير بالذكر أن المستوى الصناعي MEMS GNSS/INS I3500 يتميز بعدم استقرار متحيز قدره 2.5 درجة/ساعة وسير عشوائي زاوي قدره 0.028 درجة/√ساعة، إلى جانب مقياس تسارع MEMS عالي الدقة مع نطاق كبير (±6 جرام، عدم استقرار متحيز صفر).

النقاط الرئيسيةالمنتج: نظام الملاحة المتكامل GNSS/MEMS INSالميزات الرئيسية:المكونات: يجمع بين أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي MEMS وأجهزة استقبال GNSS لتعزيز قدرات الملاحة.الوظيفة: توفر تحديثات عالية التردد ومعلومات دقيقة عن الموقع والسرعة والموقف من خلال دمج البيانات بالقصور الذاتي مع تصحيحات GNSS.التطبيقات: مثالية للطائرات بدون طيار، ومسجلات الطيران، والمركبات الذكية بدون طيار، والمركبات تحت الماء.دمج البيانات: يستخدم تصفية Kalman لدمج بيانات GNSS مع بيانات MEMS INS، وتصحيح الأخطاء المتراكمة وتحسين الدقة الإجمالية.الاستنتاج: يستفيد هذا النظام المتكامل من نقاط القوة في كلتا التقنيتين لتعزيز أداء الملاحة وموثوقيتها، مع تطبيقات واسعة النطاق عبر مختلف الصناعات.مع تطور أجهزة القصور الذاتي MEMS، تحسنت دقة جيروسكوبات MEMS ومقاييس تسارع MEMS تدريجيًا، مما أدى إلى تقدم سريع في تطبيق ممس الإضافية. ومع ذلك، فإن التعزيز في دقة أجهزة MEMS بالقصور الذاتي لم يكن كافيًا لتلبية متطلبات الدقة العالية المتزايدة لـ MEMS INS. وبالتالي، أصبح تحسين دقة MEMS INS من خلال خوارزميات تعويض الأخطاء وغيرها من الأساليب محورًا لأبحاث MEMS INS.لتعزيز أداء MEMS INS، اكتشف الباحثون طرقًا مختلفة لتقليل الأخطاء في هذه الأنظمة. هناك أربعة طرق رئيسية لتقليل أخطاء MEMS INS:معايرة وتعويض معلمات خطأ المستشعر: يتضمن ذلك استخدام النمذجة الرياضية والأدوات التجريبية لتحفيز أخطاء المستشعر، ومعايرة الأخطاء الحتمية بشكل منهجي على مستوى النظام، ومن ثم تعويض هذه الأخطاء من خلال خوارزميات التنقل بالقصور الذاتي لتحسين الأداء العام.تقنية تعديل الدوران: من خلال تطبيق مخططات تعديل الدوران المناسبة، يمكن تغيير أخطاء المستشعر بشكل دوري دون الاعتماد على مصادر معلومات خارجية. يعمل هذا التعويض التلقائي للأخطاء في خوارزمية التنقل على منع تأثير أخطاء المستشعر على MEMS INS.تقنية تكرار الأجهزة بالقصور الذاتي: نظرًا لانخفاض تكلفة أجهزة استشعار القصور الذاتي MEMS، يمكن تنفيذ تصميمات التكرار. يمكن للتكرار في أجهزة الاستشعار أن يقلل بشكل فعال من تأثير الأخطاء العشوائية على MEMS INS، وبالتالي تحسين الأداء.دمج مصادر المعلومات الخارجية: استخدام تصفية كالمان للتنقل المتكامل لمنع تراكم أخطاء MEMS INS.ستقدم هذه المقالة أيضًا الطريقة الرابعة، وهي نموذج الملاحة المتكامل الأكثر عملية والأكثر بحثًا على نطاق واسع - نظام الملاحة المتكامل GNSS/MEMS INS.أسباب استخدام GNSS لمساعدة MEMS INSMEMS INS هو نوع من نظام الحساب الميت الذي يقيس الحالة النسبية من لحظة أخذ العينات السابقة إلى لحظة أخذ العينات الحالية. ولا يعتمد على الإشارات الصوتية أو الضوئية أو الكهربائية للقياس، مما يجعله شديد المقاومة للتدخل الخارجي والخداع. إن استقلاليته وموثوقيته تجعله نظام ملاحة أساسي لمختلف شركات النقل مثل الطائرات والسفن والمركبات. يسرد الشكل 1 أداء INS بدرجات مختلفة.الشكل 1: أداء INS بدرجات مختلفة.يوفر نظام MEMS INS معدل تحديث عاليًا ويمكنه إخراج معلومات الحالة الشاملة، بما في ذلك الموقع والسرعة والموقف والسرعة الزاوية والتسارع، مع دقة تنقل عالية على المدى القصير. ومع ذلك، يتطلب نظام MEMS INS مصادر معلومات إضافية لتهيئة الموقع والسرعة والموقف، ويتراكم خطأ الملاحة بالقصور الذاتي مع مرور الوقت، لا سيما في نظام INS التكتيكي والتجاري.يمكن لمجموعة GNSS/MEMS INS تحقيق المزايا التكميلية لكلا النظامين: توفر GNSS دقة مستقرة طويلة المدى ويمكن أن تقدم قيمًا أولية للموضع والسرعة، وتصحيح الأخطاء المتراكمة في MEMS INS من خلال التصفية. وفي الوقت نفسه، يمكن لـ MEMS INS تحسين معدل تحديث مخرجات الملاحة GNSS، وإثراء أنواع مخرجات معلومات الحالة، والمساعدة في اكتشاف أخطاء مراقبة GNSS والقضاء عليها.النموذج الأساسي للملاحة المتكاملة GNSS/MEMS INSيعكس النموذج الأساسي لتكامل GNSS/MEMS INS العلاقة الوظيفية بين المعلومات المرصودة من أجهزة الاستشعار (IMU وأجهزة الاستقبال) ومعلمات الملاحة الحاملة (الموقع والسرعة والموقف)، بالإضافة إلى الأنواع والنماذج العشوائية لأخطاء قياس أجهزة الاستشعار. . ويجب وصف معلمات الملاحة الخاصة بالناقل في نظام إحداثي مرجعي محدد.الشكل 2 النموذج الأساسي للملاحة المتكاملة Gnssmems Insتتضمن مشاكل الملاحة عادةً نظامين إحداثيين أو أكثر: تقيس أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي حركة الحامل بالنسبة إلى الفضاء بالقصور الذاتي، في حين يتم وصف معلمات الملاحة للحامل (الموقع والسرعة) عادةً في نظام إحداثيات ثابت على الأرض من أجل الفهم البديهي. تشتمل أنظمة الإحداثيات شائعة الاستخدام في الملاحة المتكاملة GNSS/INS على نظام الإحداثيات بالقصور الذاتي المتمركز حول الأرض، ونظام الإحداثيات الثابتة المتمحور حول الأرض، ونظام الإحداثيات الجغرافية المحلية، ونظام إحداثيات الجسم.حاليًا، نضجت خوارزميات تكامل GNSS/MEMS INS في التنقل المطلق، وظهرت العديد من المنتجات عالية الأداء في السوق. على سبيل المثال، تعد نماذج MEMS INS الثلاثة التي تم إطلاقها حديثًا من شركة Micro-Magic Inc، الموضحة في الصورة أدناه، مناسبة للتطبيقات في الطائرات بدون طيار، ومسجلات الطيران، والمركبات الذكية بدون طيار، وتحديد المواقع على الطريق والتوجيه، واكتشاف القنوات، والمركبات السطحية غير المأهولة، والمركبات تحت الماء. المركبات.الشكل 3: أنظمة GNSS/MEMS INS الثلاثة التي تم إطلاقها حديثًا بواسطة شركة Micro-Magic IncI3500نظام ملاحة بالقصور الذاتي ثلاثي المحاور Mems Gyro I3500 عالي الدقة I3700وحدة تعقب GPS الزراعية عالية الدقة استهلاك نظام الملاحة بالقصور الذاتي Mtk Rtk Gnss Rtk هوائي Rtk خوارزمية 

النقاط الرئيسيةالمنتج: نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS) ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS)الميزات الرئيسية:المكونات: يستخدم INS مقاييس التسارع والجيروسكوبات. يعتمد نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على إشارات الأقمار الصناعية.الوظيفة: يوفر نظام INS التنقل المستقل بدون إشارات خارجية؛ يوفر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) تحديدًا جغرافيًا دقيقًا مع تغطية عالمية.التطبيقات: INS مثالي تحت الماء وتحت الأرض والفضاء؛ يستخدم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في الملاحة الشخصية والعسكرية والتتبع.التكامل: يعمل الجمع بين INS وGPS على تحسين الدقة والموثوقية في البيئات المعقدة.الخلاصة: يعتمد الاختيار بين INS وGPS على احتياجات محددة، حيث تستفيد العديد من التطبيقات من تكاملهما للحصول على حلول ملاحية مثالية.بالنسبة للمركبات المعقدة مثل الطائرات والمركبات ذاتية القيادة والسفن والمركبات الفضائية والغواصات والطائرات بدون طيار، يعد وجود نظام دقيق للحفاظ على الحركة المثالية والتحكم فيها أمرًا ضروريًا. اثنان من أبرز أنظمة الملاحة المستخدمة اليوم هما نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS) ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS). يتمتع كلاهما بمزايا وتطبيقات فريدة، ولكن اختيار النظام الأفضل الذي يلبي احتياجاتك يعتمد على عدة عوامل. ستستكشف هذه المقالة الاختلافات ونقاط القوة وحالات الاستخدام المثالية لكل نظام لمساعدتك على اتخاذ قرار مستنير.فهم INS ونظام تحديد المواقعنظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS):يستطيع مكتشف الشمال MEMS توفير معلومات الوجهة للجسم المتحرك بطريقة مستقلة تمامًا، ويعمل دون الاعتماد على الأقمار الصناعية، ولا يتأثر بالمناخ، ولا يتطلب عمليات معقدة. فهو لا يوفر واجهة إخراج البيانات للكمبيوتر فحسب، بل يوفر أيضًا واجهة جيدة بين الإنسان والآلة.يتكون جهاز اكتشاف MEMS North بشكل أساسي من وحدة قياس القصور الذاتي (IMU) والجزء الخطي، ويظهر مخطط كتلة الأجهزة في الشكل 1. وتتكون وحدة قياس القصور الذاتي (IMU) من جيروسكوب وآلية دوارة. يتكون جزء الدائرة بشكل أساسي من أربع لوحات دوائر، بما في ذلك: لوحة الطاقة ولوحة التحكم ولوحة مضخم الطاقة ولوحة القاعدة. ويبين الجدول 1 مكونات نظام البحث عن الشمال.نظام تحديد المواقع العالمي (GPS):نظام تحديد المواقع العالمي هو نظام ملاحي قائم على الأقمار الصناعية يوفر معلومات عن الموقع الجغرافي والوقت لجهاز استقبال GPS في أي مكان على الأرض أو بالقرب منها حيث يوجد خط رؤية دون عائق لأربعة أو أكثر من أقمار GPS الصناعية. يتميز نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بالدقة العالية ويوفر معلومات مستمرة عن تحديد الموقع، مما يجعله مثاليًا لمجموعة واسعة من التطبيقات، بدءًا من الملاحة الشخصية وحتى العمليات العسكرية. ومع ذلك، يمكن إعاقة إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بسبب المباني أو الأشجار أو الظروف الجوية، مما يؤدي إلى عدم دقة محتملة.تُستخدم تقنية نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بشكل أساسي لبيانات الموقع ورسم الخرائط وتتبع الأجسام المتحركة والملاحة وتقديرات التوقيت والقياسات. ومع ذلك، تعتمد هذه المعلومات على اتصالات الأقمار الصناعية، وإذا لم يتمكن جهاز GPS من الاتصال بأربعة أقمار صناعية على الأقل، فإن البيانات المقدمة لن تكون كافية للوظائف التشغيلية الكاملة. نقاط القوة والضعفقوة INS:الاستقلالية: لا تعتمد على الإشارات الخارجية، مما يجعلها مفيدة في البيئات التي لا يتوفر فيها نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).الاستجابة الفورية: توفر تحديثات فورية حول الموقع والسرعة.المتانة: أقل عرضة للتشويش أو تداخل الإشارة.نقاط الضعف في INS:الانجراف: يمكن أن تؤدي الأخطاء المتراكمة إلى عدم الدقة مع مرور الوقت.التعقيد: بشكل عام أكثر تعقيدًا وتكلفة من أنظمة تحديد المواقع (GPS).الشكل 2 إيجابيات وسلبيات Ins وGnssنقاط قوة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS):الدقة: توفر معلومات دقيقة عن الموقع، غالبًا في نطاق بضعة أمتار.التغطية: تغطية عالمية مع تحديثات مستمرة.سهولة الاستخدام: متاحة على نطاق واسع وغير مكلفة نسبيا.نقاط قوة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS):اعتماد الإشارة: يتطلب وجود خط رؤية واضح للأقمار الصناعية، والذي يمكن إعاقته.الضعف: عرضة للتشويش والانتحال والتدخل.الجمع بين INS ونظام تحديد المواقعفي العديد من التطبيقات، يتم استخدام INS وGPS معًا للاستفادة من نقاط قوتهما التكميلية. من خلال دمج بيانات GPS مع INS، يمكن للنظام تصحيح انحراف INS وتوفير ملاحة أكثر موثوقية ودقة. ويعتبر هذا المزيج ذا قيمة خاصة في مجال الطيران، حيث يعد التنقل المستمر والدقيق أمرًا بالغ الأهمية، وفي المركبات ذاتية القيادة، حيث يعد تحديد المواقع القوي والدقيق أمرًا ضروريًا للتشغيل الآمن.مع التطور السريع للأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS)، تم تطوير أنظمة ملاحة متكاملة أصغر حجمًا وأكثر قابلية للحمل بمساعدة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، مثل النماذج الثلاثة لشركة Micro-Magic Inc بمستويات دقة مختلفة. من بينها، تم تجهيز نظام المسح والمستوى التكتيكي I6600 فائق الدقة بوحدة IMU قوية، قادرة على إخراج معلومات دقيقة للغاية عن الموقع والسرعة والموقف.خاتمةيعتمد الاختيار بين INS وGPS على احتياجاتك الخاصة والبيئة التي ستعمل فيها. إذا كنت بحاجة إلى نظام مستقل عن الإشارات الخارجية ويمكنه العمل في بيئات صعبة، فقد يكون INS هو الخيار الأفضل. ومع ذلك، إذا كنت بحاجة إلى معلومات دقيقة للغاية ومستمرة لتحديد المواقع مع تغطية عالمية، فمن المحتمل أن يكون نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) هو الخيار الأفضل. بالنسبة للعديد من التطبيقات، يمكن أن يوفر الجمع بين كلا النظامين الحل الأمثل، مما يضمن الموثوقية والدقة في التنقل.من خلال فهم نقاط القوة والقيود لكل نظام، يمكنك اتخاذ قرار مستنير واختيار نظام الملاحة الذي يلبي متطلباتك على أفضل وجه. I6700نظام الملاحة بالقصور الذاتي بمساعدة MEMS GNSS  

النقاط الرئيسيةالمنتج: I3500 MEMS-Aided GNSS INSالميزات الرئيسية:المكونات: MEMS IMU فعالة من حيث التكلفة، ووحدة تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية ذات الهوائي المزدوج، وأجهزة قياس المغناطيسية، ومقياس الضغط الجوي.الوظيفة: توفر بيانات ملاحية عالية الدقة، وتحافظ على الأداء أثناء انقطاع GNSS.التطبيقات: مناسبة للطائرات بدون طيار والملاحة المستقلة والمسح وتحليل الحركة.التنقل بالقصور الذاتي: يجمع بين قياسات القصور الذاتي للموقع والسرعة وحساب الموقف.الاستنتاج: يجسد I3500 التكامل بين MEMS INS و GNSS، مما يعزز موثوقية الملاحة ودقتها عبر مختلف القطاعات. يشير نظام الملاحة المتكامل MINS/GNSS إلى دمج المعلومات من كل من MINS (MEMS INS) وGNSS (النظام العالمي للملاحة عبر الأقمار الصناعية). يجمع هذا التكامل بين نقاط القوة في كلا النظامين ليكمل كل منهما الآخر ويحقق نتائج PVA دقيقة (الموقع والسرعة والموقف).تصنيف أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي MEMSبعد أكثر من 30 عامًا من التطوير، تطورت تقنية القصور الذاتي MEMS بسرعة وشهدت تطبيقًا واسع النطاق. ظهرت العديد من أجهزة القصور الذاتي MEMS العملية وMEMS INS، ووجدت استخدامًا واسع النطاق في مجالات مثل صناعات الطيران والبحرية والسيارات. إن جيروسكوبات MEMS التكتيكية (مع ثبات انحياز يتراوح من 0.1°/ساعة إلى 10°/ساعة، 1σ) ومقاييس تسارع MEMS عالية الدقة (مع ثبات انحياز يتراوح بين 10⁻⁵g إلى 10⁻⁶g، 1σ) قد ساهمت في دخول المجال التكتيكي- تصنيف MEMS INS في مرحلة تطبيق النموذج.بشكل عام، يمكن تصنيف أنظمة MEMS بالقصور الذاتي إلى ثلاثة مستويات: مجموعة أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي (ISA)، ووحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU)، ونظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS)، كما هو موضح في الشكل 1.الشكل 1: ثلاثة مستويات من Mems Ins (2)MEMS ISA: يتألف فقط من ثلاثة جيروسكوبات MEMS وثلاثة مقاييس تسارع MEMS، وهو يفتقر إلى القدرة على العمل بشكل مستقل.MEMS IMU: يعتمد على MEMS ISA عن طريق إضافة محولات A/D ورقاقات معالجة رياضية وبرامج محددة، مما يمكنه من جمع ومعالجة المعلومات بالقصور الذاتي بشكل مستقل.MEMS INS: يتوسع بشكل أكبر في MEMS IMU من خلال دمج تحويل الإحداثيات، وعمليات التصفية، والوحدات المساعدة، والتي تشمل عادةً مقاييس المغناطيسية ولوحات استقبال GNSS. تعتبر المستشعرات المساعدة مثل أجهزة قياس المغناطيسية ذات أهمية خاصة في مساعدة محاذاة MEMS INS وتحسين الأداء.تعد نماذج MEMS INS الثلاثة التي تم إطلاقها حديثًا (نظام الملاحة بالقصور الذاتي للنظام الميكانيكي Micro-Magic Inc) من شركة Ericco، والموضحة في الصورة أدناه، مناسبة للتطبيقات في الطائرات بدون طيار، ومسجلات الطيران، والمركبات الذكية بدون طيار، وتحديد المواقع على الطريق والتوجيه، واكتشاف القنوات، المركبات السطحية غير المأهولة، والمركبات تحت الماء.الشكل 2: نماذج Mems Ins الثلاثة التي تم إطلاقها حديثًا من شركة Ericcoكيف تعمل MEMS INS بمساعدة GNSSيوفر نظام GNSS للمستخدمين معلومات مطلقة عالية الدقة عن الموقع والوقت في جميع الأحوال الجوية، بينما توفر أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي (INS) دقة عالية على المدى القصير واستقلالية قوية. تعمل خصائصها التكميلية على تعزيز الأداء العام: يمكن لنظام INS الاستفادة من دقته العالية على المدى القصير لتزويد GNSS بمعلومات ملاحية أكثر استمرارية وكاملة، في حين يمكن أن يساعد GNSS في تقدير معلمات خطأ INS مثل التحيز، وبالتالي الحصول على ملاحظات أكثر دقة وتقليل انحراف INS.الشكل 3: ثلاثة مستويات من Mems Insعلى وجه التحديد، تستخدم GNSS إشارات من الأقمار الصناعية التي تدور حولها لحساب الموقع والوقت والسرعة. وطالما أن الهوائي لديه اتصال في خط البصر بأربعة أقمار صناعية على الأقل، فإن الملاحة عبر نظام GNSS تحقق دقة ممتازة. عندما يتم إعاقة رؤية الأقمار الصناعية بسبب عوائق مثل الأشجار أو المباني، تصبح الملاحة غير موثوقة أو مستحيلة.يقوم INS بحساب تغيرات الموضع النسبي مع مرور الوقت باستخدام معلومات المعدل الزاوي والتسارع من وحدة قياس القصور الذاتي (IMU). تتألف وحدة IMU من ستة أجهزة استشعار تكميلية مرتبة على ثلاثة محاور متعامدة. يحتوي كل محور على مقياس تسارع وجيروسكوب. تقيس مقاييس التسارع التسارع الخطي، بينما تقيس الجيروسكوبات معدل الدوران. باستخدام هذه المستشعرات، يمكن لوحدة IMU قياس حركتها النسبية بدقة في الفضاء ثلاثي الأبعاد.يستخدم INS هذه القياسات لحساب الموقع والسرعة. ميزة أخرى لقياسات IMU هي أنها توفر حلولاً زاوية حول المحاور الثلاثة. يقوم INS بتحويل هذه الحلول الزاوية إلى مواقف محلية (التدحرج، والميل، والانعراج)، مما يوفر هذه البيانات جنبًا إلى جنب مع الموقع والسرعة.الشكل 4: نظام إحداثيات الجسم لوحدة القياس بالقصور الذاتيتعد تقنية الحركة الحركية في الوقت الحقيقي (RTK) خوارزمية ناضجة عالية الدقة لتحديد المواقع لنظام GNSS، قادرة على تحقيق دقة على مستوى السنتيمتر في البيئات المفتوحة. ومع ذلك، في البيئات الحضرية المعقدة، تؤدي عوائق الإشارة وتداخلاتها إلى تقليل معدل تثبيت الغموض، مما يؤدي إلى انخفاض القدرة على تحديد المواقع. لذلك، يعد البحث عن أنظمة تحديد المواقع المتكاملة GNSS RTK وINS أمرًا بالغ الأهمية في مجالات مثل الملاحة المستقلة والمسح ورسم الخرائط وتحليل الحركة.I3500 الذي أطلقته شركة Micro-Magic Inc حديثًا هو عبارة عن نظام MEMS INS مدعوم من GNSS فعال من حيث التكلفة مع وحدة MEMS IMU الموثوقة للغاية ووحدة تحديد المواقع ذات النطاق الكامل للنظام الكامل والهوائي المزدوج ووحدة الأقمار الصناعية الاتجاهية. كما أنه يدمج أيضًا مقاييس المغناطيسية والبارومتر، والذي يمكنه حساب حجم زاوية الموقف ومساعدة الطائرة بدون طيار على التنقل إلى الارتفاع المطلوب.خاتمةيؤدي دمج أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي MEMS (INS) مع تقنية GNSS إلى تعزيز دقة الملاحة بشكل كبير من خلال الجمع بين نقاط قوتها. إن نظام MEMS INS، مع تقدمه السريع، يستخدم الآن على نطاق واسع في صناعات الطيران والبحرية والسيارات. يوفر نظام GNSS تحديد المواقع بدقة، بينما يضمن نظام MEMS INS التنقل المستمر، حتى أثناء انقطاع نظام GNSS.يمثل I3500 من شركة Micro-Magic Inc هذا التكامل، حيث يقدم بيانات ملاحية عالية الدقة، مثالية للملاحة المستقلة والمسح وتحليل الحركة.باختصار، يُحدث تكامل GNSS وMEMS INS ثورة في الملاحة من خلال تحسين الدقة والموثوقية وتعدد الاستخدامات عبر التطبيقات المختلفة. I3500نظام ملاحة بالقصور الذاتي ثلاثي المحاور Mems Gyro I3500 عالي الدقة