التطبيقات

يُعدّ تحديد المواقع في الوقت الفعلي بدقة تصل إلى مستوى السنتيمتر أمرًا بالغ الأهمية في مجالات مثل القيادة الذاتية والزراعة الدقيقة ومسح الطائرات المسيّرة. يُحسّن نظام I3700 ثنائي الهوائي GNSS/INS من Micro-Magic تقنية RTK من خلال التغلب على قيود مثل حجب الإشارة، مما يُتيح ملاحة دقيقة وموثوقة في البيئات المعقدة. يدعم هذا النظام تطبيقات الجيل القادم بفضل دقة تحديد المواقع العالية.في المجالات الرقمية المتقدمة، مثل القيادة الذاتية والزراعة الدقيقة ومسح الطائرات بدون طيار، أصبح تحديد المواقع في الوقت الفعلي بدقة تصل إلى مستوى السنتيمتر مطلبًا أساسيًا. تعمل تقنية تحديد المواقع الحركية في الوقت الفعلي (RTK) على تقليل أخطاء تحديد المواقع التقليدية باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من أمتار إلى سنتيمترات من خلال التعاون بين المحطة الأساسية والجهاز المتحرك. وقد ساهم ظهور نظام الملاحة المتكامل عالي الأداء ثنائي الهوائي I3700 من شركة مايكرو ماجيك في تعزيز قدرة تقنية RTK على التكيف مع الظروف البيئية المختلفة وزيادة موثوقيتها، مما يبشر بعصر جديد من تحديد المواقع عالي الدقة.أولاً: الإنجازات الرئيسية لتقنية تحديد المواقع في الوقت الحقيقي (RTK)يحقق نظام RTK تحديد المواقع بدقة عالية من خلال التعاون بين المحطة الأساسية والمركبة المتنقلة:المحطة الأساسية: يتم وضعها في إحداثيات معروفة، وتقوم بحساب أخطاء إشارة القمر الصناعي في الوقت الفعلي (مثل التأخير الجوي، وانحراف الساعة).المركبة الجوالة: تستقبل بيانات تصحيح الأخطاء من المحطة الأساسية وتدمجها مع ملاحظاتها الخاصة لتحديد الموقع بدقة تصل إلى مستوى السنتيمترالأداء في الوقت الفعلي: نقل البيانات عبر بروتوكولات 4G/NTRIP مع

اكتشف أهم 5 مزايا لتقنية MEMS GNSS/INS، بما في ذلك الكفاءة من حيث التكلفة، والتصميم خفيف الوزن، والدقة العالية. مثالية للطائرات بدون طيار، والطيران، والمسح. في تكنولوجيا الملاحة الحديثة، أصبح نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية/نظام الملاحة بالقصور الذاتي بتقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS GNSS/INS) الحل الأمثل في العديد من مجالات التطبيق نظرًا لمزاياه الفريدة. سواءً كان الأمر يتعلق بالمسح البحري، أو قياس الأراضي، أو الملاحة للطائرات بدون طيار، أو الروبوتات، أو المروحيات، فإن نظام MEMS GNSS/INS يوفر أداءً متميزًا. دعونا نتحدث اليوم عن خمس من أهم مزاياه. أولاً: ما هو نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية/نظام الملاحة بالقصور الذاتي بتقنية MEMS؟نظام MEMS GNSS/INS هو تقنية تدمج نظام الملاحة بالقصور الذاتي MEMS (MINS) مع نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS). ومن خلال الجمع بين مزايا كلا النظامين، يمكنه توفير معلومات عالية الدقة عن الموقع (Position) والسرعة (Velocity) والاتجاه (Attitude)، والتي يُشار إليها اختصارًا بـ PVA.نظام تحديد المواقع العالمي عبر الأقمار الصناعية: يوفر معلومات الموقع المطلق من خلال إشارات الأقمار الصناعية، ولكنه عرضة للتداخل أو انقطاع الإشارات.نظام الملاحة بالقصور الذاتي: يعتمد على أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي، ويمكنه إخراج بيانات الحركة بشكل مستمر، ولكن هناك مشكلة تراكم الأخطاء. إن تكامل الاثنين يمكّن النظام المتكامل ليس فقط من قمع انحراف الملاحة بالقصور الذاتي ولكن أيضًا من التعويض عن عدم استقرار إشارات GNSS، وبالتالي تحقيق ملاحة عالية الدقة على المدى القصير والمدى الطويل. ثانيًا: تحليل المزايا الخمس الرئيسية1. كفاءة عالية من حيث التكلفةتعتمد صناعة أجهزة MEMS على تقنية الإنتاج واسع النطاق المستخدمة في صناعة أشباه الموصلات، مما يقلل تكلفة الإنتاج بشكل ملحوظ. وبالمقارنة مع أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي التقليدية، مثل الجيروسكوبات الليفية البصرية (FOG)، فإن سعر أنظمة MEMS GNSS/INS أكثر معقولية، ما يجعلها مناسبة لمجموعة أوسع من التطبيقات في مجال الطيران وغيره من المجالات. 2. خفيف الوزن وقابل للحملتتمثل السمة الأساسية لتقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) في صغر حجمها، حيث يُقاس حجمها عادةً بالميكرومترات. هذا الحجم الصغير يجعلها خيارًا مثاليًا للأجهزة ذات المساحة المحدودة، مثل الطائرات المسيّرة أو الطائرات الصغيرة. كما أن تصميمها خفيف الوزن لا يقلل من الحمل الإجمالي فحسب، بل يُحسّن أيضًا من كفاءة استهلاك الوقود وأداء الطيران. 3. سهولة التركيببفضل تصميمها المدمج، تتيح أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية/أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي بتقنية MEMS إمكانية تركيبها في مواقع مختلفة، سواء على الجناح أو جسم الطائرة أو غيرها من الأماكن الضيقة، كما يسهل دمجها. وتوفر هذه المرونة إمكانيات أوسع لتصميم أنظمة إلكترونيات الطيران الحديثة ومعدات التشغيل الآلي. 4. تصميم منخفض الطاقةأدى تطور تقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) إلى خفض استهلاك الطاقة بشكل ملحوظ. فمن خلال تحسين دورات إمداد الطاقة وأنماط الطاقة المنخفضة، أصبح استهلاك الطاقة في أنظمة الملاحة العالمية عبر الأقمار الصناعية/أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي (GNSS/INS) التي تعمل بتقنية MEMS أقل بكثير من استهلاك الطاقة في أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي التقليدية. بالنسبة للأجهزة التي تعمل بالبطاريات (مثل الطائرات بدون طيار)، يعني هذا فترات تشغيل أطول ومتطلبات شحن أقل، مما يعزز كفاءة التشغيل بشكل كبير. 5. دمج نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) يعزز الدقةلا تستطيع أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي البسيطة التي تعمل بتقنية MEMS حساب مسار الحركة إلا بناءً على المواقع النسبية، بينما يوفر نظام GNSS تحديد المواقع المطلقة. ولا يقتصر الجمع بين النظامين على تعويض أوجه القصور في كل منهما فحسب، بل يُصحح أيضًا الأخطاء المتراكمة في أنظمة MEMS INS من خلال خوارزميات الترشيح، مما يحقق دقة أعلى في الملاحة. ثالثًا، حل متميز: نظام MEMS INS السحري الصغيربصفتها شركة رائدة في تكنولوجيا الملاحة بالقصور الذاتي، أطلقت شركة مايكرو-ماجيك ثلاثة منتجات من أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي بتقنية MEMS مدعومة بنظام GNSS، بمستويات دقة مختلفة، لتلبية متطلبات تطبيقات المسح والتطبيقات التكتيكية والصناعية. ومن بينها، يبرز منتج IF3500 المخصص للمسح بشكل خاص.استقرار الانحياز الصفري: 0.06 درجة مئوية/ساعةدقة قياس الارتفاع: 5 سم أو 1%مقياس تسارع MEMS عالي الدقة، بنطاق ±10g، وعدم استقرار انحياز صفري < 30 ميكروغرام يُحقق هذا المنتج تكاملاً سلساً بين نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) ونظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS)، فهو لا يوفر معلومات ملاحية عالية الدقة على المدى القصير فحسب، بل يُصحح أيضاً الأخطاء طويلة المدى باستخدام نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية. إنه خيار مثالي لمختلف التطبيقات التي تتطلب دقة عالية. 四، الاستنتاجتُعيد تقنية MEMS GNSS/INS، بميزاتها من حيث التكلفة المنخفضة، وخفة الوزن، وسهولة التركيب، وانخفاض استهلاك الطاقة، والدقة العالية، تعريف تكنولوجيا الملاحة الحديثة. ويمكنها أن تُضيف قيمة كبيرة للمستخدمين في مجالات مثل الطيران، والمسح، والأتمتة. إذا كنت تبحث عن حل ملاحة فعال وموثوق، فإن تقنية MEMS GNSS/INS تستحق الدراسة بلا شك!IF3600مهما كانت احتياجاتك، فإن مايكرو ماجيك بجانبك.IF3500مهما كانت احتياجاتك، فإن مايكرو ماجيك بجانبك.IF3700مهما كانت احتياجاتك، فإن مايكرو ماجيك بجانبك. 

النقاط الرئيسيةالمنتج: I3500 GNSS-Aided MEMS INSالميزات الرئيسية:المكونات: وحدة قياس القصور الذاتي MEMS ذات التكلفة المنخفضة، ووحدة تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية ذات الهوائي المزدوج، ومقاييس المغناطيسية، ومقياس الضغط الجوي.الوظيفة: توفير بيانات ملاحة عالية الدقة، والحفاظ على الأداء أثناء انقطاعات نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS).التطبيقات: مناسبة للطائرات بدون طيار، والملاحة الذاتية، والمسح، وتحليل الحركة.الملاحة بالقصور الذاتي: تجمع بين القياسات بالقصور الذاتي لحساب الموقع والسرعة والاتجاه.الخلاصة: يجسد جهاز I3500 التكامل بين أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي MEMS وأنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية GNSS، مما يعزز موثوقية ودقة الملاحة في مختلف القطاعات. يشير نظام الملاحة المتكامل MINS/GNSS إلى دمج المعلومات من كلٍّ من نظام الملاحة بالقصور الذاتي MINS (نظام الملاحة بالقصور الذاتي MEMS) ونظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية GNSS (نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية). يجمع هذا التكامل بين نقاط قوة النظامين ليكمل كل منهما الآخر ويحقق نتائج دقيقة في تحديد الموقع والسرعة والاتجاه (PVA).تصنيف أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي الكهروميكانيكية الدقيقةبعد أكثر من 30 عامًا من التطوير، شهدت تقنية القياس بالقصور الذاتي بتقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) تقدمًا سريعًا وانتشارًا واسعًا. وقد ظهرت العديد من أجهزة القياس بالقصور الذاتي وأنظمة الملاحة بالقصور الذاتي بتقنية MEMS العملية، والتي وجدت استخدامًا مكثفًا في مجالات مثل صناعات الطيران والفضاء، والبحرية، والسيارات. وقد مثّلت الجيروسكوبات التكتيكية بتقنية MEMS (بثبات انحراف يتراوح بين 0.1 درجة/ساعة و10 درجات/ساعة، 1σ) ومقاييس التسارع عالية الدقة بتقنية MEMS (بثبات انحراف يتراوح بين 10⁻⁵g و10⁻⁶g، 1σ) بداية دخول أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي بتقنية MEMS التكتيكية إلى مرحلة التطبيقات العملية.بشكل عام، يمكن تصنيف أنظمة MEMS بالقصور الذاتي إلى ثلاثة مستويات: مجموعة أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي (ISA)، ووحدة قياس القصور الذاتي (IMU)، ونظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS)، كما هو موضح في الشكل 1.الشكل 1: ثلاثة مستويات من MEMS Ins (2)MEMS ISA: يتكون فقط من ثلاثة جيروسكوبات MEMS وثلاثة مقاييس تسارع MEMS، ويفتقر إلى القدرة على العمل بشكل مستقل.وحدة القياس بالقصور الذاتي MEMS: تعتمد على MEMS ISA عن طريق إضافة محولات A/D، ورقائق المعالجة الرياضية، وبرامج محددة، مما يتيح لها جمع ومعالجة المعلومات بالقصور الذاتي بشكل مستقل.نظام الملاحة بالقصور الذاتي بتقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS INS): يطور هذا النظام تقنية وحدة القياس بالقصور الذاتي بتقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS IMU) من خلال دمج تحويل الإحداثيات وعمليات الترشيح والوحدات المساعدة، والتي تشمل عادةً أجهزة قياس المغناطيسية ولوحات استقبال نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS). وتُعد أجهزة الاستشعار المساعدة، مثل أجهزة قياس المغناطيسية، ذات أهمية بالغة في تسهيل محاذاة نظام الملاحة بالقصور الذاتي بتقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS INS) وتحسين أدائه.تُعد نماذج MEMS INS (نظام الملاحة بالقصور الذاتي للأنظمة الميكانيكية من شركة Micro-Magic Inc) الثلاثة التي تم إطلاقها حديثًا من قبل شركة Ericco، والموضحة في الصورة أدناه، مناسبة للتطبيقات في الطائرات بدون طيار، ومسجلات الرحلات، والمركبات الذكية غير المأهولة، وتحديد مواقع واتجاهات الطرق، واكتشاف القنوات، والمركبات السطحية غير المأهولة، والمركبات تحت الماء.الشكل 2: نماذج MEMS Ins الثلاثة التي أطلقتها شركة Ericco حديثًاكيف يعمل نظام الملاحة بالقصور الذاتي المدعوم بنظام GNSS MEMSيوفر نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) للمستخدمين معلومات دقيقة للغاية عن الموقع والوقت المطلقين في جميع الأحوال الجوية، بينما توفر أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي (INS) دقة عالية على المدى القصير واستقلالية قوية. تعزز خصائصهما المتكاملة الأداء العام: إذ يمكن لنظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS) الاستفادة من دقته العالية على المدى القصير لتزويد نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) بمعلومات ملاحة أكثر استمرارية وشمولية، بينما يساعد نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) في تقدير معلمات خطأ نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS) مثل الانحياز، مما يؤدي إلى الحصول على قياسات أكثر دقة وتقليل انحراف نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS).الشكل 3: ثلاثة مستويات من أنظمة MEMSيستخدم نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) إشارات من الأقمار الصناعية في مداراتها لحساب الموقع والوقت والسرعة. وطالما أن الهوائي متصل بخط رؤية مباشر مع أربعة أقمار صناعية على الأقل، يحقق نظام الملاحة GNSS دقة فائقة. أما عندما تحجب عوائق مثل الأشجار أو المباني رؤية الأقمار الصناعية، يصبح الملاحة غير موثوقة أو مستحيلة.يحسب نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS) تغيرات الموقع النسبي بمرور الوقت باستخدام معلومات معدل الدوران والتسارع من وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU). تتكون وحدة القياس بالقصور الذاتي من ستة مستشعرات متكاملة مرتبة على ثلاثة محاور متعامدة. يحتوي كل محور على مقياس تسارع وجيروسكوب. يقيس مقياس التسارع التسارع الخطي، بينما يقيس الجيروسكوب معدل الدوران. بفضل هذه المستشعرات، تستطيع وحدة القياس بالقصور الذاتي قياس حركتها النسبية بدقة في الفضاء ثلاثي الأبعاد.يستخدم نظام الملاحة بالقصور الذاتي هذه القياسات لحساب الموقع والسرعة. ومن مزايا قياسات وحدة القياس بالقصور الذاتي أنها توفر حلولًا زاوية حول المحاور الثلاثة. يقوم نظام الملاحة بالقصور الذاتي بتحويل هذه الحلول الزاوية إلى اتجاهات محلية (الدوران، والميل، والانعراج)، موفرًا هذه البيانات إلى جانب الموقع والسرعة.الشكل 4: نظام إحداثيات جسم وحدة القياس بالقصور الذاتيتُعدّ تقنية تحديد المواقع الحركية في الوقت الحقيقي (RTK) خوارزمية متطورة وعالية الدقة لتحديد المواقع ضمن أنظمة الملاحة العالمية عبر الأقمار الصناعية (GNSS)، قادرة على تحقيق دقة تصل إلى مستوى السنتيمتر في البيئات المفتوحة. مع ذلك، في البيئات الحضرية المعقدة، تُقلّل عوائق الإشارة والتداخلات من معدل تحديد المواقع بدقة، مما يؤدي إلى انخفاض قدرة تحديد المواقع. لذا، يُعدّ البحث في أنظمة تحديد المواقع المتكاملة بين خوارزمية RTK وأنظمة الملاحة بالقصور الذاتي (INS) أمرًا بالغ الأهمية في مجالات مثل الملاحة الذاتية، والمسح ورسم الخرائط، وتحليل الحركة.أطلقت شركة مايكرو-ماجيك مؤخرًا طائرة I3500، وهي نظام ملاحة بالقصور الذاتي (INS) يعمل بتقنية MEMS، يتميز بانخفاض تكلفته، ومزود بوحدة قياس بالقصور الذاتي (IMU) عالية الموثوقية، ووحدة تحديد المواقع والاتجاه عبر الأقمار الصناعية ثنائية الهوائي. كما يشتمل على مقياس مغناطيسي ومقياس ضغط جوي، مما يُمكّن الطائرة من حساب زاوية الميل، وبالتالي توجيهها إلى الارتفاع المطلوب.خاتمةيُحسّن دمج أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي بتقنية MEMS مع تقنية GNSS دقة الملاحة بشكل ملحوظ من خلال الجمع بين مزايا كل منهما. وبفضل تطورها السريع، تُستخدم أنظمة MEMS INS على نطاق واسع في صناعات الطيران والفضاء، والنقل البحري، والسيارات. توفر تقنية GNSS تحديدًا دقيقًا للموقع، بينما تضمن أنظمة MEMS INS استمرارية الملاحة حتى في حالات انقطاع إشارة GNSS.يجسد جهاز I3500 من شركة Micro-Magic Inc هذا التكامل، حيث يقدم بيانات ملاحة عالية الدقة، وهو مثالي للملاحة الذاتية والمسح وتحليل الحركة.باختصار، يُحدث دمج نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) ونظام الملاحة بالقصور الذاتي الكهروميكانيكي (MEMS INS) ثورة في الملاحة من خلال تحسين الدقة والموثوقية والتنوع في مختلف التطبيقات. I3500نظام الملاحة بالقصور الذاتي I3500 عالي الدقة ثلاثي المحاور بتقنية MEMS  

النقاط الرئيسيةالمنتج: نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS) ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS)الميزات الرئيسية:المكونات: يستخدم نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS) مقاييس التسارع والجيروسكوبات؛ ويعتمد نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على إشارات الأقمار الصناعية.الوظيفة: يوفر نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS) الملاحة الذاتية بدون إشارات خارجية؛ ويوفر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) تحديد الموقع الجغرافي بدقة مع تغطية عالمية.التطبيقات: يعتبر نظام الملاحة بالقصور الذاتي مثالياً للاستخدام تحت الماء وتحت الأرض وفي الفضاء؛ ويستخدم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في الملاحة الشخصية والعسكرية والتتبع.التكامل: إن الجمع بين نظام الملاحة بالقصور الذاتي ونظام تحديد المواقع العالمي يعزز الدقة والموثوقية في البيئات المعقدة.الخلاصة: يعتمد الاختيار بين نظام الملاحة بالقصور الذاتي ونظام تحديد المواقع العالمي على الاحتياجات المحددة، حيث تستفيد العديد من التطبيقات من تكاملهما للحصول على حلول ملاحة مثالية.بالنسبة للمركبات المعقدة كالطائرات والمركبات ذاتية القيادة والسفن والمركبات الفضائية والغواصات والطائرات المسيّرة، يُعدّ وجود نظام دقيق للحفاظ على الحركة المثالية والتحكم بها أمرًا بالغ الأهمية. ومن أبرز أنظمة الملاحة المستخدمة اليوم نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS) ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS). ولكلٍّ منهما مزاياه وتطبيقاته الفريدة، إلا أن اختيار النظام الأمثل لاحتياجاتك يعتمد على عدة عوامل. ستتناول هذه المقالة الاختلافات ونقاط القوة وحالات الاستخدام المثالية لكل نظام لمساعدتك على اتخاذ قرار مدروس.فهم أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي (INS) ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS)نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS):يُمكن لجهاز تحديد اتجاه الشمال بتقنية MEMS تزويد الجسم المتحرك بمعلومات الاتجاه بشكل مستقل تمامًا، دون الاعتماد على الأقمار الصناعية، ولا يتأثر بالظروف المناخية، ولا يتطلب عمليات معقدة. فهو لا يوفر فقط واجهة إخراج البيانات للحاسوب، بل يوفر أيضًا واجهة تفاعلية سهلة الاستخدام بين الإنسان والآلة.يتكون جهاز تحديد الشمال بتقنية MEMS بشكل أساسي من وحدة قياس القصور الذاتي (IMU) وجزء الدائرة، ويُوضح الشكل 1 مخطط مكوناته. تتكون وحدة قياس القصور الذاتي (IMU) من جيروسكوب وآلية دوران. أما جزء الدائرة فيتكون بشكل رئيسي من أربع لوحات دوائر، تشمل: لوحة الطاقة، ولوحة التحكم، ولوحة مكبر الطاقة، واللوحة الأساسية. يوضح الجدول 1 مكونات نظام تحديد الشمال.نظام تحديد المواقع العالمي (GPS):نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) هو نظام ملاحة فضائي يوفر معلومات الموقع الجغرافي والوقت لجهاز استقبال GPS في أي مكان على سطح الأرض أو بالقرب منه، حيث يوجد خط رؤية مباشر لأربعة أقمار صناعية أو أكثر من أقمار GPS. يتميز نظام GPS بدقة عالية ويوفر معلومات مستمرة عن الموقع، مما يجعله مثاليًا لمجموعة واسعة من التطبيقات، بدءًا من الملاحة الشخصية وصولًا إلى العمليات العسكرية. مع ذلك، قد تتعرض إشارات GPS للتشويش بسبب المباني أو الأشجار أو الظروف الجوية، مما قد يؤدي إلى عدم دقة في تحديد الموقع.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 الاتصالات بالأقمار الصناعية، وإذا لم يتمكن جهاز GPS من الاتصال بأربعة أقمار صناعية على الأقل، فستكون البيانات المُقدمة غير كافية للتشغيل الكامل. نقاط القوة والضعفنقاط قوة نظام المعلومات الجغرافية:الاستقلالية: لا يعتمد على الإشارات الخارجية، مما يجعله مفيدًا في البيئات التي لا تتوفر فيها خدمة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).استجابة فورية: توفر تحديثات فورية عن الموقع والسرعة.المتانة: أقل عرضة للتشويش أو تداخل الإشارة.نقاط ضعف نظام الملاحة بالقصور الذاتي:الانحراف: يمكن أن تؤدي الأخطاء المتراكمة إلى عدم الدقة بمرور الوقت.التعقيد: بشكل عام، أكثر تعقيدًا وتكلفة من أنظمة تحديد المواقع العالمية (GPS).الشكل 2: مزايا وعيوب أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي وأنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعيةنقاط قوة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS):الدقة: توفر معلومات دقيقة عن الموقع، غالباً في حدود بضعة أمتار.التغطية: تغطية عالمية مع تحديثات مستمرة.سهولة الاستخدام: متوفر على نطاق واسع وغير مكلف نسبياً.نقاط قوة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS):الاعتماد على الإشارة: يتطلب خط رؤية واضح للأقمار الصناعية، والذي يمكن أن يتعرض للحجب.نقاط الضعف: عرضة للتشويش والتزييف والتداخل.دمج نظام الملاحة بالقصور الذاتي ونظام تحديد المواقع العالميفي العديد من التطبيقات، يُستخدم نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS) ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) معًا للاستفادة من مزاياهما المتكاملة. فمن خلال دمج بيانات نظام تحديد المواقع العالمي مع بيانات نظام الملاحة بالقصور الذاتي، يستطيع النظام تصحيح انحراف نظام الملاحة بالقصور الذاتي وتوفير ملاحة أكثر موثوقية ودقة. وتُعد هذه الميزة ذات قيمة خاصة في مجال الطيران، حيث تُعد الملاحة المستمرة والدقيقة أمرًا بالغ الأهمية، وفي المركبات ذاتية القيادة، حيث يُعد تحديد الموقع بدقة عالية أمرًا ضروريًا لضمان التشغيل الآمن.مع التطور السريع لأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS)، تم تطوير أنظمة ملاحة متكاملة مدعومة بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أصغر حجمًا وأكثر سهولة في الحمل، مثل نماذج شركة مايكرو ماجيك الثلاثة ذات مستويات الدقة المختلفة. ومن بينها، يتميز نظام I6600 فائق الدقة، والمخصص للمسح والاستخدامات التكتيكية، بوحدة قياس بالقصور الذاتي (IMU) قوية، قادرة على إخراج معلومات دقيقة للغاية عن الموقع والسرعة والاتجاه.خاتمةيعتمد اختيار نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS) أو نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على احتياجاتك الخاصة والبيئة التي ستعمل فيها. إذا كنت بحاجة إلى نظام مستقل عن الإشارات الخارجية وقادر على العمل في بيئات صعبة، فقد يكون نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS) هو الخيار الأمثل. أما إذا كنت بحاجة إلى معلومات دقيقة للغاية ومستمرة لتحديد الموقع مع تغطية عالمية، فمن المرجح أن يكون نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) هو الخيار الأفضل. في العديد من التطبيقات، يمكن أن يوفر الجمع بين النظامين الحل الأمثل، مما يضمن الموثوقية والدقة في الملاحة.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 المدعوم بتقنية MEMS GNSS  

النقاط الرئيسيةالمنتج: نظام ملاحة متكامل GNSS/MEMS INSالميزات الرئيسية:المكونات: يجمع بين أجهزة استشعار القصور الذاتي بتقنية MEMS وأجهزة استقبال GNSS لتحسين قدرات الملاحة.الوظيفة: توفير تحديثات عالية التردد ومعلومات دقيقة عن الموقع والسرعة والاتجاه من خلال دمج البيانات بالقصور الذاتي مع تصحيحات نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS).التطبيقات: مثالية للطائرات بدون طيار، ومسجلات الرحلات، والمركبات الذكية غير المأهولة، والمركبات تحت الماء.دمج البيانات: يستخدم ترشيح كالمان لدمج بيانات GNSS مع بيانات MEMS INS، مما يؤدي إلى تصحيح الأخطاء المتراكمة وتحسين الدقة الإجمالية.الخلاصة: يستفيد هذا النظام المتكامل من نقاط قوة كلتا التقنيتين لتعزيز أداء الملاحة وموثوقيتها، مع تطبيقات واسعة النطاق في مختلف الصناعات.مع تطور أجهزة القصور الذاتي بتقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS)، تحسنت دقة الجيروسكوبات ومقاييس التسارع بتقنية MEMS تدريجيًا، مما أدى إلى تقدم سريع في تطبيقاتها.MEMS INSومع ذلك، لم يكن التحسن في دقة أجهزة القياس بالقصور الذاتي بتقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) كافيًا لتلبية متطلبات الدقة العالية المتزايدة لأنظمة الملاحة بالقصور الذاتي بتقنية MEMS. لذا، أصبح تحسين دقة هذه الأنظمة من خلال خوارزميات تعويض الأخطاء وغيرها من الأساليب محورًا رئيسيًا لأبحاثها.لتحسين أداء أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي بتقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS INS)، استكشف الباحثون طرقًا متنوعة لتقليل الأخطاء في هذه الأنظمة. وهناك أربعة مناهج رئيسية لتقليل أخطاء أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي بتقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة:معايرة وتعويض معلمات خطأ المستشعر: يتضمن ذلك استخدام النمذجة الرياضية والأدوات التجريبية لمحاكاة أخطاء المستشعر، ومعايرة الأخطاء الحتمية بشكل منهجي على مستوى النظام، ثم تعويض هذه الأخطاء من خلال خوارزميات الملاحة بالقصور الذاتي لتحسين الأداء العام.تقنية تعديل الدوران: من خلال تطبيق أنظمة تعديل الدوران المناسبة، يمكن جعل أخطاء المستشعر تتغير دوريًا دون الاعتماد على مصادر معلومات خارجية. يعمل هذا التعويض التلقائي للأخطاء في خوارزمية الملاحة على الحد من تأثير أخطاء المستشعر على نظام الملاحة بالقصور الذاتي MEMS.تقنية التكرار في أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي: بفضل التكلفة المنخفضة لأجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي بتقنية MEMS، يمكن تطبيق تصميمات التكرار. يساهم التكرار في أجهزة الاستشعار في تقليل تأثير الأخطاء العشوائية على أنظمة الاستشعار بالقصور الذاتي بتقنية MEMS بشكل فعال، مما يُحسّن الأداء.دمج مصادر المعلومات الخارجية: استخدام ترشيح كالمان للملاحة المتكاملة لقمع تراكم أخطاء نظام الملاحة بالقصور الذاتي MEMS.ستقدم هذه المقالة بشكل أكبر الطريقة الرابعة، وهي الشكل الأكثر عملية والأكثر بحثًا في مجال الملاحة المتكاملة - نظام الملاحة المتكامل GNSS/MEMS INS.أسباب استخدام نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) لمساعدة أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي الكهروميكانيكية (MEMS INS)نظام الملاحة بالقصور الذاتي MEMS هو نوع من أنظمة الملاحة التقديرية التي تقيس الحالة النسبية من لحظة أخذ العينات السابقة إلى اللحظة الحالية. لا يعتمد هذا النظام على الإشارات الصوتية أو الضوئية أو الكهربائية للقياس، مما يجعله شديد المقاومة للتداخل الخارجي والخداع. وبفضل استقلاليته وموثوقيته، يُعدّ نظامًا أساسيًا للملاحة في مختلف وسائل النقل، مثل الطائرات والسفن والمركبات. يوضح الشكل 1 أداء أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي من مختلف الفئات.الشكل 1: أداء أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي من مختلف الدرجات.توفر أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS INS) معدل تحديث عالٍ، ويمكنها إخراج معلومات شاملة عن حالة النظام، بما في ذلك الموقع والسرعة والاتجاه والسرعة الزاوية والتسارع، مع دقة عالية في الملاحة على المدى القصير. ومع ذلك، تتطلب هذه الأنظمة مصادر معلومات إضافية لتهيئة الموقع والسرعة والاتجاه، ويتراكم خطأ الملاحة بالقصور الذاتي فيها بمرور الوقت، لا سيما في أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي التكتيكية والتجارية.يُتيح دمج نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) مع نظام الملاحة بالقصور الذاتي الكهروميكانيكي (MEMS INS) الاستفادة من المزايا التكاملية لكلا النظامين: يوفر نظام GNSS دقةً مستقرةً على المدى الطويل، ويُمكنه توفير قيم أولية للموقع والسرعة، مع تصحيح الأخطاء المتراكمة في نظام MEMS INS من خلال الترشيح. في الوقت نفسه، يُحسّن نظام MEMS INS معدل تحديث مخرجات نظام GNSS، ويُثري أنواع معلومات الحالة المُخرجة، ويُساعد في اكتشاف أعطال رصد نظام GNSS وإزالتها.النموذج الأساسي للملاحة المتكاملة GNSS/MEMS INSيعكس النموذج الأساسي لتكامل نظام الملاحة بالقصور الذاتي GNSS/MEMS العلاقة الوظيفية بين المعلومات المرصودة من أجهزة الاستشعار (وحدة القياس بالقصور الذاتي وأجهزة الاستقبال) ومعايير الملاحة الخاصة بالمركبة (الموقع والسرعة والاتجاه)، بالإضافة إلى أنواع ونماذج عشوائية لأخطاء قياس أجهزة الاستشعار. يجب وصف معايير الملاحة الخاصة بالمركبة في نظام إحداثيات مرجعي محدد.الشكل 2: النموذج الأساسي لنظام الملاحة المتكامل GNSSMEMSتتضمن مشاكل الملاحة عادةً نظامين إحداثيين أو أكثر: تقيس المستشعرات بالقصور الذاتي حركة المركبة بالنسبة للفضاء القصوري، بينما تُوصف معايير ملاحة المركبة (الموقع والسرعة) عادةً في نظام إحداثيات ثابت بالنسبة للأرض لتسهيل الفهم. تشمل أنظمة الإحداثيات الشائعة الاستخدام في الملاحة المتكاملة GNSS/INS نظام الإحداثيات القصوري المركزي للأرض، ونظام الإحداثيات الثابت بالنسبة للأرض المركزي للأرض، ونظام الإحداثيات الجغرافية المحلية، ونظام إحداثيات الجسم.لقد تطورت خوارزميات دمج أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية (GNSS) وأنظمة الملاحة بالقصور الذاتي الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS INS) في الملاحة المطلقة، وظهرت العديد من المنتجات عالية الأداء في السوق. على سبيل المثال، تُعدّ نماذج أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي الكهروميكانيكية الدقيقة الثلاثة التي أطلقتها شركة مايكرو ماجيك (Micro-Magic Inc) حديثًا، والموضحة في الصورة أدناه، مناسبة لتطبيقات الطائرات المسيّرة، ومسجلات الرحلات، والمركبات الذكية غير المأهولة، وتحديد مواقع واتجاهات الطرق، واكتشاف القنوات، والمركبات السطحية غير المأهولة، والمركبات تحت الماء.الشكل 3: أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي GNSS/MEMS الثلاثة التي أطلقتها شركة مايكرو ماجيكI3500نظام الملاحة بالقصور الذاتي I3500 عالي الدقة ثلاثي المحاور بتقنية MEMS I3700استهلاك وحدة تتبع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الزراعية عالية الدقة، نظام الملاحة بالقصور الذاتي، نظام تحديد المواقع العالمي (GNS) بتقنية RTK، هوائي RTK، خوارزمية RTK 

النقاط الرئيسيةالمنتج: حلول الملاحة المتكاملة GNSS/INSالميزات الرئيسية:المكونات: يتضمن النظام المتكامل جهاز استقبال GNSS ووحدة قياس القصور الذاتي (IMU) وأجهزة استشعار اختيارية مثل LiDAR أو عدادات المسافة.الوظيفة: الحفاظ على الدقة والاستقرار أثناء فقدان إشارة نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية باستخدام أجهزة استشعار إضافية أو قيود حالة الحركة مثل ZUPT.التطبيقات: مثالية للملاحة الحضرية، والتعدين، وتسجيل النفط، وغيرها من البيئات التي قد تعاني من عوائق في الإشارة.الملاحة بالقصور الذاتي: تستخدم الجيروسكوبات ومقاييس التسارع لقياس الموقع والسرعة والتسارع.الخلاصة: تصميم النظام المتكامل يتطور باستمرار، مع حلول تعزز المتانة في البيئات الصعبة مع تحقيق التوازن بين التكلفة والتعقيد.في نظام الملاحة المتكامل GNSS/INS، تلعب قياسات GNSS دورًا حاسمًا في تصحيح نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS). لذا، يعتمد الأداء السليم للنظام المتكامل على استمرارية واستقرار إشارات الأقمار الصناعية. مع ذلك، عندما يعمل النظام تحت الجسور أو تحت ظلال الأشجار أو داخل المباني الحضرية، قد تتعرض إشارات الأقمار الصناعية للتشويش أو التداخل، مما قد يؤدي إلى فقدان إشارة جهاز استقبال GNSS. تتناول هذه المقالة حلولًا للحفاظ على دقة واستقرار أنظمة الملاحة المتكاملة GNSS/INS عند فقدان إشارات الأقمار الصناعية.عندما تنقطع إشارة القمر الصناعي لفترة طويلة، يؤدي نقص تصحيحات نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) إلى تراكم أخطاء نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS) بسرعة، لا سيما في الأنظمة ذات وحدات القياس بالقصور الذاتي منخفضة الدقة. وتؤدي هذه المشكلة إلى انخفاض دقة واستقرار واستمرارية عمل النظام المتكامل. لذا، من الضروري معالجة هذه المشكلة لتعزيز متانة النظام المتكامل في مثل هذه البيئات المعقدة.1. حلان رئيسيان لمعالجة فقدان الإشارة في أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية/أنظمة الملاحة بالقصور الذاتييوجد حاليًا حلان رئيسيان لمعالجة سيناريو فقدان إشارة الأقمار الصناعية.الحل الأول: دمج أجهزة استشعار إضافيةمن جهة، يمكن دمج أجهزة استشعار إضافية في نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية/نظام الملاحة بالقصور الذاتي الحالي، مثل عدادات المسافة، وتقنية الليدار، وأجهزة الاستشعار الفلكية، وأجهزة الاستشعار البصرية. وبالتالي، عندما يؤدي فقدان إشارة القمر الصناعي إلى تعطل نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية، يمكن لأجهزة الاستشعار المضافة حديثًا توفير معلومات القياس وتشكيل نظام متكامل جديد مع نظام الملاحة بالقصور الذاتي للحد من تراكم أخطاء هذا النظام. وتشمل المشكلات المتعلقة بهذا النهج زيادة تكاليف النظام نتيجة لأجهزة الاستشعار الإضافية، واحتمالية تعقيد التصميم إذا تطلبت أجهزة الاستشعار الجديدة نماذج ترشيح معقدة.الشكل 1: نظرة عامة على نظام الملاحة المتكامل GNSS IMU ODO LiDAR SLAM.الحل الثاني: تقنية زوبتمن جهة أخرى، يمكن إنشاء نموذج تحديد المواقع مع قيود حالة الحركة بناءً على خصائص حركة المركبة. لا تتطلب هذه الطريقة إضافة مستشعرات جديدة إلى النظام المتكامل الحالي، مما يوفر تكاليف إضافية. عند عدم توفر نظام تحديد المواقع العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS)، تُوفّر قيود حالة الحركة معلومات القياس الجديدة للحد من تباعد نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS). على سبيل المثال، عندما تكون المركبة ثابتة، يمكن تطبيق تقنية تحديث السرعة الصفرية (ZUPT) للحد من تراكم أخطاء نظام الملاحة بالقصور الذاتي.تُعدّ تقنية ZUPT طريقةً منخفضة التكلفة وشائعة الاستخدام للحدّ من تباعد نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS). نظريًا، عندما تكون المركبة ثابتة، يجب أن تكون سرعتها صفرًا. مع ذلك، ونظرًا لتراكم أخطاء نظام الملاحة بالقصور الذاتي بمرور الوقت، فإن سرعة الخرج لا تكون صفرًا، لذا يمكن استخدامها كمقياس لخطأ السرعة. وبالتالي، استنادًا إلى شرط أن تكون سرعة المركبة صفرًا، يمكن وضع معادلة قياس مناسبة، توفر معلومات قياس للنظام المتكامل وتُقلّل من تراكم أخطاء نظام الملاحة بالقصور الذاتي.الشكل 2: مخطط انسيابي لخوارزمية GNSSIMU القائمة على ZUPT والمرتبطة بإحكام مع CERAV.مع ذلك، يتطلب تطبيق تقنية تحديث السرعة الصفرية (ZUPT) ثبات المركبة، مما يجعلها تقنية ثابتة لا توفر معلومات القياس أثناء المناورات العادية. عمليًا، يتطلب هذا توقف المركبة بشكل متكرر من حالة الحركة، مما يقلل من قدرتها على المناورة. إضافةً إلى ذلك، تتطلب تقنية ZUPT رصدًا دقيقًا للحظات ثبات المركبة. في حال فشل الرصد، قد تُقدَّم معلومات قياس غير صحيحة، مما قد يؤدي إلى فشل هذه الطريقة، بل وحتى إلى انخفاض دقة النظام المتكامل أو انحرافها.خاتمةقد يؤدي فقدان إشارات الأقمار الصناعية إلى تراكم سريع للأخطاء في نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS)، لا سيما في البيئات المعقدة كالمناطق الحضرية. يُطرح هنا حلان رئيسيان: إضافة مستشعرات إضافية، مثل مستشعرات LiDAR أو المستشعرات البصرية، لتوفير قياسات بديلة، أو استخدام قيود حالة الحركة، مثل تقنية تحديث السرعة الصفرية (ZUPT)، لتصحيح أخطاء نظام الملاحة بالقصور الذاتي. لكل نهج مزاياه وتحدياته، فدمج المستشعرات يزيد التكاليف والتعقيد، بينما تتطلب تقنية ZUPT أن تكون المركبة ثابتة وأن يتم رصدها بدقة لتكون فعالة.تتبوأ شركة مايكرو ماجيك مكانة رائدة في مجال تكنولوجيا الملاحة بالقصور الذاتي، وقد طرحت مؤخرًا ثلاثة منتجات من أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي بتقنية MEMS مدعومة بنظام GNSS، بمستويات دقة متفاوتة (المستوى الصناعي، والمستوى التكتيكي، ومستوى الملاحة). ومن الجدير بالذكر أن نظام الملاحة بالقصور الذاتي MEMS GNSS/INS I3500 من المستوى الصناعي يتميز بعدم استقرار انحياز يبلغ 2.5 درجة/ساعة، وانحراف عشوائي زاوي يبلغ 0.028 درجة/√ساعة، بالإضافة إلى مقياس تسارع MEMS عالي الدقة ذي نطاق واسع (±6g، مع انعدام عدم استقرار الانحياز).

النقاط الرئيسيةالمنتج: نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية GNSS/INS من شركة Micro-Magic Inc، بما في ذلك طراز I3500 لتطبيقات رسم الخرائط.سمات:الحجم: صغير الحجم وخفيف الوزن لسهولة الدمجالدقة: عدم استقرار الانحياز 2.5 درجة/ساعة، والمشي العشوائي الزاوي 0.028 درجة/√ساعةمقياس تسارع MEMS: نطاق ±6g، عدم استقرار الانحياز الصفري