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MEMS可否取代FOG技术?

上网日期: 2013年06月03日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:FOG? MEMS? 精确导航?

由于MEMS陀螺仪和加速度计集成到多轴IMU中(请参见图1),传感器的x/y/z正交性可能成为主要误差源。主要误差源往往由跨轴灵敏度或对准误差指定。常见规格是±2%跨轴灵敏度。本系统的IMU具有0.087%的跨轴灵敏度(0.05°度正交性)。更重要的是,由于器件特定的校准在出厂前完成,此规格在温度范围内有效。

对于特定旋转速率,例如在偏航轴上,正交轴的速率输出等于跨轴轴灵敏度乘以偏航率(Cross Axis Sensitivity*Yaw Rate),即使横滚轴和俯仰轴上的实际旋转为零。2%的跨轴误差通常会导致除了本有的陀螺仪噪声之外,还会增加一个数量级的轴外噪声;而此处IMU的0.087%灵敏度与本有的陀螺仪噪声水平达到精确平衡。

MEMS可否取代FOG技术?(电子工程专辑)
图1:MEMS IMU配置(ADIS16485)。

可用带宽及其跨轴相位匹配能力的关系对于多轴设计也至关重要。有些陀螺仪结构带宽有限,与降低总噪有关,而有些结构带宽有限(通常低于100 Hz)是由于反馈电子器件中使用的传感器处理导致的。

这可能导致通过传感器信号路径的相位相关误差波动增加,特别是在卡尔曼滤波器中。MEMS IMU的可用带宽为330 Hz,采用嵌入式的可调滤波系统,提供合理平衡的方法,最大程度地减少总误差源,并通过嵌入式滤波实现系统特定的误差优化,即便在场中也是如此。

在此MEMS IMU中使用的核心传感器具有固有的振动抑制能力和线性度,不仅使得它们的性能适合高动态应用,而且还在极端环境条件下具有稳定性和可预测性。

本设计使用的FOG是综合权衡价格、性能和大小这几种因素选择的。FOG的带宽、偏置稳定度和噪声水平是最终选择传感器的决定性因素。表2给出了重要的性能参数。与MEMS相比,FOG具有更好的零偏稳定度,角度随机游动也有了显著改进。


表2:FOG规格(uFors-6U)。

所有更新都用于纠正独立INS解决方案的漂移,但更新本身也可能中断或不准确。

双天线航向更新具有良好的精确度,但易受多路径影响。因此,双天线航向更新仅在开放天空环境中是可靠的。对于来自GNSS接收器的位置和速度预测,情况同样如此,也从SBAS受益。

来自磁力计的航向预测可能由于在校准期间的垂直可观察性不佳,而受到较大倾斜角的影响。磁力计在含铁物质周围也可能不精确,例如在其他车辆旁边行驶时。因此,磁力计用于在GNSS不可用时帮助初始化系统,或在GNSS长时间中断时(例如20分钟)帮助减小航向漂移。

气压计用于在GNSS不可用或不精确时帮助获取高度读数。速度更新用于在没有GNSS更新的情况下防止速度漂移,特别是在沿航迹方向。这些速度更新也可帮助减少解决方案的位置不确定性,这有助于抑制不准确的GNSS位置更新。整个导航软件的设计目的是在任何GNSS条件下提供精确结果。


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