MEMS慣性導(dǎo)航的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)、無(wú)人車(chē)、無(wú)人船、機(jī)器人等代表性無(wú)人系統(tǒng)的智能自主控制是當(dāng)前自動(dòng)控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，更是提升無(wú)人系統(tǒng)自主性和智能化水平的核心技術(shù)。自主導(dǎo)航技術(shù)利用對(duì)應(yīng)的自主導(dǎo)航系統(tǒng)獲取無(wú)人系統(tǒng)自身的位置、速度及姿態(tài)信息，是實(shí)現(xiàn)無(wú)人系統(tǒng)智能自主控制必不可少的技術(shù)保障。在無(wú)線電導(dǎo)航、地形匹配導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航、磁導(dǎo)航及視覺(jué)導(dǎo)航等眾多導(dǎo)航技術(shù)中，不需要依賴(lài)外界信息的慣性導(dǎo)航技術(shù)是目前實(shí)現(xiàn)無(wú)人系統(tǒng)自主導(dǎo)航的一種最強(qiáng)有力技術(shù)手段。

MEMS慣性導(dǎo)航的應(yīng)用

MEMS慣性導(dǎo)航技術(shù)以其體積小、功耗低、重量輕及低成本等特點(diǎn)在多種無(wú)人系統(tǒng)，如無(wú)人機(jī)、無(wú)人車(chē)、無(wú)人船及機(jī)器人等系統(tǒng)中得到普遍應(yīng)用。

1 無(wú)人機(jī)領(lǐng)域

在近幾年來(lái)，微小型無(wú)人機(jī)在軍用以及民用領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，而為了實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自身的定位以及定位問(wèn)題，航姿測(cè)控系統(tǒng)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。航姿測(cè)控系統(tǒng)主要由GPS天線、GPS接收板、捷聯(lián)式磁傳感器、慣性測(cè)量單元、高度空速傳感器以及調(diào)理單元構(gòu)成。傳感器的精度直接決定無(wú)人機(jī)位姿的精度，傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)導(dǎo)航算法計(jì)算出無(wú)人機(jī)的位置姿態(tài)信息。目前無(wú)人機(jī)的導(dǎo)航主要采取將MEMS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS組合的手段，這樣既可以提高系統(tǒng)精度，又可以縮短初始對(duì)準(zhǔn)的時(shí)間。如今無(wú)人機(jī)上面搭載的導(dǎo)航系統(tǒng)精度為消費(fèi)級(jí)，如Invensense MP6500的精度為2°/s，而隨著MEMS器件精度的提高以及成本的降低，未來(lái)無(wú)人機(jī)的導(dǎo)航精度將提高。

2 無(wú)人車(chē)領(lǐng)域

無(wú)人車(chē)是通過(guò)車(chē)載傳感器來(lái)感知外界環(huán)境，并且獲取車(chē)輛位置、姿態(tài)信息以及障礙物信息，從而控制車(chē)輛行駛速度、轉(zhuǎn)向以及起停等。目前谷歌、百度等公司均在開(kāi)展無(wú)人車(chē)的研制工作，并已經(jīng)開(kāi)展道路實(shí)驗(yàn)。當(dāng)無(wú)人車(chē)行走到高大建筑物下，且GPS被遮擋而無(wú)法正常工作時(shí)，無(wú)人車(chē)上搭載的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)短時(shí)間內(nèi)的精度可以滿(mǎn)足車(chē)輛自主前行的需求。無(wú)人車(chē)上的MEMS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，一般精度要求較高。

3 無(wú)人船領(lǐng)域

由于邊境巡邏、水質(zhì)勘探等任務(wù)所采取普通的艦船設(shè)備較為危險(xiǎn)并且成本較高，致使無(wú)人船技術(shù)發(fā)展迅速。獲取無(wú)人船位置姿態(tài)信息是無(wú)人船能夠自主開(kāi)展工作的重要前提。如今無(wú)人船上配備的傳感器主要有GPS，MEMS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及避障雷達(dá)等。隨著MEMS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)精度的提高，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在無(wú)人船的位置姿態(tài)信息獲取中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。無(wú)人船上搭載的MEMS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，一般消費(fèi)級(jí)的中低精度即可滿(mǎn)足需求。

4 機(jī)器人領(lǐng)域

移動(dòng)機(jī)器人是一種可以自主在固定或時(shí)變環(huán)境中進(jìn)行工作的自動(dòng)化設(shè)備。近年來(lái)在服務(wù)業(yè)、家居、工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。輪式機(jī)器人在應(yīng)用方面與無(wú)人車(chē)相似，均通過(guò)視覺(jué)相機(jī)、MEMS慣性傳感器、激光雷達(dá)及里程計(jì)等傳感器采集數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航。國(guó)內(nèi)高校也對(duì)輪式機(jī)器人較早開(kāi)始研究工作。在采取慣性傳感器與里程計(jì)的輪式機(jī)器人的導(dǎo)航過(guò)程中，MEMS慣性傳感器提供精確的姿態(tài)角，而由于輪子打滑等對(duì)慣性導(dǎo)航以及里程計(jì)產(chǎn)生影響，現(xiàn)大多通過(guò)視覺(jué)里程計(jì)與MEMS慣性導(dǎo)航組合導(dǎo)航，通過(guò)擴(kuò)展Kalman濾波算法來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，從而提高系統(tǒng)精度。

3.4 其他領(lǐng)域

除了上述領(lǐng)域外，MEMS慣性傳感器還在電子設(shè)備，如手機(jī)、平板電腦、游戲機(jī)、相機(jī)、VR眼鏡以及用于室內(nèi)定位的單兵導(dǎo)航。目前消防員在高樓滅火時(shí)以及行動(dòng)不便的老人在家的人身安全問(wèn)題是社會(huì)普遍關(guān)注的問(wèn)題，如果將MEMS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)放置在探測(cè)人員身上進(jìn)行導(dǎo)航，則可以獲得實(shí)時(shí)位置姿態(tài)信息，這樣就可以提高被監(jiān)視人員的安全系數(shù)。使用MEMS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行室內(nèi)人員定位辦法大致有以下幾種：一種是利用MEMS加速度計(jì)對(duì)人員步伐狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別，再通過(guò)磁力計(jì)檢測(cè)人員運(yùn)動(dòng)方向，由此來(lái)進(jìn)行室內(nèi)人員的定向定位。另外一種方法是采用兩個(gè)或多個(gè)MEMS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，安裝在人員腳部以及腰部位置，通過(guò)多個(gè)MEMS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)修正方法來(lái)進(jìn)行定位。文章來(lái)源：成都通航科技

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