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MEMS可否取代光纤陀螺仪技术?

作者: 时间:2014-01-21 来源:网络 收藏

表2:FOG规格(uFors-6U)
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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。

导航测试

为了正确比较两个系统,我们设计了三个系统级导航基准测试:

* 在具有良好GNSS信号的开放天空环境下评估横滚、俯仰和航向的精确性。

* GNSS多路径场景,例如在城市中心区,由于存在高层建筑,GNSS解决方案质量可能不好。本测试的目的是比较滤波位置性能,它也会显示高度和速度误差。

* 独立INS性能测试,旨在评估INS位置漂移,也代表速度和高度性能。

开放天空高度结果

在GPS可用且位于多个卫星的直射范围内的情况下,两个系统的定位和速度结果是相似的。高度角(横滚、俯仰和航向)是我们比较的主要导航参数,因为它们在很大程度上是由陀螺仪性能决定的。

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当GNSS可用时,两种系统的高度性能几乎是相同的,但FOG具有大约5%的优势。

不良信号GNSS定位结果

下一个测试的目标是在存在GNSS多路径的情况下比较两个系统。行驶轨迹位于卡尔加里市的中心城区,包括一些很窄的小巷,车行缓慢,同时周围布满高层建筑。

现在,性能测试重点包括了定位结果,因为在缺少高质量GNSS测量的情况下,陀螺仪可能对位置性能产生很大影响。此测试结果显示两个系统的性能相当。但是,FOG系统高出大约20%至30%。

图2显示了独立GPS解决方案的示意图。在对复杂的中心城区行驶轨迹进行导航时,本测试使用的高精度GPS接收器遇到了严重的信号反射。独立GPS解决方案的误差多达100米。

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图2:此图显示有多路径干扰的独立GPS解决方案结果

红色的FOG集成解决方案(图3)清晰显示中心城区车辆的行驶路径,精确到10米以内。

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图3:FOG/GPS集成解决方案(FOG+GPS红色,独立GPS蓝色)

解决方案在图4中以绿色显示,始终在15米之内。该解决方案更易受到不精确GNSS位置更新的影响,因为INS预测的权重较低。

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图4:/GPS集成解决方案( + GPS绿色,独立GPS蓝色)

为帮助MEMS解决方案克服不精确的GPS更新,我们使用了额外的传感器。图5显示将OBDII添加到系统以获取车辆速度。

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图5:MEMS/GPS/OBDII集成解决方案(MEMS+GPS+OBDII绿色,独立GPS蓝色)

MEMS解决方案始终在10米之内,甚至可能稍优于没有OBDII的FOG,如图6中的放大图所示。
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