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MEMS惯性组合导航

Umi系列组合导航产品是北京耘华科技公司生产的一款基于MEMS惯性传感器、GNSS卫星定位接收机以及其他多种传感器相融合的微型、高精度专业导航组件。其内置高精度MEMS九轴传感器(陀螺仪、加速度计、磁力计)及高精度GNSS卫星定位接收机,并通过板载运行的扩展卡尔曼滤波器(EKF)算法实现多传感器融合,可为安装载体提供精确、可靠的姿态、位置、速度等导航信息。可广泛应用于无人机飞行控制、汽车自动驾驶、天线稳控、精准农业、道路交通测量、智能化建筑机械以及海洋测绘等众多领域。

Umi系列产品通过内置强大的多处理器架构以及专业的EKF滤波算法,按具体应用场景需求,可选择多种不同的传感器搭配及组合模式。系列产品包含AHRSVRUINS/GNSS等多种产品形式,提供从惯性测量单元(IMU)到完整INS/GNSS组合导航的全面方案。

 

为了针对不同使用场景达到最佳导航性能,Umi系列产品内置EKF滤波器需要选择不同的传感器组合模型以便满足实际应用需求。产品的传感器组合模式可以通过其丰富的对外接口协议方便用户加以配置。同时,友好的PC上位机用户界面及SDK开发库的提供,同样也会极大的简化用户使用操作与系统集成。Umi系列产品提供一套专用的私有对外接口协议,同时也支持NMEA标准协议输出。

 

1、产品组成

Umi系列产品采用高精度MEMS惯性传感器,通过高速采样(6KHz)及信号滤波处理,极强的抑制高频振动,并通过内部全温补偿算法,应用于温度环境苛刻的工业领域。同时,实时监测内部传感器健康状态。

系统支持INS/GNSS组合、INS/Odometer组合,同时支持外部输入高精度GNSS RTK组合,形成了整套MEMS惯性测量产品体系。通过高可靠性的产品设计及独特的自适应EKF算法,保证了系统全系列产品体系的高精度。

 

2、出厂较准

为了提供最好的传感器性能,Umi系列产品采用了专有的出厂标定流程。虽然Umi内置的EKF滤波算法包含了惯性传感器在用户使用过程中的在线标定,但是精心的出厂标定总是能带来比在线标定更为优异的系统性能。

出厂标定涵盖了-40~80℃温度范围,从而保证在可能使用温度环境下的最优传感器性能。

 

3、振动优化

为了最大限度的发挥MEMS传感器件在恶劣环境下的使用优势,Umi系列产品专门针对振动使用环境进行了有效的优化设计。当处于振动使用环境时,加速度计和陀螺仪器件本身就会产生一定的额外误差,被称为振动整流误差(VRE)。针对VRE性能指标,系统进行了传感器芯片优化选型,从而从源头开始进行了优化。

通过专业的模拟、数字滤波器设计,进一步滤除振动带来的噪声和有害信息,提取稳定可靠的有效载体运动信息。

同时,在系统算法层面,通过针对陀螺超采样的圆锥误差补偿以及针对加速度计的超采样划桨误差补偿技术,降低振动化境下带来的算法误差,保证导航精度最优。

 

4、应用场景配置

在专用工业级导航设备的实际使用过程中,往往需要针对不用的应用场景有一些特定的需求和约束条件需要加以调整,比如大动态角速度、强振动、长时间加速、磁扰动等。为了避免生产不同型号产品来适用这些不同应用场景,Umi系列产品针对内部EKF滤波器和辅助传感器进行了模块化及可配置设计,使得对单一产品通过应用场景或辅助传感器配置来适应不同应用需求变为可能。

Umi产品的运动场景配置选项同其内部EKF滤波器、惯性传感器的相应模型选取及参数设置密切相关。用户通过简单的应用场景配置即可实现对于内部EKF复杂模型及参数切换的操作。产品设计时,涵盖了广泛的应用场景需求,并针对每个场景需求进行了最优设计,以保证达到最优的导航精度。

 

5、机械及电气特性

Umi外壳的顶部与底部由两块阳极氧化铝构成,该外壳采用优质合金与端口,构成了完备的IP67IP68可选)外壳,可适用于各种恶劣环境。

采用高等级航空铝合金制作的壳体不但可以抵抗海水和工业化学环境的腐蚀,而且还具有良好的视觉效果。

Umi的端口采用高品质的圆形接插件(FischerLEMO)端口,即便未连接,也可提供高等级防护。

机械特性:

参数

指标

尺寸

59mm*42mm*27mm

重量

70g

防护等级

IP67IP68

温度范围

-40~+85

冲击

2000g

振动

6g RMS 20Hz~500Hz

MTBF

50000小时

 

电气特性:

参数

指标

数据形式

姿态、航向、位置、速度、角速度

加速度、GNSS信息、气压高度

地磁信息、UTC时间等

输出频率

Up to 200Hz

数据接口

RS232 / RS422 / CAN2.0B(可选)

数据协议

Binary / NMEA / ASCII

输入脉冲

0~12V脉冲(单端或正交编码)

IO

3.3V / 5V (输入输出)

供电电压

+5V~+36V(额定+12V

额定功率

1W

 

6、应用客户

Umi系列产品已经广泛应用于行业客户,诸如自动驾驶车辆、无人机、动中通、RTK倾斜测量产品,合作客户包括广州市中海达测绘仪器有限公司、北京星网宇达股份有限公司等,年出货量在1万台以上