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MEMS的系统最有可能成为下一代运动跟踪系统中的佼佼者

一个称为姿态航向参考系统(AHRS)的复杂动作控制和稳定系统,该系统在所有三个轴上安装了微型机电陀螺仪、加速度传感器和电子罗盘。这些微型元件称为微机电系统,构成了小巧轻便的运动跟踪系统,与以前的产品相比,精度更高、可靠性更好且生产成本更低。

如果观看过今年索契冬奥会的户外赛事转播,您可能注意到,滑雪板和滑雪赛场上空盘旋着小巧如蜘蛛般的摄像飞行器。这些无人飞行器用于进行航拍,操控性能极其卓越。它们可以近距离捕捉竞技动作,并顺畅地进行跟踪,比安装在起重机或传统直升机上的摄像机更为优越。是什么使摄像飞行器如此超凡脱俗呢?一个称为姿态航向参考系统(AHRS)的复杂动作控制和稳定系统,该系统在所有三个轴上安装了微型机电陀螺仪、加速度传感器和电子罗盘。这些微型元件称为微机电系统,构成了小巧轻便的运动跟踪系统,与以前的产品相比,精度更高、可靠性更好且生产成本更低。


无人驾驶飞行器

MEMSAHRS可以装配在最大有效载重约为5至10kg的小型直升机上,能够提供必要的运动跟踪技术,使得能够操控飞行器并使其保持在航线上。过去,如果要结合考虑所有必要的控制和稳定需求,意味着需要使用高精度的(因而庞大且笨重的)的惯量测量单元(IMU)或昂贵的(也同样庞大的)光纤陀螺仪。无论采用哪种方法,装置都过于庞大,无法搭载到小型直升机上。MEMSAHRS产品足够轻便,便于携带,同时足够精确,能够执行必需的测量任务。另外,实时操作要求快速响应,而最新的MEMSAHRS产品延迟不到2ms,足以进行快速跟踪。

在空中,受几乎不间断的振动和长时间加速影响,飞行器可能出现暂时性导航故障,最后会偏离航线。最新级别的抗振MEMS陀螺仪具有高带宽特性并结合使用强大的信号处理算法,能够抵抗频率高达200Hz的振动,从而提高了短期精度。

长时间加速导致很难读取接近重力的加速度计值。如果不能适当地补偿这些加速度,那么横滚值和俯仰值将不准确,飞行器便会开始偏移航线。新的传感器融合算法可以管理多个传感器的读数,能够帮助MEMSAHRS检测加速度并根据测量的动态特性进行调整。传感器融合也可帮助MEMS设备更好地对抗因钢铁、永磁体和电流而产生的磁场畸变。高性能的加速度传感器融合算法可以补偿此类磁场畸变,并相应调节航向估计值。

基于MEMS的产品具有更高的精度、更好的传感器融合算法、元件微型化以及相对低廉的生产成本,因而成为替代传统光学和机械导航设备的诱人选择。摄像飞行器也许是此类基于MEMS的解决方案中最广为人知的应用,但是其它领域的应用也在迅猛发展。例如,移动3D测绘、货船导航系统以及配有风筝的风力驱动船只等等。各种特性的独特组合,以及较低的总成本,使得这这些尺寸小巧的基于MEMS的系统最有可能成为下一代运动跟踪系统中的佼佼者。


(责任编辑:ioter)

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