無人機(jī)、無人車、無人船、機(jī)器人等代表性無人系統(tǒng)的智能自主控制是當(dāng)前自動控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，更是提升無人系統(tǒng)自主性和智能化水平的核心技術(shù)。自主導(dǎo)航技術(shù)利用對應(yīng)的自主導(dǎo)航系統(tǒng)獲取無人系統(tǒng)自身的位置、速度及姿態(tài)信息，是實(shí)現(xiàn)無人系統(tǒng)智能自主控制必不可少的技術(shù)保障。在無線電導(dǎo)航、地形匹配導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航、磁導(dǎo)航及視覺導(dǎo)航等眾多導(dǎo)航技術(shù)中，不需要依賴外界信息的慣性導(dǎo)航技術(shù)是目前實(shí)現(xiàn)無人系統(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)在多種無人系統(tǒng)，如無人機(jī)、無人車、無人船及機(jī)器人等系統(tǒng)中得到普遍應(yīng)用。

1 無人機(jī)領(lǐng)域

在近幾年來，微小型無人機(jī)在軍用以及民用領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著越來越重要的作用，而為了實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自身的定位以及定位問題，航姿測控系統(tǒng)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。航姿測控系統(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人機(jī)位姿的精度，傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過導(dǎo)航算法計算出無人機(jī)的位置姿態(tài)信息。目前無人機(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，又可以縮短初始對準(zhǔn)的時間。如今無人機(jī)上面搭載的導(dǎo)航系統(tǒng)精度為消費(fèi)級，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，未來無人機(jī)的導(dǎo)航精度將提高。

2 無人車領(lǐng)域

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

3 無人船領(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)備較為危險并且成本較高，致使無人船技術(shù)發(fā)展迅速。獲取無人船位置姿態(tài)信息是無人船能夠自主開展工作的重要前提。如今無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。無人船上搭載的MEMS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，一般消費(fèi)級的中低精度即可滿足需求。

4 機(jī)器人領(lǐng)域

移動機(jī)器人是一種可以自主在固定或時變環(huán)境中進(jìn)行工作的自動化設(shè)備。近年來在服務(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)用方面與無人車相似，均通過視覺相機(jī)、MEMS慣性傳感器、激光雷達(dá)及里程計等傳感器采集數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航。國內(nèi)高校也對輪式機(jī)器人較早開始研究工作。在采取慣性傳感器與里程計的輪式機(jī)器人的導(dǎo)航過程中，MEMS慣性傳感器提供精確的姿態(tài)角，而由于輪子打滑等對慣性導(dǎo)航以及里程計產(chǎn)生影響，現(xiàn)大多通過視覺里程計與MEMS慣性導(dǎo)航組合導(dǎo)航，通過擴(kuò)展Kalman濾波算法來進(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以及行動不便的老人在家的人身安全問題是社會普遍關(guān)注的問題，如果將MEMS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)放置在探測人員身上進(jìn)行導(dǎo)航，則可以獲得實(shí)時位置姿態(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加速度計對人員步伐狀態(tài)進(jìn)行檢測識別，再通過磁力計檢測人員運(yùn)動方向，由此來進(jìn)行室內(nèi)人員的定向定位。另外一種方法是采用兩個或多個MEMS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，安裝在人員腳部以及腰部位置，通過多個MEMS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)修正方法來進(jìn)行定位。文章來源：成都通航科技

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