格纳微组合导航系统/航姿参考系统,助力无人机飞越复杂环境、使命必达

发布时间:2019-11-05 09:16阅读次数:


无人机产业迅速发展,其市场规模和应用范围也在不断扩大,无论是邮件或包裹的递送、老少皆宜的娱乐、无人机编队表演、安全监控、农业或工业的管理,还是开拓航拍摄影的新天地,从长远看来,无人机就像无人驾驶一样,未来会在我们的生活中占据十分重要的位置。




最开始无人机也闹出了不少事儿,首先是一架无人机勇闯了国内XX机场,险些危害到了正常航班的起降;另外物流公司UPS在佛罗里达州的一个草莓农场测试无人机送货,第一架成功了,用了13分钟将一个包裹从货车上送到了农场深处的房子顶上,而第二架,不幸的,一头栽了下来。


但不管怎样,也许明天一睁眼,无人机把热咖啡热牛奶送到你的窗前这件事,就已经变成了现实。毕竟国外的大佬们,例如谷歌、亚马逊、UPS等在大力投入无人机送货的研发成果落地,国内的巨头们,比如京东、顺丰等,也在热火朝天地推进着自己的无人机服务。



无人机是无人驾驶飞机的简称(Unmanned Aerial Vehicle),是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置的不载人飞机,包括无人直升机、固定翼机、多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机。广义地看也包括临近空间飞行器(20-100 公里空域),如平流层飞艇、高空气球、太阳能无人机等。从某种角度来看,无人机可以在无人驾驶的条件下完成复杂空中飞行任务和各种负载任务,可以被看做是 “空中机器人”。


飞控子系统是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等整个飞行过程的核心系统,飞控对于无人机相当于驾驶员对于有人机的作用,是无人机最核心的技术之一。飞控一般包括传感器、机载计算机和伺服设备三大部分,实现的功能主要有无人机姿态稳定和控制、无人机任务设备管理和应急控制三大类。


无人机的飞行控制系统,主要包含陀螺仪,加速度计,磁力计,气压传感器(悬停高度粗略控制),超声波传感器或毫米波雷达(低空高度精确控制或避障),光流传感器(悬停水平位置精确确定),GNSS模块(水平位置高度粗略定位),以及控制电路等组成,主要的功能就是自动保持飞机的正常飞行姿态,另外在某些应用场景中,这些信息还提供给无人机的自主导航系统,用于实现路径规划和避障等功能。



到如今,无人机的飞行能力有了显著的提高,操控也更安全、更稳定、更容易,在现实生活中的应用也越来越广泛。这些能力提高的关键因素便是高性能的微机电系统(MEMS)传感器、GNSS传感器、毫米波雷达等诸多高性能感知传感器的使用,使得无人机能够保持方向稳定、被用户精准操控,或者自动飞行。


AHRS ( Attitude and Heading Reference System )俗称航姿参考系统,能够为飞行器提供准确可靠的横滚、俯仰、航向等姿态与航行信息。产品由加速度传感器、陀螺仪以及地磁力传感器等组成,内部一般采用卡尔曼滤波器作为多传感器数据融合单元进行航姿解算。




无人机的大规模使用对成本提出了更高的要求,目前无人机应用的航姿参考系统普遍采用低成本的MEMS器件,这些传感器通常成本低廉、精度较低,所以在这种低精度陀螺仪和加速度计的架构下必须综合运用地球的重力场、磁场等场向量来进行修正,关键的就是各家厂商的融合算法,是否能够让AHRS在静态、动态及磁干扰等环境下都能输出精确、稳定的姿态数据。


基于市场上无人机、无人车、AGV、服务机器人、安防机器人、轮式车辆等行业对AHRS需求的猛增,湖南格纳微信息科技有限公司推出了SurPass系列航姿参考系统产品,产品采用经过充分选型的MEMS加速度计、陀螺仪和磁力计进行组合,严格密封设计以及结构工艺保证产品在恶劣的环境下仍能实现精密地测量。通过非线性补偿、正交补偿、温度补偿和漂移补偿等多种补偿,可以大大消除误差源,提高产品精度水平。同时智能识别和滤除外部磁场干扰,并采用自适应滤波算法对静止或运动物体的姿态参数和航向角进行最优估计,实时解算出高精度的横滚角、俯仰角和航向角。


GNW-SurPass-A100航姿参考系统


采用铝合金外壳封装,可靠性好,环境适应性强,抗短时磁场干扰,体积小,便于安装在多种载体上,提供RS232、RS485、TTL、CAN、USB等多种数据输出接口,输出三维全姿态数据(四元数/原始数据),获取里程计数据后,再结合惯导加速度信息可输出稳健的惯导定位结果。



点击观看GNW-SurPass-A100

航姿参考系统演示视频


高精度定位是支撑无人机安全飞行的关键技术之一。无人机在进行视频及图像传输的时候需要知道自己的精确位置,在无人机的起飞、航行、悬停、返回的任何一个阶段,都需要对其进行实时精准定位。

无人机的应用范围越来越广,应用环境也变得复杂多变,特别是在一些行业应用中,如货物运送与快递、应急救援、环境检查、电力巡线、航拍测绘、农业植保等场景,传统的卫星导航由于卫星信号容易被遮挡或干扰,而不能总是满足无人机在导航的过程中对准确性和灵活性的需求,而诸如要求障碍回避、物资或武器投放、自动进场着陆等功能,对精度、可靠性和抗干扰性则提出了更高的要求。



卫星导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离,然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。而惯性导航系统是一个借助于先前已知位置,以及估计出的速度随时间的变化量来推导出当前位置的过程。惯导定位能在有限区域内精确定位,但也存在严重的误差累积,卫星定位技术不会累积误差,但是自身定位精准度却不足。使用差分后卫星定位精准度明显提升,但是从数据上分析依然有不稳定的结果存在,有时会出现较大波动,在有些特殊环境中甚至会失去作用,比如:城市峡谷、丛林或其他严重干扰的情况下,卫星导航数据混乱不可靠,即使采用千寻服务或者参考站提供的差分数据提高精度,碰到这些情况依旧无奈。因此有必要将惯性导航和卫星导航结合起来,弥补卫星导航本身的不足。



格纳微科技推出的——“MEMS惯性-卫星组合导航系统”,利用高精度MEMS(微机电系统, Micro-Electro-Mechanical System)陀螺、加速度计及多模多频GNSS(全球导航卫星系统,Global Navigation Satellite System)接收机,实现外置天线辅助快速高精度定向和组合导航功能,实时解算载体的位置、速度、航向、姿态等信息,抗遮挡、多路径干扰,实现复杂环境下无人机长时间、高精度、高可靠性导航。支持GNSS实时RTK(实时动态/载波相位差分技术,Real-time kinematic)功能,提供标准化用户通用协议,具备良好可扩展性。


  • GNW-MKT4050/4052双天线组合导航系统





  • GNW-MKS4051 单天线组合导航系统



产品特点:

(1)支持北斗、GPS、GLONASS、GALILEO等多频多系统,快速精准定位,可靠性高。

(2)支持实时RTK定位,外置天线辅助快速、精确定向。

(3)自主知识产权的卫星-惯导组合导航融合算法,实时解算载体位置、速度、航向、姿态等信息,实现高灵敏度跟踪、开阔空间的准确定位。

(4)抗遮挡、多路径干扰,实现隧道、地下车库、立交桥、林荫道等城市峡谷环境以及深林、峡谷等复杂地形中无人机、车辆的长时间、高精度、高可靠性定位导航。

(5)提供标准化用户通用协议,具备良好可扩展性。

(6)紧凑化设计,体积小、重量轻。

(7)主机接口采用J30J-15p航空接头,品质可靠,连接稳定;数据接口方式灵活多样,支持RS232、RS422、TTL串口和1路差分信号(CAN)、1路单端信号(PPS)。


点击观看MEMS惯性-卫星组合导航

园区及地下车库测试视频





关于湖南格纳微信息科技有限公司

湖南格纳微信息科技有限公司是一家以微惯性导航系统和多传感器融合为核心技术的高新技术企业,立足以低成本的MEMS惯性传感器达到不依赖卫星、基站的高精度自主室内定位,并融合北斗、GPS等实现室内外“全域定位”。产品主要应用于消防/应急/军警单兵定位,自动驾驶/辅助驾驶“高精度组合定位”,机器人/无人机定位测向等领域。


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