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优异航姿参考系统(AHRS)究竟好在哪里?

日期:2020-02-21 17:25
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摘要: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。AHRS起源于飞行器相关技术,但是近些年随着器件成本的不断降低也被广泛应用于机动车辆与无人机、工业设备、摄像与天线云台、地面及水下设备、虚拟现实、生命运动科学分析、室内定位等领域需要三维姿态测量的产品中。

优异航姿参考系统(AHRS)究竟好在哪里?

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。AHRS起源于飞行器相关技术,但是近些年随着器件成本的不断降低也被广泛应用于机动车辆与无人机、工业设备、摄像与天线云台、地面及水下设备、虚拟现实、生命运动科学分析、室内定位等领域需要三维姿态测量的产品中。

图1 航姿参考系统(AHRS)应用示意图

目前市面上比较知名的AHRS产品有荷兰XSENS公司的MTi系列、法国SBG公司的Ellipse/Ekinox系列、挪威Sensonor公司的STIM系列等,国内也有一些同类产品,但指标体系不统一,精度和市场份额均无明显优势。

ARHS*重要的指标有姿态(横滚、俯仰)精度、航向精度、航向漂移等,经过对国外几家较为知名的AHRS厂商及代理商的调研,市面上的大部分俯仰和横滚动态精度标称为0.1~0.5°之间、航向动态精度标称为0.5~2°之间的AHRS产品,单个报价基本都在10000元以上,这个价格对于消费、行业市场的批量应用来说存在较大障碍。另外,笔者通过比较对应的指标,发现各型AHRS的标价比较混乱,相差数万元的产品,从指标上来看并无明显的区别。由此笔者提出了几个疑问:(1)这些所谓的价格上比较优异的AHRS究竟好在哪里?(2)国内的AHRS产品对比国外的有什么差距或者说差别呢?(3)AHRS产品的开发难点在哪里、门槛有多高?(4)无人机、无人车、机器人、AGV、室内定位、平台姿态稳定等领域需要的AHRS精度和成本到底是什么级别的?

在笔者调研的AHRS里面,都没有采用高可靠性加速度计和高精度陀螺仪,而是普遍采用低成本的微机电系统( Micro-Electro-Mechanical System,MEMS )器件为主构成的航姿参考系统,如MEMS加速度计、磁力计、陀螺仪等。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**、稳定的姿态数据。

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