Izvestiya MGTU MAMIIzvestiya MGTU MAMIИзвестия МГТУ “МАМИ“2074-05302949-1428Moscow Polytechnic University6689810.17816/2074-0530-66898ArticlesСтатьиResearch ArticleApplication of microelectromechanical sensors in the integrated navigation system of ground transport and agricultural technological vehicleПрименение микроэлектромеханических датчиков в интегрированной навигационной системе наземного транспортного и сельскохозяйственного технологического средстваNovikovP. V.НовиковП. ВNovikoF_08@mail.ruGerdiV. N.ГердиВ. Н

Ph.D.

к.т.н.

NovikovV. V.НовиковВ. В

Ph.D.

к.т.н.

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)Университет машиностроения15092016103NO3 (2016)№3 (2016)253130042021Copyright ©; 2016, Novikov P.V., Gerdi V.N., Novikov V.V.Copyright ©; 2016, Новиков П.В., Герди В.Н., Новиков В.В.2016Novikov P.V., Gerdi V.N., Novikov V.V.Новиков П.В., Герди В.Н., Новиков В.В.https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0https://journals.eco-vector.com/2074-0530/article/view/66898

The questions of assessment of achievable performance values of the integrated inertial-satellite navigation system complexed with odometer sensor and used for ground transport and agricultural technological vehicle are considered. Construction of relatively cheap modern navigation systems for ground transport and agricultural technological vehicles is provided by integrating diverse navigation systems, which include inertial-satellite systems that combine into a single hardware system the inertial and satellite modules. Achievable accuracy of gaining the navigation parameters is achieved by using special algorithms for processing of measurement information in combination with complexion of the system with an external source of additional information, where odometer sensor belongs. The most promising sensors are sensors, built using the technology of production of microelectromechanical systems - MEMS / MEMC (Micro-Electro Mechanical Systems). The navigation systems based on MEMS sensors have several advantages. The main advantages are small weight and size characteristics (volume less 1sm3, and weighs less than 1 gram), low power consumption, high reliability, resistance to vibro-impact loads (up to 2000g), easy integration of sensors and electronic modules of the navigation system, low cost. The main disadvantage is the need for the synthesis of complex algorithms of processing of measuring information to obtain the desired accuracy of the estimate of navigation parameters. The navigation system, where as MEMS sensors were used gyroscopes ADXRS-150 in conjunction with accelerometers ADXL-210 manufactured by Analog Devices, was considered. The main design and technological characteristics of sensors were shown, the selection criteria for sensors were formulated, technical and economic effect assessment of the use of MEMS in the navigation system is provided. The practical importance has the estimation of achievable accuracy characteristics of system under actual operating conditions. The paper presents the results of field tests of the navigation system based on MEMS sensors and designed for forklift carrying out transportation in the sea port. The results of experimental studies confirmed the effectiveness of the MEMS application as a sensing element of inertial-satellite navigation system of ground transport and agricultural technological vehicle that creates the foundation for the new high-tech developments.

Рассмотрены вопросы оценки достижимых значений эксплуатационных характеристик интегрированной инерциально-спутниковой навигационной системы комплексированной с одометрическим датчиком и предназначенной для наземного транспортного и сельскохозяйственного технологического средства. Построение относительно дешевых современных навигационных систем для наземных транспортных и сельскохозяйственных технологических средств обеспечивается посредством интегрирования разнородных навигационных систем, к которым относят инерциально-спутниковые системы, объединяющие в единый аппаратный комплекс инерциальный и спутниковый модули. Достижимая точность выработки навигационных параметров обеспечивается применением специальных алгоритмов обработки измерительной информации в сочетании с комплексированием системы и стороннего источника дополнительной информации, к которому относится одометрический датчик. К числу наиболее перспективных датчиков относят чувствительные элементы, построенные с использованием технологии производства микроэлектромеханических систем - MEMS/MEMC (Micro-Electro Mechanical Sistems). Навигационные системы построенные на базе МЕМС датчиков обладают рядом преимуществ. К числу основных достоинств следует отнести малые массогабаритные характеристики (объем менее 1см3, при весе менее 1 грамма), низкое энергопотребление, высокую надежность, невосприимчивость к виброударным нагрузкам (до 2000g), простоту интеграции датчиков и электронных модулей навигационной системы, низкую стоимость. Основным недостатком является необходимость синтеза сложных алгоритмов обработки измерительной информации для получения заданной точности оценки навигационных параметров. Рассмотрена навигационная система, в которой в качестве МЕМС датчиков применялись гироскопы ADXRS-150 в сочетании с акселерометрами ADXL-210 производимыми компании Analog Devices. Представлены основные конструкторско-технологические характеристики датчиков, сформулированы критерии отбора датчиков, приводится оценка технико-экономического эффекта использования МЕМС в навигационной системе. Практическую важность представляет оценка достижимых точностных характеристик системы в реальных условиях эксплуатации. В работе приводятся результаты натурных испытаний навигационной системы, построенной на базе МЕМС датчиков и предназначенной для грузоподъемника, осуществляющего перевозки на территории морского порта. Результаты экспериментальных исследований подтвердили эффективность применения МЕМС в качестве чувствительного элемента инерциально-спутниковой навигационной системы наземного транспортного и сельскохозяйственного технологического средства, что создает фундамент для новых высокотехнологичных разработок.

ground transport and agricultural technological vehiclenavigation systemMEMS sensoraccelerometergyroscopeaccuracyintegrated circuitназемное транспортное и сельскохозяйственное технологическое средствонавигационная системамикроэлектромеханический датчикакселерометргироскопточностьинтегральная микросхемаSalychev O.S. Applied Inertial Navigation: Problems and Solutions. M.: BMSTU Press, 2004. 302 p.Salychev O.S. MEMS-based Inertial Navigation: Expectations and Reality. M.: BMSTU Press, 2012. 208 p.Новиков П.В., Новиков В.В., Шейпак А.А. Интегрированная навигационная система наземного транспортного средства // Известия МГТУ «МАМИ». 2015. № 4(26). Т. 1. С. 70-77.Sheipak Anatoly, Novikov Pavel The satellite-based algorithm for determining the location of hydraulic lift. Design of machines and structures. A publication of the university of Miskolc. Vol. 4, No 2 (2014). pp. 45 - 53.Hemerly E.M. Schad V.R. Implementation of a GPS/INS/Odometer, ABCM Symposium Series in Mechatronics. 2008, Vol. 3. pp. 519-524.Hong S. K., Park S. Minimal-drift Heading Measurement using a MEMS Gyro for Indoor Mobile Robots // Sensors. 2008. Vol.8. pp 7287-7299.ADXRS300. ±300°/s Single Chip Yaw Rate Gyro with Signal Conditioning. Data Sheet. Rev. B. [Electronic Resource]. Analog Devices, INC., 2004.