应用

厘米级实时定位在自动驾驶、精准农业和无人机测绘等领域至关重要。Micro-Magic 的 I3700 双天线 GNSS/INS 系统通过克服信号遮挡等限制，增强了 RTK 技术，从而在复杂环境中实现精准可靠的导航。该系统凭借其强大的定位能力，为下一代应用提供强大支持。在自动驾驶、精准农业和无人机测绘等数字化驱动领域，厘米级实时定位已成为核心需求。实时动态定位（RTK）技术通过基站与流动站的协同工作，将传统GPS定位误差从米级降低到厘米级。Micro-Magic公司推出的I3700高性能双天线GNSS/INS集成导航系统，赋予RTK更强的环境适应性和可靠性，开启了高精度定位的新时代。一、RTK技术的核心突破RTK系统通过基站与流动站的协同作用实现精确定位：基站：位于已知坐标处，可计算实时卫星信号误差（例如，大气延迟、时钟漂移）。漫游车：接收来自基站的误差校正数据，并将其与自身观测数据融合，实现厘米级定位。实时性能：通过 4G/NTRIP 协议进行数据传输

探索MEMS GNSS/INS技术的五大优势，包括成本效益高、轻巧便携和精度高。是无人机、航空和测绘领域的理想之选。 在现代导航技术领域，MEMS GNSS/INS（微机电系统全球导航卫星系统/惯性导航系统）凭借其独特的优势，已逐渐成为众多应用领域的首选解决方案。无论是海洋测绘、陆地测量，还是无人机、机器人或直升机的导航，MEMS GNSS/INS 都能提供卓越的性能。今天，我们就来探讨一下它的五大核心优势。 一、什么是MEMS GNSS/INS？MEMS GNSS/INS 是一种将 MEMS 惯性导航系统 (MINS) 与全球导航卫星系统 (GNSS) 相结合的技术。通过结合两者的优势，它可以提供高精度的位置 (Position)、速度 (Velocity) 和姿态 (Attitude) 信息，简称 PVA。全球导航卫星系统（GNSS）：通过卫星信号提供绝对位置信息，但容易受到信号干扰或中断的影响。INS：基于惯性传感器，可以连续输出运动数据，但存在误差累积的问题。 两者的互补性使得集成系统不仅可以抑制惯性导航的漂移，还可以弥补GNSS信号的不稳定性，从而在短期和长期内实现高精度导航。 二、五大优势分析1. 高成本效益MEMS器件的制造采用了半导体行业的大规模生产技术，显著降低了生产成本。与光纤陀螺仪（FOG）等传统惯性导航系统相比，MEMS GNSS/INS的价格更加亲民，更适用于航空等领域的广泛应用。 2. 轻便易携MEMS技术的核心特点是微型化，其尺寸通常以微米为单位。这种紧凑的尺寸使其成为空间有限设备（例如无人机或小型飞机）的理想选择。轻量化设计不仅降低了整体负载，还提高了燃油效率和飞行性能。 3. 安装灵活MEMS GNSS/INS的紧凑性使其能够适应各种安装位置，无论是固定在机翼、机身还是其他狭小空间，并且易于集成。这种灵活性为现代航空电子系统和自动化设备的设计提供了更多可能性。 4. 低功耗设计MEMS技术的进步显著降低了功耗。通过优化供电周期和采用低功耗模式，MEMS GNSS/INS的能耗远低于传统惯性导航系统。对于电池供电的设备（例如无人机），这意味着更长的任务时间和更少的充电需求，从而显著提高运行效率。 5. GNSS集成提高了精度简单的MEMS惯性导航系统只能根据相对位置计算运动轨迹，而GNSS可以提供​​绝对定位。两者的结合不仅可以弥补彼此的不足，还可以通过滤波算法校正MEMS惯性导航系统的累积误差，从而实现更高精度的导航。 三、卓越解决方案：Micro-Magic MEMS INS作为惯性导航技术领域的领导者，Micro-Magic推出了三款不同精度级别的GNSS辅助MEMS惯性导航系统产品，分别满足测绘、战术和工业应用的需求。其中，测绘级产品IF3500尤为突出：零点偏差稳定性：0.06°/小时升沉测量精度：5厘米或1%高精度MEMS加速度计，量程±10g，零偏置不稳定性 < 30微克 该产品实现了GNSS和INS的无缝集成，不仅能够提供短期高精度导航信息，还能利用GNSS校正长期误差，是各种高精度应用的理想选择。 四、结论MEMS GNSS/INS 具有成本低、重量轻、安装灵活、功耗低、精度高等特点，正在重新定义现代导航技术。它能为航空、测绘、自动化等领域的用户带来显著的价值提升。如果您正在寻找高效可靠的导航解决方案，MEMS GNSS/INS 无疑值得您考虑！IF3600无论您需要什么，Micro-Magic 都会在您身边。IF3500无论您需要什么，Micro-Magic 都会在您身边。IF3700无论您需要什么，Micro-Magic 都会在您身边。 

要点产品：I3500 GNSS辅助MEMS惯性导航系统主要特点：组件：经济高效的 MEMS IMU、双天线卫星定位模块、磁力计和气压计。功能：提供高精度导航数据，在GNSS中断期间保持性能。应用领域：适用于无人机、自主导航、测绘和运动分析。惯性导航：结合惯性测量进行位置、速度和姿态计算。结论：I3500 体现了 MEMS INS 和 GNSS 的集成，提高了各个领域的导航可靠性和精度。 MINS/GNSS 集成导航是指将 MINS（MEMS 惯性导航系统）和 GNSS（全球导航卫星系统）的信息融合在一起。这种融合结合了两个系统的优势，使它们相互补充，从而获得精确的 PVA（位置、速度、姿态）结果。MEMS惯性导航系统的分类经过三十余年的发展，MEMS惯性技术取得了长足进步，应用范围也日益广泛。各种实用型MEMS惯性器件和MEMS惯性导航系统（INS）相继问世，在航空航天、海事、汽车等领域得到广泛应用。战术级MEMS陀螺仪（偏置稳定性为0.1°/h至10°/h，1σ）和高精度MEMS加速度计（偏置稳定性为10⁻⁵g至10⁻⁶g，1σ）的出现，标志着战术级MEMS INS正式进入模型应用阶段。一般而言，MEMS惯性系统可分为三个级别：惯性传感器组件（ISA）、惯性测量单元（IMU）和惯性导航系统（INS），如图1所示。图 1 三级 MEMS 集成电路 (2)MEMS ISA：仅由三个 MEMS 陀螺仪和三个 MEMS 加速度计组成，不具备独立运行的能力。MEMS IMU：在 MEMS ISA 的基础上增加了 A/D 转换器、数学处理芯片和特定程序，使其能够独立收集和处理惯性信息。MEMS INS：在 MEMS IMU 的基础上进一步扩展，集成了坐标变换、滤波处理和辅助模块，这些辅助模块通常包括磁力计和 GNSS 接收器板。磁力计等辅助传感器对于辅助 MEMS INS 对准和提升性能尤为重要。下图所示的 Ericco 新推出的三款 MEMS INS（Micro-Magic Inc-机械系统惯性导航系统）型号，适用于无人机、飞行记录仪、智能无人驾驶车辆、路基定位和定向、通道检测、无人水面航行器和水下航行器等应用。图2 Ericco公司新推出的三款MEMS集成电路模型GNSS辅助MEMS惯性导航系统的工作原理全球导航卫星系统（GNSS）为用户提供全天候、高精度的绝对位置和时间信息，而惯性导航系统（INS）则提供高短期分辨率和强大的自主性。二者的互补特性提升了整体性能：INS 可以利用其高短期精度为 GNSS 提供更连续、更完整的导航信息，而 GNSS 可以帮助估计 INS 的误差参数（例如偏差），从而获得更精确的观测结果并减少 INS 漂移。图3 三级MEMS集成电路具体来说，GNSS利用轨道卫星的信号来计算位置、时间和速度。只要天线与至少四颗卫星保持视线连接，GNSS导航就能达到极高的精度。当卫星信号被树木或建筑物等障碍物阻挡时，导航就会变得不可靠甚至无法进行。惯性导航系统（INS）利用惯性测量单元（IMU）提供的角速率和加速度信息，计算相对位置随时间的变化。IMU由六个互补的传感器组成，这些传感器沿三个正交轴排列。每个轴上都包含一个加速度计和一个陀螺仪。加速度计测量线加速度，而陀螺仪测量旋转速率。借助这些传感器，IMU可以精确测量其在三维空间中的相对运动。惯性导航系统（INS）利用这些测量数据计算位置和速度。惯性测量单元（IMU）测量的另一个优点是能够提供绕三个轴的角度解。INS 将这些角度解转换为局部姿态（横滚、俯仰和偏航），并将这些数据与位置和速度一起提供。图 4 惯性测量单元本体坐标系实时动态定位（RTK）是GNSS中一种成熟的高精度定位算法，在开阔环境下能够达到厘米级精度。然而，在复杂的城市环境中，信号遮挡和干扰会降低模糊度锁定率，导致定位能力下降。因此，研究GNSS RTK与惯性导航系统（INS）的集成定位系统对于自主导航、测绘和运动分析等领域至关重要。Micro-Magic公司最新推出的I3500是一款高性价比的GNSS辅助MEMS惯性导航系统，配备高可靠性MEMS惯性测量单元（IMU）和双天线全系统全频段定位定向卫星模块。它还集成了磁力计和气压计，能够计算姿态角大小，帮助无人机导航至所需高度。结论将MEMS惯性导航系统（INS）与GNSS技术相结合，能够显著提高导航精度，充分发挥二者的优势。MEMS INS技术发展迅速，目前已广泛应用于航空航天、海事和汽车等行业。GNSS提供精确定位，而MEMS INS则确保即使在GNSS信号中断的情况下也能持续导航。Micro-Magic Inc 的 I3500 就是这种集成的典型例子，它提供高精度的导航数据，非常适合自主导航、测量和运动分析。总而言之，GNSS 和 MEMS INS 的集成通过提高各种应用中的精度、可靠性和多功能性，彻底改变了导航方式。 I3500高精度三轴MEMS陀螺仪I3500惯性导航系统  

要点产品：惯性导航系统（INS）和全球定位系统（GPS）主要特点：组成部分：惯性导航系统 (INS) 使用加速度计和陀螺仪；全球定位系统 (GPS) 依靠卫星信号。功能：惯性导航系统 (INS) 提供无需外部信号即可自主导航；全球定位系统 (GPS) 提供全球覆盖的精确地理位置。应用领域：惯性导航系统 (INS) 非常适合水下、地下和太空应用；全球定位系统 (GPS) 用于个人导航、军事和跟踪。集成：将 INS 和 GPS 相结合，可提高复杂环境下的精度和可靠性。结论：INS 和 GPS 之间的选择取决于具体需求，许多应用场景可以通过将它们集成在一起来获得最佳导航解决方案。对于飞机、自动驾驶汽车、船舶、航天器、潜艇和无人机等复杂载具而言，拥有精准的导航系统来维持和控制其完美运动至关重要。目前应用最广泛的两种导航系统是惯性导航系统 (INS) 和全球定位系统 (GPS)。两者各有优势和应用场景，但选择最适合自身需求的系统取决于多种因素。本文将探讨这两种系统的区别、优势和理想应用场景，以帮助您做出明智的选择。了解惯性导航系统和全球定位系统惯性导航系统（INS）：这款MEMS寻北器能够以完全自主的方式向运动物体提供航向信息，无需依赖卫星，不受气候影响，也无需复杂的操作。它不仅为计算机提供数据输出接口，还提供了良好的人机交互界面。MEMS寻北器主要由惯性测量模块（IMU）和线路部分组成，其硬件框图如图1所示。惯性测量模块（IMU）由陀螺仪和旋转机构组成。电路部分主要由四块电路板组成，包括：电源板、控制板、功率放大器板和底板。表1列出了寻北系统的组成部件。全球定位系统（GPS）：全球定位系统（GPS）是一种基于卫星的导航系统，它能向地球上或地球附近任何位置的GPS接收器提供地理位置和时间信息，前提是该接收器能够无遮挡地接收到四颗或更多GPS卫星的信号。GPS定位精度高，且能提供连续的定位信息，因此非常适合从个人导航到军事行动等各种应用。然而，建筑物、树木或大气条件可能会阻挡GPS信号，从而导致定位误差。GPS技术主要用于位置数据、地图绘制、运动物体跟踪、导航以及时间估算和测量。然而，这些信息依赖于卫星连接，如果GPS设备无法连接到至少四颗卫星，则提供的数据将不足以实现全部功能。 优势与劣势INS优势：独立性：不依赖外部信号，因此在 GPS 信号受限的环境中也很有用。即时响应：提供位置和速度的即时更新。鲁棒性：不易受到干扰或信号干扰。INS的弱点:漂移：随着时间的推移，累积误差会导致不准确。复杂性：通常比GPS系统更复杂、更昂贵。图2 INS和GNSS的优缺点GPS优势：精度：提供精确的位置信息，误差通常在几米以内。覆盖范围：全球覆盖，持续更新。使用方便：应用广泛且价格相对低廉。GPS优势：信号依赖性：需要与卫星之间保持畅通的视线，但可能会被遮挡。弱点：易受干扰、欺骗和干扰。结合惯性导航系统和全球定位系统在许多应用中，惯性导航系统 (INS) 和全球定位系统 (GPS) 结合使用，以发挥各自的优势。通过将 GPS 数据与 INS 数据融合，系统可以校正 INS 漂移，提供更可靠、更精确的导航。这种组合在航空领域尤为重要，因为航空领域对连续、精确的导航要求极高；在自动驾驶车辆领域，稳健、精确的定位对于安全运行至关重要。随着微机电系统（MEMS）的快速发展，小型化、便携化的GPS辅助集成导航系统相继问世，例如Micro-Magic公司推出的三款不同精度等级的导航系统。其中，超高精度的I6600测绘战术级系统配备了强大的惯性测量单元（IMU），能够输出高精度的位置、速度和姿态信息。结论选择惯性导航系统 (INS) 还是全球定位系统 (GPS) 取决于您的具体需求和运行环境。如果您需要一个独立于外部信号且能在复杂环境下工作的系统，INS 可能是最佳选择。但是，如果您需要高精度、连续且覆盖全球的定位信息，GPS 则可能是更好的选择。对于许多应用而言，将两种系统结合使用可以提供最佳解决方案，确保导航的可靠性和精度。通过了解每个系统的优势和局限性，您可以做出明智的决定，并选择最符合您需求的导航系统。 I6700MEMS GNSS辅助惯性导航系统  

要点产品：GNSS/MEMS INS集成导航系统主要特点：组件：将 MEMS 惯性传感器与 GNSS 接收器相结合，以增强导航能力。功能：通过将惯性数据与 GNSS 校正相结合，提供高频更新和精确的位置、速度和姿态信息。应用范围：非常适合用于无人机、飞行记录仪、智能无人驾驶车辆和水下航行器。数据融合：利用卡尔曼滤波将GNSS数据与MEMS INS数据融合，纠正累积误差，提高整体精度。结论：该集成系统充分利用了两种技术的优势，提高了导航性能和可靠性，在各个行业都有广泛的应用。随着MEMS惯性器件的发展，MEMS陀螺仪和MEMS加速度计的精度逐步提高，从而推动了其应用领域的快速发展。微机电系统集成电路然而，MEMS惯性器件精度的提升仍不足以满足MEMS惯性导航系统日益增长的高精度需求。因此，通过误差补偿算法和其他方法提高MEMS惯性导航系统的精度已成为MEMS惯性导航系统研究的重点。为了提高MEMS惯性导航系统的性能，研究人员探索了多种方法来减少这些系统中的误差。减少MEMS惯性导航系统误差的主要方法有四种：传感器误差参数的校准和补偿：这包括使用数学建模和实验工具来模拟传感器误差，系统地校准系统级的确定性误差，然后通过惯性导航算法补偿这些误差，以提高整体性能。旋转调制技术：通过应用适当的旋转调制方案，无需依赖外部信息源即可使传感器误差周期性变化。这种导航算法中的自动误差补偿可抑制传感器误差对MEMS惯性导航系统的影响。惯性器件冗余技术：由于MEMS惯性传感器的成本较低，可以实现冗余设计。传感器冗余可以有效降低随机误差对MEMS惯性导航系统的影响，从而提高性能。整合外部信息源：使用卡尔曼滤波进行集成导航，以抑制 MEMS INS 误差的累积。本文将进一步介绍第四种方法，即最实用、研究最广泛的集成导航形式——GNSS/MEMS INS 集成导航系统。使用GNSS辅助MEMS INS的原因MEMS惯性导航系统（INS）是一种航位推算系统，它测量当前采样时刻与前一采样时刻的相对状态。由于它不依赖声学、光学或电学信号进行测量，因此具有很强的抗外部干扰和欺骗能力。其自主性和可靠性使其成为飞机、船舶和车辆等各种载体的核心导航系统。图1列出了不同等级INS的性能。图1 不同等级INS的性能。MEMS惯性导航系统（INS）具有高更新率，能够输出包括位置、速度、姿态、角速度和加速度在内的全面状态信息，并具有较高的短期导航精度。然而，MEMS INS需要额外的信息源来初始化位置、速度和姿态，并且其纯惯性导航误差会随时间累积，尤其是在战术级和商用级INS中。GNSS/MEMS INS组合能够充分发挥两种系统的互补优势：GNSS提供稳定的长期精度，并可提供位置和速度的初始值，通过滤波校正MEMS INS中累积的误差；同时，MEMS INS可以提高GNSS导航输出的更新频率，丰富状态信息输出类型，并辅助检测和消除GNSS观测故障。GNSS/MEMS INS 集成导航基本模型GNSS/MEMS INS集成的基本模型反映了传感器（IMU和接收机）观测信息与载体导航参数（位置、速度和姿态）之间的函数关系，以及传感器测量误差的类型和随机模型。载体导航参数必须在特定的参考坐标系中描述。图2 GNSSMEMS集成导航基本模型导航问题通常涉及两个或多个坐标系：惯性传感器测量载体相对于惯性空间的运动，而载体的导航参数（位置和速度）通常用地球固定坐标系描述，以便于直观理解。GNSS/INS 集成导航中常用的坐标系包括地心惯性坐标系、地心地球固定坐标系、局部地理坐标系和机体坐标系。目前，GNSS/MEMS INS 集成于绝对导航的算法已经成熟，市场上涌现出许多高性能产品。例如，下图所示的 Micro-Magic 公司新推出的三款 MEMS INS 型号，适用于无人机、飞行记录仪、智能无人驾驶车辆、路基定位与定向、通道检测、无人水面航行器和水下航行器等领域的应用。图3 Micro-Magic公司新推出的三款GNSS/MEMS惯性导航系统I3500高精度三轴MEMS陀螺仪I3500惯性导航系统 I3700高精度农业GPS跟踪器模块功耗惯性导航系统MTK RTK GNSS RTK天线 RTK算法 

要点产品：GNSS/INS 集成导航解决方案主要特点：组件：集成系统包括 GNSS 接收器、惯性测量单元 (IMU) 和可选传感器，如激光雷达或里程计。功能：在 GNSS 信号丢失期间，利用附加传感器或运动状态约束（如 ZUPT）保持精度和稳定性。应用领域：非常适合城市导航、采矿、石油测井以及其他可能存在信号障碍的环境。惯性导航：利用陀螺仪和加速度计测量位置、速度和加速度。结论：集成系统的设计正在不断发展，其解决方案在增强应对挑战性环境的稳健性的同时，兼顾了成本和复杂性。在GNSS/INS组合导航系统中，GNSS测量数据在校正INS方面起着至关重要的作用。因此，组合系统的正常运行取决于卫星信号的连续性和稳定性。然而，当系统在立交桥、树冠或城市建筑物内运行时，卫星信号很容易受到遮挡或干扰，从而可能导致GNSS接收机失去锁定。本文探讨了在卫星信号丢失的情况下，如何维持GNSS/INS组合导航系统的精度和稳定性。当卫星信号长时间不可用时，GNSS 校正的缺失会导致 INS 误差迅速累积，尤其是在低精度惯性测量单元的系统中。这个问题会降低集成系统的精度、稳定性和连续性。因此，必须解决这一问题，以提高集成系统在复杂环境下的鲁棒性。1.解决GNSS/INS信号丢失问题的两种主要方案目前，针对卫星信号丢失的情况，主要有两种解决方案。方案一：集成更多传感器一方面，可以将额外的传感器集成到现有的GNSS/INS系统中，例如里程计、激光雷达、天文传感器和视觉传感器。这样，当卫星信号丢失导致GNSS不可用时，新添加的传感器可以提供测量信息，并与INS形成一个新的集成系统，从而抑制INS误差的累积。这种方法的缺点包括：由于增加了传感器，系统成本会增加；如果新传感器需要复杂的滤波模型，则设计难度也会增加。图 1 GNSS IMU ODO LiDAR SLAM 集成导航系统的系统概览。方案二：ZUPT科技另一方面，可以基于车辆的运动特性建立具有运动状态约束的定位模型。该方法无需在现有集成系统中添加新的传感器，从而避免了额外的成本。当GNSS信号不可用时，运动状态约束可提供新的测量信息，以抑制INS的偏差。例如，当车辆静止时，可以应用零速更新（ZUPT）技术来抑制INS误差的累积。ZUPT 是一种低成本且常用的抑制惯性导航系统 (INS) 发散的方法。理论上，当车辆静止时，其速度应为零。然而，由于 INS 误差会随时间累积，输出速度并不为零，因此 INS 输出速度可以作为速度误差的度量。由此，基于车辆速度为零的约束条件，可以建立相应的测量方程，为集成系统提供测量信息，并抑制 INS 误差的累积。图 2 基于 ZUPT 的 GNSSIMU 与 CERAV 紧密耦合算法的流程图。然而，零速度更新技术（ZUPT）的应用要求车辆保持静止，因此它是一种静态零速度更新技术，无法在车辆正常行驶过程中提供测量信息。在实际应用中，这意味着车辆需要频繁地从行驶状态停止，从而降低了其机动性。此外，ZUPT 还要求精确检测车辆的静止时刻。如果检测失败，则可能提供错误的测量信息，这不仅可能导致该方法失效，甚至还会导致集成系统的精度下降或出现偏差。结论卫星信号丢失会导致惯性导航系统（INS）误差快速累积，尤其是在城市等复杂环境中。目前提出了两种主要解决方案：一是增加额外的传感器，例如激光雷达（LiDAR）或视觉传感器，以提供替代测量数据；二是利用运动状态约束（例如零速更新（ZUPT）技术）来校正INS误差。每种方法各有优缺点：传感器集成会增加成本和复杂性，而ZUPT则要求车辆保持静止状态并被精确检测才能有效。Micro-Magic 公司处于惯性导航技术的前沿，近期推出了三款不同精度级别的 GNSS 辅助 MEMS 惯性导航系统 (INS) 产品（工业级、战术级和导航级）。值得注意的是，工业级 MEMS GNSS/INS I3500 具有 2.5°/小时的偏差不稳定性以及 0.028°/√小时的角度随机游走，并配备了量程宽广（±6g，零偏差不稳定性）的高精度 MEMS 加速度计。

要点产品：Micro-Magic Inc 的 MEMS GNSS/INS，包括用于地图应用的 I3500 型号。特征：尺寸：紧凑轻巧，易于集成精度：偏差不稳定性为 2.5°/小时，角度随机游走为 0.028°/√小时MEMS加速度计：±6g量程，零偏压不稳定性