Xsens MTi系列3D运动跟踪传感器在磁干扰的环境中保持准确航向

时间： 2021-07-01 来源：XSENS

技术问答

工业、航空和船舶车辆都非常依赖3D运动跟踪传感器来提供准确的航向和姿态参考信息。通常在这些应用中使用的航姿参考系统（AHRS）采用陀螺仪、加速度计和磁力计来感测3D方向。虽然俯仰和滚转方向可以通过重力稳定的特性来确定，但是偏航信息通常依靠地球的磁场来提供航向参考数据。这就造成了问题。

在3D运动跟踪应用中可能遇到的挑战是如何保持精确的航向信息，尽管地球磁场存在局部扭曲。在平台环境中存在的磁导材料、强电流或两者，通过扭曲它们依赖参考的磁场，会导致磁力计读取数据时的误差。用于工业应用的XSENS运动跟踪产品包括专有软件算法和可改变的卡尔曼滤波器，其可将方向误差降低到可接受的水平。

MTi产品系列允许你以编程方式自定义运动跟踪产品来缓解在平台遇到的特定磁干扰。通过选择以下技术中的一种（或组合），你可以找到满意的解决方案来纠正大多数方向误差。

1. Zero Rotation Update (ZRU)

2. Active Heading Stabilization (AHS)

3. Magnetic Field Mapping (MFM)

4. In-Run Compass Calibration (ICC)

5. Global Positioning System (GPS) /Global Navigation Satellite System (GNSS)

6. Heading Estimation Using GPS Acceleration

以下是通常受磁干扰影响的六种应用，并且可以从刚才描述的解决方案中受益。

应用 #1 传感器定期静止

一些平台在正常使用期间定期休息。使用ZRU，运动跟踪使用不活动时段来测量陀螺仪偏差并相应地调整航向数据输出。由于ZRU仅在设备处于静止状态时才更新，因此该解决方案最适合于平台具有短暂移动时段和非活动时段的应用程序。其中一个这样的应用是LMS SoundBrush。使用MTi-200，SoundBrush可实现声场的3D映射，显示设备发出的声波方向和强度。

应用 #2 机器人

MTi产品系列独有的一种解决方案是AHS。 AHS可以在设备静止时弥补陀螺仪偏置，与陀螺仪航位推测相比，精度提高了20倍。即使不能使用磁力计，当需要高精度航向信息时，AHS通常也是理想的解决方案。室内机器人就是这样一种应用。例如PAL Robotics使用MTi-30 AHRS模块来感知人形机器人的姿态。AHRS是REEM-C步行机器人的基石，并为保持机器人平衡的所有算法提供反馈。

应用 #3 遥控车辆和海上交通工具

户外应用（例如ROV和船用车辆）发生的航向误差通常可以使用MFM来解决。通过创建平台周围磁场的3D地图，MTi产品可以消除平台本身产生的磁干扰。 BluePrint Subsea将MTi-3 AHRS模块整合到其X150 USBL跟踪信标中，以提供高度精确的3D航姿参考。

应用 #4 没有主机PC的应用

另一种仅可从Xsens获得的路径错误解决方案是ICC。 ICC校正由与平台一起移动的物体引起的磁干扰。ICC非常适用于无法与主机PC连接的应用，例如自主无人机。Autonomous Control Systems Laboratory Ltd.（ACSL）采用MTi-30模块为其MS-06LA MINISURVEYOR自动空中无人机提供快速准确的3D定位数据。ICC提供的嵌入式处理能力使MINISURVEYOR能够进行基础设施检查 - 即使在高辐射环境、灾害评估、作物喷洒和航空摄影中也表现稳定。

应用 #5 汽车和户外应用

汽车和航空应用通常需要高性能的GPS / GNSS接收器。 MTi-G-710模块不仅提供出色的GPS / GNSS功能，配有3D传感器，用于加速、转速和磁场感应，而且是一个功能齐全的AHRS设备。即使在GNSS讯号接收有限的情况下，MTi-G-710的多卫星配置也能提供卓越的航向精度。 GPS / GNSS正在证明其在新兴自动驾驶汽车行业的价值。

当机器人人工智能技术开发商Vector.ai需要高性能解决方案时，它在MTi-G-710中找到了。通过使用MTi-G-710，该科技创业公司能够捕捉开发其深度神经网络所需的GPS / GNSS和AHRS数据。尽管Vector.ai目前参与了自动驾驶汽车技术的原型设计，MTi-G-710仍能满足自动驾驶汽车OEM应用的严格要求。

应用 #6 小型飞机和船舶

飞机和海上交通工具可能会遇到因顺风和水流引起的轴承误差，导致估计方向与真实航向不同。使用GPS加速度的航向估计将GNSS加速度与加速度计读数进行比较，以产生高精度航向，无论漂移程度如何。 Aeroprobe是汽车、风力涡轮机和航空航天工业的空气数据和流量测量系统的领导者，已开发出微型空气数据系统（μADS）无人机，以促进大气研究。提供大气研究所需的准确数据的μADS的关键是它能够首先保持关于无人机方向和速度的准确数据。通过集成Xsens MTi-G-710 的GPS辅助惯性导航系统（INS），μADS可以精确地确定空气流速和角度、姿态、位置、无人机速度和加速度。INS模块的灵活性使Aeroprobe能够根据客户要求为其空中微型空气数据系统提供相应的配置。

寻找你的解决方案

无论你在研发方面投入了多少时间和金钱，定向错误都可能使你的项目偏离正轨，并推迟你的产品进入市场。识别这些错误的原因只是成功的一半。知道如何纠正它们也很重要。Xsens MTi系列3D方向传感器提供已经验证的技术，可校正由磁场干扰引起的最常见的航向误差。无论你的挑战在于航空、海事、工业还是汽车应用，基于软件的运动跟踪都能提供解决方案。

免费白皮书

Xsens发布了免费白皮书“用于工业应用的下一代Xsens运动跟踪器”，来解释MTi系统架构。它详细地揭示了橙色盒子里的运作。简而言之，它更多解释了以下内容：

● 系统架构

● 应用

● 引擎

● 组合

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

选型指南 - NISSHINBO - 2023/4/27 PDF 中文下载

【产品】普莱默发布超小型3DCoil电磁传感器3DC14EM-ULP和3DC14EMR-ULP，最大高度仅为1.65mm

普莱默发布的最新型3DCoil电磁传感器（完全等向性）能够集成到智能手机、钥匙扣、智能卡钥匙扣和可穿戴设备上。这一创新产品专门用于安全接入（被动无钥匙进入）、实时定位系统（RTLS）以及沉浸式3D虚拟体验运动跟踪及增强现实感。

新产品发布时间 : 2022-10-13

【元件】普莱默推出市场在售尺寸最小的微型3D线圈接收天线，适用于VR/AR，可同时跟踪多个小元素

普莱默集团——电磁运动跟踪传感解决方案领域的领先供应商，宣布推出了3DCC03系列，该系列产品是目前市场在售的尺寸最小的3D线圈接收天线。3DCC03系列比老款产品尺寸小60%，专为满足EM运动跟踪传感器日益增长的微型化需求而设计。

产品发布时间 : 2023-09-26

PREMO（普莱默）VR/AR电磁运动跟踪传感器选型指南（英文）

描述- Premo's 3DCoils and 3DCoilCube motion tracking magnetic sensors use a 3D emitter antenna that generates an electromagnetic field. The use of low frequency/long wavelength signals allow tracking sensors to be embedded or out of sightline, ideal for any virtual reality controller.

型号- 3DCD90-A-0100J,3DV15-A-S2000J,3DTX08-A-0060J,3DLW20-A-0145J,3DV15,3DV11AOI-A-S0600J,3DCD90-A-0039J,3DCD90,3DCC08-A-0550J,3DCC10-A-0600J,3DV11AOI-A-2000J,3DTX08,3DV06-A-S0340J,3DCC20-A-0030J,3DCC10,3DV06-A-S0100J,3DCC28-A-0039J,3DV11AOI,3DCC28-A-0150J,3D28LW,3DV09,3D28LW-A-0200J,3DV06,3D20LW,3DCC08-A-0038J,3DCC10-A-0066J,3DCC20,3DV11AOI-A-3000J,3DV15-A-S0900J,3DV15-A-5350J,3DV15-A-S0600J,3DCC20-A-0110J,3DCC28,3DTX10-A-0100J,3DTX10,3DCC08

选型指南 - PREMO - 2023/5/15 PDF 英文下载

【产品】适用于磁跟踪系统的EM运动追踪传感器3DV09，尺寸为9.5x9.5x3.2 mm

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数据手册 - PREMO - 2023/3/23 PDF 英文下载

【应用】电磁运动跟踪传感器3DV06-A-S0340J用于AR/VR电磁跟踪系统，封装大小仅7x7x2.3mm

在AR/VR电磁跟踪系统上的设计上，电磁运动跟踪传感器的选择是最为关键的因素，推荐PREMO的3DV06-A-S0340J来作为接受传感器，它是目前市场上应用在VR磁感应跟踪系统上封装最小的3D接受传感器，并且是一款三轴线圈，因此在实际使用环境中，无论是顺磁还是抗磁的环境，都能以较小的衰减达到均匀的信号覆盖，同时XYZ三个方向具有相同的灵敏度，具有非常高的一致性，这对达到动态路径的精确性尤为重要。

应用方案发布时间 : 2020-08-04