Hệ thống dẫn đường quán tính là gì? Khả năng thay thế GPS Heading và Motion Sensor

Hệ thống dẫn đường quán tính được dùng trong xác định vị trí, vận tốc hay hướng chuyển động của một đối tượng mà không phụ thuộc vào tín hiệu bên ngoài. Hiện nay, hệ thống dẫn đường quán tính dần được sử dụng thay thế cho GPS Heading và Motion Sensor với nhiều lợi ích vượt trội hơn. Hãy cùng Đất Hợp tìm hiểu chi tiết hơn trong bài viết dưới đây!

Các nội dung chính

Hệ thống dẫn đường quán tính (INS) là gì?

Hệ thống dẫn đường quán tính (INS – Inertial Navigation System) là một hệ thống tự hành dùng để xác định vị trí, vận tốc và hướng chuyển động của một đối tượng (Ví dụ: tàu thủy, máy bay, tên lửa, phương tiện tự hành, v.v.) mà không cần phụ thuộc vào tín hiệu bên ngoài như GPS.

Hệ thống dẫn đường quán tính dùng để xác định vị trí, vận tốc và hướng chuyển động của một đối tượng.

Thiết bị dẫn đường quán tính hoạt động dựa trên việc sử dụng 2 loại cảm biến là gia tốc kế (đo gia tốc tuyến tính theo 3 trục x, y và z) và con quay hồi chuyển (đo tốc độ quay hoặc thay đổi góc quanh 3 trục x,y,z, từ đó INS có thể tính toán được vận tốc, vị trí, hướng/quỹ đạo di chuyển).

Cấu tạo của một hệ thống dẫn đường quán tính INS.

Hệ thống INS có 1 số ưu điểm nổi bật như không phụ thuộc vào tín hiệu bên ngoài, phản ứng nhanh, độ trễ thấp, hoạt động tốt cả trong môi trường khắc nghiệt hoặc vị che khuất tín hiệu như dưới nước, trong rừng,… Nhưng INS lại có sai số tích lũy theo thời gian, nên hệ thống kết hợp INS với GPS để tận dụng ưu điểm của cả 2, đó là GPS cho vị trí chính xác tuyệt đối và INS cung cấp thông tin liên tục khi mất tín hiệu GPS và phản hồi nhanh. Hệ thống kết hợp này được gọi là GNSS/INS hoặc INS hỗ trợ GPS (GPS-Aided INS)

Khả năng thay thế của INS cho GPS Heading và Motion Sensor, lợi ích mang lại

– Khả năng thay thế của INS cho GPS Heading và Motion Sensor

GPS Heading cần có 2 anten GPS để tính toán phương hướng dựa vào độ lệch vị trí của 2 anten, trong khi đó hệ thống dẫn đường quán tính INS chỉ sử dụng con quay hồi chuyển để theo dõi hướng quay theo thời gian thực từ đó suy ra hướng di chuyển, góc yaw. Khi GPS mất tín hiệu do môi trường không thích hợp làm cho GPS Heading ngưng hoạt động, còn INS vẫn duy trì hướng nhờ tính toán nội bộ

Motion Sensor thường là tập hợp các IMU (Inertial Measurement Unit) đơn giản như gia tốc kế, con quay hồi chuyển và từ kế. Còn cấu tạo của hệ thống dẫn đường quán tính INS lại phức tạp hơn, nó bao gồm cả IMU và hệ thống GNSS cùng các thuật toán phân tích như Kalman Filter, Sensor Fusion. Nhờ đó, so với GPS Heading và Motion Sensor, hệ thống dẫn đường quán tính INS cho ra kết quả đo nhanh, chính xác hơn.

Hệ thống dẫn đường quán tính INS cho ra kết quả đo nhanh, chính xác hơn so với GPS Heading và Motion Sensor.

– Lợi ích của việc dùng INS thay thế cho GPS Heading và Motion Sensor

Việc sử dụng hệ thống dẫn đường quán tính INS thay thế cho GPS Heading và Motion Sensor mang lại nhiều lợi ích vượt trội, giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong các ứng dụng đo đạc và điều hướng như:

Đơn giả hóa hệ thống: Giảm số lượng thiết vị phải lắp đặt, hay vì phải tích hợp nhiều cảm biến khác nhau như GPS, cảm biến chuyển động và các thiết bị phụ trợ khác, INS có thể thực hiện nhiều chức năng trong một thiết bị duy nhất.
Tăng độ chính xác: INS cung cấp độ chính xác cao hơn so với GPS trong nhiều trường hợp. Trong khi GPS có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như môi trường (các tòa nhà cao, cây cối, thời tiết xấu), INS hoạt động dựa trên các phép đo nội bộ và không phụ thuộc vào tín hiệu bên ngoài.
Hoạt động trong môi trường khắc nghiệt: GPS có thể gặp khó khăn trong các khu vực có tín hiệu yếu hoặc bị che khuất, trong khi INS có thể tiếp tục cung cấp dữ liệu chính xác ngay cả trong các điều kiện đó.
Cập nhập dữ liệu nhanh: INS có khả năng cập nhật dữ liệu với tốc độ từ 100 đến 1000 Hz, trong khi GPS Heading chỉ có thể cung cấp dữ liệu ở tần số từ 1 đến 10 Hz.

Giới thiệu hệ thống dẫn đường quán tính hãng Advanced Navigation

Hệ thống dẫn đường quán tính hãng Advanced Navigation	Tính năng chính	Độ chính xác	Ứng dụng và ưu điểm
Spatial Series (INS tầm trung, gọn nhẹ, hiệu suất cao)	INS + GNSS 2 anten cung cấp heading rất chính xác mà không cần chuyển động. Tích hợp IMU 9 trục (gia tốc kế, con quay hồi chuyển, từ kế). Tính toán vị trí, tốc độ, pitch, roll, heading, acceleration. Kết nối: RS-232, RS-422, CAN, Ethernet.	Heading: ±0.1° Pitch/Roll: ±0.2° Position: ~2 m (GNSS), có thể thấp hơn nếu kết hợp RTK.	Ứng dụng: Gắn trên USV, UAV, máy đo sâu, camera ảnh nghiêng, LiDAR. Ưu điểm: Kết hợp được cả định vị quán tính lẫn GNSS + Heading kép anten → thay thế GPS Heading + Motion Sensor hoàn toàn.
Certus Evo Series (INS hiệu suất cao, ứng dụng công nghiệp chính xác)	GNSS/INS tích hợp AI hiệu chỉnh sai số drift theo thời gian. Tần số xuất dữ liệu lên đến 1000Hz → phục vụ hệ thống phản ứng nhanh như UAV, robot tự hành. Dễ tích hợp hệ thống đo sâu, máy ảnh, hoặc các bộ lọc Kalman bên ngoài.	Heading: ±0.05° Pitch/Roll: ±0.02° Velocity: ±0.05 m/s	Đặc biệt: Hoạt động ổn định cả khi GNSS bị mất tạm thời (dead reckoning trong nhiều phút). Chống rung: Có bộ lọc bù chuyển động rất tốt → dùng cho drone tốc độ cao hoặc tàu cao tốc. Ưu điểm: Đáp ứng yêu cầu định hướng và vị trí trong các hệ thống khảo sát chuyên nghiệp, tự động.
Boreas Series (INS cấp quân sự, dùng FOG) Boreas A70 Boreas A90	Định hướng chính xác trong các môi trường không GPS. Hỗ trợ hiệu chỉnh thời gian thực. Giao diện đầy đủ công nghiệp.	Heading: ±0.005° Pitch/Roll: ±0.005° Vị trí Dead Reckoning: Giữ chính xác trong hàng chục phút khi mất GNSS.	Ứng dụng: Tàu ngầm, AUV, khảo sát độ sâu siêu chính xác, hàng không quân sự. Ưu điểm: Là lựa chọn hàng đầu khi yêu cầu độ chính xác cực cao, ví dụ: khảo sát đáy biển sâu, tàu ngầm, AUV.

Hy vọng rằng, thông qua bài viết trên Đất Hợp đã cung cấp những thông tin hữu ích về khả năng thay thế GPS Heading và Motion Sensor của hệ thống dẫn đường quán tính INS. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào về thiết bị dẫn đường quán tính INS hay tư vấn về dòng sản phẩm phù hợp với nhu cầu, hãy liên hệ ngay đến HOTLINE 0903 825 125 ngay hôm nay!