MEMS - Galileo Application Days

Micro Electro Mechanical Sensors,
> a major breakthrough in positioning,
an asset for security
Prepared by:
Marc REVOL (THALES)
Aéronautique
GALILEO Days’ 2010
Session 3: Technologies for applications
5 March 2010,
Brussel
GNSS receivers’ vulnerabilities
GALILEO
Satellites
GNSS availability and continuity sensitive to local
environment (multipaths, interferences, masking)
Interference # 1
GPS
Satellites
Interference
GNSS signal
Multipaths
Multipaths
Antenna
RéférenceNAV/10/001384-00
Interference
2
GNSS receiver
Urban Canyon
S/N degradation
Signal
generated
& Measures bias
Interferences
>> GPS/Galileo
Environment Background
Aéronautique
Ce document est la propriété de Thales Group et il ne peut être reproduit ou communiqué sans autorisation écrite de Thales.
Masked GNSS signal
Masking
Interference # 2
Navigation robustness can be
complemented by lot of other sensors
Added-value of hybridized systems
» Hybridization of GNSS receiver:
High rate output & short term accuracy based on inertia
- Accurate &
safe attitude &
navigation
Inertial sensors
(low grade)
- Improved
continuity
GNSS Receiver
RéférenceNAV/10/001384-00
Inertial drift corrected by GNSS measurements
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» … provides alternate solution to high performance & expansive attitude &
navigation equipements
A cost effective improvement of GNSS signal weaknesses
Aéronautique
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Principle of a stand-alone Inertial System
2 kinds of sensors
Algorithms
Angular rates
Angular rates
Accelerations
Gyrometers
Computer
Attitudes
3D Position
Accelerations
3D Velocity
RéférenceNAV/10/001384-00
Accelerometers
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Inertial
Measurement Unit
(IMU)
Aéronautique
Inertial information is always:
• Available
• Autonomous
• Safe/ Integer
• Reliable
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Gyro technology evolution
Gyro accuracy
0.001°/h
Optical
Electo-mechanical
New
optical
gyro
0.01°/h
Gyroscope
Single axis
12 et 33 cm
Pixyz 22
0.1°/h
MEMS
Spinning Wheels
Pixyz 14-1
1°/h
RéférenceNAV/10/001384-00
Pixyz 14-0
5
(Micro Electro Mechanical)
(Vibrating)
10°/h
1970
1980
1990
2000
2010
2 technologies required for a complete offer
Our choice: Optical and MEMS
Aéronautique
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2020
Accelerometer technology evolution
Accelerometer accuracy
10 µg
Electro mechanical
pendular
Mical
100 µg
A90 HP
A90
1 mg
Quartz
RéférenceNAV/10/001384-00
J117
3152
6
Silicon
A100
AQM
MEMS
(pendular)
10 mg
(Micro Electro Mechanical Sensor)
1970
1980
1990
2000
2010
A single technology: MEMS, may fullfill all needs
Aéronautique
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2020
System Segmentation vs sensor accuracy
»
10 µg
IMU class gained through GNSS hybridization (nominal GNSS environment):
Accelerometer
accuracy
Military Aero
Navigation
Launchers
100 µg
Future Civil
AHRS/GNSS
Civil Aero
Navigation
MEMS
+
High-End
Continuous
IMU
GNSS
Military Land Navigation
AHRS
RéférenceNAV/10/001384-00
1 mg
7
Stand-By
10 mg
Flight
Controls
Cruise Missiles
Thanks to GNSS hybridization,
without GNSS outage
Short
range
Missiles
100°/h
Aéronautique
MEMS
IMU
w/o
Amunitions
GNSS
Gyrometer accuracy
10°/h
1°/h
0.1°/h
0.01°/h
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0.001°/h
Conclusion: some recommendations
 Hybridisation is intended to satisfy user needs in most of the cases
where SIS blockage or degradation may occur in particular:
- urban canyon (masking, multipaths)
- interferences
- High user dynamic
or where High Continuity (beyond Galileo/GNSS requirement) is
required
 MEMS technologies are intended to provide low-cost and accurate
navigation and attitude, once merged with GNSS services
RéférenceNAV/10/001384-00
 For most demanding applications, the performance of hybridisation
can be improved by other techniques or sensors : use of multiple
constellations, map matching, …
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MEMS & GNSS hybridation, a major breakthrough in positioning and security
Aéronautique
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Thank you for your attention
NAV/10/001384-00
For further comments or more detailed
explanations, please contact :
9
Marc Revol
25, rue Jules Védrines
26027 Valence - France
Tél; 00 33 4 75 79 85 86
Fax; 00 33 4 75 79 88 35
E-mail: [email protected]
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