Технология GPS, обеспечивающая позиционирование по радиосигналу от спутников, разрабатывалась в США с 1972 года, что позволило уже в 1991 году активно использовать ее для войны в Персидском Заливе. На тот момент спутниковая навигация на основе GPS был доступна только военным, приемники весили 23 кг, а для гражданского использования сигнал зашумлялся настолько, что итоговая погрешность измерения составляла 100 м. Но уже в 2000 году технология была полноценно открыта для гражданского и коммерческого использования, обеспечивая точность позиционирования до 2 м. Развитие технологий микроэлектроники спустя еще пару лет позволило уменьшить размер приемников до величины наладонного компьютера, а в дальнейшем и встраивать приемник в большинство производимых телефонов. Быстрым темпом развивались другие GNSS , как Galileo в Европе, GLONASS в России и BeiDou в Китае. Разработка других навигационных систем была обусловлена необходимостью уменьшить зависимость от GPS и увеличить точность позиционирования для собственных стран.
Аналогичный прогресс происходил и в сфере инерциальных датчиков, используемых встраиваемыми системами. Уменьшение техпроцесса позволило производить акселерометры, гироскопы и магнитометры в виде маленького чипа со стороной 3 мм, что существенно упростило их использование во многих системах, незначительно повышая стоимость конечного устройства.
Коммерческий спрос на качественные навигационные решения растет с каждым годом, зачастую опережая развитие технологий. Наиболее распространенным применением GNSS и в прошлом, и на данный момент остается использование в целях авто-мобильной навигации. Однако ключевые недостатки GPS вряд ли будут разрешены в ближайшее время. К числу таких относятся невозможность навигации в помещениях, существенное повышение ошибки позиционирования при перемещении среди высотных зданий, а так же долгий старт в отсутствии AGPS. Зачастую система, способная принимать GNSS сигнал, также обладает датчиками инерциальной навигации, что само собой приводит к постановке задачи об улучшении точности позиционирования при совместном использовании датчиков и GNSS приемника. К сожалению, большинство коммерческих решений по интеграции GNSS данных с данными от инерциальных датчиков (например, от одного из лидеров рынка U-blox) обладают существенным недостатком в необходимости подводить информацию о скорости транспортного средства для качественных конечных траекторий. Скорость подводится или по шине обмена данными с приемником, в основном используя данные CAN-шины как источник достоверной скорости, или через отдельный ШИМ канал со скоростью. Оба решения обладают недостатками. В первом случае ограничение обусловлено отсутствием CAN-скорости во многих а/м, а также необходимостью дополнительной разработки программного обеспечения со стороны host-устройства для передачи скорости автомобиля приемнику. Во втором случае возникает дополнительная сложность установки, что может быть критичным в случае массового использования устройств. При этом большинство устройств реализуют обработку и выдачу данных GPS без задержки, даже когда для конечного пользователя нет нужды в передачи данных в реальном времени, и задержки вплоть до 10 c являются допустимыми: например, для задач построения треков автомобиля, используемых как для охранно-поисковых целей, так и для контроля маршрута транспортного средства, если речь идет про грузоперевозки.
В данной работе мы построим алгоритм, позволяющий проводить коррекцию GNSS данных с помощью датчиков инерциальной навигации, а также этом алгоритм будет использоваться для построения инерциального продолжения траектории в случае полной потери сигнала от спутников.
В результате данной работы были построены средства для сбора данных и их дальнейшего использования в задачах инерциальной навигации. Было промоделировано инерциальное продолжение, которое сравнивалось GPS, а также рассчитана ошибка измерения и показано, что при большой ошибке в GPS показаниях суммарная ошибка может использоваться для коррекции GPS сигнала, исправляя положение точки.
В дальнейшим эти данные и модели будут использоваться для построения динамической коррекции GPS данных, что требует более тонких расчетов, связанных с оценкой положения и скорости автомобиля. Планируется исследовать устойчивость и эффективность процедур, предлагающих правку GPS, когда результаты коррекции будут отправляться конечному пользователю, а поэтому необходимо быть уверенным в корректности применяемой фильтрации, для чего необходимо строить модели ошибки GPS и инерциальной навигации, экспериментально показывая их соответствие получаемым данным.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
