Современная электроника №3/2021

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 38 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021 Беспилотная навигация: компоненты и решения Рис. 1. Семейство модулей ИНС с ГНСС: ГКВ-6, ГКВ-11 Рис. 2. Двухантенный инерциальный модуль ГКВ-12 Рис. 3. Беспилотная система, созданная кафедрой «Организация и безопасность движения» МАДИ, с инерциальной навигационной системой ООО «ЛМП» Средства инерциальной навигации широко используются в проектах по созданию беспилотного транспорта. В этой статье описаны основные принципы управления беспилотными транспортными средствами с использованием МЭМС-датчиков движения. Александр Бекмачев (bae@favorit-ec.ru ) , Андрей Михеев (am@mp-lab.ru ) , Андрей Родин (info@mp-lab.ru ) Пандемия 2020 года внесла ощути- мые коррективы в сложившиеся жиз- ненные уклады населения различных стран независимо от уровня развития их экономики. Отдельные отрасли, такие как фармакология, информаци- онные технологии, стали мегабене- фециарами, другие – получили и реа- лизовали шанс для выхода на рынок с передовыми разработками, которые в другой обстановке появились бы в широком повседневном обиходе толь- ко в «эволюционном» порядке – через 3…5 лет. Такими счастливчиками стали, среди прочих, разнообразные беспи- лотные системы, которые, в свою оче- редь, немыслимы без надёжных систем автономной навигации. Неавтономные методы навигации знакомы нам с детства и основывают- ся на использовании внешних ориен- тиров или сигналов, например звёзд, маяков, радиосигналов и т.п. Эти мето- ды достаточно просты, но в ряде слу- чаев не могут быть реализованы из-за отсутствия видимости, а также подго- товленной инфраструктуры с опор- ными точками, наличия помех для радиосигналов и т.д. Таким образом, потребность в автономных навигаци- онных системах стала причиной воз- никновения инерциальной навигации. В общем случае инерциальной нави- гацией называют метод навигации – определения координат и параметров движения различных объектов (авто- мобилей, судов, самолётов, ракет и др.) и управления их движением, основан- ный на свойствах инерции тел и являю- щийся автономным, то есть не требую- щим наличия внешних ориентиров или поступающих извне сигналов. Инерциальные навигационные системы для беспилотного транспорта В 2018 году Лаборатория Микро- приборов разработала инерциальную навигационную систему (ИНС) ГКВ-11 с встроенным приёмником ГНСС (Global Navigation Satellite System, гло- бальная навигационная спутниковая система) метровой точности. Данный модуль позволяет получить курс объек- та, например автомобиля, в движении, рассчитать ориентацию и поддержи- вать автономную навигацию при кра- тковременной потере сигнала ГНСС (см. рис. 1). ИНС ГКВ состоят из МЭМС- датчиков – датчиков угловой скорости и акселерометров, высокопроизводи- тельного вычислителя, приёмника ГНСС, магнитометра и необходимой периферии. Для вычисления навигации инерциальный модуль обрабатывает инерциальные и ГНСС-данные. Ошиб- ки, вызванные шумами и нестабильно- стью инерциальных датчиков, коррек- тируются по данным ГНСС-приёмника. Для беспилотного транспорта приём- ника ГНСС метровой точности недоста- точно, необходимо использовать при- ёмники, вычисляющие координаты с сантиметровой точностью в реальном времени (RTK – Real Time Kinematic). Поэтому была проведена модерни- зация ГКВ-11, в ходе которой внутрь устройства интегрирован двухчастот- ный ГНСС-приёмник с поддержкой функции RTK. Дальнейшим развитием ИНС с инте- грацией ГНСС явилось создание инер- циальных модулей ГКВ-12 с двухантен- ным решением для получения курсовой информации в статическом положении (см. рис. 2). Модули ГКВ-12 используют- ся, в частности, в проекте беспилотного автомобиля, разрабатываемомМосков- ским автомобильно-дорожным госу- дарственным техническим универ- ситетом (МАДИ), предыдущая версия, принимавшая участие в квалификаци- онных заездах конкурса беспилотно- го транспорта «Зимний город», пока- зана на рис. 3. Комплексирование инерциальной навигации с ГНСС Комплексированное навигационное решение позволяет вычислять ориен- тацию ИНС с высокой точностью при высокой динамике, в зависимости от характеристик датчиков – от 0,5 до 0,01°, а также работать автоном- но при отключении или пропадании ГНСС-сигнала. Чем стабильнее и точнее инерциальная часть, тем дольше будет сохраняться навигация без дополни- тельной коррекции. На рисунках 4…6 показаны проезды под мостом, по тун- нелю, а также при плотной городской застройке.