Современная электроника №3/2021

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 40 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021 ● до основной работы навигационно- го алгоритма выдаваемые координа- ты в географической СК полностью копируют координаты от приёмни- ка ГНСС; ● по умолчанию инерциальные данные выдаются с частотой 1 кГц, но обнов- ление навигационного алгоритма в текущей реализации производится с частотой 100 Гц, поэтому ориента- ция, скорости и координаты обнов- ляются с частотой не более 100 Гц. Типы выставки навигационного алгоритма К моменту настоящей публикации Лабораторией Микроприборов пред- ставлено четыре типа выставки для навигационного алгоритма с коррек- цией от данных ГНСС-приёмника для различных прикладных задач. Выставка из покоя Инерциальный модуль должен нахо- диться в состоянии покоя, т.е. угловые скорости и кажущееся линейное уско- рение не должны меняться первые 10 с, за это время усредняются показа- ния датчиков угловой скорости (ДУС) и акселерометров. Усреднённое значение ДУС в дальнейшем учитывается как сме- щение нулей ДУС, а усреднённые значе- ния акселерометров применяются для вычисления начальных углов склоне- ния. Курс вычисляется после начала движения при достижении приёмни- ком ГНСС порогового значения гори- зонтальной скорости в течение опре- делённого времени. По умолчанию это скорость 2 м/с в течение непрерывного периода времени 2000 мс. До момента вычисления курса рекомендуется дви- гаться прямолинейно. Указанный выше временной интер- вал 10 с выбран, исходя из времени кор- реляции нестабильности смещения нуля ДУС по дисперсии Аллана (сред- неквадратическое относительное двух- выборочное отклонение), но этот пара- метр может быть задан пользователем. Выставка в динамике на основе данных ГНСС Алгоритм постоянно пробует найти участок, где можно вычислить началь- ные углы, как правило, это участок с постоянной горизонтальной скоро- стью, и далее ждёт манёвра в течение 20 с, т.е. изменения скорости для вычис- ления курса и доворота стартовой СК к геодезической СК и переходу к основ- ному навигационному алгоритму. Выставка в ка ′ чке на основе данных ГНСС Для работ на воде была введена отдельная выставка, при которой алго- ритм ищет начальные углы склонения. Затем расчёт корректируется мини- мум каждые 1000 мс от ГНСС. Коррек- тировка по курсу производится отдель- ной командой, после чего запускается основной навигационный алгоритм. Выставка из покоя с использованием курса от ГНСС Специально для беспилотных авто- мобилей введена выставка без началь- ного поиска курса. Переход к основ- ному навигационному решению осуществляется после выставки из покоя сразу же, при условии получе- ния от ГНСС флага фиксированно- го решения и данных о курсе между мастер-антенной и ровер-антенной. Такая выставка возможна при исполь- зовании модуля ГКВ-12 или внешнего ГНСС-приёмника с двумя антеннами. Коррекция по поведенческой модели автомобиля Существует возможность длительного удержания автономного навигационно- го решения при наложении ограниче- ний на кинематическуюмодель. Напри- мер, для автомобиля можно оставить скорость по ходу движения без коррек- ции или корректировать от одометра, а остальные скорости принять равны- ми нулю, т.к. автомобиль в общем слу- чае не едет боком и не взлетает. В таком случае значительно повы- шается время автономной работы навигационного модуля. При проез- де под мостом алгоритм с коррекци- ей по модели автомобиля приводит в точку возобновления ГНСС-решения (см. рис. 7), в то время как чисто авто- номный навигационный алгоритм допускает бо ′ льшую ошибку (см. рис. 8). Особенно это заметно при более динамичном движении, таком как заезд на многоуровневую стоянку по спиральному подъёму. Алгоритм с наложением ограничений повторяет траекторию движения по спирали (вид сверху – круг), в то время как чистая автономная навигация «разваливает- ся», и видно, что ось спирали накло- нена. Такая коррекция может использо- ваться для удержания координат при парковке прокатных автомобилей на многоуровневых крытых паркингах, где возникают проблемы с завершени- ем аренды из-за выхода за разрешён- ную зону парковки (см. рис. 9). Почему инерциальная навигационная система ошибается Основную массу ошибок составля- ют ошибки ориентации. В сводной таблице приведён анализ влияния оши- бок на расчёт скорости и положения (см. табл.). Ошибка в масштабном коэффици- енте особенно заметна при постоян- ном вращении в одном направлении. Как правило, движение автомобилей носит случайный характер, и сумма Рис. 8. Сравнение траекторий автомобиля при проезде под мостом: красная – без поведенческой модели, зелёная – с поведенческой моделью автомобиля Рис. 7. Общий вид проезда под мостом Рис. 9. Заезд автомобиля на парковку по спирали