Общие решения для интегрированной навигации GNSS/INS при потере спутникового сигнала

Ключевые моменты

• Продукт: Интегрированные навигационные решения GNSS/INS

  Ключевые особенности:

  • Компоненты: Интегрированная система включает приемник GNSS, блок инерциальных измерений (IMU) и дополнительные датчики, такие как LiDAR или одометры.
  • Функция: поддерживает точность и стабильность при потере сигнала GNSS с помощью дополнительных датчиков или ограничений состояния движения, таких как ZUPT.
  • Применение: Идеально подходит для городской навигации, горнодобывающей промышленности, добычи нефти и других сред с потенциальными помехами для сигнала.
  • Инерциальная навигация: для измерения положения, скорости и ускорения используются гироскопы и акселерометры.

  Вывод: конструкция интегрированной системы развивается, появляются решения, которые повышают надежность в сложных условиях, сохраняя при этом баланс между стоимостью и сложностью.

В интегрированной навигационной системе GNSS/INS измерения GNSS играют решающую роль в корректировке INS. Поэтому правильное функционирование интегрированной системы зависит от непрерывности и стабильности спутниковых сигналов. Однако, когда система работает под эстакадами, кронами деревьев или внутри городских зданий, спутниковые сигналы могут легко блокироваться или создавать помехи, что потенциально может привести к потере захвата приемника GNSS. В этой статье обсуждаются решения для поддержания точности и стабильности. интегрированных навигационных систем GNSS/INS при потере спутниковых сигналов.

При отсутствии спутникового сигнала в течение длительного периода отсутствие поправок ГНСС приводит к быстрому накоплению ошибок ИНС, особенно в системах с инерциальными измерительными блоками меньшей точности. Данная проблема приводит к снижению точности, стабильности и непрерывности работы интегрированной системы. Следовательно, крайне важно решить эту проблему, чтобы повысить надежность интегрированной системы в таких сложных средах.

1.Два основных решения проблемы потери сигнала GNSS/INS

В настоящее время существует два основных решения проблемы потери спутникового сигнала.

Решение 1. Интегрируйте дополнительные датчики

С одной стороны, в существующую систему GNSS/INS могут быть интегрированы дополнительные датчики, такие как одометры, LiDAR, астрономические датчики и визуальные датчики. Таким образом, когда потеря спутникового сигнала делает GNSS недоступной, новые датчики могут предоставлять информацию измерений и формировать новую интегрированную систему с INS для подавления накопления ошибок INS. Проблемы этого подхода включают увеличение стоимости системы из-за дополнительных датчиков и потенциальную сложность конструкции, если новые датчики потребуют сложных моделей фильтрации.

Рис.1 Системный обзор интегрированной навигационной системы GNSS IMU ОДО LiDAR SLAM.

Решение 2: Технология ЗУПТ

С другой стороны, модель позиционирования с ограничениями состояния движения может быть создана на основе характеристик движения транспортного средства. Этот метод не требует добавления новых датчиков в существующую интегрированную систему, что позволяет избежать дополнительных затрат. Когда GNSS недоступна, новая информация измерений предоставляется ограничениями состояния движения для подавления расхождения INS. Например, когда транспортное средство неподвижно, можно применить технологию обновления при нулевой скорости (ZUPT) для подавления накопления ошибок INS.

ZUPT — это недорогой и широко используемый метод уменьшения расхождения INS. Когда транспортное средство неподвижно, его скорость теоретически должна быть равна нулю. Однако из-за накопления ошибок INS с течением времени выходная скорость не равна нулю, поэтому выходную скорость INS можно использовать в качестве измерения ошибки скорости. Таким образом, на основе ограничения, согласно которому скорость транспортного средства равна нулю, можно составить соответствующее уравнение измерения, предоставляющее информацию об измерениях для интегрированной системы и подавляющее накопление ошибок ИНС.

Рис.2 Блок-схема алгоритма GNSSIMU на основе ZUPT, тесно связанного с CERAV.

Однако применение ZUPT требует, чтобы транспортное средство было неподвижным, что делает его статической технологией обновления с нулевой скоростью, которая не может предоставить информацию об измерениях во время обычных маневров транспортного средства. На практике это требует частой остановки транспортного средства из движущегося состояния, что снижает его маневренность. Кроме того, ЗУПТ требует точного определения стационарных моментов автомобиля. Если обнаружение не удается, может быть предоставлена неверная информация об измерениях, что потенциально может привести к сбою этого метода и даже к снижению или отклонению точности интегрированной системы.

Заключение

Потеря спутниковых сигналов может привести к быстрому накоплению ошибок в ИНС, особенно в сложных условиях, таких как городские районы. Представлены два основных решения: добавление дополнительных датчиков, таких как LiDAR или визуальные датчики, для обеспечения альтернативных измерений или использование ограничений состояния движения, таких как технология обновления нулевой скорости (ZUPT), для исправления ошибок INS. Каждый подход имеет свои преимущества и проблемы: интеграция датчиков увеличивает затраты и сложность, в то время как ZUPT требует, чтобы транспортное средство было неподвижным и точно обнаруживаемым, чтобы быть эффективным.

Micro-Magic Inc находится в авангарде технологий инерциальной навигации и недавно представила три продукта MEMS INS с поддержкой GNSS с различными уровнями точности (промышленный уровень, тактический уровень и навигационный уровень). Примечательно, что MEMS GNSS/INS I3500 промышленного уровня имеет нестабильность смещения 2,5°/ч и угловое случайное блуждание 0,028°/√ч, а также высокоточный MEMS-акселерометр с большим диапазоном (±6g, нестабильность нулевого смещения). <30 мкг).