инерциальная интегрированная навигационная система

Основные положенияПродукт: Интегрированные навигационные решения GNSS/INSОсновные характеристики:Компоненты: Интегрированная система включает в себя GNSS-приемник, инерциальный измерительный блок (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.Области применения: Идеально подходит для городской навигации, горнодобывающей промышленности, нефтедобычи и других условий, где возможны препятствия для сигнала.Инерциальная навигация: использует гироскопы и акселерометры для измерения положения, скорости и ускорения.Заключение: Конструкция интегрированной системы постоянно совершенствуется, появляются решения, повышающие надежность в сложных условиях эксплуатации, одновременно обеспечивая баланс между стоимостью и сложностью.В интегрированной навигационной системе GNSS/INS измерения GNSS играют решающую роль в коррекции INS. Поэтому надлежащее функционирование интегрированной системы зависит от непрерывности и стабильности спутниковых сигналов. Однако, когда система работает под эстакадами, в кронах деревьев или внутри городских зданий, спутниковые сигналы могут легко блокироваться или подвергаться помехам, что потенциально может привести к потере синхронизации в GNSS-приемнике. В данной статье рассматриваются решения для поддержания точности и стабильности интегрированных навигационных систем GNSS/INS при потере спутниковых сигналов.Когда спутниковый сигнал недоступен в течение длительного периода времени, отсутствие GNSS-коррекций приводит к быстрому накоплению ошибок инерциальной навигационной системы (ИНС), особенно в системах с инерциальными измерительными блоками низкой точности. Эта проблема приводит к снижению точности, стабильности и непрерывности работы интегрированной системы. Следовательно, крайне важно решить эту проблему для повышения надежности интегрированной системы в таких сложных условиях.1. Два основных решения проблемы потери сигнала GNSS/INS.В настоящее время существует два основных решения для устранения проблемы потери спутникового сигнала.Решение 1: Интеграция дополнительных датчиковС одной стороны, в существующую систему GNSS/INS можно интегрировать дополнительные датчики, такие как одометры, лидары, астрономические датчики и визуальные датчики. Таким образом, когда потеря спутникового сигнала делает GNSS недоступной, вновь добавленные датчики могут предоставлять информацию об измерениях и формировать новую интегрированную систему с INS для подавления накопления ошибок INS. Проблемы такого подхода включают в себя увеличение стоимости системы из-за дополнительных датчиков и потенциальную сложность проектирования, если новые датчики потребуют сложных моделей фильтрации.Рис. 1. Общий вид интегрированной навигационной системы GNSS IMU ODO LiDAR SLAM.Решение 2: Технология ZUPTС другой стороны, на основе характеристик движения транспортного средства может быть создана модель позиционирования с ограничениями состояния движения. Этот метод не требует добавления новых датчиков к существующей интегрированной системе, что позволяет избежать дополнительных затрат. В случае недоступности GNSS, новая информация об измерениях предоставляется с учетом ограничений состояния движения для подавления расходимости INS. Например, когда транспортное средство неподвижно, может быть применена технология обновления с нулевой скоростью (ZUPT) для подавления накопления ошибок INS.ZUPT — это недорогой и широко используемый метод уменьшения расходимости инерциальной навигационной системы (ИНС). Когда транспортное средство неподвижно, его скорость теоретически должна быть равна нулю. Однако из-за накопления ошибок ИНС с течением времени выходная скорость не равна нулю, поэтому выходная скорость ИНС может использоваться в качестве измерения ошибки скорости. Таким образом, исходя из ограничения, что скорость транспортного средства равна нулю, можно установить соответствующее уравнение измерения, предоставляющее информацию 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 неподвижности транспортного средства, что делает эту технологию статической технологией обновления нулевой скорости неспособной предоставлять 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, ZUPT требует точного определения моментов неподвижности транспортного средства. Если определение 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.ЗаключениеПотеря спутниковых сигналов может привести к быстрому накоплению ошибок в инерциальной навигационной системе (ИНС), особенно в сложных условиях, таких как городская среда. Представлены два основных решения: добавление дополнительных датчиков, таких как лидар или визуальные датчики, для получения альтернативных измерений, или использование ограничений состояния движения, таких как технология обновления нулевой скорости (ZUPT), для коррекции ошибок ИНС. Каждый подход имеет свои преимущества и недостатки: интеграция датчиков увеличивает затраты и сложность, в то время как для эффективной работы ZUPT требуется, чтобы транспортное средство было неподвижным и точно определялось.Компания Micro-Magic Inc. находится на переднем крае технологий инерциальной навигации и недавно представила три продукта MEMS INS с поддержкой GNSS, отличающиеся разным уровнем точности (промышленный уровень, тактический уровень и навигационный уровень). Примечательно, что MEMS GNSS/INS промышленного уровня I3500 имеет нестабильность смещения 2,5°/час и угловое случайное блуждание 0,028°/√час, а также высокоточный MEMS акселерометр с большим диапазоном (±6g, нулевая нестабильность смещения).

Основные положенияПродукция: MEMS GNSS/INS от Micro-Magic Inc., включая модель I3500 для картографических приложений.Функции:Размер: Компактный и легкий для легкой интеграции.Точность: нестабильность смещения 2,5°/час, угловое случайное блуждание 0,028°/√час.MEMS-акселерометр: диапазон ±6g, нестабильность при нулевом смещении.