Расчет положения на основе чистых инерциальных навигационных данных (IMU)

Ключевые моменты

Расчет положения на основе чистых инерциальных данных (IMU) является распространенной технологией позиционирования. Он вычисляет целевой объект в реальном времени, используя информацию об ускорении и угловой скорости, полученную блоком инерциальных измерений (IMU), в сочетании с информацией о первоначальном положении и ориентации. позиция. В этой статье будут представлены принципы, сценарии применения и некоторые связанные с этим технические проблемы расчета положения по чисто инерциальным навигационным данным.

1. Принцип расчета местоположения на основе чисто инерциальных навигационных данных.

Расчет положения по чисто инерциальным навигационным данным — это метод позиционирования, основанный на принципе инерциального измерения. IMU — это датчик, объединяющий акселерометр и гироскоп. Измеряя ускорение и угловую скорость целевого объекта в трех направлениях, можно получить информацию о положении и ориентации целевого объекта.

При расчете положения по чисто инерциальным навигационным данным сначала необходимо получить информацию о первоначальном положении и ориентации целевого объекта. Этого можно добиться путем введения других датчиков (например, GPS, компаса и т. д.) или ручной калибровки. Информация об исходном положении и положении играет важную роль в процессе решения. Они обеспечивают отправную точку, позволяющую преобразовать данные об ускорении и угловой скорости, измеренные IMU, в фактическое смещение и изменения положения целевого объекта.

Затем на основе данных об ускорении и угловой скорости, измеренных IMU, в сочетании с информацией о первоначальном положении и ориентации можно использовать алгоритмы численного интегрирования или фильтрации для расчета положения целевого объекта в реальном времени. Метод численного интегрирования позволяет получить скорость и смещение целевого объекта путем дискретизации и интегрирования данных ускорения и угловой скорости. Алгоритм фильтрации использует такие методы, как фильтрация Калмана или расширенная фильтрация Калмана, для фильтрации данных, измеренных IMU, для получения оценки положения и ориентации целевого объекта.

2. Сценарии применения расчета положения по чисто инерциальным навигационным данным.

Расчет положения на основе чисто инерциальных навигационных данных широко используется во многих областях. Среди них навигация в помещении является одним из типичных сценариев применения для расчета положения чисто инерциальных навигационных данных. В помещении сигналы GPS обычно не достигаются, и для расчета положения по чисто инерциальным навигационным данным можно использовать данные, измеренные IMU, для достижения точного позиционирования целевых объектов в помещении. Это имеет большое значение в таких областях, как автономное вождение и роботы для навигации внутри помещений.

Расчет положения по чисто инерциальным навигационным данным также можно использовать в аэрокосмической области. В самолетах, поскольку сигнал GPS может подвергаться помехам на больших высотах или вдали от земли, расчет положения по чисто инерциальным навигационным данным может использоваться в качестве резервного метода позиционирования. Он может рассчитывать положение и ориентацию самолета в режиме реального времени на основе данных, измеренных IMU, и передавать их в систему управления полетом для стабилизации ориентации и планирования траектории полета.

3. Проблемы расчета местоположения с использованием чисто инерциальных навигационных данных.

Вычисление местоположения на основе чисто инерциальных навигационных данных по-прежнему сталкивается с некоторыми проблемами в практических приложениях. Прежде всего, сам датчик IMU имеет ошибки и шумы, которые влияют на точность позиционирования. Чтобы повысить точность решения, датчик IMU необходимо откалибровать и компенсировать ошибки, а для уменьшения ошибки используется соответствующий алгоритм фильтрации.

Расчет положения на основе чисто инерциальных навигационных данных подвержен накоплению ошибок во время длительных перемещений. Из-за особенностей операции интегрирования, даже если точность измерения датчика IMU высока, долгосрочная интеграция приведет к накоплению ошибок позиционирования. Чтобы решить эту проблему, для вспомогательного позиционирования можно использовать другие средства позиционирования (такие как GPS, визуальные датчики и т. д.) или использовать тесно связанный метод инерциальной навигации.

При расчете местоположения на основе чисто инерциальных навигационных данных также необходимо учитывать влияние динамической среды. В динамической среде на целевой объект могут воздействовать внешние силы, вызывающие отклонения в данных, измеряемых IMU. Чтобы повысить надежность решения, влияние динамической среды можно компенсировать с помощью таких методов, как оценка движения и динамическая калибровка.

Подвести итог

Расчет положения на основе чисто инерциальных данных — это метод позиционирования, основанный на измерении IMU. Путем получения данных ускорения и угловой скорости в сочетании с информацией о начальном положении и ориентации положение и ориентация целевого объекта рассчитываются в реальном времени. Он имеет широкое применение в внутренней навигации, аэрокосмической и других областях. Однако расчет положения по чисто инерциальным навигационным данным также сталкивается с такими проблемами, как ошибка калибровки, накопленная ошибка и динамическая среда. Для повышения точности и надежности решения необходимо использовать соответствующие методы калибровки, алгоритмы фильтрации и вспомогательные методы позиционирования. MEMS IMU, независимо разработанный Micro-Magic Inc, имеет относительно высокую точность, например UF300A и UF300B, которые имеют более высокую точность и являются продуктами навигационного класса. Если вы хотите узнать больше о IMU, как можно скорее свяжитесь с нашими профессиональными техническими специалистами.