Инерциальные навигационные системы: надежная навигация в любых условиях

Инерциальные навигационные системы: надежная навигация в любых условиях

№ 3’2019
PDF версия
Спутниковая навигация и мониторинг прочно вошли в нашу жизнь. Трудно найти частные или корпоративные устройства, в которых нет приемников ГНСС (глобальных навигационных спутниковых систем), применяющихся для удобства, планирования и оптимизации, а в ряде случаев обязательных к применению в соответствии с рядом постановлений. Однако иногда доступ к сигналам ГНСС пропадает, и в некоторых случаях это может привести к возникновению рисков для людей и техники. В статье рассмотрено решение этой проблемы с помощью инерциальных навигационных систем.

Действующие лидирующие глобальные системы — ГЛОНАСС (Россия), GPS (США), Beidou (Китай), Galileo (Европа) — покрывают большую территорию земного шара и продолжают развиваться. Оборудование ГНСС производится массово с различными точностями и характеристиками, что позволяет любому заказчику выбрать оптимальный вариант для решения стоящей именно перед ним задачи.

Однако есть целый ряд случаев и применений, когда сигналы ГНСС не доступны, а решение задач навигации критически важно. Речь идет в первую очередь о наземном транспорте/объектах для ответственных применений (перевозка людей, ценных и опасных грузов), для строительной, лесной, карьерной и прочей специализированной техники, диагностических дорожных лабораторий:

  • Пожарный автомобиль, въезжающий в горящий лес и не имеющий возможности из него выехать из-за отсутствия видимости от задымленности и неработоспособности ГНСС от листьев и веток деревьев. Риск гибели людей и техники.
  • Невозможность мониторинга автомобиля в тоннеле с дорогостоящим ценным грузом, его отсечение от машин сопровождения и увод в ответвления злоумышленниками для совершения противоправных действий.
  • Без навигации ГНСС для обеспечения правильной траектории движения остается рудничный добывающий комбайн при зарезании в пласт для добычи руды.

А еще сигналы ГЛОНАСС/GPS/Beidou могут умышленно глушиться или в них могут вноситься ошибки — так называемая спутниковая телепортация, когда объект виден на карте совсем не в том месте, где реально находится. Самое популярное такое место в Москве в районе Кремля, когда пользователи ГЛОНАСС/GPS отображаются на карте за пределами города в районе аэропорта Внуково.

Стоит ли говорить о важности навигации, вне зависимости от наличия ГНСС, для бурно развивающегося рынка беспилотных транспортных средств, которые уже в режиме тестирования десятками и сотнями передвигаются в ряде крупных городов России?

Это не фантазии и не выдержки из сценариев блокбастеров, а конкретные примеры из жизни, от которых страдают реальные пользователи и операторы.

Решать задачу навигации, в том числе высокоточной, автономной (при отсутствии сигналов ГНСС), непрерывной, призваны инерциальные навигационные системы (БИНС), в состав которых входят несколько акселерометров и гироскопов, а также сложная математика, программное обеспечение, методики калибровки, алгоритмия.

БИНС комплексируются с оборудованием ГНСС, и в случае отсутствия или ошибок в его сигналах навигация осуществляется инерциальным способом.

Компанией «Гиролаб» разработана и серийно выпускается линейка инерциальных навигационных систем на базе МЭМС, волоконно-оптических и кольцевых лазерных гироскопов.

На рис. 1 представлен ряд моделей БИНС МЭМС и ВОГ в различных исполнениях.

Различные модели БИНС МЭМС и ВОГ

Рис. 1. Различные модели БИНС МЭМС и ВОГ

Помимо навигации, БИНС обеспечивают решение целого ряда других задач, заложенных в ее функционал:

  • Навигация и мониторинг: обеспечение непрерывности и повышение надежности навигационного решения в проектах навигации и мониторинга транспорта/объектов при пропадании информации от ГНСС (глобальных спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS/Beidou), например в тоннелях, лесах, гаражах, при глушении и внесении ошибок в сигнал ГНСС (спутниковая телепортация) и т. д., а также сглаживание информации от ГНСС, получая навигационную информацию с частотой до 600 раз в секунду. Уход навигационных параметров БЕЗ ГНСС составляет от 3% от пройденного пути (150 м на 5 км) до 0,2% от пройденного пути (10 м на 5 км) в зависимости от выбранной БИНС.
  • Контроль, измерения и диагностика: возможность ведения журнала контроля движения для предотвращения и уменьшения аварийности, в процессе возникновения и развития аварийной ситуации («до», «во время», «после») с привязкой к координатам и угловым величинам и контроль многочисленных параметров и их превышений, таких как крены, тангажи, вибрации, опрокидывания, удары, осуществление контроля всех параметров, включая перегрузки в требуемом диапазоне («черный ящик»).

Задачи по второму пункту представляются не менее значимыми, чем инерциальная навигация. Так же как уведомление водителей о мониторинге транспорта посредством ГЛОНАСС/GPS дисциплинирует их и позволяет минимизировать «левые» рейсы, превышения скорости и т. д., так же и оснащение блоком БИНС позволяет уменьшить аварийность и/или иметь возможность детально воссоздать причины аварии и выявить виновников.

Возможность с достаточной точностью определять манеру и условия эксплуатации транспортных средств с привязкой к дорогам, по которым они передвигались, позволяет минимизировать спорные ситуации относительно необходимости гарантийного ремонта. Так, к нам обратилось предприятие, выпускающее прицепы для грузовых автомобилей, один из крупных заказчиков которого нещадно их эксплуатирует, постоянно допускает перегрузки и передвигается с неверно выбранными скоростными режимами по пересеченной местности, что приводит к поломкам из-за неправильной эксплуатации. Но заказчик требует от производителя выполнить дорогостоящий ремонт по гарантии. Чтобы избежать спорных ситуаций, производитель планирует устанавливать БИНС и указывать их применение в договорах, для использования в режиме «черного ящика» с фиксированием превышений значений по ударам, вибрациям и угловым значениям. Также по этим данным можно анализировать проседание прицепа (перегруз), по каким дорогам он передвигался и с какими скоростями (ровный асфальт, пересеченная местность и т. д.). В настоящее время проводятся испытания для анализа того, какие еще данные можно получать благодаря применению БИНС.

Оборудование производится в различных вариантах, в зависимости от задач и требований заказчика:

  • от блока ИНС, который может быть объединен с уже имеющимся на объекте оборудованием спутниковой навигации (ГЛОНАСС/GPS/Beidou) и прочими системами с настройкой/подключением к штатному одометру одним из способов: посредством OBD-II-разъема, через интерфейс CAN и т. д;
  • до «коробочного» решения под ключ, включающего ГЛОНАСС/GPS-оборудование по выбору заказчика, а также монтаж и настройку прочих дополнительных датчиков.

«Коробочное» решение является интегрированным инерциально-спутниковым навигационным и контрольно-измерительным комплексом по схеме на рис. 2.

Схема «коробочного» решения

Рис. 2. Схема «коробочного» решения

Решение обеспечивает:

  • Модульный подход. В комплекс уже заложены все необходимые элементы для простого подключения и начала эксплуатации с возможностью подключения различных внутренних и внешних ГНСС, БИНС и других модулей с различными характеристиками.
  • Комплексирование БИНС и ГНСС.
  • Запись любых параметров для дальнейшей обработки.
  • Беспроводной канал связи на выбор (GSM, Wi-Fi, LoRa, Sat и т. д.).
  • Возможность использования RTK-режима.
  • Подключение к автомобильной CAN-сети.
  • Стыковка с прочим различным оборудованием заказчика.
  • Возможность выполнения пользовательских алгоритмов обработки данных на MCU.
  • Платформа для поиска оптимальных решений и тестирования различного оборудования в контексте задач заказчика.

В основе комплексов лежат БИНС, по умолчанию оснащается БИНС МЭМС «ГЛ-ВГ110» с основными характеристиками, представленными в таблице 1.

Таблица 1. Основные технические характеристики БИНС МЭМС «ГЛ-ВГ110»

Точность счисления пройденного пути (σ) (требуется одометр)

5% (от пройденного пути в течение 60 с после потери данных от СНС)

Угол рыскания, уход (σ), °/ч

50

Крен, тангаж (σ), °

0,4 (наличие одометра или СНС)1 (отсутствие одометра и СНС)

Погрешность приращения угла рыскания (σ), %

0,8

Благодаря унифицированному протоколу сопряжения есть возможность оперативной замены БИНС на любую другую модель с точностями на выбор вплоть до БИНС на базе волоконно-оптических и кольцевых лазерных гироскопов с точностями, представленными в таблице 2.

Таблица 2. Точностные характеристики БИНС на базе волоконно-оптических и кольцевых лазерных гироскопов

Погрешность счисления координат (σ) с коррекцией от одометра, не более, % (от пройденного пути)

0,2

Погрешность начального определения угла курса (σ), не более, °

0,04/cos (широты)

Погрешность удержания угла курса за 1 ч работы (σ), не более, °

0,01

Погрешность определения углов: крен, тангаж (σ), не более, °

0,02 (неподвижное основание: 0,01)

Погрешность счисления высоты (σ) с коррекцией от одометра, не более, % (от пройденного пути)

0,15

Диапазон: X/Y/Z, °/с

±500

Диапазон линейных ускорений: X/Y/Z (g)

±10 (по заказу до 30g)

Оборудование уже применяется в спецтехнике для навигации и стабилизации, в составе комплексов ряда беспилотных наземных транспортных средств, поставляется в составе диагностических дорожных лабораторий, в автономных роботах-охранниках, а также в авиационных и морских приложениях (беспилотный катер, автономные необитаемые подводные аппараты, в составе навигационно-пилотажных комплексов в малой авиации, в составе гиростабилизированной платформы авиационной РЛС и прочих проектах), для навигации при высокоточном направленном бурении.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

سكس عربي مصري مجاني sexauskunft.net سكسحر unblurred hentai nicehentai.com omega hentai chinki sex renklipornoo.net village naked dance hot x porn video hindipornsite.com heather jayne nude huge dick comics streamhentai.net hentai msngs
قصص وصور سكس wiwiuku.com مشاهدة أفلام سكس ラブホテル完全盗撮 浮気ドキュメント 禁断の関係 javshare.info とらぶるだいありー brawling go 132 hentaika.org all the way through futa www.indiansexmms pornhindivideo.com ftv hot live 福岡 風俗 図鑑 javwhores.mobi 日本で一番黒いgカップグラドルの絶倫性欲でハメ撮りsexしまくった日常を記録
x videos american fucktube24.com sex odia video 完全拘束イラマチオ 3 あべみかこ javpussy.net 300maan-316 xnxx miya khalifa indianpornsearch.com www.tamil sex videos どエロイ女のムチムチ肉感!ふにゃふにゃ星人 羽生ありさ freejavstreaming.net 生意気j○妹プリ尻挑発 telugu outdoor sex hindipornmovies.org mehreen kaur pirzada