Объединение систем IMU и GPS для автономного наземного транспортного средства

 

Salah Sukkarieh, Eduardo M. Nebot, and Hugh F. Durrant-Whyte

 

Перевод: Паршин А.Н.

 

Аннотация — эта статья описывает развитие и выполнение системы навигации, основанной на объединенном использовании Глобальной Системы Позиционирования (GPS) и инерционной единицы измерения (IMU), для автономного наземного транспортного средства. Работа фокусируется по вопросу о достижении целостности, требуемой навигационной петли для использования в автономных системах. Статья выдвигает на первый план обнаружение возможных ошибок во время процесса сплава, чтобы увеличить целостность навигационной петли.

Выполнение этой методологии обнаружения ошибки рассматривает и низкочастотные ошибки в IMU вызванными уклоном в чтениях датчика и некоаксиальность (рассогласование)  единицы, и высокочастотные ошибки от приемника GPS вызванный многопутевыми ошибками. Выполнение, основанное на дешевой, бесплатформенной системе ориентации IMU, Результаты процесса объденения представлены.

 

ВВЕДЕНИЕ

Коммерческое развитие больших автономных наземных транспортных средств в применении, таких как добыча открытым способом горная промышленность, сельское хозяйство и транспортная обработка груза требует соответствующего развития высокой навигационной системы. Такие системы необходимы, чтобы обеспечить нахождения положения транспортного средства и траектории и впоследствии управлять транспортным средством вдоль пути. Потребность в целостности в таких системах является главной: необнаруженный,ошибочные данные траектории могут привести к катастрофе.

Растущее число исследовательских групп во всем мире развивает автономные системы наземного транспортного средства для различных применений (см. [2], [4] – [6], и [13] например). Однако, немногие из этих работ делают явным важнейшую потребность для целостности системы, которая будет необходима в любом будущем коммерческом развитии этой технологии. Далее, в то время как много систем используют Глобальную Систему Расположения (GPS) и инерционную технологию, не было никакого реального заявления, чтобы понять, определить количество и преодолеть проблему отказа и целостности в навигационных системах, основанных на этих технологиях датчика.

Эта статья обращается к этой проблеме в контексте автономных применений наземного транспортного средства.

Всё внимание этой статьи поставлено на обнаружении ошибки и нахождения метода, которй увеличивают целостность инерционной единицы измерения (IMU)/GPS для применения наземного транспортного средства. Принятые процессы выполнения следуют за децентрализованной концепцией объденения данных и были развиты, чтобы гарантировать модульность.

 

ДАТЧИКИ

Точность навигации зависит от точности IMU и датчиков GPS. Чем больше точность этих датчиков, тем больше точность навигации . Краткие описания IMU и датчиков GPS следуют. Далее  детали относительно IMU’s относятся к [3] и [11]. Для  GPS относятся(ссылаются) к [9].

 

А. IMU

Преимущество использования IMU на наружных наземных транспортных средствах состоит в том, что ускорение, угловое вращение и данные отношения обеспечены по высоким нормам обновления. Таким образом скорость и положение транспортного средства могут также быть оценены. В отличие от кодирующих устройств колеса, IMU не затронут промахом колеса, с которым сталкивается большинство применений наземного транспортного средства. Есть однатопоровко неудобства к использованию IMU. Ошибки, вызванные уклоном в чтениях датчика, накапливаются со временем, и неточные чтения вызваны рассогласованием единиц относительно местной навигационной структуры. Эти ошибки будут обсуждены в Секции IV-A.

IMU, расмотренный в этой работе, включает три акселерометра, три гироскопа и два маятника гироскопа. Эти наборы датчиков обеспечивают ускорение, норму вращения и наклон транспортного средства соответственно, в структуре тела, на частоте 84 гц.

 

В.GPS  

GPS - внешний датчик, таким образом ошибки в данных, которые он обеспечивает, ограничены. Однако GPS - низкочастотный датчик, таким образом предоставляет информацию с медленной обновляемостью. Есть две формы точных технологий приемника GPS, осуществленных в этой работе: стандартный дифференциал и дифференциал фазы авиакомпании. Высокочастотные ошибки возникают, когда сигналы GPS подвергаются многопутевым ошибкам. Эти ошибки происходят, когда сигнал GPS отражен от одной или более поверхностей прежде, чем он достигнет антенны приемника. Это приводит к более длинной временной задержке сигнала и следовательно затрагивает затруднительное положение стандартного приемника и также изменяет фазу сигнала, таким образом затрагивающего затруднительное положение дифференциала фазы.

Другая высокочастотная ошибка, хотя это происходит менее часто и с меньшим эффектом, то, когда приемник использует различный набор спутников, чтобы определить затруднительное положение положения. Точность положения зависит от геометрии наблюдаемых спутников. Изменения в спутниковой конфигурации из-за блокировок спутникового представления в свою очередь изменят получающееся затруднительное положение. Обе формы высокочастотных ошибок вызывают резкие скачки в положении и скоростных затруднительных положениях, полученных приемником GPS.

Высокочастотные ошибки - наблюдаются в окружающей среды.Открытая область, такая как карьер менее вероятно произведет многопутевые ошибки, как будет контейнерный терминал. Следовательно, настройка фильтра, который объденяет IMU и данные GPS, зависит от окружающей среды. Даже с постоянным усовершенствованием аппаратных средств и программного обеспечения в технологии GPS [8], [12], останутся многопутевые ошибки. Небольшие многопутевые ошибки все еще происходят, и маленькая ошибка половины метра является существенной, используя точность на 0.02 м..

 

Ashtech G12 используется как стандартная отличительная система, поставляя точность положения 1.5 м. и 0.02 м\с в скорости в 10 гц. Система дифференциала фазы авиакомпании получена при использовании приемников реального масштаба времени  Novatel. Точность 0.2 м. и 0.02 м. для положения получена, используя RT20 и RT2, соответственно. Оба обеспечивают точность на 0.02 м\с в скорости. Данные передаются с частотой 4 гц.

 

 

 

 

Полный текст статьи может быть загружен по ссылке : http://www.personal.acfr.usyd.edu.au/nebot/publications/IEEE_ROB_gps_ins.pdf