Comments 35
Спасибо за статью. Бальзам на душу…

Маленькое замечание.
«К группе макромеханических можно отнести акселерометры, в которых подвес реализован в виде пружин, струны или керновых, шарикоподшипниковых, электромагнитных узлов, которые могут выполнять также роль измерительных элементов в, так называемых, поплавковых акселерометрах с гидростатической разгрузкой узлов подвеса.»

В книге того же Распопова "Микромеханические приборы", если мне не изменяет память, описываются в частности вибрационные гироскопы струнного типа.
Спасибо за статью. А у Cortex M3/M4 хватит частоты для обработки задач ориентации/навигации на 600Гц+?
Это что за объект такой с работой в 600Гц? Если не ошибаюсь реальные частоты у объектов где ставят НС не превышает нескольких десятков Герц.
Почему 600 Гц, а не 400 ГЦ? Откуда такая цифра. Вот это тоже интересный вопрос. В моём случае, блок i2c поддерживает 400 гц, 100Гц, 40 Гц. Думаю в следующей статье надо будет обсчитать, количество передаваемой информации с датчиков, пропускную способность интерфейса. Что касается M3 (72 МГц) или M4 (120Мгц), топ ервому было сложновато перемножить матрицы размерностью 3 на 3, с m4 пока всё хорошо.
При желании на 8-битном AVR эта задача решается, конечно с кучей оптимизаций, но упрощенный DCM на гироскопе и акселе с комплементарным фильтром, 2000 Гц способен выдать на опрос гироскопа и 200гц на опрос акселерометра и все рассчеты. Рассчеты делать быстрее смысла наверно нет (и акслерометр, и GPS выдат данные гораздо медленнее), а вот гироскоп очень быстрый и точный датчик, и для некоторых приложений желательно иметь его показания как можно быстрее (стабилизация динамической системы с обратной связью, например)
На сколько я понимаю, шум mems ДУСов (в народе — гироскопов) можно частично победить используя показания акселерометров и фильтр Калмана, в котором присутствует модель собственно БИНС. То есть углы, полученные просто интегрированием показаний гироскопов, уплывают быстро, даже если фильтры использовать. А если увязать углы с показаниями акселерометров и со знанием, что мы находимся на планете Земля, у нас тут есть ускорение свободного падения, направленное вниз в локальной системе координат, связанной с поверхностью планеты, и оно равно 9.8 м/с, и что оси ДУСов и акселерометров жёстко связаны — то всё становится намного веселее.
может быть так и поступали бы, но есть куча всяких НО — начиная с того, что ускорение свободного падения не всегда равно 9.8. И бывает отличается в 5-6 знаке, что уже существенно при итоговом интегрировании. Так что в реальности используются данные со спутниковых навигационных систем. И кстати, раз вспомнили про ускорение свободного падения — вертикальную составляющую скорости и перемещения никогда не считают интегрированием показаний вертикального канала. Для этих целей используют показания баровысотомера.
Я показания акселерометров интегрировать по вертикали не предлагал :) Я предлагал использовать направление вектора ускорения свободного падения для коррекции ухода углов тангажа и крена в стабилизированном полёте. Возможны нюансы типа очень пологого скоординированного разворота, когда отличия в 5-6 знаке могут начать играть роль. Но навскидку кажется, что шумы недорогих mems датчиков сильно больше. Так то и g зависит от широты, и от высоты, и направлено не всегда в центр геоцентрической системы координат, но сколь велики эти погрешности по сравнению с шумами? Скоро дособираю квадрик, посмотрю на практике.

СНС — хорошее решение, когда есть в наличии открытое небо. Кстати, сейчас уже недорого можно получать координаты с частотой 20 Гц и дециметровой точностью. С барометром, сами знаете, куча подводных камней, начиная с получения статического давления, и заканчивая погодными условиями. Пожалуй, если исключить СНС, то датчиков, которые дают абсолютные координаты, совсем мало: магнетометр (может внезапно показать куда угодно из-за местных аномалий), барометр (тучка пришла — давление у земли поменялось — вошёл в землю) да трубка Пито (да и так даёт координаты относительно воздуха, а не земли). Ну, с натяжкой, пирометр. На больших ЛА радиовысотомер ещё есть, а на мелких изредка — лазерный или ультразвуковой. Придётся интегрировать и страдать от шумов и дрейфа, куда деваться.

Кстати, на сколько я в курсе, навигационная система современных пассажирских самолётов, типа A320, в полностью автономном режиме (т.е. без получения координат GPS) даёт ошибку по горизонтали порядка 1 километра на 200 километров пути, пройденных на крейсерской скорости. Вполне себе неплохой результат.
20 Гц и дециметровая точность для недорогих приемников?! Модельку посоветуете? В дифференциальном режиме такая точность еще может быть, но лишь там, где есть наземные опорные точки. И я еще не встречал недорогих гражданских приемников выдающих координаты на 20 Гц.
Погрешность акселерометра от несферичности планеты намного меньше погрешностей шумовых и виражных. Корректировать акселями можно только в статике.
Простите, 10 герц, сейчас в документацию глянул. Откуда 20 взялось — не знаю даже. Например S1315F-RAW, пара в rtk режиме как раз даст дециметровую точность даже с фиговенькими антеннами. Брал два за 100 евро. Вроде недорого. Ещё на NV08C-CSM можете посмотреть, отечественная разработка же.

Почему не получится корректировать в динамике при не единичной матрице измерений? Коптеры же как-то стабилизируются по углам (т.е. висят горизонтально и можно задавать горизонтальные скорости стиками) без gps приёмников, по горизонтали и рысканью только дрейфуют. Тем более, что GPS даёт только 3 координаты и вектор скорости, а углы узнать не позволяет.
«Координаты одного из приёмников (базового) должны быть точно определены (например, он может быть установлен в пункте государственной геодезической сети); он передает по каналу связи (радиомодем, сотовый модем, сеть Интернет и др.) набор данных, называемых поправками. Второй приёмник может воспользоваться этими данными для точного определения местоположения на расстояниях порядка до 30 км от базового приёмника.»
С википедии
В этой технологии один из приемников (БАЗА) должен быть стационарным с очень точными координатами. А второй может быть подвижен.

Мой коллега по кафедре разрабатывает алгоритм для двух подвижных, также по фазовым набегам, но там не дециметровые точности будут. Лишь процентов 30 уменьшение погрешности. Это примерно 1-3 метра для недорогоих приемников с недорогими антеннами.
ЕМНИП можно же схитрить, если вам не страшна систематическая погрешность. Если координаты базы указать смещёнными относительно истинных координат на некий вектор r, то координаты приёмника будут смещены на тот же самый вектор. Если рассматривать какой нибудь беспилотник, который летает недалеко и получает поправки только от одной базы, то ему будет вполне достаточно. Как вариант — взять карту, ровер, поставить ровер на точку с известными координатами, посчитать ошибку и поправить координаты базы на величину этой ошибки. Геодезической точности, конечно, не получить, но нужна ли она?
В моем комментарии ударение было на стационарность базы. Ее координаты можно и за ноль принять — не суть важно. Если этому условию решение удовлетворяет, то ОК.
Тут инженерная задачка на работе появилась. Я работаю в агро-промышленой компании (очень по специальности). Так вот у них надо было получить точность посева до 5 см. Ну я вякнул предложил гибрид, gps+бинс. Итого: поля в курской губернии. Показания магнитометра можно вообще не учитывать. Минус один датчик. Вот хорошая статья про гибрид думаю стоит почитать
А насчёт аеробосув, там же не mems датчики используются и не бесплатофрменная система, поэтому и точности хорошие. Поэтому и есть всякие предполётные подготовки, когда эти ИНС, настраивают и выставляют.
5 см — это очень серьёзно, уже антенна начинает сильно влиять. Как в итоге решили задачу?

У всяких модных авиалайнеров лазерные оптически гироскопы и макромеханические (не знаю, как правильно назвать) акселерометры. digilander.libero.it/andreatheone/irs.htm
Сейчас делаю прототип на адаптивном фильтре Калмана с использованием нечеткой логике. Осенью будет посев озимых попробуем. На данный момент у них (агро-промышленников) используются разностные методы или системы диффеернцальной коррекции GPS. БИНСы там ещё никто не «пользовал».
Кстати, а вы используете фазу сигнала gps для повышения точности? Что-нибудь типа RTK уже пробовали?
да вот в сторону rtk и смотрел, но хочется уйти от этих доп. штук. Там же получается два варианта развития ситуации, когда gps основной и бинс вспомогательный и наоборот. Хочу в экспериментах и посмотреть что брать за основу.
GPS корректировать с помощью БИНС точно тупиковая затея. В случае агро- RTK самый оптимальный вариант. Зачем там БИНС даже не представлю. Максимум два-три приемника для построения Спутниковой системы ориентации (ССО). Так что в данном случае GPS с RTK главный модуль, а остальное «по вкусу и деньгам»
Есть хорошие мат. модели для расчета ускорения свободного падения в зависимости от широты. А если говорить о выскоточной навигации то можно и гравиметр использовать.
Насколько проще было бы жить, если бы g зависело только от широты.
От широты и долготы конечно. Понятно что есть аномалии, понятно что это всего лишь модель. Но, можно же получать нечто более точное чем 9,81 используя модель.
<nostalgia_mode>эхх… бинс, этому же я в институте учился несколько лет. И Матвеев, чья картинка тут присутствует, у нас лекции читал...</nostalgia_mode>

А по делу, в такой поздний час могу только вот что добавить по поводу ухода точности БИНС. БИНС сами по себе (на реальных бортах) не используются, используется только в связке БИНС+СНС (спутниковая навигационная система). Фишка тут вот в чём, если БИНС выдаёт данные с большой частотой, но погрешность велика, то СНС выдаёт точный сигнал, но с частотой 1 Гц. Вот при наличии СНС и крутят всякие там фильтры Калмана на основании невязки.

Кароче, задавайте и мне вопросы — готов ответить, как проснусь
Если под бортами подразумевается воздушный транспорт, то да, там выгодно использовать СНС и ССО.Но там нормируется минимальное время автономной работы БИНС. Но бывают и полностью автономные БИНС, скорость накопления ошибки в которых достаточно низкая, чтобы не нужно было их корректировать во время движения.
Если не секрет что за изделие(БИНС) и какой период времени автономной работы?
Ну к примеру БИНС на гироскопах с электростатическим подвесом + кварцевые маятниковые акселерометры компенсационного типа. Такое оборудование использовали в NASA для экспериментов на тему Теории Относительности, когда они доказали наличие предсказанного гравитационного увлечения системы координат вблизи массивного вращающегося тела. PROBE B кажется. Еще подлодки атомные месяцами на дне лежат, но это уже секреты, что там за датчики.
Сложилось впечатление, что кто-то нашел методичку и сделал выдержку оттуда, изредка заменяя предложения, чтобы вроде как не просто скопипастить.
У нас так обычно лабы сдавались на младших курсах.
Отчасти вы правы, только вот была задача не скопировать методы, а написать методичку. Их как-то совсем я не встречал. На методу сил не хватило, а на статью-заметку, да. Я из книг чистый текст не копировал, а пытался донести саму суть, чтобы в будущем писать формулы и алгоритмы, не отвлекаясь на прицепы работы, как то так.
Любое изложение формализованного просчета будущего устройства будет «смахивать на методичку». Даже наоборот — методички составляются так, чтобы формализовать и обобщить процес просчета на определенный набор задач. Чем четче и понятнее процедура (методика), тем выгоднее ее использовать. Хабр все-таки не художественное издание, и туториалы со «step by step» инструкциями на мой взгляд очень даже уместны.
Спорное впечатление после прочтения статьи — с одной стороны автор описал все правильно, но с другой кажется, что ясности и полного понимания у автора нет.
Подожду следующих частей, не буду критиковать или спорить.
Комментарий оставил чтоб дать понять автору, что людей, кому интересны ИНС тут больше, чем кажется.
Понятие о ИНС есть, но вначале статьи предупредил, что есть неясности, поэтому готов к диаологу. Готовлю следующую часть.
Еще одна просьба — расшифровывайте все таки все сокращения, СОПП, БИНС, ЧЭ, СНС, шминс… Помню у нас в институте препод тоже любил на подобном языке сокращений говорить, я пару первых лекций пропустил, на третьей в шоке был, как будто на иностранном языке объясняет. Потом профессор объяснил в чем дело — это говорит твой препод выпендрится хочет, вот и льет всякую заумную туфту и море сокращений, чтобы за умного сойти, ведь звания профессора у него нет =) Да и сам он если честно не сильно в теме того, о чем рассказывает, вот и шифрует. На конференциях можно по подобному поведению сразу определять уровень рассказчика =)
Я старался вначале использовать полное название, и только потом сокращения. Исправил. Спасибо за замечание.
Only those users with full accounts are able to leave comments. Log in, please.