7 июля

Космические технологии в беспилотном транспорте: фильтр Калмана (из Архивов NASA)

Блог компании НПП ИТЭЛМААлгоритмыРазработка робототехникиКосмонавтикаТранспорт
Перевод
Автор оригинала: Sanjay Krishnan
image

В 51-ю годовщину первой человеческой высадки на Луну, состоявшейся в июле 1969 года, давайте вспомним фундаментальную технологию, которая помогла сделать эту высадку возможной: фильтр Калмана. Названный в честь Рудольфа Калмана, американского электротехника, математика и изобретателя венгерского происхождения, фильтр представляет собой математическую методику, которую он предложил в 1960 году. Он особенно полезен при оценке положения объектов на основе наблюдений с помощью нескольких датчиков и широко применяется в системах наведения, навигации и управления транспортными средствами и самолетами.

Именно во время визита Калмана в Исследовательский центр Эймса NASA в Маунтин Вью, инженеры NASA увидели, что методы Калмана могут решить нелинейную задачу оценки траектории для программы «Аполлон». Однако запуск алгоритма фильтра Калмана на компьютере 1960-х годов был невозможен. Технический меморандум (из архивов НАСА, см. ниже) иллюстрирует исследовательскую работу в 1960-е и 1970-е годы, в ходе которой был внедрен «численно точный фильтр Калмана в вычислительной системе с ограниченным объемом памяти, пригодный для применения в реальном времени, например, для бортовой навигации самолетов или космических аппаратов».

image


Трехсторонние ковариационные коэффициенты для фильтра Калмана (архивы НАСА)

Еще одной серьезной проблемой фильтра Калмана 50 лет назад было отсутствие вычислительной стабильности из-за ошибок округления, вызванных ограничением в 8 бит. Для решения этой проблемы было разработано множество сложных решений.

Усилия команды инженеров продолжались, и в конце концов настойчивость окупилась:

В компьютере «Аполлона» использовалось 2 кб магнитной оперативной памяти и процессор, построенный из интегральных схем. Первоначально НАСА вообще не планировало использовать компьютер «Аполлон» для управления. Целью NASA было использование радиосигналов с земли для управления космическим аппаратом. Планы изменились, когда инженеры Массачусетского технологического института смогли внедрить фильтр Калмана в столь крошечный компьютер. Это было действительно замечательно.

— Джек Креншоу, инженер программы «Аполлон».


В немалой степени такие инженерные подвиги сделали лунную миссию успешной. Пятьдесят лет спустя алгоритм фильтрации Калмана используется здесь, на Земле, во многих областях, в том числе в робототехнике, беспилотных летательных аппаратах и VR-играх. Исследователи Токийского университета в 2014 году использовали фильтр Калмана для того, чтобы пылесос Roomba успешно обнаруживал людей и избегал их. Федеральная резервная система США использовала фильтр Калмана для определения долгосрочных нейтральных процентных ставок и управления денежно-кредитной политикой.

Себастьян Трун, создатель беспилотного автомобиля от Google, преподает тему использования фильтра Калмана для отслеживания объектов в режиме реального времени по созданию беспилотных автомобилей. В этом месяце Autoware объявили о выпуске набора алгоритмов с открытым исходным кодом, включающем в себя фильтр Калмана, и этот набор ориентирован на разработку эталонной реализации беспилотного автомобиля в реальном мире.

За десятилетия своего существования целый ряд технологий совместно эволюционировали и достигли такой степени развития, что их сочетание делает беспилотную езду возможной, полезной и ценной для общества. Однако, для перехода от прототипов к коммерческому внедрению, компании будут стремиться к стандартизации и обеспечению взаимодействия между компонентами – аппаратным обеспечением и алгоритмами. Взаимодействие компонентов способствует конкуренции, а конкуренция помогает повысить качество и снизить стоимость, приближает беспилотное будущее и оправдывает миллиарды долларов, которые тратятся на исследования и разработку в области беспилотного транспорта.

Ссылки




Подписывайтесь на каналы:
@TeslaHackers — сообщество российских Tesla-хакеров, прокат и обучение дрифту на Tesla
@AutomotiveRu — новости автоиндустрии, железо и психология вождения




image

О компании ИТЭЛМА
Мы большая компания-разработчик automotive компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.

Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.

У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.

Читать еще полезные статьи:

Теги:Automotiveитэлмакомпоненты для автопроизводителейэлектроника для автотранспортаADAS
Хабы: Блог компании НПП ИТЭЛМА Алгоритмы Разработка робототехники Космонавтика Транспорт
+7
2,7k 30
Комментарии 2
Лучшие публикации за сутки