Как стать автором
Обновить

Комментарии 27

Global Navigation Satellite System (или Спутниковая Система Навигации)

В России, на удивление, точно такая же как английская аббревиатура, ГНСС, которая в тексте ни разу не встречалась.


GPS необходимо хотя бы три спутника для вычисления 2D-позиции (долгота и широта) и четыре спутника для 3D-позиции (долгота, широта, высота).

Строго говоря, для 3д хватит и трех спутников, как и двух для 2д, но упускается достаточно важная деталь как уход часов. А именно — часы на потребительском устройстве уходят слишком сильно, чтобы выдавать какую-нибудь вменяемую координату. Поэтому в систему уравнений добавляется еще одна переменная — текущее время, а чтобы решить СУ с 4-мя переменными нужно минимум 4 уравнения, поэтому и нужен четвертый спутник. Иначе это выглядит слегка странным зачем нужен 4-й спутник.


И вообще, объяснять принцип работы ГНСС ни разу не упомянув слово "псевдодальность" только вредить.


Почему GPS плохо работает в городских условиях?

Хотел увидеть слово GDOP. Если коротко — переотражение (она же многолучевость) — одна из бед, но далеко не единственная. Например, здания в целом заслоняют спутники, из-за чего приемнику приходится опираться на хотя бы что-то, что он видит, а это может быть далеко не самый оптимальный выбор спутников.


Сам по себе IMU не выдает данные о местоположение (позицию, высоту, скорость), но выдает полезную информацию для вычисления местоположения в местах, где GPS не «ловит» (тоннели, паркинги и пр.);

Можно было и расписать что же он такое выдает, а именно — линейные ускорения по осям и угловые скорости вокруг этих осей. Интегрируя эту информацию и зная начальные точки можно построить маршрут с известным уходом. Засунув в фильтр Калмана с другими датчиками можно получить очень хорошие результаты.


RTK-поправки

Вообще оно называется DGPS (системы дифференциальной коррекции глобальных навигационных спутниковых систем), и опять же нужно уточнить важный момент о том как оно работает. Это устройство обычно установлено стационарно и знает свое положение с геодезической точностью (до пары мм). Зная это, оно решает обратную навигационной задачу: рассчитывает поправки к псеводальностям чтобы уравнение решилось верно. Собственно, эти поправки оно и рассылает на приемники, которые, вдобавок, должны уметь работать с этим каналом связи. И нет, ни через какой интернет оно ничего не рассылает — слишком большая задержка. Обычно эти поправки интегрированы в сам радиотракт приемника.


Впрочем, они бывают сильно разными, часто требуя необходимость видеть то же созвездие, что и потребитель, что в городских условиях достаточно сложно.


В итоге статья похожа на очень поверхностную выжимку копирайтера, лишь бы ссылки добавить.


В статье про комплексирование навигационных систем на техническом ресурсе слово "комплексирование" встречается 0 раз. Как и "фильтр Калмана".

Вы немного ошибаетесь. DGPS и RTK разные вещи. RTK — real time kinematic, реализуется именно за счёт поправок, передаваемых по какому-либо каналу связи. Интернет вполне подходит и активно используется (см. Сети референц-станций) наравне с прямым звонком (CSD на базе GSM модема) и радиоканалом (радиомодем). У интернета плюс- практически неограниченное расстояние.

Согласен что это разные вещи, но в первом комментарии очень правильно описан принцип DGPS.

DGPS передаёт поправки к псевдодальностям (PR, pseudo-range) и скорость их изменения (PRR, pseudo-range rate). Поэтому требования к скорости канала были минимальными, начиная от 100 bps на береговых станциях IALA до 2400 по спутниковым каналам Inmarsat. По HF передавалось 300 bps и этого было вполне достаточно для обновления поправок раз в 5-7 секунд.
Сам принцип работы и метровые (так задумано) точности вполне нормально работают до сотен километров, дальше идёт деградация.

«Поправки» RTK по сути это просто сырые данные с базовой станции, решение производится на стороне ровера. Требования к каналу ГОРАЗДО выше, от 9600 bps. Расстояния 50 км уже критичны.
Абсолютно согласен. Как бы ни называлась технология, суть — та же. Передача поправок через какой-то канал связи. И в принципе, пропускной способности вполне хватает. Так, например по радиоканалу, на стандартной частоте 440МГц, передача поправок между мультисистемными многочастотными приёмниками вполне осуществима и не вызывает значимых задержек. А за счёт некоторой инерции всей системы, небольшой разрыв связи не приводит к потере инициализации, и при использовании режима экстраполяции, некоторое время ещё возможно получение фиксированного решения.
На больших расстояниях начинают сказываться немного другие проблемы, — это могут быть уже другие созвездия спутников, видимость приёмниками разных спутников с небольшим пересечением, недостатки имеющихся систем координат.
Сегодня на мой взгляд, перспективная тема — передача поправок через сами спутники (например, не реклама)

Даже специальный протокол есть, NTRIP называется (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol).
Но, как уже сказали, "копирайтер" не в курсе.
Как не в курсе про псевдодальности и, тем более, про фазовые измерения, L1, L2, L5 и прочую чушь абсолютно ненужную для сверхточного позиционирования.
А IMU и SLAM прямо сразу абсолютные координаты выдают. Sensor Fusion? Фильтр Калмана? Не, не слышали.

>В статье про комплексирование навигационных систем на техническом ресурсе слово «комплексирование» встречается 0 раз. Как и «фильтр Калмана».
Давно уже пора завести медаль «статья недостаточно техническая для этого сайта»
Видимо, что ИТЭЛМА, что эти товарищи, закупают у одной и той же конторы конент, а жаль — Очень интересно было бы почитать про Safety-Critical systems и как под них писать
Мне кажется не очень надежным делать беспилотный автомобиль зависимым от очень точного GNSS, потому что он внезапно может стать не очень точным, и что тогда будет? Машина начнет ехать по обочине?
Самое главное, это лидар, камеры и построение карты пространства на их основе. И уже потом привязка карты к геопозиции.
Понять это очень просто. Выключите смартфон, сидя за рулем автомобиля. Вы можете ехать дальше? Конечно можете! А теперь закройте глаза или смотрите только на смартфон, показывающий карту. Сможете ехать?
Понять это очень просто. Выключите смартфон, сидя за рулем автомобиля. Вы можете ехать дальше? Конечно можете! А теперь закройте глаза или смотрите только на смартфон, показывающий карту. Сможете ехать?
Отличная аналогия.

Так себе аналогия. Модуль ГНСС на смартфоне в лучшем случае определит, что вы где-то в районе дороги. То, что смартфон показывает ваш автомобиль на дороге-заслуга именно комплексных мер. По сравнению со смартфоном в режиме RTK можно определить положение антенны приемника с точностью нескольких (порядка 5) см. Частота передачи поправок-около 10Гц, чего для автомобиля в городе вполне достаточно по сравнению с беспилотником

Пусть даже ваш смартфон будет точно, +-5см показывать ваше положение на дороге. Он все равно не покажет, что на 1й полосе кто-то припарковал машину, что дорожная разметка сместилась, что открыт люк, что идет пешеход и т.д.
Я даже больше скажу, хорошему беспилотному автомобилю GNSS нужен в той же степени, что и человеку — проложить маршрут и понять, что мы приехали в точку назначения.
То, что смартфон показывает ваш автомобиль на дороге-заслуга именно комплексных мер.
Никаких комплексных мер в смартфоне нет — тупое притягивание к дороге в программе навигации, чтобы юзеры не пугались, что едут по соседним зданиям… Про использование акселерометра и гироскопа даже речь не идёт, за исключением некоторых редких программ (кажется Mapillary, про другие не слышал). Ибо точность сенсоров в смартфоне ниже плинтуса.

В России уже несколько лет функционирует система СДКМ (наш российский SBAS, спутники «Луч»), только по какой-то необъяснимой причине я не слышал о его поддержке в смартфонах, хотя это практически гарантированная метровая и — при благоприятных условиях, включающих нормальную антенну — суб-метровая точность. У кого есть возможность, проверьте пожалуйста ловятся ли SBAS с PRN номерами 125, 140 или 141 (геостационары, направление ЮЗ-ЮВ в зависимости от места пользователя).
mgex.igs.org/IGS_MGEX_Status_SBAS.php
Да, «притягивание к дороге» я и имел ввиду. Только смартфон ещё активно использует информацию от своих базовых станций (плюс вайфай точки доступа иногда), которые относительно близко и позволяют сильно уточнить своё положение. Интересно, а может ли он учитывать местоположение соседних с ним смартфонов, теоретически, это помогло бы дополнительно, увеличив избыточность информации.
В России начали за здравие, начав установку базовых референц-станций по все стране на гос.основе. Систему построили, она даже работала какое-то время (hive) предоставлял доступ, потом видимо что-то пошло не так, доступ перекрыли, и как её применяют, — непонятно. Возможно — для систем типа «кнопка ГЛОНАСС»

Тут стоит вспомнить что карты тоже не идеально точны и даже с идеальным позиционированием можно оказаться на обочине потому что на карте это место отмечено как середина дороги

Именно по тому, что карты сейчас получают из источников, связанных с изготовлением геодезических карт, именно весьма точны. Другой вопрос связан с различием систем координат, в одной работает смартфон, а в другой сделана карта. Сейчас с этим всё гораздо лучше чем раньше, не в последнюю очередь благодаря системе ГЛОНАСС

Именно по тому, что карты сейчас получают из источников, связанных с изготовлением геодезических карт, именно весьма точны.
Бывают топографические карты (масштабы до 1:10000), топографические планы (масштабы 1:5000 и крупнее до 1:500), а вот про геодезические никогда не слышал.
Кроме того карты Роскартографии непригодны для навигации. Возможно они хороши в смысле геодезической точности, но они не имеют никакой информации о скоростном режиме, покрытии и пр. Поэтому из-за неактуальности данных первые карты Навитела были ужасными. Нормальные компании типа Яндекса, Гармина и ТомТома делаю карты сами. На автомобилях, конечно, стоят высокоточные GNSS-приёмники, но не забываем что автомобиль едет только по одной стороне дороги и может менять полосу движения. Никто, естественно, эти поперечные перемещения не учитывает, иначе камералка станет золотой.
И, естественно, спутниковые снимки наше всё. Надо ли говорить про их «точность» и пригодность для беспилотников на дороге ))
Посыпаю голову пеплом, я имел ввиду карты, изготовленные с геодезической точностью. Полагаю всё-таки, что Яндекс вряд ли занимается самостоятельным изготовлением карт, может быть есть информация об обратном?

Думаю будет и отдельная статья про SLAM и компенсацию неточности GPS, и про HD карты, и ещё много чего

Если такая же, то лучше не надо…
Ведь если ребята реально делают беспилотник, то должны в этой теме разбираться. Даже чтобы принять решение, что GNSS не подходит, нужно разобраться как это работает и где границы применимости. А кто писал эту статью непонятно(

Мне кажется не очень надежным делать беспилотный автомобиль зависимым от очень точного GNSS, потому что он внезапно может стать не очень точным, и что тогда будет? Машина начнет ехать по обочине?
Самое главное, это лидар, камеры и построение карты пространства на их основе. И уже потом привязка карты к геопозиции.

Здесь задача, скорей всего, аналогична самолетной — точный GNSS — это еще один независимый канал измерений, показания которого можно будет сравнивать с другими измерениями от, как вы говорите — лидаров, радаров, ультразвуковых датчиков, камер, датчиков скорости и т.д.
Чем больше разных независимых каналов для одинаковой информации — тем лучше и легче для системы определить какой канал врет или неисправен и тем она будет надежнее. Как в самолетах для скорости и углов используется несколько разных видов датчиков на разных принципах измерения, так и здесь.
Причем в самолетах часто один из "датчиков" на самом деле часто является не физическим датчиком, а рассчитывается в компьютере по модели на основании других показателей. Т.е. допустим у вас есть датчики уровня топлива в баке. Две штуки на разном физическом принципе. Но есть еще третий — виртуальный, который работает на основании расходомера топлива в двигателях: интегрируя их показания компьютер рассчитывает "теоретический" уровень топлива в баке и если показания двух датчиков уровня начнут серьезно отличаться друг от друга, то исправным будет считаться тот, который ближе к "теоретически" рассчитанному уровню.


Здесь же правильно используют инерциальные датчики, как контроль правильности показаний GNSS и наоборот. Также, например, можно легко контролировать исправность спидометра, сравнивая с показаниями спутниковой навигации. Это ж для автономного автомобиля важный прибор?


А соответствующая точность позиционирования, соответствующая точности других датчиков, очень важна, чтобы можно было сверять яблоки с яблоками.

Почему в качестве дифференциальных поправок не использовать сигналы от других навигационных систем?

Уверен, что используется мультисистемный модуль, они сейчас более распространены, чем заточенные только под одну систему. Более того, они ещё и многочастотные

В режиме RTK база передает на ровер сырые результаты измерений, поправки считает сам ровер. Скрестить сырые данные с разных систем не получится. Тупо частоты разные.

Смотрите формат RTCM, по стандарту может передаваться не только информация о поправках в разных спутниковых системах и разных частот, но и параметры систем координат
Думаю, интересная тема — установить не единичную антенну GPS, а парочку. В этом случае будет известно не просто местоположение какой-то точки автомобиля, но и его поворот относительно оси, наклон. Это позволит увеличить избыточность информации и более точно позиционировать автомобиль.
А ещё интересно, с какой частотой ведётся приём и передача поправок RTK, как часто вычисляется позиция автомобиля?
При стандартной частоте 10Гц это происходит 10 раз в секунду, что на невысокой скорости достаточно, а на больших скоростях данные о положении автомобиля от GNSS будут устаревать раньше, чем их успеет обработать система.
На заре навигаторов, когда ещё были китайские на Atlas III, подарил такой брату. Однажды зимой он возвращался с вахты и началась метель, а в степи дороги быстро переметает. И, говорит, очень выручил навигатор. Пусть даже точность 5-7 метров (тогда в навигаторы ставили нормальные патч-антенны, не то что в нынешних смартфонах), но очень хорошо знать где изгибы дороги, чтобы не съехать в кювет.

Отсюда и надо плясать — улучшать точность для бытовых пользователей. Во-первых, развивать упомянутый мною выше СДКМ. Но у него есть недостаток — геостационарные спутники, плохая видимость. Второй вариант — передача коррекций хотя бы по RDS. У нас десятки радиостанций, неужели так сложно это организовать. КМК любая компания вполне может получить лицензию и договориться с какой-либо радиостанцией. Насколько я помню, скорость данных RDS около 2400 bps, этого более чем достаточно для метровых точностей. Цена вопроса 1-2 миллиона рублей на базовую станцию, плюс какие-то траты на аренду RDS-канала. Охват радиусом 30-50 км, это можно накрыть город-миллионник и его пригороды. В Голландии видел такое ещё в 93 году.

Мне кажется для нашей страны это намного актуальнее, чем беспилотные автомобили. Игрушки. Даже на ж/д транспорте и трамваях, где, казалось бы, внедрить беспилотники проще, не отказываются от машинистов и водителей. С автомобилями то же самое, наиграются и забудут.
Да и сейчас тема себя не исчерпала, наоборот удобно заранее видеть план дороги и прогнозировать повороты/планировать обгон и вообще скорость, особенно в сложных условиях.
Подобное относительно легко можно было бы организовать, когда строили БС GNSS по всей стране, это, полагаю, куда полезнее для безопасности, чем «кнопка ГЛОНАСС» или система «ПЛАТОН».
Учитывая полный охват радиосигналом со спутников GNSS, можно было бы организовать передачу поправок теми же средствами, добавив передатчик и ещё одну антенну на спутники.
Когда впервые начались разговоры об организации Интернет по всему миру с помощью спутников (OneWb и т.п.), я уж было обрадовался, что возможно будет поставить где-то в Якутии свою спутниковую базовую станцию и вещать на подвижные приёмники поправку. Тогда геодезистам стало бы в разы проще, а парк оборудования практически без дополнительных затрат удвоился бы. Но кажется, мы этого не дождёмся :(
Зарегистрируйтесь на Хабре , чтобы оставить комментарий

Публикации

Истории