Собираем корректируемую БИНС низкой точности за 300$

Gosha

Gosha

Aeronautical Ph.D.
На днях после общения с коллегами возникла идея попробовать самостоятельно собрать низкоточную БИНС и посмотреть, что из этого выйдет.
В одном из магазинов электроники были найдены следующие комплектующие:

Для IMU:
Трёхосный акселерометр (чувствительность ±1,5 g или ±6 g)
Трёхосный гироскоп (Чувствительность: 14,375 бит на °/сек)
(так и не понял, что за точность у ДУС-ов, если честно)

Для коррекции:
GPS Bee
Барометр
Трёхосный компас (хотя он тут нафиг не нужен, но так, для пущей важности)

Для сборки всего этого барахла вместе:
Mega IO Shield
Arduino Ethernet

Ваши прогнозы, что может получиться, если собрать всё это вместе, написать алгоритмы калибровки, навигационный алгоритм, фильтр Калмана для комплексирования БИНС с GPS?
p.s. комлпектующие еще не закуплены, но студентам ТЗ почти выдано ;)
 
Реклама
Гоша, Вы видимо опечатались "чувствительность ±1,5 g"? Это наверное диапазон измерения ускорения, так?
Укажите пожалуйста тип акселерометра, который предполагаете купить.
 
Видимо, ±1,5 g или ±6 g - это диапазон. Если речь о чипе MMA7361, то чувствительность у него 800 милиВольт/g или 200 милиВольт/g, в зависимости от выбранного диапазона.
 
Уровень шума у этой модели (MMA7361) слишком высок, но для БИНС сойдёт, если зарежите полосу пропускания до 3-5 Гц.
Кроме этого, относительный коэффициент поперечного преобразования 5% -- это много! Это сильно ударит по результирующей точности.
 
Так сами посмотрите даташит на FXLS8471Q ;)
Спектральная плотность шума в 2 раза ниже, что очень хорошо!
Но не указан ОКПП. Во всяком случае в табличке я его не нашёл. Может где-то по тексту есть, но весь документ я читать не стал.
Встроенный DSP -- это тоже большой плюс.

Но прежде чем перечитывать даташиты на существующие девайсы, лучше пусть автор сам для себя решит какие точности он хочет получить в своей БИНС, потом пересчитает их в погрешности акселерометра и ДУСа.
А уж потом можно будет заняться изысканиями доступных на рынке моделей
 
С фильтром Калмана как раз таки проблем нет. Я, например, в дипломном проекте его реализовывал, как одну из фич системы.
Если нужно - могу прислать очень полезную книжку как раз по комплексированию, её наш профессор писал. Называется O. S. Salychev inertial systems in navigation and geophysics
Алгоритмы все известные, мне как-то корейцы на одном из собеседований заявили, что ФК - это oldschool ;)

Цель конечная для студента - это научиться с подобными вещами работать. Понятно, что уход будет космический, вместе с шумами, но как вариант, почему бы и нет?
 
Реклама
Gosha сказал(а):
Понятно, что уход будет космический
Нажмите, чтобы раскрыть...
Меня, как "чайника" , интересует - как КФ фильтрует "выбросы" GPS (а они в определенных районах случаются, судя по
инфе в файле - они только "накопали" 8 точек -32N07E, 41N10W и т.д. , география довольно широка). И при этом они
зачастую валидные! Т.е. могут корректировать инерциалку? Встретил такую фразу о КФ:
"Недостаток линейных фильтров — они плохо себя ведут при случайных выбросах. Если GPS вдруг скажет, что машинка
находится на Луне, возвращаться на Землю ей придётся долго… "

На сайте проф. пилотов в технической части увидел анимацию AF447 - как-будто кто начинает раскачивать самолет. Т.е. тут и roll и pitch - если образно сравнить, то ощущение, как-бы от сенсоров положения в пространстве пошел "фон"/"шум"/ , и автопилот не знает, что делать - то ему команда туда, то вдруг в противоположное положение.
Хотелось бы понять, как это все работает в целом. - сенсоры инерциалки, GPS, GYRO. автопилот.
http://www.youtube.com/watch?v=BR5kFOHVnUU
 

Вложения

  • Sharkey_96_GPS.pdf
    43,9 КБ · Просмотры: 14
Последнее редактирование:
Beelzebub сказал(а):
Это что то типа курсовика? На диплом, имхо, не тянет, так как новизны не просматривается.
Как движется, кстати?
Нажмите, чтобы раскрыть...
Это только часть диплома была. Сам диплом был по обработке полётной информации: считывание форматированных и неформатированных данных, пользовательская обработка (можно было строить как графики, так и сразу функции из нескольких переменных). В том числе и ФК сделал для оценки точности параметров ИНС.

Пока продвижения нет, потому как железяки закупать не спешат, а из своего кармана пока тоже не особо получается (хотя, походу, придётся - я ж цельный зав лабораторией - вот и заведуй, называется). Да и студент пока учит теоретическую часть.
Жаль, что мой диссер никак не связан с этими вещами - было бы гораздо интереснее.


---------- Добавлено в 22:06 ----------


serg55 сказал(а):
Хотелось бы понять, как это все работает в целом. - сенсоры инерциалки, GPS, GYRO. автопилот.
Нажмите, чтобы раскрыть...
Еще раз рекомендую книгу, указанную выше. Там всё это описано. Какие сигналы выдаёт IMU инерциалки, как устроен навигационный алгоритм, а как - сам ФК.
Кстати, есть хорошо написанные на русском и отсканенные лекции на эту тему.
Про автопилоты - это отдельно литературу читать - это совсем из другой "оперы".


---------- Добавлено в 22:07 ----------


serg55 сказал(а):
Меня, как "чайника" , интересует - как КФ фильтрует "выбросы" GPS (а они в определенных районах случаются, судя по
инфе в файле - они только "накопали" 8 точек -32N07E, 41N10W и т.д. , география довольно широка).
Нажмите, чтобы раскрыть...
Еще есть адаптивные ФК, но они гораздо сложнее в реализации. Я встречал описание такой штуки, но сам бы не взялся реализовывать - это отдельное исследование надо делать.
А у меня и без того две темы "висит", причём из разных областей: авиация и медицина)
 
Gosha сказал(а):
Еще есть адаптивные ФК, но они гораздо сложнее в реализации.
Нажмите, чтобы раскрыть...
Наверно, имеете ввиду SPKF (sigma point KF или UKF Uncented KF)? Нашел небольшое исследование (2010 г, интересно, а какие ФК и алгоритмы применяются на Аэрбасах и Боингах ?)
Я пробую рассмотреть только логику работы (математику мне не осилить :) ) . Если идут данные GPS (VALID) и они не проверяются на PDOP (ошибка из-за геометрии расположения спутников),
то путь автомашины с таким устройством для эксперимента был бы как на рисунке (т.е. будь на месте водителя автопилот, он бы повел машину по красной траектории). Если использовать PDOP (идеал = 1, они использовали до 5 и больше 5), то траектория (особенно до 5) почти строго повторяет дорогу. Вывод делают - лучше при достоверных данных, но при даже плохом PDOP, отключать GPS и следовать по инерциалке.
http://www.aeroespacial.org.br/jaesa/editions/repository/v02/n03/3-EinwoegererKugaMilani.pdf

Меня этот вопрос заинтересовал в связи с резонансными катастрофами. В дипломной работе может возможно попытаться сэмулировать ошибки GPS ? (не бегать же между домов, пытаясь найти "тень" на спутники).Интерсно, в проекте ваших студентов будет алгоритм проверки по PDOP? Что касается потерпевших крушение самолетов, то все они совершали поворот - кто вправо, кто влево. Возможно и так довольно плохая геометрия спутников в их точке ухудшалась из-за поворотов?

GPS_valid_no_PDOP.jpg


TRK_foto.jpg


Block_diagram.jpg


PDOP 5.jpg
 
http://aviaforum.ru/showpost.php?p=1616451&postcount=12
В 90-е годы отметили в исследовании (см. файл в предыдущем посту), что прием достоверных данных GPS, но с очень большой погрешностью, происходил в основном при отсутствии обновления альманаха (но не всегда). Альманах несет информацию от спутника к GPS (каждые 12,5 мин), в том числе и о реальном времени. Если альманах не валиден, то должно выскакивать предупреждение - WARNING и система использует UTC время (msg ID 218) предложение GGA:
"GPGGA GPS Fix Data and Undulation
Time, position and fix-related data of the GPS receiver. For greater precision, use the GPGGALONG log
(see page 232). See also Table 54, Position Precision of NMEA Logs on page 234.
The GPGGA log outputs these messages with contents without waiting for a valid almanac. Instead, it
uses a UTC time, calculated with default parameters. In this case, the UTC time status is set to
WARNING since it may not be 100% accurate. When a valid almanac is available, the receiver uses the
real parameters. Then the UTC time is set to VALID.
Message ID: 218

Происходит ли на лайнерах А330, В777 и других коррекция по времени (кроме инерциалки) каких- нибудь других потребителей по шинам 629/429 ? А что, если "сбивается" реальное время из-за неприема альманаха (при определенной геометрии спутников, в каких-то отдельных точках)? Причем если самолет делает маневр, то число сенсоров (и данных с них) быстро возрастает и шина и при отсутствии должной синхронизации "перегружается" и все "сыплется" - и связь и управление на какое-то время. Тут поставь хоть 10 GPS - главное чтобы в этой точке был прием. Косвенно может это подтверждается на QF72 (в отчете отказ сразу двух GPS, что ну крайне маловероятно). Все это, ИМХО, конечно.

Boeing telemetry.jpg
 
Назад