Инерциальная навигация
-
Eugen Graf
- guru
- Сообщения: 6502
- Зарегистрирован: 13 ноя 2007, 02:20
- Награды: 4
- Версия LabVIEW: 2009
- Откуда: Saarbrücken
- Контактная информация:
Инерциальная навигация
Многие не имеют понятия что это, так же как и я, пока не начал работать в фирме, которая ей занимается.
Начнём с простого, что такое навигация? В основном это определение абсолютной позиции. В нормальном человеческом мышлении это указатель направления. Допустим.
И так, самым сложным в навигации является правильное определение абсолютной позиции, а вот направление в котором нужно двигаться в следующий момент тоже конечно относится к навигации, но я не об этом. Так же должен заметить что имеется отличная, хорошо работающая система GPS, которая определяет абсолютную позицию антенны в абсолютной системе координат земли. Система непростая, но понятная. Существует несколько спутников (минимум три), которые посылают свою абсолютную позицию от центра земли и аналоговый сигнал (пускай это будет пинг). Ресивер, имея эту информацию, высчитывает собственную позицию из расстояния спутников от центра земли и времени передачи пинга от спутника до антенны (на самом деле система немного сложнее). Так вот, эта система имеет точность скажем в 5-10 метров, а так же очень неприятную особенность - сигнал передаётся по воздуху, ни под землёй, ни под водой сигнал "спутник<->антенна" не доступен. Что делать???
Здесь поможет инерциальная система навигации.
Существует много различных способов определения позиции. Например можно использовать радары, компас, одометр и много чего, всё это имеет преимущества и недостатки. Радар должен либо посылать сигнал, либо принимать сигнал (в военной технике это самое ужасное, потому что обнаружат источник), компас неточный, а ещё он сходит с ума на полюсах, одометр (если кто не знает, это как спидометр) имеет неприятную оособенность, если колёса прокручиваются или скользят (особенно заметно у поезда), то он сбивается.Существует независимая система навигации, которая работает как на земле, так в космосе. Она конечно так же имеет свои недостатки среди других, но она по крайней мере не нуждается во внешних источниках. Она работает сама по себе, это скажем так, механически прилепленный блок к автомобилю (чтобы было более понятно), который определяет !!!относительную!!! позицию со старта.
Как работает такая система? Это не сложно понять. В системе имеется сенсор ускорения и сенсор угла поворота (да, такие производятся). И так с помощью сенсора ускорения (акселерометр) мы определяем расстояние - трансляция (с помощью двойной интеграции), а с помощью сенсора угла поворота - ротацию. Всё вместе говорит нам о расстоянии от начальной точки отсчёта до объекта включая направление (конечно время играет играет здесь очень важную роль, поэтому Винда здесь не применима, или же нужен Таймстемп).
Теперь немного проще - акселерометр это пружинные весы, как на рынке. Сенсор угла поворота - это компас.
Продолжение следует
Начнём с простого, что такое навигация? В основном это определение абсолютной позиции. В нормальном человеческом мышлении это указатель направления. Допустим.
И так, самым сложным в навигации является правильное определение абсолютной позиции, а вот направление в котором нужно двигаться в следующий момент тоже конечно относится к навигации, но я не об этом. Так же должен заметить что имеется отличная, хорошо работающая система GPS, которая определяет абсолютную позицию антенны в абсолютной системе координат земли. Система непростая, но понятная. Существует несколько спутников (минимум три), которые посылают свою абсолютную позицию от центра земли и аналоговый сигнал (пускай это будет пинг). Ресивер, имея эту информацию, высчитывает собственную позицию из расстояния спутников от центра земли и времени передачи пинга от спутника до антенны (на самом деле система немного сложнее). Так вот, эта система имеет точность скажем в 5-10 метров, а так же очень неприятную особенность - сигнал передаётся по воздуху, ни под землёй, ни под водой сигнал "спутник<->антенна" не доступен. Что делать???
Здесь поможет инерциальная система навигации.
Существует много различных способов определения позиции. Например можно использовать радары, компас, одометр и много чего, всё это имеет преимущества и недостатки. Радар должен либо посылать сигнал, либо принимать сигнал (в военной технике это самое ужасное, потому что обнаружат источник), компас неточный, а ещё он сходит с ума на полюсах, одометр (если кто не знает, это как спидометр) имеет неприятную оособенность, если колёса прокручиваются или скользят (особенно заметно у поезда), то он сбивается.Существует независимая система навигации, которая работает как на земле, так в космосе. Она конечно так же имеет свои недостатки среди других, но она по крайней мере не нуждается во внешних источниках. Она работает сама по себе, это скажем так, механически прилепленный блок к автомобилю (чтобы было более понятно), который определяет !!!относительную!!! позицию со старта.
Как работает такая система? Это не сложно понять. В системе имеется сенсор ускорения и сенсор угла поворота (да, такие производятся). И так с помощью сенсора ускорения (акселерометр) мы определяем расстояние - трансляция (с помощью двойной интеграции), а с помощью сенсора угла поворота - ротацию. Всё вместе говорит нам о расстоянии от начальной точки отсчёта до объекта включая направление (конечно время играет играет здесь очень важную роль, поэтому Винда здесь не применима, или же нужен Таймстемп).
Теперь немного проще - акселерометр это пружинные весы, как на рынке. Сенсор угла поворота - это компас.
Продолжение следует
-
mzu2006
- doctor
- Сообщения: 2456
- Зарегистрирован: 16 авг 2008, 02:12
- Награды: 3
- Версия LabVIEW: 7.1 10 11 12
- Откуда: St-Petersburg (RU), Phila, Boston, Washington DC
- Контактная информация:
Re: Инерциальная навигация
А всякие разные гироскопы - это тоже сюда?
Правила форума (Forum rules in Russian)
rm -rf /mnt/windows
rm -rf /mnt/windows
-
Konstantin Sumenko
- expert
- Сообщения: 1439
- Зарегистрирован: 17 июл 2008, 12:20
- Награды: 2
- Версия LabVIEW: 2010
- Откуда: Moscow
- Поблагодарили: 1 раз
- Контактная информация:
Re: Инерциальная навигация
mzu2006, конечно: инклинометр не умеет определять угол поворота относительно оси, коллинеарной локальному вектору ускорения свободного падения.
eg, расстояние ту получаешь из a=x''. Там же еще нужно по возможности выделять участки с постоянным ускорением, правильно? Т.е в итоге из связки акселерометр+гироскоп ты произвольную кривую пути бьешь на ломанную, которая его приближает?
eg, расстояние ту получаешь из a=x''. Там же еще нужно по возможности выделять участки с постоянным ускорением, правильно? Т.е в итоге из связки акселерометр+гироскоп ты произвольную кривую пути бьешь на ломанную, которая его приближает?
-
Eugen Graf
- guru
- Сообщения: 6502
- Зарегистрирован: 13 ноя 2007, 02:20
- Награды: 4
- Версия LabVIEW: 2009
- Откуда: Saarbrücken
- Контактная информация:
Re: Инерциальная навигация
mzu2006, да, гироскоп для определения либо угла поворота, либо угловой скорости. Компас это образно, что бы всем понятно было.
Crowbar, да, так. Здесь входные параметры это ускорение, угол (или угловая скорость) и время. Через интеграцию определяется трансляционное движение и позиция объекта, а с помощью угла поворота его ротационное движение и направление. Если это делать с большой частотой в реальном времени, то вот уже и получится навигатор по одной плоскости. А если использовать три таких и три таких сенсора, то можно определить движение в трёх плоскостях.
Продолжение следует...
Crowbar, да, так. Здесь входные параметры это ускорение, угол (или угловая скорость) и время. Через интеграцию определяется трансляционное движение и позиция объекта, а с помощью угла поворота его ротационное движение и направление. Если это делать с большой частотой в реальном времени, то вот уже и получится навигатор по одной плоскости. А если использовать три таких и три таких сенсора, то можно определить движение в трёх плоскостях.
Продолжение следует...
-
- professional
- Сообщения: 390
- Зарегистрирован: 07 мар 2008, 09:26
- Награды: 3
- Версия LabVIEW: 6i-16
- Откуда: Санкт-Петербург
- Контактная информация:
Re: Инерциальная навигация
Я сам к этой теме еще не прикасался, но знаю, что на наших мобильных комплексах такую штуку ставили, начальная позиция от GPS вроде бы снималась, а дальше инерциональная система, приемущество в том еще, что когда комплекс остановился то по GPS трудно определить его истинное направление относительно севера, так как приходится ставить порог какой-то по скорости, а маневрирование на малых скоростях (например парковка) сбивает...
-
Eugen Graf
- guru
- Сообщения: 6502
- Зарегистрирован: 13 ноя 2007, 02:20
- Награды: 4
- Версия LabVIEW: 2009
- Откуда: Saarbrücken
- Контактная информация:
Re: Инерциальная навигация
Это у нас называется Yaw, а у других например Heading или Azimuth. Это один из плюсов инерциальной навигации, так же есть другие плюсы - например навигация без доступа внешнего сигнала (под землёй и под водой), а так же в дальнем космосе. Самое интересное это то, что такая система навигации независима, то есть имея при себе "волшебный клубок" можно прийти туда, куда хочешь.toto писал(а):направление относительно севера
Но конечно есть и минусы - это неточная сенсорика. С этим мы боремся с помощью калибрирования и поддержки системы с помощью тех же внешних источников информации. Калибрирование сенсоров каждые несколько лет (Calibration), так же калибрирование перед запуском системы (Alignment), ну и ежевременное калибрирование (улучшение), если присутствует доминирующий внешний сигнал.
Система на самом деле очень сложная, я так до конца и не понял как работает весь алгоритм, замешано очень много физики и математики, но мне предоставилась удача разрабатывать пользовательские интерфейсы для таких систем. А так же я занимаюсь самим калибрированием и автоматизацией калибрационных процессов. В общем программирую для пользователей наших систем навигации, так же для себя и трёх других калибраторов.
А тема на самом деле очень интересная, т.к. с недавнего времени разработчики стали встраивать такие системы (конечно в сотни раз хуже по точности) в различные сотовые телефоны и системы навигации для автомобилей.
Для оценки поясню, что например один сенсор у нас стоит около 2 тыс. евро, а таких нужно 6. А если брать триаду, то она стоит окото 15-20 тыс. евро. Прибавить электронику, механику, разработку, калибрирование и всё прочее. В общем такая система навигации выходит около 60-80 тыс. евро, это средний класс. Есть и за 10, есть и за 180.
Продолжение следует, жду откликов и вопросов
- Integro
- beginner
- Сообщения: 44
- Зарегистрирован: 04 окт 2009, 16:10
- Версия LabVIEW: 14, 18
- Откуда: Israel
- Поблагодарили: 1 раз
Re: Инерциальная навигация
Приветствую, в поиске ответов на свои вопросы, вышел на этот пост, который успел покрыться большой бородой
Интересно узнать чем закончился этот проект.
На протяжении многих лет в сфере навигации, технологии можно пересчитать на пальцах 1-й руки. То ли тема настолько закрыта оборонкой, что только они могут играть в эксперименты, то ли идей как таковых не возникает.
Маск пытается создать собственный вариант на виртуальных 3D трекингах карт, но до сенсационных заявлений еще далеко и все там на зародышевой стадии.
Лет 15 назад, когда GPS навигаторы стали доступны широкому кругу и пользовательский софт стал расти как на дрожжах в битве за место под солнцем, я в надежде на финансирование, одному клиенту демонстрировал свой инерциальный алгоритм, но финансирование так и не открылось и я закинул тему на пыльный шкаф.
Сегодня я возвращаюсь к истокам, но уже с определенным багажом опыта и готов пообщаться, если автор того пожелает т будет сторонний интерес.
Жду отклика
Интересно узнать чем закончился этот проект.
На протяжении многих лет в сфере навигации, технологии можно пересчитать на пальцах 1-й руки. То ли тема настолько закрыта оборонкой, что только они могут играть в эксперименты, то ли идей как таковых не возникает.
Маск пытается создать собственный вариант на виртуальных 3D трекингах карт, но до сенсационных заявлений еще далеко и все там на зародышевой стадии.
Лет 15 назад, когда GPS навигаторы стали доступны широкому кругу и пользовательский софт стал расти как на дрожжах в битве за место под солнцем, я в надежде на финансирование, одному клиенту демонстрировал свой инерциальный алгоритм, но финансирование так и не открылось и я закинул тему на пыльный шкаф.
Сегодня я возвращаюсь к истокам, но уже с определенным багажом опыта и готов пообщаться, если автор того пожелает т будет сторонний интерес.
Жду отклика
"Coding is not the main event anymore. Building software is the main event."
Chris Wanstrath, Co-Founder, CEO of GitHUB
Chris Wanstrath, Co-Founder, CEO of GitHUB
-
- doctor
- Сообщения: 2211
- Зарегистрирован: 28 июн 2012, 09:32
- Награды: 3
- Версия LabVIEW: 2009..2020
- Откуда: город семи холмов
- Благодарил (а): 27 раз
- Поблагодарили: 27 раз
Re: Инерциальная навигация
Твердотельные акселерометры и гироскопы (т.е на чипах) до сих пор на несколько порядков отстают по точности от механических устройств. Поэтому практического смысла инерциальная навигация не имеет. При этом учтите, что ракета летит полчаса, а навигация требуется при существенно более длительной работе.Integro писал(а): ↑27 мар 2021, 18:10 Приветствую, в поиске ответов на свои вопросы, вышел на этот пост, который успел покрыться большой бородой
Интересно узнать чем закончился этот проект.
На протяжении многих лет в сфере навигации, технологии можно пересчитать на пальцах 1-й руки. То ли тема настолько закрыта оборонкой, что только они могут играть в эксперименты, то ли идей как таковых не возникает.
Маск пытается создать собственный вариант на виртуальных 3D трекингах карт, но до сенсационных заявлений еще далеко и все там на зародышевой стадии.
Лет 15 назад, когда GPS навигаторы стали доступны широкому кругу и пользовательский софт стал расти как на дрожжах в битве за место под солнцем, я в надежде на финансирование, одному клиенту демонстрировал свой инерциальный алгоритм, но финансирование так и не открылось и я закинул тему на пыльный шкаф.
Сегодня я возвращаюсь к истокам, но уже с определенным багажом опыта и готов пообщаться, если автор того пожелает т будет сторонний интерес.
Жду отклика
- Integro
- beginner
- Сообщения: 44
- Зарегистрирован: 04 окт 2009, 16:10
- Версия LabVIEW: 14, 18
- Откуда: Israel
- Поблагодарили: 1 раз
Re: Инерциальная навигация
Возвращаюсь к запылившемуся алгоритму:
Итак для следования мобильной платформы по карте необходимы следующие составляющие:
Программная часть:
1. Навигационный Софт с поддержкой навигации в offline и GPS ресивером, функция проставления цифровых маркеров на маршруте (триггерные значения в диапазоне от 0.001 до 3.300").
2. По мере прохождения этих маркеров система фиксирует их триггерные значения как команды управления в сторону драйверов шаговых моторов). Такой метод имеет схожую методику по вводу координатных точек траектории перемещения многоосевых ARM манипуляторов.
3. Инструментальная среда - построитель маршрутов для ведомых аппаратных платформ. За основу можно брать HMI пульты для программирования тех же ARM с привязкой к PLC контроллерам, или применить специализированный десктопный софт, о котором пойдет речь чуть позже.
4. Функция ввода триггерных значений (поинтов) и их калибровки представляется тактильным алгоритмом, по аналогии, как это происходит в манипуляторах Baxter. Водитель должен провести "обучение" системы, т.е. прокатиться 1 раз по маршруту.
* Пусть для начала не будет перекрестков, пешеходных переходов и т.п. Т.е. грунтовка в лесном массиве...
Итак для следования мобильной платформы по карте необходимы следующие составляющие:
Программная часть:
1. Навигационный Софт с поддержкой навигации в offline и GPS ресивером, функция проставления цифровых маркеров на маршруте (триггерные значения в диапазоне от 0.001 до 3.300").
2. По мере прохождения этих маркеров система фиксирует их триггерные значения как команды управления в сторону драйверов шаговых моторов). Такой метод имеет схожую методику по вводу координатных точек траектории перемещения многоосевых ARM манипуляторов.
3. Инструментальная среда - построитель маршрутов для ведомых аппаратных платформ. За основу можно брать HMI пульты для программирования тех же ARM с привязкой к PLC контроллерам, или применить специализированный десктопный софт, о котором пойдет речь чуть позже.
4. Функция ввода триггерных значений (поинтов) и их калибровки представляется тактильным алгоритмом, по аналогии, как это происходит в манипуляторах Baxter. Водитель должен провести "обучение" системы, т.е. прокатиться 1 раз по маршруту.
* Пусть для начала не будет перекрестков, пешеходных переходов и т.п. Т.е. грунтовка в лесном массиве...
"Coding is not the main event anymore. Building software is the main event."
Chris Wanstrath, Co-Founder, CEO of GitHUB
Chris Wanstrath, Co-Founder, CEO of GitHUB
-
- beginner
- Сообщения: 17
- Зарегистрирован: 19 апр 2020, 01:22
- Версия LabVIEW: 2019
- Благодарил (а): 1 раз
- Поблагодарили: 4 раза
- Контактная информация:
Re: Инерциальная навигация
Не согласен. Просто сверхточная инерциальная навигация была нужна только военным. А это пара тройка НИИ и все. И каждый делает свое. С появлением потребностей в сверхточной навигации в народном хозяйстве все изменилось. Мало того что прогресс в MEMS - сумасшедший, так еще и появились вещи вроде RTK GNSS. По сути, сейчас в "чип и дип"е можно купить спутниковый приемник с субсантиметровой точностью за 10 тысяч рублей. Военные в шоке: они не понимают что теперь с этим делать. Запретить, или принимать в работу? Помню как года до 2001 что ли для ввоза GPS приемника в РФ требовалась бумажка из ФСБ...
-
- doctor
- Сообщения: 2211
- Зарегистрирован: 28 июн 2012, 09:32
- Награды: 3
- Версия LabVIEW: 2009..2020
- Откуда: город семи холмов
- Благодарил (а): 27 раз
- Поблагодарили: 27 раз
Re: Инерциальная навигация
Между навигацией по GPS и инерциальной навигацией огромная пропасть. Это принципиально разные вещи. Так что не надо их смешивать
- Integro
- beginner
- Сообщения: 44
- Зарегистрирован: 04 окт 2009, 16:10
- Версия LabVIEW: 14, 18
- Откуда: Israel
- Поблагодарили: 1 раз
Re: Инерциальная навигация
Проблема существующей секретности на карты остро проявилась в феврале 2005 года в связи с запуском проекта Google Maps, позволяющего любому желающему пользоваться цветными космическими снимками высокого разрешения (до нескольких метров), хотя в России любой космический снимок с разрешением точнее 10 метров считается секретным и требует заказа в ФСБ процедуры рассекречивания. В других странах данная проблема разрешена тем, что применяется не площадная, а объектовая секретность. При объектной секретности запрещается свободное распространение крупномасштабных топографических карт и снимков строго определённых объектов, например, районов военных действий, военных баз и полигонов, стоянок военных кораблей. Для этого разработана методика создания топографических карт и планов любых масштабов, не имеющих грифа секретности и предназначенных для открытого пользования.FredP писал(а): ↑03 апр 2021, 22:37Не согласен. Просто сверхточная инерциальная навигация была нужна только военным. А это пара тройка НИИ и все. И каждый делает свое. С появлением потребностей в сверхточной навигации в народном хозяйстве все изменилось. Мало того что прогресс в MEMS - сумасшедший, так еще и появились вещи вроде RTK GNSS. По сути, сейчас в "чип и дип"е можно купить спутниковый приемник с субсантиметровой точностью за 10 тысяч рублей. Военные в шоке: они не понимают что теперь с этим делать. Запретить, или принимать в работу? Помню как года до 2001 что ли для ввоза GPS приемника в РФ требовалась бумажка из ФСБ...
Другое дело космическая навигация, там где GPS система курит на заборе. К примеру тот же расчет посадки марсохода и взаимодействие его с дроном.
Не едиными гироскопами и земной магнитудой ... много статей на этот счет и каждый интерпретирует по своему, какое физическое свойство можно брать за основу в рассчетах координат (поинтах) в навигации.
"Coding is not the main event anymore. Building software is the main event."
Chris Wanstrath, Co-Founder, CEO of GitHUB
Chris Wanstrath, Co-Founder, CEO of GitHUB
-
Andrew Lunev
- VIP
- Сообщения: 957
- Зарегистрирован: 11 дек 2010, 12:31
- Награды: 2
- Версия LabVIEW: 2014-2021
- Откуда: Москва
- Благодарил (а): 4 раза
- Поблагодарили: 10 раз
Re: Инерциальная навигация
Название темы "Инерциальная навигация", что накладывает ограничения на физические свойства, доступные к использованию. На что вам Borjomy_1 и намекнул. Но видимо недостаточно...
-
- beginner
- Сообщения: 17
- Зарегистрирован: 19 апр 2020, 01:22
- Версия LabVIEW: 2019
- Благодарил (а): 1 раз
- Поблагодарили: 4 раза
- Контактная информация:
Re: Инерциальная навигация
Говорить, что инерциальная навигация это только полностью автомноная система - может только дилетант. Я хочу сказать, что соврменная инерциальная навигация - это прежде всего инерциалка с коррекцией. Эта коррекция может выполняться разными способами. Когда я коснулся этой темы - думал, что для строгих, военных применений никакая коррекция недопустима. А потом узнал о корректируемой ИНС ракеты Р-5, о современных планирующих авиабомбах с коррекируемой по ГЛОНАСС ИНС, конечно же современных БПЛА (военных в первую очередь) и даже на РН "Союз" - корректируемая инерциальная навигация. Это все говорит о том, что обсуждать полностью автономную ИНС - настолько частный случай, что... что даже не знаю, где такой используется. А вот алгоритмы коррекции, источники данных - это действительно тема интересная.Andrew Lunev писал(а): ↑04 апр 2021, 03:01 Название темы "Инерциальная навигация", что накладывает ограничения на физические свойства, доступные к использованию. На что вам Borjomy_1 и намекнул. Но видимо недостаточно...
Интересующимся, предлагаю статью во вложениях.
Авторы конструируют "гибридную", или в отечественных терминах "комплексированную" навигацию возращаемой ракеты-носителя.
Задача: суборбитальный полет и посадка как на баржу, так и на сушу. Для полета точность требуется не очень большая, а вот при посадке - меньше полуметра. Требования тоже интересные, особенно non ITAR и COTS. Для тех кто ранее не слышал эти аббревиатуры: первая - это ограничение на военное оборудование от США, а COTS - это концепция использования оборудования industrial для задач значительно превышающих допустимые нагрузки\точности\требования. И это все родилось не спроста. Как и в Российской Федерации, технологии разработки гиростабилизированных платформ сверхвысокой точности даже в США - почти утеряны. Так как потребности почти нет, то и нет инженеров, денег на новые разработки. Клемпают старушек, подходящих для "ядерного кулака". А вот легких (для автомобилей, сверхлегких ракет), доступных для покупки физическим лицам в магазине радиодеталей - таких нет. Поэтому, появилось вот это вот все.
А вот таблица погрешности различных систем спутниковой навигации, которую наряду с лазерными высотомерами, барометрами и прочими датчиками предлагатся использовать для коррекции ИНС: А если для вас ракеты, БПЛА - слишком далеко, то давайте вспомним о дронах-курьерах, беспилотных сельскохозяйственных комбайнах, беспилотных автомобилях, да даже грейдеры для строительства взлетно-посадочных полос и т.п.
- Вложения
-
- Preliminary Design of the Hybrid Navigation System (HNS) for the CALLISTO RLV Demonstrator.pdf
- (3.75 МБ) 66 скачиваний
-
Andrew Lunev
- VIP
- Сообщения: 957
- Зарегистрирован: 11 дек 2010, 12:31
- Награды: 2
- Версия LabVIEW: 2014-2021
- Откуда: Москва
- Благодарил (а): 4 раза
- Поблагодарили: 10 раз
Re: Инерциальная навигация
Хорошо, давайте договоримся о терминах. Дайте определение термину "инерциальная навигация", желательно со ссылкой на какой-то ВУЗовский учебник. То, что современная навигация практически всегда комплексная не дает права делать равнозначными термины "навигация" и "инерциальная навигация". Навигационная система вообще может не содержать инерционных компонентов и в настоящее время чаще всего не содержит. Тот же ВОГ не основан на инерции. То, что реально разработанные БИНС имеют в составе коррекцию по другим навигационным системам не означает, что и термин "инерциальная навигация" изменился, это жаргонизм. Я всего лишь указал, что тема называется "инерциальная навигация", хотите обсуждать комплексную навигацию, просто создайте новую тему "навигация".