เครื่องรับ GNSS ทุกเครื่องโดยไม่คํานึงถึงความซับซ้อนมีช่องโหว่ร่วมกัน: ต้องมีแนวสายตาที่ชัดเจนไปยังดาวเทียม เมื่อแนวสายตานั้นถูกขัดจังหวะโดยอุโมงค์โรงจอดรถหุบเขาในเมืองหนาแน่นหรือการติดขัดโดยเจตนาความแม่นยําของตําแหน่งจะลดลงอย่างรวดเร็วหรือล้มเหลวโดยสิ้นเชิง สําหรับยานพาหนะไร้คนขับ โดรนจัดส่ง และระบบนําทางที่มีความสําคัญต่อความปลอดภัย ช่องว่างเหล่านี้เป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้
ทางออกอยู่ที่ฟิวชั่นเซนเซอร์: เชื่อมต่อเครื่องรับ GNSS เข้ากับหน่วยวัดแรงเฉื่อย (IMU) อย่างแน่นหนาเพื่อสร้างระบบนําทางที่ยังคงความแม่นยําในช่วงที่สัญญาณดาวเทียมหยุดทํางานเป็นเวลานาน บทความนี้จะตรวจสอบหลักการทางเทคนิคของฟิวชั่น GNSS/IMU ความแตกต่างระหว่างสถาปัตยกรรมการมีเพศสัมพันธ์แบบหลวมและแน่น และลักษณะการทํางานที่สําคัญสําหรับการใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริง
ทําความเข้าใจกับ IMU Drift และเหตุใดฟิวชั่นจึงจําเป็น
IMU วัดแรงจําเพาะและอัตราเชิงมุมโดยใช้มาตรความเร่งและไจโรสโคป ด้วยการรวมการวัดเหล่านี้เมื่อเวลาผ่านไป ระบบนําทางสามารถคํานวณตําแหน่ง ความเร็ว และทัศนคติได้โดยไม่ต้องอ้างอิงจากภายนอก อย่างไรก็ตาม กระบวนการบูรณาการนี้สะสมข้อผิดพลาด อคติเล็กๆ น้อยๆ ในเซ็นเซอร์ประกอบไปด้วยข้อผิดพลาดในตําแหน่งที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าดริฟท์.
- อคติของมาตรความเร่ง:อคติเล็กๆ 100 ไมโครกรัม (หนึ่งในหมื่นของแรงโน้มถ่วง) รวมเข้ากับข้อผิดพลาดของตําแหน่งประมาณ 18 เมตรหลังจากการนําทางเฉื่อยเพียง 60 วินาที
- อคติของไจโรสโคป:อคติของไจโร 1 องศาต่อชั่วโมงทําให้การแก้ปัญหาทัศนคติเอียง ฉายแรงโน้มถ่วงผิดเข้าไปในระนาบแนวนอน และสร้างความเร่งสมมติที่ทําให้การประมาณตําแหน่งเสียหายอย่างรวดเร็ว
- บทบาทของ GNSS:GNSS ให้การแก้ไขตําแหน่งสัมบูรณ์พร้อมข้อผิดพลาดที่มีขอบเขต ทําให้เป็นส่วนเสริมที่สมบูรณ์แบบสําหรับการคํานวณตายที่ใช้ IMU ความท้าทายคือการออกแบบสถาปัตยกรรมฟิวชั่นเพื่อเพิ่มจุดแข็งของเซ็นเซอร์ทั้งสอง
IMU เพียงอย่างเดียวจะตาบอดภายในไม่กี่นาที GNSS เพียงอย่างเดียวตาบอดภายใต้ที่กําบัง เมื่อรวมกันอย่างเหมาะสมพวกเขาสร้างระบบนําทางที่แข็งแกร่งในเกือบทุกสภาพแวดล้อมที่โลกสามารถนําเสนอได้
ข้อต่อหลวมเทียบกับข้อต่อแน่น
ระบบฟิวชั่น GNSS/IMU แบ่งตามความลึกของเซ็นเซอร์ที่มีปฏิสัมพันธ์ ทางเลือกทางสถาปัตยกรรมมีนัยยะอย่างลึกซึ้งต่อประสิทธิภาพระหว่างการหยุดทํางานของ GNSS บางส่วนและทั้งหมด
ข้อต่อหลวมถือว่า GNSS และ IMU เป็นเซ็นเซอร์อิสระ โดยป้อนเอาต์พุตตําแหน่งและความเร็วลงในตัวกรอง Kalman แม้ว่าจะใช้งานได้ง่าย แต่สถาปัตยกรรมนี้จะล้มเหลวโดยสิ้นเชิงเมื่อ GNSS ลดลงต่ํากว่าดาวเทียมที่มองเห็นได้สี่ดวง ซึ่งเป็นขั้นต่ําที่จําเป็นสําหรับการแก้ไขตําแหน่งแบบสแตนด์อโลน แม้ว่าการวัดระยะหลอกดิบและเฟสพาหะจากดาวเทียมจํานวนน้อยลงจะยังคงจํากัดโซลูชัน IMU ได้
ข้อต่อแน่นทํางานที่ระดับการวัด ป้อน GNSS ดิบ pseudoranges, การวัด Doppler และเฟสพาหะโดยตรงไปยังตัวกรองการนําทางควบคู่ไปกับข้อมูล IMU แม้จะมีดาวเทียมที่มองเห็นได้เพียงหนึ่งหรือสองดวง แต่ระบบก็สามารถจํากัดการดริฟท์ตําแหน่งได้บางส่วน ซึ่งขยายความทนทานต่อการหยุดทํางานอย่างมาก
เกณฑ์มาตรฐานประสิทธิภาพในโลกแห่งความเป็นจริง
โมดูล GNSS/IMU ที่เชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนาของ Jumpstar ได้รับการทดสอบในสถานการณ์จริงที่ท้าทายระบบ GNSS บริสุทธิ์ ในลําดับอุโมงค์ทางหลวงที่มีสัญญาณดับ 45 วินาที ข้อต่อที่แน่นจะรักษาความแม่นยําของตําแหน่งแนวนอนภายใน0.5 เมตรเมื่อเทียบกับข้อผิดพลาดของข้อต่อหลวมเกิน 10 เมตรและข้อผิดพลาด IMU บริสุทธิ์เกิน 50 เมตร
สําหรับนักพัฒนายานยนต์ไร้คนขับความแตกต่างด้านประสิทธิภาพเหล่านี้แปลเป็นส่วนต่างด้านความปลอดภัยโดยตรง ระบบที่รักษาความแม่นยําของมิเตอร์ย่อยผ่านอุโมงค์สามารถรักษาเลนและระบบควบคุมความเร็วอัตโนมัติแบบปรับได้ได้โดยไม่ต้องมีการแทรกแซงของผู้ขับขี่ ระบบที่ดริฟท์ 10 เมตรก่อให้เกิดอันตรายต่อความปลอดภัยในทันที
เมื่อประเมินโมดูล GNSS สําหรับการใช้งานที่สัญญาณหยุดทํางานอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เป็นข้อกําหนดพื้นฐานสําหรับการทํางานที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้
.png)
