Навигация пешехода с использованием малогабаритных БИНС

03 марта 2021 года
Гулевский Д.В.
(Материалы диссертации)

Во многих современных задачах навигации используется GPS сигнал, но довольно часто бывают случая, когда GPS недоступен по ряду причин. И в этих случаях достаточно эффективно можно применять технологию навигации по измерениям БИНС с использованием дополнительной информации (например: информацию о текущей скорости объекта, или измерения барометра для определения высоты). Отличительной особенностью инерциальной навигации является ее автономность и высокая точность в начальный промежуток времени. Поэтому ее можно использовать во многих современных задачах навигации. В работе рассматривается задача навигации пешехода, который ходит по горизонтальной плоской поверхности. Причем сигнал GPS недоступен. В качестве навигационной информации используются измерения блока инерциальных датчиков на микроэлектромеханических сенсорах (МЭМС).

Современные инерциальные сенсоры на МЭМС имеют невысокую точность, выражающуюся, в первую очередь, уходом нуля датчиков угловой скорости (ДУС) и шумами акселерометров. Поэтому автономная навигация без привлечения дополнительной информации невозможна. Одним из путей повышение точности является привлечение информации о характере движения. В данном случае о наличии остановок. Технология коррекции в точках остановок называется ZUPT (zero velocity update technology). Чтобы обеспечить остановку, блок датчиков прикрепляется к стопе пешехода. В работе, реализованы алгоритмы коррекции по нулевой скорости: Сигма-точечный фильтр Калмана (UKF) с переходом в пространство векторов конечных поворотов и без и линеаризованный фильтр Калмана (EKF). С целью сравнения UKF-vec/UKF-quat/EKF в работе построена модельная траектори на основе траектории полученной с помощью UKF. Для построения траектории сначала происходит модификация исходной траектории исходя из информации о точках корреции, далее используются сплайны для получения модельной траектории. В данной задаче, ориентация БИНС задается в кватернионах, которые имеют размерность 4. Соответственно в работе рассмотрены сбособы учета кватернионов в векторе состояния. А именно: как снизить размерность кватернионной части вектора состояния; как получать сигма точки для кватернионной части; и как  считать статистики (выборочное метематическое ожидание и выборочную матрицу ковариации).