Вот, чтоб было понятнее что это за проблема…
Простое сравнение данных GPS и IRS (Inertial Reference System - инерциальная навигационная система, которая включает в себя гироскопы и акселерометры) недостаточно для определения того, что именно IRS “поплыла”. Ведь, расхождение может быть и из-за ошибок GPS. Давайте разберемся, как система определяет, что именно IRS дает неверные показания.
Проблема: Различие между ошибками GPS и IRS
- GPS-ошибки:
- Неточность позиционирования: GPS может иметь неточности из-за атмосферных эффектов, отражений сигнала, геометрических факторов и т. д.
- Временные сбои: Могут быть кратковременные перебои в приеме сигнала или его качестве.
- Ошибки в скорости: Скорость, полученная от GPS, также может иметь погрешности, особенно в условиях ускорения.
- Ошибки, связанные с количеством спутников: При уменьшении видимых спутников, точность определения позиции может упасть.
- IRS-ошибки (дрейф):
- Накопление ошибок: Как мы обсуждали, гироскопы и акселерометры подвержены дрейфу, то есть ошибки постепенно накапливаются со временем.
- Смещение нуля: Со временем “ноль” гироскопов может смещаться, что приводит к систематическим ошибкам.
- Зависимость от температуры: Температура также влияет на точность работы гироскопов и акселерометров.
Решения: Комбинация методов для определения дрейфа IRS
- Расширенный фильтр Калмана (EKF):
- EKF не только объединяет данные GPS и IRS, но и оценивает вероятность ошибок в каждом из источников.
- Он использует модели ошибок для каждого датчика, что позволяет ему отделять случайные ошибки от систематических.
- EKF определяет, как сильно нужно доверять каждому датчику. Если IRS начинает отклоняться от модели, фильтр уменьшает вес данных IRS и увеличивает вес данных GPS.
- Анализ динамики ошибок:
- Скорость изменения ошибки: GPS-ошибки часто случайны и быстро меняются. Ошибки IRS обычно более медленные и имеют предсказуемую структуру.
- Характер ошибки: Ошибки GPS часто проявляются как “шум”, а ошибки IRS - как дрейф.
- EKF отслеживает, как меняются расхождения между показаниями GPS и IRS. Если эти расхождения носят систематический характер, это указывает на дрейф IRS.
- Сравнение с другими датчиками:
- Магнитометр: Помогает выявить отклонения в показаниях IRS, особенно по рысканию.
- Датчики воздушной скорости и угла атаки: Могут подтвердить или опровергнуть угловые скорости, вычисленные IRS.
- Высотомер: Подтверждают положение самолета.
- Алгоритмы обнаружения неисправностей (Fault Detection):
- Эти алгоритмы отслеживают не только расхождение между GPS и IRS, но и следят за резкими и неожиданными изменениями в данных IRS.
- При обнаружении резкого изменения, система может временно снизить доверие к данным IRS, пока не убедится в их корректности.
- Если эти алгоритмы выявляют проблему в IRS, то система может переключиться на другой источник информации (например, на другую IRS, если самолет имеет несколько).
- Калибровка IRS:
- Перед полетом IRS должна быть откалибрована, то есть ее “ноль” должен быть установлен.
- Система может отслеживать дрейф “нуля” и корректировать его, если он становится значительным.
Пример:
Представьте ситуацию, когда самолет летит прямо, а гироскоп крена в IRS начинает дрейфовать, показывая медленный, но постоянный крен, хотя GPS показывает, что самолет летит прямо.
- EKF заметит, что показания IRS по крену не соответствуют ни данным GPS, ни другим датчикам.
- Скорость изменения ошибки будет медленной и постоянной (дрейф), а не резкой и случайной (как при ошибках GPS).
- Алгоритмы обнаружения неисправностей отметят, что данные IRS не согласуются с моделью полета.
В результате EKF уменьшит вес данных IRS и увеличит вес данных GPS, при этом система сообщит о возможном дрейфе гироскопа.
В заключение:
Система не просто сравнивает данные GPS и IRS. Она использует сложный комплекс методов, включающий EKF, анализ динамики ошибок, сравнение с другими датчиками и алгоритмы обнаружения неисправностей, чтобы определить, когда именно IRS дает неверные показания. Это обеспечивает более надежное и точное определение ориентации самолета.
Надеюсь, теперь стало понятнее, как система обнаруживает дрейф IRS.
А теперь садитесь и программируйте это )))))
