insSensor

Инерционная навигация и имитационная модель GPS

Описание

insSensor Система object™ вывод данных моделей от инерционной навигации и GPS.

К выходу модели от инерционной навигации и GPS:

  1. Создайте insSensor объект и набор его свойства.

  2. Вызовите объект с аргументами, как будто это была функция.

Чтобы узнать больше, как Системные объекты работают, смотрите то, Что Системные объекты? MATLAB.

Создание

Описание

пример

INS = insSensor возвращает Системный объект, INS, это моделирует инерционную навигацию и GPS, читающий на основе инерционного входного сигнала.

пример

INS = insSensor(Name,Value) наборы каждое свойство Name к заданному Value. Незаданные свойства имеют значения по умолчанию.

Свойства

развернуть все

Если в противном случае не обозначено, свойства являются ненастраиваемыми, что означает, что вы не можете изменить их значения после вызова объекта. Объекты блокируют, когда вы вызываете их и release функция разблокировала их.

Если свойство является настраиваемым, можно изменить его значение в любое время.

Для получения дополнительной информации об изменении значений свойств смотрите Разработку системы в MATLAB Используя Системные объекты (MATLAB).

Точность измерения списка корпуса датчика в градусах, заданный как неотрицательный действительный скаляр.

Список задан как вращение вокруг x - ось корпуса датчика. Шум списка моделируется как белый шумовой процесс. RollAccuracy устанавливает стандартное отклонение, в градусах, шума измерения списка.

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

Точность измерения подачи корпуса датчика в градусах, заданный как неотрицательный действительный скаляр.

Подача задана как вращение вокруг y - ось корпуса датчика. Шум подачи моделируется как белый шумовой процесс. PitchAccuracy задает стандартное отклонение, в градусах, шума измерения подачи.

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

Точность измерения отклонения от курса корпуса датчика в градусах, заданный как неотрицательный действительный скаляр.

Отклонение от курса задано как вращение вокруг z - ось корпуса датчика. Шум отклонения от курса моделируется как белый шумовой процесс. YawAccuracy задает стандартное отклонение, в градусах, шума измерения отклонения от курса.

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

Точность измерения положения корпуса датчика в метрах, заданных как неотрицательный действительный скаляр.

Шум положения моделируется как белый шумовой процесс. PositionAccuracy задает стандартное отклонение, в метрах, шума измерения положения.

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

Точность скоростного измерения корпуса датчика в метрах в секунду, заданный как неотрицательный действительный скаляр.

Скоростной шум моделируется как белый шумовой процесс. VelocityAccuracy задает стандартное отклонение, в метрах в секунду, скоростного шума измерения.

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

Источник случайных чисел, заданный как вектор символов:

  • 'Global stream' – Случайные числа сгенерированы с помощью текущего глобального потока случайных чисел.

  • 'mt19937ar with seed' – Случайные числа сгенерированы с помощью mt19937ar алгоритма с seed, заданным Seed свойство.

Типы данных: char | string

Начальный seed mt19937ar алгоритма генератора случайных чисел, заданного как действительный, неотрицательный целочисленный скаляр.

Зависимости

Чтобы включить это свойство, установите RandomStream к 'mt19937ar with seed'.

Типы данных: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64

Использование

Синтаксис

Описание

пример

measurement = INS(motion) моделирует данные, полученные от инерционной навигации и чтения GPS. Измерение основано на входном сигнале, motion.

Входные параметры

развернуть все

motion struct со следующими полями:

  • 'Position' – Положение корпуса датчика в локальной системе координат NED, заданной как действительный конечный N-by-3 массив в метрах. N является количеством выборок в текущей системе координат.

  • 'Velocity' – Скорость корпуса датчика в локальной системе координат NED, заданной как действительный конечный N-by-3 массив в метрах в секунду. N является количеством выборок в текущей системе координат.

  • 'Orientation' – Ориентация корпуса датчика относительно локальной системы координат NED, заданной как quaternion N- вектор-столбец элемента или один или двойные 3 3 N матрицей вращения. Каждая матрица кватерниона или вращения является вращением системы координат от локальной системы координат NED до системы координат корпуса датчика тока. N является количеством выборок в текущей системе координат.

Пример: motion = struct('Position',[0,0,0],'Velocity',[0,0,0],'Orientation',quaternion([1,0,0,0]))

Выходные аргументы

развернуть все

measurement struct со следующими полями:

  • 'Position' – Измерение положения корпуса датчика в локальной системе координат NED, заданной как действительный конечный N-by-3 массив в метрах. N является количеством выборок в текущей системе координат.

  • 'Velocity' – Скоростное измерение корпуса датчика в локальной системе координат NED, заданной как действительный конечный N-by-3 массив в метрах в секунду. N является количеством выборок в текущей системе координат.

  • 'Orientation' – Измерение ориентации корпуса датчика относительно локальной системы координат NED, заданной как кватернион N - вектор-столбец элемента или один или двойные 3 3 N матрицей вращения. Каждая матрица кватерниона или вращения является вращением системы координат от локальной системы координат NED до системы координат корпуса датчика тока. N является количеством выборок в текущей системе координат.

Функции объекта

Чтобы использовать объектную функцию, задайте Системный объект как первый входной параметр. Например, чтобы выпустить системные ресурсы Системного объекта под названием obj, используйте этот синтаксис:

release(obj)

развернуть все

stepЗапустите алгоритм Системного объекта
releaseВысвободите средства и позвольте изменения в значениях свойств Системного объекта и введите характеристики
resetСбросьте внутренние состояния Системного объекта

Примеры

развернуть все

Создайте struct движения, который задает стационарное положение в локальном начале координат NED. Поскольку платформа является стационарной, только необходимо задать одну выборку. Примите, что движение основной истины производится в течение 10 секунд с частотой дискретизации на 100 Гц. Создайте insSensor по умолчанию Система object™. Предварительно выделите переменные, чтобы содержать выход от insSensor объект.

Fs = 100;
duration = 10;
numSamples = Fs*duration;

motion = struct( ...
    'Position', zeros(1,3), ...
    'Velocity', zeros(1,3), ...
    'Orientation', ones(1,1,'quaternion'));

INS = insSensor;

positionMeasurements = zeros(numSamples,3);
velocityMeasurements = zeros(numSamples,3);
orientationMeasurements = zeros(numSamples,1,'quaternion');

В цикле вызовите INS со стационарным struct движения, чтобы возвратить положение, скорость и измерения ориентации в локальной системе координат NED. Регистрируйте положение, скорость и измерения ориентации.

for i = 1:numSamples
    
    measurements = INS(motion);
    
    positionMeasurements(i,:) = measurements.Position;
    velocityMeasurements(i,:) = measurements.Velocity;
    orientationMeasurements(i) = measurements.Orientation;
    
end

Преобразуйте ориентацию от кватернионов до Углов Эйлера в целях визуализации. Стройте положение, скорость и измерения ориентации в зависимости от времени.

orientationMeasurements = eulerd(orientationMeasurements,'ZYX','frame');

t = (0:(numSamples-1))/Fs;

subplot(3,1,1)
plot(t,positionMeasurements)
title('Position')
xlabel('Time (s)')
ylabel('Position (m)')
legend('North','East','Down')

subplot(3,1,2)
plot(t,velocityMeasurements)
title('Velocity')
xlabel('Time (s)')
ylabel('Velocity (m/s)')
legend('North','East','Down')

subplot(3,1,3)
plot(t,orientationMeasurements)
title('Orientation')
xlabel('Time (s)')
ylabel('Rotation (degrees)')
legend('Roll', 'Pitch', 'Yaw')

Сгенерируйте измерения INS с помощью insSensor Система object™. Используйте waypointTrajectory сгенерировать путь основной истины. Используйте trackingScenario организовывать симуляцию и визуализировать движение.

Задайте траекторию основной истины как путь восьмерки в Северо-восточной плоскости. Используйте частоту дискретизации на 50 Гц и 5 второй длительности.

Fs = 50;
duration = 5;
numSamples = Fs*duration;
t = (0:(numSamples-1)).'/Fs;

a = 2;

x = a.*sqrt(2).*cos(t) ./ (sin(t).^2 + 1);
y = sin(t) .* x;
z = zeros(numSamples,1);

waypoints = [x,y,z];

path = waypointTrajectory('Waypoints',waypoints,'TimeOfArrival',t);

Создайте insSensor Системный объект к модели, получающей данные о INS. Установите PositionAccuracy к 0.1.

ins = insSensor('PositionAccuracy',0.1);

Создайте сценарий отслеживания с единой платформой, движение которой задано path.

scenario = trackingScenario('UpdateRate',Fs);
quadcopter = platform(scenario);
quadcopter.Trajectory = path;

Создайте театральный график визуализировать основную истину quadcopter движение и quadcopter измерения движения смоделированы insSensor.

tp = theaterPlot('XLimits',[-3, 3],'YLimits', [-3, 3]);
quadPlotter = platformPlotter(tp, ...
    'DisplayName', 'Ground-Truth Motion', ...
    'Marker', 's', ...
    'MarkerFaceColor','blue');
insPlotter = detectionPlotter(tp, ...
    'DisplayName','INS Measurement', ...
    'Marker','d', ...
    'MarkerFaceColor','red');

В цикле усовершенствуйте сценарий, пока это не будет завершено. Для каждого временного шага получите текущую выборку движения, измерения модели INS для движения, и затем постройте результат.

while advance(scenario)
    motion = platformPoses(scenario,'quaternion');
    
    insMeas = ins(motion);
    
    plotPlatform(quadPlotter,motion.Position);
    plotDetection(insPlotter,insMeas.Position);
    
    pause(1/scenario.UpdateRate)
end

Сгенерируйте измерения INS с помощью insSensor Система object™. Используйте waypointTrajectory сгенерировать путь основной истины.

Задайте ориентацию основной истины, которая начинается с оси X корпуса датчика, выровненной с Севером, и заканчивается осью X корпуса датчика, выровненной с Востоком. Задайте waypoints для траектории дуги и вектор времени прибытия для соответствующего waypoints. Используйте частоту дискретизации на 100 Гц. Создайте waypointTrajectory Системный объект с waypoint ограничениями и набор SamplesPerFrame так, чтобы целая траектория была выведена с одним вызовом.

eulerAngles = [0,0,0; ...
               0,0,0; ...
               90,0,0; ...
               90,0,0];
orientation = quaternion(eulerAngles,'eulerd','ZYX','frame');

r = 20;
waypoints = [0,0,0; ...
             100,0,0; ...
             100+r,r,0; ...
             100+r,100+r,0];

toa = [0,10,10+(2*pi*r/4),20+(2*pi*r/4)];

Fs = 100;
numSamples = floor(Fs*toa(end));

path = waypointTrajectory('Waypoints',waypoints, ...
    'TimeOfArrival',toa, ...
    'Orientation',orientation, ...
    'SampleRate',Fs, ...
    'SamplesPerFrame',numSamples);

Создайте insSensor Системный объект к модели, получающей данные о INS. Установите PositionAccuracy к 0.1.

ins = insSensor('PositionAccuracy',0.1);

Вызовите waypoint объект траектории, path, сгенерировать движение основной истины. Вызовите средство моделирования INS, ins, с движением основной истины сгенерировать измерения INS.

[motion.Position,motion.Orientation,motion.Velocity] = path();
insMeas = ins(motion);

Преобразуйте ориентацию, возвращенную ins к Углам Эйлера в градусах в целях визуализации. Стройте полный путь и ориентацию в зависимости от времени.

orientationMeasurementEuler = eulerd(insMeas.Orientation,'ZYX','frame');

subplot(2,1,1)
plot(insMeas.Position(:,1),insMeas.Position(:,2));
title('Path')
xlabel('North (m)')
ylabel('East (m)')

subplot(2,1,2)
t = (0:(numSamples-1)).'/Fs;
plot(t,orientationMeasurementEuler(:,1), ...
     t,orientationMeasurementEuler(:,2), ...
     t,orientationMeasurementEuler(:,3));
title('Orientation')
legend('Yaw','Pitch','Roll')
xlabel('Time (s)')
ylabel('Rotation (degrees)')

Расширенные возможности

Смотрите также

Системные объекты

Введенный в R2018b

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте