insSensor

Инерционная система навигации и имитационная модель GNSS/GPS

Описание

insSensor Система object™ моделирует устройство, которое плавит измерения от инерционной системы навигации (INS) и глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS), такие как GPS, и выводит сплавленные измерения.

Выводить сплавленный INS и измерения GNSS:

Создайте insSensor объект и набор его свойства.
Вызовите объект с аргументами, как будто это была функция.

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

Создание

Синтаксис

INS = insSensor

INS = insSensor(Name,Value)

Описание

пример

INS = insSensor возвращает Системный объект, INS, это моделирует устройство что выходные измерения от INS и GNSS.

пример

INS = insSensor(Name,Value) свойства наборов с помощью одной или нескольких пар "имя-значение". Незаданные свойства имеют значения по умолчанию. Заключите каждое имя свойства в кавычки.

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.

`MountingLocation` — Местоположение датчика на платформе (m)
[0 0 0] (значение по умолчанию) | трехэлементный вектор с действительным знаком из формы [x y z]

Местоположение датчика на платформе, в метрах в виде трехэлементного вектора с действительным знаком из формы [x y z]. Вектор задает смещение источника датчика от источника платформы.

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

`RollAccuracy` — Точность измерения крена (градус)
0.2 (значение по умолчанию) | неотрицательный действительный скаляр

Точность измерения крена корпуса датчика, в градусах в виде неотрицательного действительного скаляра.

Roll является вращением вокруг x - ось корпуса датчика. Шум крена моделируется как белый шумовой процесс. RollAccuracy устанавливает стандартное отклонение шума измерения крена.

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

`PitchAccuracy` — Точность измерения тангажа (градус)
0.2 (значение по умолчанию) | неотрицательный действительный скаляр

Точность измерения тангажа корпуса датчика, в градусах в виде неотрицательного действительного скаляра.

Pitch является вращением вокруг y - ось корпуса датчика. Шум тангажа моделируется как белый шумовой процесс. PitchAccuracy задает стандартное отклонение шума измерения тангажа.

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

`YawAccuracy` — Точность измерения рыскания (градус)
1 (значение по умолчанию) | неотрицательный действительный скаляр

Точность измерения рыскания корпуса датчика, в градусах в виде неотрицательного действительного скаляра.

Yaw является вращением вокруг z - ось корпуса датчика. Шум рыскания моделируется как белый шумовой процесс. YawAccuracy задает стандартное отклонение шума измерения рыскания.

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

`PositionAccuracy` — Точность измерения положения (m)
[1 1 1] (значение по умолчанию) | неотрицательный действительный скаляр | трехэлементный вектор с действительным знаком

Точность измерения положения корпуса датчика, в метрах в виде неотрицательного действительного скаляра или трехэлементного вектора с действительным знаком. Элементы вектора устанавливают точность x - y - и z позиционные измерения, соответственно. Если вы задаете PositionAccuracy как скалярное значение, затем объект устанавливает точность всех трех положений к этому значению.

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

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

`VelocityAccuracy` — Точность скоростного измерения (m/s)
0.05 (значение по умолчанию) | неотрицательный действительный скаляр

Точность скоростного измерения корпуса датчика, в метрах в секунду в виде неотрицательного действительного скаляра.

Скоростной шум моделируется как белый шумовой процесс. VelocityAccuracy задает стандартное отклонение скоростного шума измерения.

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

`AccelerationAccuracy` — Точность ускоряющего измерения ^(m/s2)
0 (значение по умолчанию) | неотрицательный действительный скаляр

Точность ускоряющего измерения корпуса датчика, в метрах в секунду в виде неотрицательного действительного скаляра.

Ускоряющий шум моделируется как белый шумовой процесс. AccelerationAccuracy задает стандартное отклонение ускоряющего шума измерения.

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

`AngularVelocityAccuracy` — Точность измерения скорости вращения (градус/с)
0 (значение по умолчанию) | неотрицательный действительный скаляр

Точность измерения скорости вращения корпуса датчика, в метрах в секунду в виде неотрицательного действительного скаляра.

Скорость вращения моделируется как белый шумовой процесс. AngularVelocityAccuracy задает стандартное отклонение ускоряющего шума измерения.

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

`TimeInput` — Включите вход времени симуляции
`false` или `0` (значение по умолчанию) | `true` или `1`

Включите вход времени симуляции в виде логического 0 ложь) или 1 TRUE). Установите это свойство на true вводить время симуляции при помощи simTime аргумент.

Настраиваемый: нет

Типы данных: логический

`HasGNSSFix` — Включите GNSS, фиксируют
`true` или `1` (значение по умолчанию) | `false` или `0`

Включите GNSS, фиксируют в виде логического 1 TRUE) или 0 ложь). Установите это свойство на false чтобы симулировать потерю приемника GNSS фиксируют. Когда фиксация приемника GNSS потеряна, дрейф измерений положения на уровне, заданном PositionErrorFactor свойство.

Настраиваемый: да

Зависимости

Чтобы включить это свойство, установите TimeInput к true.

Типы данных: логический

`PositionErrorFactor` — Ошибочный фактор положения без GNSS фиксирует
[0 0 0] (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр | 1 3 вектор из скаляров

Ошибочный фактор положения без GNSS фиксирует в виде скаляра или 1 3 вектор из скаляров.

Когда HasGNSSFix свойство установлено в false, ошибка положения растет с квадратичной скоростью из-за систематической ошибки в акселерометре. Ошибка положения для компонента положения, E (t) может быть описан как E (t) = 1/2αt2, где α является ошибочным фактором положения для соответствующего компонента и t, является временем, поскольку фиксация GNSS потеряна. При выполнении объект вычисляет t на основе simTime входной параметр. Вычисленный E (t) значения для x, y и компонентов z добавляется к соответствующим компонентам положения gTruth входной параметр.

Настраиваемый: да

Зависимости

Чтобы включить это свойство, установите TimeInput к true и HasGNSSFix к false.

Типы данных: single | double

`RandomStream` — Источник случайных чисел
`'Global stream'` (значение по умолчанию) | `'mt19937ar with seed'`

Источник случайных чисел в виде одной из этих опций:

'Global stream' – Сгенерируйте случайные числа с помощью текущего глобального потока случайных чисел.
'mt19937ar with seed' – Сгенерируйте случайные числа с помощью mt19937ar алгоритма с seed, заданным Seed свойство.

Типы данных: char | string

`Seed` — Начальный seed
67 (значение по умолчанию) | неотрицательное целое число

Начальный seed mt19937ar алгоритма генератора случайных чисел в виде неотрицательного целого числа.

Зависимости

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

Использование

Синтаксис

measurement = INS(gTruth)

measurement = INS(gTruth,simTime)

Описание

пример

measurement = INS(gTruth) моделирует данные, полученные от чтения датчика INS и чтения датчика GNSS. Выходное измерение основано на инерционном состоянии основной истины корпуса датчика, gTruth.

measurement = INS(gTruth,simTime) дополнительно задает время симуляции, simTime. Чтобы включить этот синтаксис, установите TimeInput свойство к true.

Входные параметры

развернуть все

`gTruth` — Инерционное состояние основной истины корпуса датчика
структура

Инерционное состояние основной истины корпуса датчика, в локальных Декартовых координатах в виде структуры, содержащей эти поля:

Поле	Описание
`'Position'`	Положение, в метрах в виде действительного, конечного N-by-3 матрица [x y z] векторы. N является количеством выборок в текущей системе координат.
`'Velocity'`	Скорость (v), в метрах в секунду в виде действительного, конечного N-by-3 матрица [v _x v _y v _z] вектор. N является количеством выборок в текущей системе координат.
`'Orientation'`	Ориентация относительно локальной Декартовой системы координат в виде одной из этих опций: N- вектор-столбец элемента `quaternion` объекты 3 3 N массивом матриц вращения N-by-3 матрица [_крен x _тангаж y _{рыскание} z] углы в градусах Каждая матрица кватерниона или вращения является вращением системы координат от локальной Декартовой системы координат до системы координат корпуса датчика тока. N является количеством выборок в текущей системе координат.
`'Acceleration'`	Ускорение (a), в метрах в секунду придало квадратную форму в виде действительного, конечного N-by-3 матрице [a _x a _y a _z] векторы. N является количеством выборок в текущей системе координат.
`'AngularVelocity'`	Скорость вращения (ω), в метрах в секунду придала квадратную форму в виде действительного, конечного N-by-3 матрице [ω _x ω _y ω _z] векторы. N является количеством выборок в текущей системе координат.

Значения полей должны иметь тип double или single.

Position, Velocity, и Orientation поля требуются. Другие поля являются дополнительными.

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

`simTime` — Время симуляции
неотрицательный действительный скаляр

Время симуляции, в секундах в виде неотрицательного действительного скаляра.

Типы данных: single | double

Выходные аргументы

развернуть все

`measurement` — Измерение движения корпуса датчика
структура

Измерение движения корпуса датчика, в локальных Декартовых координатах, возвратилось как структура, содержащая эти поля:

Поле	Описание
`'Position'`	Положение, в метрах в виде действительного, конечного N-by-3 матрица [x y z] векторы. N является количеством выборок в текущей системе координат.
`'Velocity'`	Скорость (v), в метрах в секунду в виде действительного, конечного N-by-3 матрица [v _x v _y v _z] вектор. N является количеством выборок в текущей системе координат.
`'Orientation'`	Ориентация относительно локальной Декартовой системы координат в виде одной из этих опций: N- вектор-столбец элемента `quaternion` объекты 3 3 N массивом матриц вращения N-by-3 матрица [_крен x _тангаж y _{рыскание} z] углы в градусах Каждая матрица кватерниона или вращения является вращением системы координат от локальной Декартовой системы координат до системы координат корпуса датчика тока. N является количеством выборок в текущей системе координат.
`'Acceleration'`	Ускорение (a), в метрах в секунду придало квадратную форму в виде действительного, конечного N-by-3 матрице [a _x a _y a _z] векторы. N является количеством выборок в текущей системе координат.
`'AngularVelocity'`	Скорость вращения (ω), в метрах в секунду придала квадратную форму в виде действительного, конечного N-by-3 матрице [ω _x ω _y ω _z] векторы. N является количеством выборок в текущей системе координат.

Возвращенные значения полей имеют тип double или single и имеют тот же тип как значения соответствующего поля в gTruth входной параметр.

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

Характерный для `insSensor`

`perturbations`	Возмущение задано на объекте
`perturb`	Примените возмущения, чтобы возразить

Характерный для всех системных объектов

`step`	Запустите алгоритм Системного объекта
`clone`	Создайте объект дублированной системы
`isLocked`	Определите, используется ли Системный объект
`reset`	Сбросьте внутренние состояния Системного объекта
`release`	Высвободите средства и позвольте изменения в значениях свойств Системного объекта и введите характеристики

Примеры

свернуть все

Сгенерируйте измерения INS от стационарного входа

Скрипт Open Live Script

Создайте структуру движения, которая задает стационарное положение на локальном северо-востоке вниз (NED) источник. Поскольку платформа является стационарной, необходимо задать только 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 стационарной структурой 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')

Figure contains 3 axes. Axes 1 with title Position contains 3 objects of type line. These objects represent North, East, Down. Axes 2 with title Velocity contains 3 objects of type line. These objects represent North, East, Down. Axes 3 with title Orientation contains 3 objects of type line. These objects represent Roll, Pitch, Yaw.

Сгенерируйте измерения INS для радарного сценария

Скрипт Open Live Script

Сгенерируйте измерения INS с помощью insSensor Система object™. Используйте waypointTrajectory сгенерировать путь основной истины. Используйте radarScenario 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 радарный сценарий с единой платформой, движение которой задано path.

scenario = radarScenario('UpdateRate',Fs);
plat = platform(scenario);
plat.Trajectory = path;

Создайте театральный график визуализировать движение платформы основной истины и измерения движения платформы, смоделированные insSensor.

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

Figure contains an axes. The axes contains 2 objects of type line. These objects represent Ground-Truth Motion, INS Measurement.

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(platPlotter,motion.Position);
    plotDetection(insPlotter,insMeas.Position);
    
    pause(1/scenario.UpdateRate)
end

Figure contains an axes. The axes contains 2 objects of type line. These objects represent Ground-Truth Motion, INS Measurement.

Сгенерируйте измерения INS для превращения платформы

Скрипт Open Live Script

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)')

Figure contains 2 axes. Axes 1 with title Path contains an object of type line. Axes 2 with title Orientation contains 3 objects of type line. These objects represent Yaw, Pitch, Roll.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Указания и ограничения по применению:

Смотрите системные объекты в Генерации кода MATLAB (MATLAB Coder).

Документация

insSensor

Описание

Создание

Синтаксис

Описание

Свойства

MountingLocation — Местоположение датчика на платформе (m)[0 0 0] (значение по умолчанию) | трехэлементный вектор с действительным знаком из формы [x y z]

RollAccuracy — Точность измерения крена (градус)0.2 (значение по умолчанию) | неотрицательный действительный скаляр

PitchAccuracy — Точность измерения тангажа (градус)0.2 (значение по умолчанию) | неотрицательный действительный скаляр

YawAccuracy — Точность измерения рыскания (градус)1 (значение по умолчанию) | неотрицательный действительный скаляр

PositionAccuracy — Точность измерения положения (m)[1 1 1] (значение по умолчанию) | неотрицательный действительный скаляр | трехэлементный вектор с действительным знаком

VelocityAccuracy — Точность скоростного измерения (m/s)0.05 (значение по умолчанию) | неотрицательный действительный скаляр

AccelerationAccuracy — Точность ускоряющего измерения (m/s2)0 (значение по умолчанию) | неотрицательный действительный скаляр

AngularVelocityAccuracy — Точность измерения скорости вращения (градус/с)0 (значение по умолчанию) | неотрицательный действительный скаляр

TimeInput — Включите вход времени симуляции false или 0 (значение по умолчанию) | true или 1

HasGNSSFix — Включите GNSS, фиксируют true или 1 (значение по умолчанию) | false или 0

Зависимости

PositionErrorFactor — Ошибочный фактор положения без GNSS фиксирует[0 0 0] (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр | 1 3 вектор из скаляров

Зависимости

RandomStream — Источник случайных чисел 'Global stream' (значение по умолчанию) | 'mt19937ar with seed'

Seed — Начальный seed67 (значение по умолчанию) | неотрицательное целое число

Зависимости

Использование

Синтаксис

Описание

Входные параметры

gTruth — Инерционное состояние основной истины корпуса датчика структура

simTime — Время симуляции неотрицательный действительный скаляр

Выходные аргументы

measurement — Измерение движения корпуса датчика структура

Функции объекта

Характерный для insSensor

Характерный для всех системных объектов

Примеры

Сгенерируйте измерения INS от стационарного входа

Сгенерируйте измерения INS для радарного сценария

Сгенерируйте измерения INS для превращения платформы

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++ Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

Объекты

Документация Radar Toolbox

Поддержка

`MountingLocation` — Местоположение датчика на платформе (m)
[0 0 0] (значение по умолчанию) | трехэлементный вектор с действительным знаком из формы [x y z]

`RollAccuracy` — Точность измерения крена (градус)
0.2 (значение по умолчанию) | неотрицательный действительный скаляр

`PitchAccuracy` — Точность измерения тангажа (градус)
0.2 (значение по умолчанию) | неотрицательный действительный скаляр

`YawAccuracy` — Точность измерения рыскания (градус)
1 (значение по умолчанию) | неотрицательный действительный скаляр

`PositionAccuracy` — Точность измерения положения (m)
[1 1 1] (значение по умолчанию) | неотрицательный действительный скаляр | трехэлементный вектор с действительным знаком

`VelocityAccuracy` — Точность скоростного измерения (m/s)
0.05 (значение по умолчанию) | неотрицательный действительный скаляр

`AccelerationAccuracy` — Точность ускоряющего измерения ^(m/s2)
0 (значение по умолчанию) | неотрицательный действительный скаляр

`AngularVelocityAccuracy` — Точность измерения скорости вращения (градус/с)
0 (значение по умолчанию) | неотрицательный действительный скаляр

`TimeInput` — Включите вход времени симуляции
`false` или `0` (значение по умолчанию) | `true` или `1`

`HasGNSSFix` — Включите GNSS, фиксируют
`true` или `1` (значение по умолчанию) | `false` или `0`

`PositionErrorFactor` — Ошибочный фактор положения без GNSS фиксирует
[0 0 0] (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр | 1 3 вектор из скаляров

`RandomStream` — Источник случайных чисел
`'Global stream'` (значение по умолчанию) | `'mt19937ar with seed'`

`Seed` — Начальный seed
67 (значение по умолчанию) | неотрицательное целое число

`gTruth` — Инерционное состояние основной истины корпуса датчика
структура

`simTime` — Время симуляции
неотрицательный действительный скаляр

`measurement` — Измерение движения корпуса датчика
структура

Характерный для `insSensor`

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.