insSensor

Инерционная навигационная система и модель симуляции GNSS/GPS

Описание

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

Для вывода слитых измерений INS и GNSS:

  1. Создайте insSensor Объекту и установите его свойства.

  2. Вызывайте объект с аргументами, как будто это функция.

Дополнительные сведения о работе системных объектов см. в разделе «Что такое системные объекты?».

Создание

Описание

пример

INS = insSensor возвращает Системный объект, INS, который моделирует устройство, которое выводит измерения из INS и GNSS.

пример

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

Свойства

расширить все

Если не указано иное, свойства являются нетронутыми, что означает, что вы не можете изменить их значения после вызова объекта. Объекты блокируются, когда вы вызываете их, и release функция разблокирует их.

Если свойство настраивается, можно изменить его значение в любой момент.

Для получения дополнительной информации об изменении значений свойств смотрите Разработку системы в MATLAB Использование Системных объектов.

Расположение датчика на платформе, в метрах, задается как трехэлементный реальный вектор вида [x y z]. Вектор определяет смещение источника датчика от источника платформы.

Настраиваемый: Да

Типы данных: single | double

Точность измерения крена тела датчика, в степенях, задается как неотрицательный действительный скаляр.

Roll - вращение вокруг оси x тела датчика. Шум от крена моделируется как процесс белого шума. RollAccuracy устанавливает стандартное отклонение шума измерения крена.

Настраиваемый: Да

Типы данных: single | double

Точность измерения тангажа тела датчика, в степенях, задается как неотрицательный действительный скаляр.

Pitch - вращение вокруг оси y тела датчика. Шум тангажа моделируется как процесс белого шума. PitchAccuracy задает стандартное отклонение шума измерения тангажа.

Настраиваемый: Да

Типы данных: single | double

Точность измерения рыскания тела датчика, в степенях, задается как неотрицательный действительный скаляр.

Yaw - вращение вокруг оси z тела датчика. Шум рыскание моделируется как процесс белого шума. YawAccuracy задает стандартное отклонение шума измерения рыскания.

Настраиваемый: Да

Типы данных: single | double

Точность измерения положения тела датчика, в метрах, задается как неотрицательный действительный скаляр или трехэлементный реальный вектор. Элементы вектора задают точность измерений x -, y - и z - положения, соответственно. Если вы задаете PositionAccuracy в качестве скалярного значения объект устанавливает точность всех трех положений на это значение.

Позиционный шум моделируется как процесс белого шума. PositionAccuracy задает стандартное отклонение шума измерения положения.

Настраиваемый: Да

Типы данных: single | double

Точность измерения скорости тела датчика, в метрах в секунду, задается как неотрицательная действительная скаляра.

Шум скорости моделируется как процесс белого шума. VelocityAccuracy задает стандартное отклонение шума измерения скорости.

Настраиваемый: Да

Типы данных: single | double

Точность измерения ускорения тела датчика, в метрах в секунду, задается как неотрицательный действительный скаляр.

Шум ускорения моделируется как процесс белого шума. AccelerationAccuracy задает стандартное отклонение шума измерения ускорения.

Настраиваемый: Да

Типы данных: single | double

Точность измерения скорости вращения тела датчика, в метрах в секунду, задается как неотрицательная действительная скаляра.

Скорость вращения моделируется как процесс белого шума. AngularVelocityAccuracy задает стандартное отклонение шума измерения ускорения.

Настраиваемый: Да

Типы данных: single | double

Включите вход времени симуляции, заданный как логическое 0 (false) или 1 (true). Установите это свойство на true для ввода времени симуляции при помощи simTime аргумент.

Настраиваемый: Нет

Типы данных: logical

Включите исправление GNSS, заданное как логическое 1 (true) или 0 (false). Установите это свойство на false симулирует потерю исправления приемника GNSS. Когда фиксация приемника теряется, измерения положения дрейфуют со скоростью, заданной PositionErrorFactor свойство.

Настраиваемый: Да

Зависимости

Чтобы включить это свойство, задайте TimeInput на true.

Типы данных: logical

Коэффициент ошибки положения без исправления GNSS, заданный как скаляр или вектор скаляров 1 на 3.

Когда HasGNSSFix для свойства задано значение falseошибка положения растет с квадратичной скоростью из-за постоянного смещения в акселерометре. Ошибка положения для позиционного компонента E (t) может быть выражена как E (t) = 1/2 α t2, где α - коэффициент ошибки положения для соответствующего компонента, и t - время, прошедшее с момента потери исправления GNSS. Во время выполнения объект вычисляет t на основе simTime вход. Вычисленные E (t) значения для компонентов x, y и z добавляются к соответствующим компонентам положения gTruth вход.

Настраиваемый: Да

Зависимости

Чтобы включить это свойство, задайте TimeInput на true и HasGNSSFix на false.

Типы данных: single | double

Источник случайных чисел, заданный как один из следующих опций:

  • 'Global stream' -- Сгенерируйте случайные числа, используя текущий глобальный поток случайных чисел.

  • 'mt19937ar with seed' -- Сгенерируйте случайные числа с помощью алгоритма mt19937ar с seed, заданным Seed свойство.

Типы данных: char | string

Начальное начальное число алгоритма генератора случайных чисел mt19937ar, заданное как неотрицательное целое число.

Зависимости

Чтобы включить это свойство, задайте RandomStream на 'mt19937ar with seed'.

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

Использование

Описание

пример

measurement = INS(gTruth) моделирует данные, полученные от считывания датчика INS и считывания датчика GNSS. Измерение выхода основано на инерционной основной истине состоянии тела датчика, gTruth.

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

Входные параметры

расширить все

Инерционное наземное состояние тела датчика, в локальных Декартовых координатах, задается как структура, содержащая эти поля:

ОбластьОписание
'Position'

Положение, в метрах, определенных как реальная, конечная матрица <reservedrangesplaceholder4>-by-3 [<reservedrangesplaceholder3> <reservedrangesplaceholder2> <reservedrangesplaceholder1>] векторы. N - количество выборок в текущей системе координат.

'Velocity'

Скорость (v), в метрах в секунду, заданная как вещественная, конечная N -на-3 матрица вектора [v x v y v z]. N - количество выборок в текущей системе координат.

'Orientation'

Ориентация относительно локальной Декартовой системы координат, заданная как один из следующих опций:

  • N элемент quaternion объекты

  • 3 на 3-байт- N массив матриц поворота

  • N -на-3 матрица углов [x крена y тангажа z рыскания] в степенях

Каждый кватернион или матрица вращения является поворотом кадра от локальной Декартовой системы координат к текущей системе координат тела датчика. N - количество выборок в текущей системе координат.

'Acceleration'

Ускорение (a), в метрах в секунду за секунду, заданное как вещественная, конечная N -на-3 матрица векторов [a x a y a z]. N - количество выборок в текущей системе координат.

'AngularVelocity'

Скорость вращения (ω), в метрах в секунду в квадрате, заданная как вещественная, конечная N-на-3 матрица векторов [ω x ω y ω z]. N - количество выборок в текущей системе координат.

Значения полей должны иметь тип double или single.

The Position, Velocity, и Orientation поля обязательны для заполнения. Другие поля являются необязательными.

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

Время симуляции, в секундах, задается как неотрицательный действительный скаляр.

Типы данных: single | double

Выходные аргументы

расширить все

Измерение движения тела датчика, в локальных Декартовых координатах, возвращается как структура, содержащая эти поля:

ОбластьОписание
'Position'

Положение, в метрах, определенных как реальная, конечная матрица <reservedrangesplaceholder4>-by-3 [<reservedrangesplaceholder3> <reservedrangesplaceholder2> <reservedrangesplaceholder1>] векторы. N - количество выборок в текущей системе координат.

'Velocity'

Скорость (v), в метрах в секунду, заданная как вещественная, конечная N -на-3 матрица вектора [v x v y v z]. N - количество выборок в текущей системе координат.

'Orientation'

Ориентация относительно локальной Декартовой системы координат, заданная как один из следующих опций:

  • N элемент quaternion объекты

  • 3 на 3-байт- N массив матриц поворота

  • N -на-3 матрица углов [x крена y тангажа z рыскания] в степенях

Каждый кватернион или матрица вращения является поворотом кадра от локальной Декартовой системы координат к текущей системе координат тела датчика. N - количество выборок в текущей системе координат.

'Acceleration'

Ускорение (a), в метрах в секунду за секунду, заданное как вещественная, конечная N -на-3 матрица векторов [a x a y a z]. N - количество выборок в текущей системе координат.

'AngularVelocity'

Скорость вращения (ω), в метрах в секунду в квадрате, заданная как вещественная, конечная N-на-3 матрица векторов [ω x ω y ω z]. N - количество выборок в текущей системе координат.

Возвращенные значения полей имеют тип double или single и имеют тот же тип, что и соответствующие значения полей в gTruth вход.

Функции объекта

Чтобы использовать функцию объекта, задайте системный объект в качестве первого входного параметра. Например, чтобы освободить системные ресурсы системного объекта с именем obj, используйте следующий синтаксис:

release(obj)

расширить все

perturbationsВозмущение, заданное для объекта
perturbПрименить возмущения к объекту
stepЗапуск алгоритма системного объекта
cloneСоздайте повторяющийся системный объект
isLockedОпределите, используется ли системный объект
resetСброс внутренних состояний Системного объекта
releaseОтпустите ресурсы и допустите изменения в значениях свойств системного объекта и входных характеристиках

Примеры

свернуть все

Создайте структуру движения, которая задает стационарное положение на локальном северо-восточном нисходящем (NED) источнике. Поскольку платформа является стационарной, вам нужно задать только одну выборку. Предположим, что движение «земля-правда» дискретизируется в течение 10 секунд со скоростью дискретизации 100 Гц. Создайте insSensor по умолчанию Системные object™. Предварительно выделите переменные, чтобы сохранить выход из 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 вызывайте INS со стационарной структурой движения для возврата измерений положения, скорости и ориентации в локальной системе координат NED. Логгирование измерений положения, скорости и ориентации.

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

Преобразуйте ориентацию из кватернионов в углы Эйлера в целях визуализации. Постройте график измерений положения, скорости и ориентации с течением 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 с помощью insSensor Системные object™. Использование waypointTrajectory чтобы сгенерировать путь «основная истина». Использование radarScenario организовать симуляцию и визуализировать движение.

Задайте траекторию основной истины как восьмерку пути в плоскости Северо-Восток. Используйте частоту дискретизации 50 Гц и длительность 5 секунд.

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 для модели приема данных INS. Установите PositionAccuracy на 0.1.

ins = insSensor('PositionAccuracy',0.1);

Создайте радиолокационный сценарий с одной платформой, движение которой определяется path.

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

Создайте график театра, чтобы визуализировать движение платформы с основной истиной 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 продвигайте сценарий до его завершения. Для каждого временного шага получите текущую выборку движения, смоделируйте измерения INS для движения и затем постройте график результата.

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 с помощью insSensor Системные object™. Использование waypointTrajectory чтобы сгенерировать путь «основная истина».

Задайте ориентацию «земля-правда», которая начинается с оси X тела датчика, выровненной по северу, и заканчивается осью X тела датчика, выровненной по Востоку. Задайте точки пути для дуговой траектории и вектор времени прибытия для соответствующих точек пути. Используйте частоту дискретизации 100 Гц. Создайте waypointTrajectory Системный объект с ограничениями путевой точки и установите SamplesPerFrame так что вся траектория выводится 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 для модели приема данных INS. Установите PositionAccuracy на 0.1.

ins = insSensor('PositionAccuracy',0.1);

Вызовите объект траектории путевой точки, path, чтобы сгенерировать движение « основную истину». Вызовите симулятор INS, ins, с движением основная истина, чтобы сгенерировать измерения INS.

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

Преобразуйте ориентацию, возвращенную ins для углов Эйлера в степенях в целях визуализации. Постройте график полного пути и ориентации с течением 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

.

См. также

Объекты

Введенный в R2021a
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте