IMU модели, GPS и INS/GPS

Sensor Fusion and Tracking Toolbox™ позволяет инерциальным измерительным блокам (IMU) модели, Системам глобального позиционирования (GPS) и инерционным системам навигации (INS). Можно смоделировать определенное оборудование путем установки свойств моделей к значениям от аппаратных таблиц данных. Можно настроить экологические и шумовые свойства подражать реальным средам. Можно использовать эти модели, чтобы протестировать и подтвердить алгоритмы сплава или как заполнителей при разработке объемных приложений.

Этот пример предоставляет обзор инерционного датчика и модели GPS в Sensor Fusion and Tracking Toolbox.

Overview of Inertial Sensor Fusion

Чтобы изучить, как сгенерировать движение основной истины, которое управляет моделями датчика, смотрите waypointTrajectory и kinematicTrajectory. Для примера при объединении инерционных данных о датчике смотрите, Определяют Ориентацию Используя Инерционные Датчики.

Инерционный модуль измерения

IMU является электронным устройством, смонтированным на платформе. IMU состоит из отдельных датчиков, которые сообщают различную информацию о движении платформы. IMUs комбинируют несколько датчиков, которые могут включать акселерометры, гироскопы и магнитометры.

IMU Sensor Components

С этим тулбоксом измерения, возвращенные в модель IMU, используют следующий модуль и координируют соглашения.

Вывод ОписаниеМодулиСистема координат
УскорениеТекущее чтение акселерометраm/s2Корпус датчика
Скорость вращенияТекущее чтение гироскопарад/сКорпус датчика
Магнитное полеТекущее чтение магнитометраμTКорпус датчика

Обычно, данные, возвращенные IMUs, объединены вместе и интерпретированы как крен, тангаж и рыскание платформы. Реальные датчики IMU могут иметь различные оси для каждого из отдельных датчиков. Модели, предоставленные Sensor Fusion and Tracking Toolbox, принимают, что отдельные оси датчика выравниваются.

IMU Model and Outputs

Чтобы создать модель датчика IMU, используйте imuSensor Система object™.

IMU = imuSensor
IMU = 

  imuSensor with properties:

          IMUType: 'accel-gyro'
       SampleRate: 100
      Temperature: 25
    Accelerometer: [1×1 accelparams]
        Gyroscope: [1×1 gyroparams]
     RandomStream: 'Global stream'

Модель IMU по умолчанию содержит идеальный акселерометр и идеальный гироскоп. accelparams и gyroparams объекты задают настройка гироскопа и акселерометр. Можно установить свойства этих объектов подражать определенному оборудованию и средам. Для получения дополнительной информации об объектах параметра IMU смотрите accelparams, gyroparams, и magparams.

К модели, получающей данные о датчике IMU, вызовите модель IMU с ускорением основной истины и скоростью вращения платформы:

trueAcceleration = [1 0 0];
trueAngularVelocity = [1 0 0];
[accelerometerReadings,gyroscopeReadings] = IMU(trueAcceleration,trueAngularVelocity)
accelerometerReadings =

   -1.0000         0    9.8100


gyroscopeReadings =

     1     0     0

Можно сгенерировать траектории основной истины, которые вы вводите к модели IMU с помощью kinematicTrajectory и waypointTrajectory.

Система глобального позиционирования

Система глобального позиционирования (GPS) обеспечивает 3-D информацию о положении для платформ (приемники) на поверхности Земли.

Satellite Telemetering Earth

GPS состоит из созвездия спутников, которые постоянно вращаются вокруг земли. Спутники обеспечивают настройку, таким образом, что платформа всегда в рамках представления по крайней мере четырех спутников. Путем измерения времени полета сигналов от спутников до платформы положение платформы может быть trilaterated. Спутники добавляют метку времени к широковещательному сигналу, который сравнивается с часами платформы на получение. Три спутника требуются, чтобы trilaterate положение в трех измерениях. Четвертый спутник требуется, чтобы корректировать для ошибок тактовой синхронизации между платформой и спутниками.

GPS Satellite Configuration

Симуляция GPS, обеспеченная моделями Sensor Fusion and Tracking Toolbox платформа (приемник) данные, которые были уже обработаны и интерпретированы как высота, широта, долгота, скорость, groundspeed, и курс.

Измерения, возвращенные в модель GPS, используют следующий модуль и координируют соглашения.

Вывод ОписаниеМодулиСистема координат
LLAТекущее глобальное положение, читающее в геодезических координатах, на основе модели wgs84Ellipsoid Earthстепени (широта), степени (долгота), метры (высота)LLA
СкоростьТекущая скорость, читающая из GPSm/sлокальный NED
GroundspeedТекущий groundspeed, читающий из GPSm/sлокальный NED
КурсТекущий курс, читающий из GPSстепенилокальный NED

Модель GPS позволяет вам установить высокоуровневую точность и шумовые параметры, а также частоту обновления приемника и ссылочное местоположение.

Чтобы создать модель GPS, используйте gpsSensor Системный объект.

GPS = gpsSensor
GPS = 

  gpsSensor with properties:

                    UpdateRate: 1                  Hz         
             ReferenceLocation: [0 0 0]            [deg deg m]
    HorizontalPositionAccuracy: 1.6                m          
      VerticalPositionAccuracy: 3                  m          
              VelocityAccuracy: 0.1                m/s        
                  RandomStream: 'Global stream'               
                   DecayFactor: 0.999    

К модели, получающей данные о датчике GPS, вызовите модель GPS с положением основной истины и скоростью платформы:

truePosition = [1 0 0];
trueVelocity = [1 0 0];
[LLA,velocity,groundspeed,course] = GPS(truePosition,trueVelocity)
LLA =

    0.0000    0.0000    0.3031


velocity =

    1.0919   -0.0008   -0.1308


groundspeed =

    1.0919


course =

  359.9566 

Можно сгенерировать траектории основной истины, которые вы вводите к модели GPS с помощью kinematicTrajectory и waypointTrajectory.

Инерционная система навигации и система глобального позиционирования

Инерционная система навигации (INS) использует инерционные датчики как найденные на IMU: акселерометры, гироскопы и магнитометры. INS объединяет инерционные данные о датчике, чтобы вычислить положение, ориентацию и скорость платформы. INS/GPS использует данные о GPS, чтобы откорректировать INS. Как правило, INS и показания GPS сплавлены с расширенным Фильтром Калмана, где показания INS используются на шаге предсказания, и показания GPS используются на шаге обновления. Общее использование для INS/GPS является точным расчетом траектории, когда сигнал GPS ненадежен.

"INS/GPS" относится к целой системе, включая фильтрацию. Симуляция INS/GPS, обеспеченная моделями Sensor Fusion and Tracking Toolbox INS/GPS и, возвращает положение, скорость и ориентацию, о которой сообщают инерционные датчики и GPS-приемник на основе движения основной истины.

Измерения, возвращенные в INS/GPS, используют следующий модуль и координируют соглашения.

Вывод ОписаниеМодулиСистема координат
ПоложениеТекущее положение, читающее из INS/GPSметрылокальный NED
СкоростьТекущая скорость, читающая из INS/GPSm/sлокальный NED
ОриентацияТекущая ориентация, читающая из INS/GPSкватернион или матрица вращенияN/A

Чтобы создать модель INS/GPS, используйте insSensor Системный объект. Можно смоделировать реальную систему INS/GPS путем настройки точности объединенных данных: прокрутитесь, сделайте подачу, отклоняйтесь от курса, расположите, и скорость.

INS = insSensor
INS = 

  insSensor with properties:

        RollAccuracy: 0.2                deg
       PitchAccuracy: 0.2                deg
         YawAccuracy: 1                  deg
    PositionAccuracy: 1                  m  
    VelocityAccuracy: 0.05               m/s
        RandomStream: 'Global stream'     

К модели, получающей данные о датчике INS/GPS, вызовите модель INS/GPS с положением основной истины и скоростью и ориентацией платформы:

trueMotion = struct( ...
        'Position',[0 0 0], ...
        'Velocity',[0 0 0], ...
        'Orientation',quaternion(1,0,0,0));
measurement = INS(trueMotion)
measurement = 

  struct with fields:

    Orientation: [1×1 quaternion]
       Position: [0.2939 -0.7873 0.8884]
       Velocity: [-0.0574 -0.0534 -0.0405]

Смотрите также

| |

Похожие темы

Внешние веб-сайты