insSensor

Инерционная система навигации и имитационная модель GNSS/GPS

расширьте все на странице

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:

  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?

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.

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

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

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

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

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

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

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

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

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

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

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 процесс белого шума. PositionAccuracy задает стандартное отклонение шума измерения положения.

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

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

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

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

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

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

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

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

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

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

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

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

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 описана 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

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

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

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

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

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 отсчетов 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 отсчетов 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 отсчетов 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 отсчетов в текущей системе координат.

'AngularVelocity'

Скорость вращения (ω), в градусах в секунду в квадрате в виде действительного, конечного N-by-3 матрица [ω x ω y ω z] векторы. N является количеством отсчетов 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]))

Время симуляции, в секундах в виде неотрицательного действительного скаляра.

Типы данных: single | double

Выходные аргументы

развернуть все

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 отсчетов 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 отсчетов 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 отсчетов 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 отсчетов в текущей системе координат.

'AngularVelocity'

Скорость вращения (ω), в градусах в секунду в квадрате в виде действительного, конечного N-by-3 матрица [ω x ω y ω z] векторы. N является количеством отсчетов 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

perturbationsВозмущение задано на объекте
perturbПримените возмущения, чтобы возразить
stepЗапустите алгоритм Системного объекта
cloneСоздайте объект дублированной системы
isLockedОпределите, используется ли Системный объект
resetСбросьте внутренние состояния Системного объекта
releaseВысвободите средства и позвольте изменения в значениях свойств Системного объекта и введите характеристики

Примеры

свернуть все

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

Скрипт Open Live Script

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');

Figure contains an axes object. The axes object 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(quadPlotter,motion.Position);
    plotDetection(insPlotter,insMeas.Position);
    
    pause(1/scenario.UpdateRate)
end

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

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

Расширенные возможности

Смотрите также

Объекты

Темы

Введенный в R2018b

Документация Sensor Fusion and Tracking Toolbox

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте