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Direzione GNSS + IMU Fusione dei sensori in un ambiente difficile
GNSS Titolo + IMU Fusione dei sensori in un ambiente difficile
Progetto del cliente: misurare la direzione in modo preciso e robusto
Una rotta precisa è richiesta in numerose applicazioni, dai rilievi batimetrici del mare, ai controllori di volo dei droni, ecc. Oggi parleremo di un cliente specifico che necessita di una lettura precisa della rotta per la guida visiva di macchinari pesanti e l'acquisizione di dati in ambienti estremamente difficili.
I nostri clienti utilizzano questi macchinari pesanti ad altitudini elevate, circondati da terreni alpini e foreste, e li azionano talvolta ad altitudini estreme.
La tecnologia GPS è generalmente nota alle persone perché è presente in molti dispositivi di uso quotidiano.
Se stai leggendo questo testo in questo momento, probabilmente conosci la tecnologia RTK GNSS, in grado di garantire una precisione centimetrica.
Esiste un'altra applicazione interessante, non molto diffusa ma davvero impressionante: l'utilizzo della tecnologia GNSS RTK con doppia antenna per ottenere una rotta estremamente precisa, senza necessità di calibrazione e persino senza correzioni. Con due antenne e un cielo sereno, è possibile ottenere facilmente una precisione di rotta inferiore a 0.01 gradi.
Sensori di direzione: pro e contro
Ok, aspetta, prima di parlare dello stato dell'arte dei sensori di rotta basati su GNSS, passiamo in rassegna i *principali sensori di rotta per vederne i punti di forza e di debolezza.
- Magnetometro. Forse il sensore di rotta più diffuso. Funziona come la bussola di vecchia scuola.
Pro Con Basso costo, basso consumo energetico Sensibile alle interferenze, richiede una calibrazione frequente Fornisce la direzione assoluta Bassa precisione - IMU (senza magnetometro). Sensore popolare, disponibile su ogni smartphone.
Pro Con Letture accurate a breve termine Fornisce l'intestazione relativa Rapido e ad alta precisione nel breve termine Deriva nel tempo - Rotta sul terreno. Non è un sensore a sé stante, ma può essere utilizzato come tale. Differenzia la posizione GNSS per stimare la direzione del movimento del veicolo (non la direzione reale).
Pro Con Fornisce la direzione assoluta Calcola solo la direzione del movimento e non funziona se il veicolo è statico o a bassa velocità Tutti i sensori GNSS forniscono questa misurazione Lento e sensibile al segnale GNSS debole - Bussola GNSS. Forse il sensore di rotta più diffuso. Funziona come la bussola di vecchia scuola.
Pro Con Alta precisione, nessuna deriva Lento e sensibile al segnale GNSS debole Fornisce la direzione assoluta Più ingombrante
- Magnetometro. Forse il sensore di rotta più diffuso. Funziona come la bussola di vecchia scuola.
*Saltiamo volutamente il FOG (giroscopio a fibra ottica), il RLD (giroscopio laser ad anello), l'odometria visiva e altri sensori di direzione costosi e sofisticati
Quale sensore di direzione dobbiamo usare?
Dalla tabella sopra, è chiaro che tutti i sensori presentano dei vantaggi, ma nessuno è perfetto. In condizioni molto specifiche, l'utilizzo di un solo sensore potrebbe essere sufficiente.
Nell'immagine sottostante, puoi vedere un esempio del genere: il veicolo si muove in avanti, con una visuale libera del cielo; in tali condizioni, sia la rotta rispetto al suolo che i sensori della bussola GNSS corrispondono quasi perfettamente:
Poiché le condizioni reali spesso non sono così perfette, abbiamo preparato un paio di esempi per mostrare i comportamenti tipici.
Esempio 1: macchina che procede all'indietro, è possibile vedere come la direzione del veicolo rimane molto stabile ma la rotta rispetto al suolo cambia di 180 gradi, poiché il ricevitore GNSS presuppone che il veicolo vada solo in avanti.
Esempio 2: Perdita di correzioni RTK/scarsa ricezione del segnale GNSS dovuta ad assetto estremo/operazioni in prossimità di foreste/operazioni in valli profonde. In questo caso, i segnali non sono affidabili, presentano un comportamento rumoroso e una chiara discrepanza tra i sensori.
Una soluzione robusta è chiaramente l'unica strada da percorrere. Sarebbe fantastico se si potessero prendere i punti di forza di ogni sensore e combinarli insieme.
Per migliorare le misurazioni di cui sopra abbiamo bisogno di un po' di matematica ̶m̶a̶g̶i̶c̶ nel mescolare tutti i sensori all'interno simpleRTK2B SBC (bussola GNSS, IMU, magnetometro) combinato con la conoscenza dei flag di stato dei sensori, questo è chiamato: fusione dei sensori.
Risultati: segnale affidabile e cliente soddisfatto!
Nel grafico interattivo qui sotto è possibile vedere i sensori originali e il segnale di fusione dei sensori virtuali, calcolato in tempo reale.
Questo segnale è immune alle interferenze del segnale GNSS, è veloce e robusto.
Configurazione hardware
In questo caso la configurazione è estremamente semplice, 1x simpleRTK2B SBC con due ZED-F9P e 2x Budget Survey Antenna GNSS multibanda. Maggiori informazioni su questi prodotti sono disponibili qui sotto.
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RTK2B Boards
simpleRTK2B SBC – Development Kit
Da 899,00€ Questo prodotto ha più varianti. Le opzioni possono essere scelte sulla pagina del prodotto -
