Про необходимость GPS для ориентации
новая дискуссия
Дискуссия
1.058
Немного про навигацию и GPS (и любую другую систему глобального позиционирования).
Рассмотрим вот какой аспект.
А нужна ли нам, на нашем БПЛА – GPS? И если да, то где, и если нет, то тоже где?
Для начала скажем, что мы рассматриваем пока только БПЛА самолетного типа для ведения разведки и наблюдения. Квадрики мы не смотрим, так как это усложнит описание, немного усложнит конструкцию, но, по сути, ничего не поменяет.
Для начала определим, что у нас есть самолет с коэффициентом планирования, например 5 (почти топор). На этом самолете у нас стоит барометр за 10 баксов, акселерометр-гироскоп-компас за 10 баксов (лучше несколько), датчик воздушной скорости (лучше несколько) за 30 баксов, GPS, и камера. Мы знаем обороты двигателя, расчетную скороподъемность, взлетную массу и … пока все.
Давайте рассмотрим три случая:
1. В районе объекта, или задолго до этого, отключается GPS.
2. GPS и связь отключаются в районе объекта.
3. GPS вообще нет, а связь отключается в районе объекта (не около нашего пульта).
Наша инерциальная система дает нам без ошибки данные об ориентации (углы Эйлера) в пространстве, с точностью до 1 градуса (на самом деле меньше, и это реальные данные). По барометру мы можем контролировать абсолютную высоту с точностью до 3 метров. По датчику скорости мы можем контролировать скорость с точностью до 1 м/c.
Если за 10 км до цели нам вырубают GPS, то при скорости 30 м/c на цель мы выйдем с ошибкой примерно 330 метров (с высоты в 1-2 км это вообще ни о чем). Если мы будем использовать визуальную одометрию, то ошибку будет метров 10, но пока без нее.
Если при этом у нас есть связь, то мы можем скорректировать как положение камеры, так и положение БПЛА. В районе цели нам надо описывать круги или элипс, зафиксировав центр. При заданном движении, мы сможем по изменению давления, датчика скорости и крена оценить скорость ветра. Это позволит просто держаться над целью, даже без связи. Датчик давления нам четко скажет высоту. В длительной перспективе мы ее будем корректировать, зная коэффициент планирования, газ и ветер.
Если же, мы зафиксировали точку камерой, то удерживать эту точку нам вообще никто не помешает. Нам просто для этого случая не нужна ни GPS ни даже связь.
Покружившись, мы спокойно можем лететь к следующей точке, или возвращаться домой. Да, без GPS полет к следующей точке будет содержать ошибку текущей (если связи не было, если связь была, то ошибку мы устранили, оценив местоположение по карте и реперным точкам). Эта ошибка, как мы сказали, ошибка в 330 метров на 10 км по карте. Думаю не стоит спорить о том, что зная высоту, крен и направление, я смогу вернуться на базу с точностью достаточной для посадки и возобновления работы канала связи. А кратковременное восстановление GPS вообще ошибку обнулит.
Теперь про полет вообще без GPS. Пока у нас есть связь, мы, зная карту и имея картинку, можем вносить поправки в координаты БПЛА. Это позволит уменьшить ошибку до незначительной. Высота и курс от GPS не зависят. А одометрия ошибку вообще практически уберет.
Полет почти без связи и без GPS с использованием одометрии (посмотрите в инете на ютюбе про SLAM) тоже возможен. Если правильно занести в бортовой комп силу ветра и погоду (а лучше вообще задать заранее снятую карту), то ни GPS ни связь вообще не нужны.
Итак, как мы видим, для того чтобы летать на БПЛА и выходить в нужный нам район, нам GPS вообще не нужна. Приятно и дешево с точки зрения алгоритмов, но не обязательно.
Если что-то забыл – спрашивайте. )
PS. Все это реализуется на микроконтроллере (крме одометрии, она отдельно).
PS.PS. Это я еще не написал, что можно ориентироваться по сигналу с нескольких точек. Тогда даже камера не нужна. )))