تحديد المواقع بدقة الطريق

لطالما كان ملاءمة وتوطين GNSS معيارًا في حياتنا اليومية. أصبح استخدام هذا النظام قياسيًا للمركبة غير المأهولة NPO StarLine OSCAR . بينما يستخدم معظم الأشخاص أجهزة استقبال GPS بسيطة في هواتفهم ، يستخدم OSCAR حلول GNSS عالية الدقة. لكن أولاً ، ما هو GNSS بشكل عام ، وكيف يعمل؟

ما هو GNSS؟

يرمز GNSS إلى نظام الملاحة العالمي للأقمار الصناعية (أو نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية ) ويستخدم كمصطلح عام لتوطين الأقمار الصناعية مع تغطية عالمية في جميع أنحاء العالم. اعتبارًا من عام 2019 ، هناك العديد من الأبراج الساتلية الرئيسية:

• GPS (الولايات المتحدة الأمريكية) ، 31 قمرا صناعيا
• غلوناس (روسيا) ، 24 قمرا صناعيا
• بيدو (الصين) ، 23 قمرا صناعيا
• غاليليو (الاتحاد الأوروبي) ، 26 قمرا صناعيا
• NAVIC (الهند) ، 7 أقمار صناعية
• QZSS (اليابان) ، 4 أقمار صناعية

كيف يعمل كل شيء؟

خذ على سبيل المثال GPS المعتاد في الهاتف لدينا. يوجد دائمًا ما لا يقل عن أربعة أقمار GPS في النطاق من الأرض. يرسل كل من هذه الأقمار الصناعية GPS معلومات الموقع والوقت الحالي إلى مستقبلات GPS في فاصل زمني ثابت. حسنًا ، يتم حساب المسافة بين جهاز استقبال GPS والقمر الصناعي من خلال إيجاد الفرق بين وقت إرسال الإشارة من قمر GPS والوقت الذي تم فيه استقبال الإشارة بواسطة جهاز استقبال GPS.

بمجرد أن يستقبل جهاز الاستقبال (على سبيل المثال ، هاتفك الذكي) إشارة من ثلاثة أقمار صناعية على الأقل ، يتم حساب موقعك (أو بالأحرى هاتفك) باستخدام ثلاثية . يحتاج GPS إلى ثلاثة أقمار صناعية على الأقل لحساب الموضع الثنائي الأبعاد (خطوط الطول والعرض) وأربعة أقمار صناعية للموضع ثلاثي الأبعاد (خطوط الطول والعرض والارتفاع).

لماذا لا يعمل GPS جيدًا في البيئات الحضرية؟

على الرغم من أن نظام تحديد المواقع العالمي يعمل جيدًا تحت السماء المفتوحة ، تنخفض الدقة بشكل كبير في المناطق الحضرية (قد يكون الخطأ 50 مترًا أو أكثر): المباني العالية والأسلاك والجسور وغيرها من الأشياء - كل هذا يزيد من دقة تحديد المواقع.


انعكاس إشارة الأقمار الصناعية في المدينة. صور اوبر

غالبًا ما تتداخل المباني مع خط البصر المباشر للأقمار الصناعية ، وفي حين أن الإشارة الصادرة من القمر الصناعي "تطير" إلى جهاز الاستقبال الخاص بك ، فإنها تمكّن من ارتداد المباني عدة مرات وتشويهها. بسبب هذه الانعكاسات ، يتم تقليل دقة تحديد الموقع بشكل كبير (أحيانًا ± 500 متر). يجب أن تكون قد واجهت موقفًا عندما لم يتم عرض موقعك على الخريطة بشكل صحيح عند طلب سيارة أجرة.

للتخلص من هذه المشكلات ، نستخدم مستقبلات GNSS عالية الدقة التي تزيد بشكل كبير من دقة تحديد المواقع باستخدام وحدات IMU (وحدات القياس بالقصور الذاتي) ، ومعلومات من حافلة CAN للسيارة ، وتصحيحات RTK ، وسحر أكثر بقليل.

تحسين دقة

هناك عدة طرق أساسية لتحسين الدقة. ألق نظرة على الأكثر شعبية:

• IMU (وحدة القياس بالقصور الذاتي) هي مجموعة من مقاييس التسارع والجيروسكوبات التي توفر قياسات ثلاثية الأبعاد. في حد ذاته ، لا توفر IMU بيانات عن الموقع (الموضع ، الارتفاع ، السرعة) ، ولكنها توفر معلومات مفيدة لحساب الموقع في الأماكن التي لا "يصطاد فيها نظام تحديد المواقع العالمي" (الأنفاق ، مواقف السيارات ، إلخ) ؛

IMU نموذجي

• تزيد تصحيحات RTK بشكل كبير من دقة الموقع إلى 1-2 سنتيمتر في الوقت الفعلي. خلاصة القول هي بسيطة - ما يسمى محطات قاعدة تقع في جميع أنحاء العالم. تعرف محطة أساسية معينة الأخطاء الموجودة في منطقتها وتقوم بإبلاغها إلى المستقبِل ، وتأخذ الأخيرة بدورها هذه التصحيحات في الاعتبار وتعطي حلاً أكثر دقة ؛

بشكل عام ، المحطة الأساسية هي مستقبل GNSS في وضع "station" + برنامج + قناة راديو / إنترنت

• CAN-bus مفيد أيضًا في حساب الموقع ، حيث توفر السيارة بيانات مفيدة عن السرعة وسرعة العجلات وخصائص أخرى.

هل تعلم أن في OSCAR لدينا؟

OSCAR وأجهزة استقبال GNSS عالية الدقة

دقة السنتيمتر ضرورية لجميع المركبات غير المأهولة ، وليس فقط OSCAR. تخيل لثانية واحدة أنه سيكون إذا استخدمت الطائرة بدون طيار GPS التقليدية بدقة ± 50 متر:


هذه الدقة المنخفضة ستؤدي بالتأكيد إلى حوادث. هذا هو السبب في عملية العمل على OSCAR ، أجرينا بحثًا واختبرنا عددًا من مستقبلات GNSS ، واختبرناها في ظروف صعبة من التنمية الحضرية الكثيفة.




هناك سيارة واحدة فقط ، ولكن هناك عدة مسارات GPS

نتيجة لذلك ، توصلنا إلى حلين:

• NovAtel PwrPak 7D-E1
• uBlox F9K

أظهر كلا المستلمين نتائج ممتازة وتم دمجهما بنجاح في برنامجنا للأجهزة والبرامج.

في StarLine ، نستمتع بجعل طائرة آمنة بدون طيار حقيقة واقعة . إذا كنت مهتمًا أيضًا بهذا الموضوع وترغب في بناء مستقبل غير مأهول معنا ، فإننا ندعوك إلى الفريق !

مشروع StarLine OSCAR (Open Source Car) مفتوح أمام المتخصصين من مجتمع Open Source ، حيث يمكن للجميع المشاركة في عملية تطوير طائرة بدون طيار على مستوى الكود ، جرب خوارزمياتهم على سيارة حقيقية مزودة بمعدات باهظة الثمن.

تويتر: twitter.com/starline_oscar
الموقع الإلكتروني: smartcar.starline.ru
GitLab: gitlab.com/starline/oscar