Инерциальные измерительные модули и спутниково-инерциальные системы NovAtel
Спутниковые методы определения координат статических и подвижных объектов повсеместно применяются на протяжении последних десятилетий. Не важно, идет речь о высокой точности или о точности в несколько десятков метров, суть принципов спутникового местоопределения едины – решение пространственной засечки с целью определения планово-высотного положения конкретной точки.
Однако, при определении координат объектов, особенно если объект находится в движении, нередки случаи кратковременного или полного блокирования спутниковых сигналов. Комплексирование методов спутниковой и инерциальной навигации существенно помогает сохранить решение высокоточного определения координат в сложных условиях.
В основах инерциальной навигации заложено непрерывное измерение параметров движения (ускорения и угловых скоростей) относительно установленной системы отсчета. Эти величины определяются специальными датчиками – акселерометрами и гироскопами. Акселерометры вычисляют линейное ускорение, а гироскопы – угловые скорости.
Таким образом, после потери спутниковых сигналов, положение движущегося объекта можно определять с помощью инерциального измерительного модуля, интегрированного в комплексированную (ГНСС+ИНС) навигационную систему.
С увеличением времени будет происходить увеличение дрейфа инерциального решения, как следствие, будет ухудшаться итоговая точность определения координат. Чем выше производительность (класс) инерциального измерительного модуля, тем медленнее будет снижаться точность инерциального решения.
Технология SPAN компании NovAtel – это технология комплексирования ГНСС и ИНС позиционирования, основанная на методе жестко связанного решения. Она объединяет ГНСС и ИНС устройства, а также сопутствующее программное обеспечение.
Любое из ГНСС или ГНСС+ИНС устройств NovAtel, созданное на платформе OEM плат седьмого поколения поддерживает технологию SPAN и может быть дополнено любым инерциальным измерительным модулем, входящим в линейку продукции компании.
Как было сказано выше, точность инерциального решения зависит от класса инерциального модуля. Инерциальные измерительные модули NovAtel можно разделить на три условных группы – инерциальные измерительные модули начального уровня, модули повышенной производительности и высокопроизводительные инерциальные модули.
Кроме того, в модулях используются гироскопы и акселерометры разного типа. Например, все модули NovAtel начального уровня оснащены гироскопами и акселерометрами на базе МЭМС (микро электро-механических систем). К таким устройствам относятся: OEM-EG320N, OEM-EG370N, OEM-STIM300, OEM-ADIS-16488 и OEM-HG4930.
Инерциальные модули начального уровня EG320N и EG370N
Часть инерциальных измерительных модулей повышенной производительности NovAtel оснащена МЭМС, а часть имеет в своей конструкции уже волоконно-оптические гироскопы. К примеру, инерциальный измерительный модуль µIMU-IC работает на МЭМС гироскопах и акселерометрах, а модуль KVH-1750 содержит волоконно-оптические гироскопы (FOG) и МЭМС акселерометры.
ИИМ повышенной производительности KVH-1750
Наконец, высокопроизводительные инерциальные измерительные модули NovAtel могут оснащаться как МЭМС датчиками, так и волоконно-оптическими гироскопами с замкнутым контуром и твердотельными акселерометрами, либо кольцевыми лазерными гироскопами и серво акселерометрами. ISA-100C обеспечивает самый высокий уровень производительности в линейке инерциальных модулей NovAtel.
Высокопроизводительный ИИМ ISA-100C
В зависимости от класса (производительности) инерциального модуля, а также типов встроенных в него гироскопов и акселерометров будет формироваться итоговый вес устройства. Так, модули начального уровня Epson G320N и Epson G370N имеют размеры 24х24х10 мм, а весят всего 10 граммов. Размеры высокопроизводительного модуля ISA-100C составляют 180x150x137 мм, а вес составляет 5 кг.
Отдельное место в линейке высокоточного навигационного оборудования NovAtel занимают комплексированные спутниково-инерциальные системы, выполненные в едином корпусе. На сегодняшний день существует шесть моделей таких ГНСС+ИНС систем: PwrPak7-E1/7D-E1, PwrPak7-E2/7D-E2 и CPT7/CPT7700.
Двухантенная ГНСС+ИНС система в едином корпусе CPT7
В корпус каждого из устройств встроена ГНСС OEM плата NovAtel седьмого поколения, имеющая 555 каналов для приема спутниковых сигналов, и инерциальный измерительный модуль начального уровня - Epson или Honeywell.
PwrPak7D-E1, PwrPak7D-E2 и CPT7 оснащены OEM платой NovAtel7720, способной работать от двух одновременно подключенных ГНСС антенн. Это позволяет выполнять быструю инициализацию инерциальной системы и с высокой точностью определять параметры курса движущегося объекта.
Двухантенная ГНСС+ИНС система в едином корпусе PwrPak7D-E2
Комплексированные спутниково-инерциальные системы NovAtel могут использоваться, как для выполнения высокоточного позиционирования подвижных объектов, так и для определения координат в статическом режиме. Внутреннее программное обеспечение устройств представляет собой опциональную архитектуру и может быть оптимально настроено для работы с уникальными пользовательскими приложениями.
Кроме того, ГНСС+ИНС системы NovAtel поддерживают работу с Глобальными сервисами дифференциальной коррекции TerraStar. Это дает возможность получать координаты (как в статике, так и в кинематике) с точностью первых сантиметров без использования базовых станций.
Спутниково-инерциальные системы NovAtel имеют возможность удаленного управления, настройки и конфигурирования посредством Web-интерфейса. Корпус устройств выполнен из прочных материалов, что обеспечивает высокую степень защиты от внешних воздействий. Гарантированный диапазон рабочих температур составляет от -40 до 75°C.
Перечисленное выше спутниково-инерциальное оборудование незаменимо при выполнении высокоточного позиционирования движущихся объектов в сложных условиях – плотная городская застройка, проезд объекта под различными мостами или в тоннелях, залесенность трассы по пути перемещения объекта, наличие радиопомех или спуфинга и т.д.
Технология SPAN от NovAtel, объединяющая ГНСС и ИНС оборудование, а также сопутствующее программное обеспечение, успешно применяются в таких областях и задачах, как: мобильное сканирование и картографирование; аэрофотосъемка и лидарная аэросъемка с использованием пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов; изыскания, выполняемые дорожными лабораториями; высокоточные гидрографические работы; посадка летательных аппаратов на движущуюся платформу; беспилотное вождение в автомобильной колонне и т.д.
Официальным дилером NovAtel на территории России является компания «ГНСС плюс». Узнать больше о передовом оборудовании и технологиях NovAtel можно, обратившись к специалистам организации.
Авторы статьи:
Воронов Александр Николаевич — директор по развитию «ГНСС плюс».
Никулин Денис Александрович — главный инженер «ГНСС плюс».
Статья в формате pdf опубликована в пятом выпуске журнала "Геопрофи" 2021 и доступна для скачивания на официальном сайте журнала.
