Ознайомтеся з нашими рішеннями для орієнтації та позиціонування ↓
DoF — ступені свободи
Модель «ступенів свободи» (DoF) описує кількість незалежних змінних, необхідних для повного визначення руху тіла. В інерційній навігації моделі DoF створюють математичну основу, яка використовується для моделювання поступального руху, обертання та динамічної поведінки платформи. Вони безпосередньо впливають на рівняння руху, алгоритми об’єднання даних датчиків, оцінку стану та точність навігації.
Найпростіші моделі описують рух уздовж однієї осі. Модель з 1 ступенем свободи (1-DoF) відображає або один поступальний, або один обертальний рух і зазвичай використовується для аналізу вібрацій або одноосьової стабілізації. Моделі з 2 та 3 ступенями свободи (2-DoF і 3-DoF) розширюють цю концепцію, вводячи кілька осей поступального або обертального руху. Модель обертання з 3 ступенями свободи (3-DoF) оцінює roll, pitch та рискання за допомогою гіроскопів, акселерометрів та, за бажанням, магнітометрів, що робить її придатною для оцінки орієнтації в AHRS .
Модель твердого тіла з 6 ступенями свободи (6-DoF) є галузевим стандартом для інерційної навігації. Вона поєднує три поступальні рухи (поздовжнє коливання, поперечне коливання та heave) з трьома обертальними рухами (roll, pitch та рискання), що забезпечує повне тривимірне представлення руху. Сучасні інерційні вимірювальні блоки (IMU) вимірюють кутову швидкість та питому силу вздовж цих шести осей, тоді як INS інтегрують ці вимірювання для оцінки положення, швидкості та орієнтації за допомогою методів об’єднання даних датчиків, таких як розширений фільтр Калмана (EKF).
У більш просунутих застосуваннях використовуються моделі з 7–15 ступенями свободи. Ці моделі включають додаткові динамічні стани або шарнірні тіла. Вони також моделюють системи підвіски, механізми керування та з’єднані тверді тіла. Інженери використовують їх у моделюванні в робототехніці, автомобілебудуванні, аерокосмічній та морській галузях. Вони підвищують реалістичність динаміки, але збільшують обчислювальну складність. Вони також вимагають більш досконалих алгоритмів оцінювання.
Вибір відповідної моделі з DoF залежить від вимог застосування. На вибір також впливають динаміка транспортного засобу та наявні датчики. Інженери повинні знайти баланс між обчислювальною ефективністю та точністю навігації. Моделі з більшою кількістю DoF забезпечують вищу точність відтворення. Однак вони вимагають достатньої кількості інформації від датчиків та точних фізичних моделей.
