Інерціальні навігаційні системи для ADAS — удосконалені системи допомоги водієві

Системи ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) підвищують безпеку руху завдяки таким функціям, як утримання смуги руху, адаптивний круїз-контроль та автоматичне гальмування, але вимагають постійного контролю з боку водія. На відміну від них, безпілотні автомобілі, оснащені системами автономного керування, призначені для повної автоматизації керування транспортним засобом без втручання людини.

Хоча системи ADAS допомагають водіям, полегшуючи виконання завдань та підвищуючи рівень безпеки, безпілотні автомобілі розроблені для управління всіма аспектами автономного руху — від навігації до прийняття рішень — забезпечуючи вищий рівень автоматизації (за класифікацією SAE) та зручності. Характеристики та функції систем ADAS відповідають рівням SAE нижче 3, тоді як безпілотні автомобілі як такі відповідають щонайменше рівню 4.

Гіроскоп — це датчик, який вимірює кутову швидкість (швидкість, із якою об'єкт обертається навколо однієї або кількох осей) і є одним із фундаментальних будівельних блоків інерціальних навігаційних систем. Його головна мета полягає в наданні точної інформації про обертовий рух у реальному часі, щоб INS або IMU могли визначити, як орієнтація об'єкта змінюється з часом.

Сучасні гіроскопи, що використовуються в навігації, особливо в аерокосмічній, оборонній, морській та робототехнічній галузях, зазвичай базуються на MEMS (мікроелектромеханічних системах) або оптичних технологіях, таких як FOG (волоконно-оптичні гіроскопи) та RLG (кільцеві лазерні гіроскопи). Хоча їхні фізичні принципи відрізняються, усі вони використовують однакову фундаментальну концепцію: коли система обертається, датчик виявляє результуючий інерціальний ефект і перетворює його на електричний сигнал.

У гіроскопі на основі мікроелектромеханічних систем (MEMS) крихітні вібруючі структури — зазвичай кремнієві маси, що приводяться в рух із певними резонансними частотами — під час обертання пристрою піддаються дії сил Коріоліса. Ці сили спричиняють помітні зміни в характері коливань, які перетворюються на інформацію про кутову швидкість. В оптичних гіроскопах світло, що рухається в протилежних напрямках уздовж замкнутого контуру, зазнає фазових зсувів під час обертання системи; цей ефект Саньяка дозволяє здійснювати надзвичайно точні вимірювання кутової швидкості без будь-яких рухомих частин, що характеризуються високою стійкістю до дрейфу.

Гіроскопи передають життєво важливі дані в алгоритми інерціальної навігаційної системи, дозволяючи системі обчислювати просторове положення (roll, pitch і heading). У поєднанні з акселерометрами вони утворюють IMU, що забезпечує комплексні можливості вимірювання руху. Високоякісні гіроскопи зменшують дрейф, підвищують стабільність і дозволяють навігаційній системі функціонувати надійно навіть у середовищах із відсутністю GPS. У таких застосуваннях, як наведені БПЛА, боєприпаси, що баражують, керування AUV, морська компенсація heave або навігація автономних транспортних засобів, точність гіроскопа безпосередньо впливає на здатність системи підтримувати точну та стабільну траєкторію.

Під відносним положенням розуміється зміщення рухомої платформи, виміряне відносно відомої вихідної точки, а не відносно абсолютної географічної системи координат. На відміну від визначення місцезнаходження за допомогою широти, довготи та висоти над рівнем моря, відносне положення описує, на яку відстань і в якому напрямку платформа відхилилася від своєї початкової системи відліку.

Система INS ці величини шляхом інтегрування виміряних прискорень та кутів повороту за часом: акселерометри визначають зміни швидкості, а потім ці швидкості знову інтегруються для отримання змін положення, причому всі ці величини виражаються в заданій системі координат, наприклад, у системі координат корпусу або локальній навігаційній системі координат.

Оскільки визначення відносного положення не залежить від зовнішніх сигналів —GNSS, радіомаяків чи орієнтирів — воно є надзвичайно цінним уdenied , під час роботи в приміщеннях, підводної навігації або будь-яких завдань, де потрібно лише визначити переміщення з моменту останньої відомої точки.

Проте точність відносного положення з часом погіршується через дрейф, спричинений похибками й шумами датчиків, через що рішення INS часто поєднують інерціальні дані з допоміжними джерелами, такими як GNSS, одометри, DVL або барометри, щоб обмежити зростання похибки. Зрештою, відносне положення забезпечує безперервний та автономний спосіб відстеження руху, утворюючи основу систем dead reckoning, наведення та керування в багатьох аерокосмічних, морських і робототехнічних застосуваннях.