Технология SPAN TM компании NovAtel Inc. (Канада)

1. Высокоточное комплексное позиционирование ГНСС+ИНС Технология SPANTM компании NovAtelInc.(Канада) Александр Янкуш ООО «ГНСС плюс» технический директор +7 (495) 780-92-74 info@GNSSplus.ru www.GNSSplus.ru 15-18 сентября 2008 Пореч, Хорватия

2. Особенности ГНСС • Основные преимущества • Обеспечиваются точные абсолютные координаты • Точность относительно стабильна по времени • Относительно недорогое и компактное оборудование • Основные недостатки • Требуется внешняя информация (т.е. сигналы спутников) • Точность часто меняется (зависит от числа и геометрии спутников, типа приемников ирежима позиционирования) • Максимальная частота вывода решений сейчас только 50Гц • По вектору скорости можно вычислить только курс и тангаж

3. Способы повышения качества ГНСС • Дифференциальные сервисы • подсистемы SBAS(WAAS, EGNOS, MSAS, CNAS, GAGAN) • спутниковый дифсервис OmniSTAR • морские береговые радиомаяки • сети постоянных станций (IGS,SAPOS,CORS) • Использование нескольких систем • ГЛОНАСС+GPS+(Galileo) • Модернизация систем • Принципиально иные технологии • оптика или лазеры • Инерциальные Навигационные Системы (ИНС=INS)

4. Что такое ИНС (INS)? • ИНС– Инерциальная Навигационная Система • Что такое Инерциальная Навигация? • Блок Инерциальных Измерений (IMU) объединяет три акселерометра и три гироскопа • измеряются ускорения и угловые скорости • измерения интегрируются по времени… • …ивычисляются приращения координатотносительно начальных координат(т.е. выполняется автономная навигация)

5. Особенности ИНС • Основные преимущества • Не требуется внешней информации • Вычисляются точные относительные координаты • Обеспечиваются углы ориентации по трем осям • Частота вывода решенийдо 1000Гц • Точность решения стабильна от эпохи к эпохе • Основные недостатки • Точность решения снижается по времени (уходы датчиков) • Высокое энергопотребление • Относительно дорогое и громоздкое оборудование

6. Как интегрируются ГНССиИНС ? • ГНСС решение дает начальные координаты для ИНС • Спутниковые измерения используются для моделирования систематических уходов датчиков ИНС, чтобыуменьшить рост ошибок в ИНС-решении • ИНС-решение используется для заполнения периодов при плохой геометрии спутников или отсутствии сигналов • ИНС-решение используется для помощи в повторном захвате сигналов спутников • ИНС-решение способствует крайне быстрому восстановлению высокоточного решения после возобновления захвата спутниковых сигналов • ИНС-решение обеспечивает более частую выдачу данных (координат и элементов ориентации)

7. Основные типы ГНСС+ИНС комплексов • Для решения навигационных задач • Обеспечение точности несколько метров + элементы ориентации • Беспилотные аппараты, автомобильная навигация • Для высокоточного позиционирования • Обеспечение точности от сантиметоров до субметра • + элементы ориентации • Аэросъемочные комплексы, дорожные лаборатории • Applanix, Leica, IGI, NovAtel

8. Технология SPANTM(NovAtelInc.,Канада) • SPAN = Synchronized Position, Attitude and Navigation • Синхронизированное Позиционирование,Пространственная ориентация и Навигация • Комплексное решение ГНСС+ ИНС • как в реальном времени (в приемнике) • так и в постобработке (в специализированном ПО)

9. Составляющие технологии SPAN • двух- или трехчастотный ГЛОНАСС\GPS\L-bandприемникгеодезического класса компании NovAtel • Прецизионная двух- или трехчастотная ГЛОНАСС\GPS\L-bandантеннаNovAtel • Блок Инерциальных Измерений (БИИ) • iMAR, Honeywell, Northrop Grumman, KVH • опция - радиоканал (УКВ или GSM)для передачи дифференциальных поправок в реальном времени • Pacific Crest, Satel, Siemens • опция - программный пакет– для комплексной постобработки спутниковых и инерциальных измерений • Inertial Explorer (NovAtel) • Включает GrefNav\GrafNet

10. Базовый и бортовой комплексы • Бортовой приемник NovAtelсерии OEM-V3 • GPS антенна • Блок инерциальных датчиков • Кабель для источника питания • Радиоканал для передачи дифпоправок (опция) • Базовый приемник(лучше NovAtel) • Персональный компьютер (или КПК) с программой CDU

11. Алгоритм SPAN (+Inertial Explorer) • конвертирование сырых данных • загрузка из интернета данных базовых станций (если необходимо) • ввод координат базовых станций, типов и высот антенн • выбор профиля постобработки • обработка GPS траекторий в прямом и обратном направлениях и их комбинирование (анализ разности решений) • Ввод векторов редукций • «блок IMU–> ГНСС антенна» • «блок IMU–> сенсор» • обработка ИНС-данных • сглаживание и объединение траекторий • на выходе (с частотой до 400 Гц) – координаты, скорости и элементы ориентации

12. Точностные характеристики (1) • Позиционирование (1СКО) • Автономное > 1.5м • SBAS(WAAS/EGNOS) >90cм • DGPS (по коду) – 45cм • OmniSTAR (HP+)– 10-15cм • RT-2 – 10мм+1мм/км • Постобработка – 5мм+1мм/км • Скорость и ускорение • 0.02 м/с и 0.03 м/с2 • Время • 20 нс

13. Точностные характеристики (2) • Элементы ориентации(1СКО, градусы) 0.005°~ 18”

14. Ошибка в координатах (м) Время теста (сек) Возможности SPAN • Рост ошибки в координатахв зависимости от времени

15. Области применения ГНСС/ИНС

16. Описание теста • съемка в 2 последовательных дня • Запись данных для постанализа • сырые измерения GPS и ИНС • решения GPS/ИНС в реальном времени (RTK)по технологии SPAN • метки времени срабатывания камеры • вычисление опорных углов ориентации • из первого полета по наземным контрольным пунктам • использование опорных углов для второго полета для расчета оценки точности комплексного навигационного решения SPAN и Inertial Explorer

17. Задачи теста • наглядность и простота эксперимента • получение результатов технологически различными методами • сравнение результатов иих оценка • выводы

18. Характеристика залетов • 2 полета в два последовательных дня • высота ~ 900м • соответствует масштабу снимка 1:6000

19. Используемая аппаратура • GPS приемник NovAtel ProPak-V3 • специальная версия внутреннего ПО с поддержкой данных внешнего инерциального измерительного блока (IMU) • Инерциальный блок LN200 IM • гироскопы - волоконно-оптические • акселерометры - микромеханические • выдача данных до 200 Гц • Плата SDLC(Synchronous Data-Link Control) • Управление синхронным каналом обмена данными

20. Используемое ПО • CDU • настройка параметров работы комплекса • сбор «сырых» измерений • визуализация решенийв реальном времени • Inertial Explorer • Комплексная постобработка GPS+ИНС данных

21. Интеграция с аэрокамерой • Карта синхронизации интерфейса (SDLC) установлена внутри корпуса фотокамеры • Кабели выведены через специальное отверстие

22. Результаты теста • Сравнение координат с контрольными пунктами • Разница между точными (каталожными) координатами и координатами полученных Inertial Explorer

23. Результаты теста • Оценка параметров ориентации • Разницы между классическим фотограмметрическим определениями и решениями Inertial Explorer и SPAN • Опорные углы были вычислены по данным первого полета • Эти же углы были использованы для корректировки данных второго дня

24. Заключение по технологии SPAN • Обеспечивается непрерывное позиционирование (даже в условиях неблагоприятных для ГНСС) • Обеспечиваются координаты, элементы ориентации и скорости с высокой дискретностью • Обеспечивается более быстрое восстановление отслеживания спутников после потери сигналов • Обеспечивается более быстрое высокоточное решение(как в постобработке, так и в реальном времени) • Используются фазовые ГНСС-измерения для сглаживания ИНС-решения даже когда спутников недостаточно для отдельного ГНСС-решения

25. Высокоточное комплексное позиционирование ГНСС+ИНС Технология SPANTM компании NovAtelInc.(Канада) Александр Янкуш ООО «ГНСС плюс» технический директор +7 (495) 780-92-74 info@GNSSplus.ru www.GNSSplus.ru 15-18 сентября 2008 Пореч, Хорватия