Прецизионные навигационные системы

Любой беспилотный механизм, будь то легковой автомобиль, трактор, робот-доставщик или беспилотный летательный аппарат (БПЛА), должен с высокой точностью определять свое глобальное и относительное положение в любых условиях с целью обеспечения безопасной и надежной работы. Но это становится особенно сложной задачей, когда геолокационные сигналы, такие как сигналы, генерируемые Глобальной навигационной спутниковой системой (GNSS) или Глобальной системой позиционирования (GPS), регулярно блокируются, а встроенные датчики систем визуального восприятия (лидар, радар, камера) чувствительны к погодным условиям, яркому солнцу и спуфинг-атакам. Чтобы преодолеть ограничения этих датчиков, связанные с условиями окружающей среды, следует использовать высококачественный инерциальный измерительный модуль (IMU), который может независимо определять ускорение, курсовой угол и относительное положение транспортного средства. В основе работы IMU лежат принципы изменения гравитации и инерции, а не принципы измерения параметров внешней среды, благодаря чему он может представлять собой постоянно работающий дополнительный источник данных для прецизионной системы навигации для беспилотных транспортных средств.

Надежное наследие …


Применяемая IMU технология iSensor® компании Analog Devices была первой на рынке и сыграла ключевую роль в ускорении распространения беспилотных машин за последнее десятилетие. IMU от ADI используются в значительно большем количестве наземных и воздушных транспортных средств с четвертым уровнем автономности, по сравнению с продукцией всех наших конкурентов вместе взятых. В наш ассортимент входят компоненты со стабильностью тактического класса и сверхнизким уровнем шума, при этом они могут обеспечивать до 10 степеней свободы движения, и все они поставляются с полной заводской калибровкой и оптимизированной встроенной системой согласования сигналов датчика. Наш ассортимент постоянно расширяется: теперь доступны IMU, сертифицированные для авиационного применения, а компоненты, сертифицированные для автомобильного применения, находятся в стадии разработки.

… и светлое будущее


Analog Devices расширяет свой ассортимент промышленных IMU с целью выхода на автомобильный рынок, при этом следует отметить, что новые устройства с характеристиками тактического класса будут доступны для автомобильного применения и иметь усовершенствованные диагностические функции. IMU на основе технологии iSensor от ADI занимают доминирующую долю рынка новых беспилотных робо-такси, испытания которых сегодня проводятся во всем мире. Кроме того, мы разрабатываем сертифицированные в соответствии с ASIL компактные IMU для частично автоматизированных систем (часто называемых устройствами с третьим уровнем автономности), предназначенных для реализации таких функциональных возможностей, как автопилот для движения по магистрали и автоматическая парковка.

Инерциальные характеристики имеют значение

Хотя многие производители IMU заявляют, что их продукты обеспечивают очень высокие рабочие характеристики при уровне стабильности смещения ниже одного градуса в час, на самом деле характеристики, измеренные в лабораторных условиях, редко соответствуют характеристикам, достигаемым в полевых условиях. Стабильность смещения во время работы, которая является популярным параметром для расчета того, насколько стабильным будет IMU, всегда измеряется, когда IMU находится в состоянии покоя в спокойной среде. Когда тот же самый IMU используется в полевых условиях, динамические воздействия окружающей среды, такие как вибрация при езде по ухабистой дороги, могут привести к значительному ухудшению ключевых характеристик, в том числе стабильности смещения. И в данном случае наилучшим решением будет прецизионная система навигации.

ADI гордится тем, что предоставляет актуальные характеристики, которые поддерживаются при любых условиях окружающей среды, а не только на испытательном стенде. В приведенной ниже таблице показано сравнение продукции ADI с продуктами трех известных конкурентов. Хотя некоторые производители, похоже, предлагают стабильность смещения, аналогичную предлагаемой ADI [1], после появления ошибок вибрации [2] и взаимного влияния осей [3] разрыв в характеристиках между ADI и конкурентами увеличивается более чем в 10 раз.


Характеристика Описание Analog Devices Компания A Компания B Компания C
[1] Стабильность смещения во время работы (°/час) Измерение стабильности IMU в спокойной лабораторной среде 1 1 5 10
[2] Линейное ускорение свободного падения (°/с/g) Вибрационные характеристики IMU 0.0001 0.1 0.05 0.1
[3] Взаимное влияния осей Взаимное влияния осей IMU при наклоне 5 градусов 0.3 31.4 15.7 31.4
[4] Достижимая стабильность смещения Стабильность смещения IMU с учетом [1], [2] и [3] 1.04 31.4 16.5 33
[5] Накопленная ошибка (м) Ошибка определения местоположения автомобиля, движущегося со скоростью 30 миль в час через 30 секунд 0.2 м >5 м >3 м >5 м

Стабильность IMU производства ADI позволяет беспилотному транспортному средству получать точную информацию о своем положении в течение более одной минуты, прежде чем потребуется корректировка по GPS или от датчиков системы обработки визуальной информации. Это позволяет транспортному средству сохранять точность перемещения при нахождении в полосе движения во время блокировок или отключений навигационных систем в 10 раз дольше, чем при использовании устаревших IMU, установленных сегодня в серийных автомобилях.

Автомобильные применения

Hands-Free Highway Pilot

Автопилот при движении по магистрали

Эта система представляет собой усовершенствованную версию круиз-контроля, которая позволяет автомобилю автоматически поворачивать колеса и изменять скорость, чтобы оставаться в центре полосы движения и на безопасном расстоянии от движущегося впереди автомобиля.

Automated Valet Parking

Автоматическая парковка

Эта функция позволяет автомобилю самостоятельно заезжать на незанятое парковочное место. Более усовершенствованные версии не требуют присутствия водителя, что позволяет автомобилю самостоятельно определять место для стоянки в гараже.

Dead Reckoning

Навигация методом счисления пути

Это метод расчета местоположения транспортного средства путем оценки направления и расстояния, пройденного от известной начальной точки. Данный метод задействуется всякий раз, когда теряются спутниковые сигналы GNSS/GPS, и необходимо использовать курс IMU.

Emergency Stop

Экстренная остановка

В случае, если беспилотное транспортное средство обнаруживает неисправность в своей системе и не может продолжать безопасное движение, то используются данные о вращении и ускорении от IMU, чтобы обеспечить транспортному средству безопасную и контролируемую остановку.

GNSS/GPS Blockage

Блокировка сигналов GNSS/GPS

Блокировка сигналов GNSS/GPS может произойти, когда высокие здания, туннели, надземные мосты или густые деревья блокируют прием спутникового сигнала автомобилем. Во время такой блокировки автомобиль полагается на свои системы восприятия окружающей среды и датчики IMU для обеспечения точной навигации.

Perception Blindness

Слепота систем восприятия окружающей среды

Слепота систем восприятия окружающей среды возникает, когда на встроенную камеру, лидар и радарные датчики негативно влияют условия окружающей среды, такие как осадки, яркое солнце или скопление грязи и пыли.

История заказчика

IMU компании Analog Devices используются в большом количестве навигационных систем GNSS/GPS. Компания Septentrio, являющаяся партнером ADI, оценила преимущества ассортимента инновационных IMU от ADI и выбрала ADIS16505. Решения Septentrio включают в себя полный набор востребованных функций GNSS, в том числе многочастотный механизм с поддержкой нескольких созвездий, а также специализированное оборудование и алгоритмы обработки сигналов, которые обеспечивают улучшенную защиту от атак методами создания преднамеренных помех и спуфинга. Компания Septentrio недавно вывела на рынок оценочную плату AsteRx-i D UAS, которая сочетает в своем компактном форм-факторе, подходящем для применения в БПЛА и автомобильных системах беспилотного вождения, все эти функции, а также возможности ADIS16505.

AsteRx-i D UAS

AsteRx-i D UAS

Продукты для прецизионных систем навигации

ADIS16497

ADIS16497

Инерционный датчик тактического класса с шестью степенями свободы

ADIS16507

ADIS16507

Прецизионный миниатюрный МЭМС IMU с шестью степенями свободы

Посмотрите, как работают прецизионные системы навигации для беспилотных механизмов на выставке CES 2020!

Гонка за автономностью: обеспечение точных навигационных данных и надежного восприятия окружающей среды

Узнайте больше о новейших сенсорных технологиях ADI, в том числе об инерциальных измерительных блоках и лидарах, обеспечивающих точные навигационные данные и надежное восприятие окружающей среды, а также мониторинг состояния объекта в реальном времени, в этом видео с выставочного зала.

Инерциальный измерительный блок (IMU) тактического класса с наименьшими в отрасли размерами, весом, энергопотреблением и стоимостью

Наши достижения в области инерциальных МЭМС-датчиков обеспечивают в навигационных системах стабильность тактического класса, при этом конечное решение будет меньше и дешевле существующих решений.

Загрузите нашу брошюру по IMU

Высококачественные инерциальные датчики позволяют разрабатывать беспилотные транспортные средства

При реализации Интернета движущихся вещей (IoMT) разработчики сталкиваются с множеством задач на пути к существенному повышению эффективности, и высококачественные инерциальные датчики позволяют изменить ситуацию.

Узнайте, что мы думаем о IMU для беспилотных систем

Сто восемьдесят решений

Это количество решений, которые делает среднестатистический водитель каждую минуту. Это три решения в секунду. Данная цифра впечатляет, особенно потому, что большинство из нас даже не осознает, что мы все это делаем.

Узнайте, как наши технологии влияют на эти решения

Создание новых реальностей с помощью систем GNSS/INS

Независимо от того, являетесь ли вы новичком в области разработки инерциальных навигационных систем (INS) или экспертом в этой сфере, данный вебинар поможет вам узнать о последних достижениях и получить более подробную информацию о различных вариантах систем GNSS/INS и о том, что может являться для вас оптимальным выбором.

Зарегистрируйтесь для участия в нашем вебинаре, организованном совместно с Septentrio

Analog Garage Logo

Компания Analog Devices, имеющая самую долгую в отрасли историю создания и поставок решений для прецизионных систем навигации, готова предоставить поддержку на уровне приложений, так как мы обладаем всеобъемлющими знаниями динамики и пониманием задач, которые должны быть решены для эффективной работы этих систем. Кроме того, ADI изучает инновационные архитектуры прецизионных систем навигации транспортных средств, в которых высококачественные IMU сочетаются с датчиками систем визуального восприятия (камерой, радаром и лидаром), что позволяет предоставлять надежную информацию о местоположении с малой задержкой и высокой частотой обновления.

Для получения дополнительной информации о том, как наша архитектура Trusted Motion Unit™ может позволить вашей системе принимать более быстрые и безопасные решения в любых условиях, обратитесь в местный офис продаж Analog Devices. Чтобы узнать больше об этой архитектуре и других инновационных технологиях ADI, посетите Analog Garage.


ADI Drive360 Logo


Обладая богатым опытом в области систем безопасности для автомобильной и авиационной техники, ADI может предложить разработчикам беспилотных систем расширенный набор продуктов из нашего ассортимента Drive360™.