प्रत्येक जीएनएसएस रिसीवर, परिष्कार की परवाह किए बिना, एक सामान्य भेद्यता साझा करता है: इसके लिए उपग्रहों के लिए दृष्टि की एक स्पष्ट रेखा की आवश्यकता होती है। जब दृष्टि की उस रेखा को बाधित किया जाता है, सुरंगों, पार्किंग गैरेज, घने शहरी घाटियों, या जानबूझकर जाम करके, स्थिति सटीकता तेजी से कम हो जाती है या पूरी तरह से विफल हो जाती है। स्वायत्त वाहनों, डिलीवरी ड्रोन और सुरक्षा-महत्वपूर्ण नेविगेशन सिस्टम के लिए, ये अंतराल अस्वीकार्य हैं।
समाधान में निहित हैसेंसर फ्यूजन: एक नेविगेशन प्रणाली बनाने के लिए जड़त्वीय मापन इकाइयों (आईएमयू) के साथ जीएनएसएस रिसीवर को कसकर युग्मित करना जो विस्तारित उपग्रह सिग्नल आउटेज के दौरान सटीक रहता है। यह लेख GNSS/IMU फ़्यूज़न के तकनीकी सिद्धांतों, ढीले और तंग युग्मन आर्किटेक्चर के बीच अंतर और वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण प्रदर्शन विशेषताओं की जांच करता है।
IMU बहाव को समझना और संलयन क्यों आवश्यक है
एक IMU एक्सेलेरोमीटर और जाइरोस्कोप का उपयोग करके विशिष्ट बल और कोणीय दर को मापता है। समय के साथ इन मापों को एकीकृत करके, एक नेविगेशन प्रणाली बिना किसी बाहरी संदर्भ के स्थिति, वेग और दृष्टिकोण की गणना कर सकती है। हालाँकि, यह एकीकरण प्रक्रिया त्रुटियों को जमा करती है; सेंसर में छोटे पूर्वाग्रह तेजी से बढ़ती स्थिति त्रुटियों में यौगिक होते हैं, एक घटना जिसे के रूप में जाना जाता हैबहाव.
- एक्सेलेरोमीटर पूर्वाग्रह:100 माइक्रोग्राम (गुरुत्वाकर्षण का एक दस-हजारवां हिस्सा) का एक छोटा पूर्वाग्रह शुद्ध जड़त्वीय नेविगेशन के केवल 18 सेकंड के बाद लगभग 60 मीटर की स्थिति त्रुटि में एकीकृत हो जाता है।
- जाइरोस्कोप पूर्वाग्रह:प्रति घंटे 1 डिग्री का जाइरो पूर्वाग्रह दृष्टिकोण समाधान को झुकाने का कारण बनता है, गुरुत्वाकर्षण को क्षैतिज तल में गलत तरीके से पेश करता है और काल्पनिक त्वरण पैदा करता है जो स्थिति अनुमानों को तेजी से भ्रष्ट करता है।
- GNSS की भूमिका:GNSS बाध्य त्रुटि के साथ पूर्ण स्थिति सुधार प्रदान करता है, जिससे यह IMU-आधारित मृत गणना के लिए एकदम सही पूरक बन जाता है। चुनौती दोनों सेंसरों की ताकत को अधिकतम करने के लिए फ्यूजन आर्किटेक्चर को डिजाइन करना है।
अकेले एक IMU मिनटों में अंधा हो जाता है। अकेले जीएनएसएस कवर के नीचे अंधा है। साथ में, ठीक से जुड़े हुए, वे एक नेविगेशन सिस्टम बनाते हैं जो लगभग किसी भी वातावरण में मजबूत है जो पृथ्वी की पेशकश कर सकती है।
ढीला युग्मन बनाम तंग युग्मन
GNSS/IMU फ्यूजन सिस्टम को इस आधार पर वर्गीकृत किया जाता है कि सेंसर कितनी गहराई से इंटरैक्ट करते हैं। आंशिक और पूर्ण GNSS आउटेज के दौरान प्रदर्शन के लिए वास्तुशिल्प विकल्प का गहरा प्रभाव पड़ता है।
ढीला युग्मनGNSS और IMU को स्वतंत्र सेंसर के रूप में मानता है, उनकी स्थिति और वेग आउटपुट को कलमैन फिल्टर में फीड करता है। लागू करने के लिए सरल होने पर, यह आर्किटेक्चर पूरी तरह से विफल हो जाता है जब जीएनएसएस चार दृश्यमान उपग्रहों से नीचे चला जाता है, एक स्टैंडअलोन स्थिति फिक्स के लिए न्यूनतम आवश्यक है, भले ही कम उपग्रहों से कच्चे छद्म रेंज और वाहक-चरण माप अभी भी आईएमयू समाधान को बाधित कर सकते हैं।
तंग युग्मनमाप स्तर पर काम करता है, कच्चे GNSS छद्म संतरियों, डॉपलर माप और वाहक चरणों को सीधे IMU डेटा के साथ नेविगेशन फ़िल्टर में खिलाता है। यहां तक कि केवल एक या दो दृश्यमान उपग्रहों के साथ, सिस्टम आंशिक रूप से स्थिति बहाव को बाधित कर सकता है, नाटकीय रूप से आउटेज सहिष्णुता का विस्तार कर सकता है।
वास्तविक दुनिया के प्रदर्शन बेंचमार्क
जंपस्टार के कसकर युग्मित जीएनएसएस / आईएमयू मॉड्यूल का परीक्षण वास्तविक दुनिया के परिदृश्यों में किया गया है जो शुद्ध जीएनएसएस सिस्टम को चुनौती देते हैं। 45-सेकंड सिग्नल आउटेज के साथ राजमार्ग सुरंग अनुक्रमों में, तंग युग्मन ने क्षैतिज स्थिति सटीकता को बनाए रखा0.5 मीटर, 10 मीटर से अधिक की ढीली युग्मन त्रुटियों और 50 मीटर से अधिक शुद्ध IMU त्रुटियों की तुलना में।
स्वायत्त वाहन डेवलपर्स के लिए, ये प्रदर्शन अंतर सीधे सुरक्षा मार्जिन में अनुवाद करते हैं। एक प्रणाली जो एक सुरंग के माध्यम से उप-मीटर सटीकता बनाए रखती है, चालक के हस्तक्षेप के बिना लेन-कीपिंग और अनुकूली क्रूज नियंत्रण जारी रख सकती है। एक प्रणाली जो 10 मीटर बहती है, तत्काल सुरक्षा खतरा पैदा करती है।
उन अनुप्रयोगों के लिए जीएनएसएस मॉड्यूल का मूल्यांकन करते समय जहां सिग्नल आउटेज अपरिहार्य हैं, तंग युग्मन एक वैकल्पिक वृद्धि नहीं है; यह सुरक्षित और विश्वसनीय संचालन के लिए एक मूलभूत आवश्यकता है।
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