17

Сибирские учёные разработали прототип пешеходной навигационной системы

Специальные ботинки от учёных СФУ позволят определить местонахождение человека

  • http://aikido-mariel.ru/misc/i/gallery/19074/464350.jpg
  • http://aikido-mariel.ru/misc/i/gallery/19074/464350.jpg

Учёные СФУ совместно с коллегами из Национального исследовательского Томского политехнического университета разработали прототип пешеходной навигационной системы, оснащённой МЭМС-датчиками на основе технологии микроэлектромеханических систем. По замыслу разработчиков такими датчиками можно оснастить, например, обувь. В этом случае, возможно определение координат пользователей как в условиях плотной городской застройки, так и в лесных массивах, и даже под землей.

Пешеходная навигационная система построена на инерциальных принципах, что обеспечивает её универсальность, полную автономность и помехозащищённость. К тому же инерциальные системы не требуют наличия дополнительной инфраструктуры (антенн) и поэтому позволяют определять координаты местоположения там, где использование спутниковых систем типа ГЛОНАСС или GPS невозможно.

«В разработанной навигационной системе определение пройденного пути происходит за счёт измерения и последующего интегрирования ускорений, с которыми двигался пешеход. Линейные ускорения, в свою очередь, определяются с помощью МЭМС-акселерометров, но, поскольку положение акселерометров в процессе движения пешехода изменяется, дополнительно требуется определить отклонение системы координат от системы отсчёта, связанной с Землёй. Для решения этой задачи в состав навигационной системы были встроены датчики угловых скоростей — МЭМС-гироскопы. Кроме того, магнитометр — датчик магнитного поля Земли — позволяет частично скомпенсировать ошибки, возникающие при определении курса гироскопом. На основе поступающей от датчиков измерительной информации с учётом начальных данных об исходной точке маршрута встроенным микроконтроллером по специальным алгоритмам производится расчёт скорости, пройденного пути и местоположения пользователя», — рассказывает о принципах работы пешеходной навигационной системы кандидат технических наук, доцент кафедры приборостроения и наноэлектроники Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ Павел Маринушкин.

Технология микроэлектромеханических систем (МЭМС), с одной стороны, обеспечивает низкую стоимость, малые массогабаритные показатели и низкое энергопотребление пешеходных навигаторов. Так, измерительный блок со встроенными датчиками в силу своей компактности может располагаться на ноге (руке), на груди (спине), поясе или на голове пользователя. Наиболее эффективным считается расположение измерительного блока на ноге, в подошве обуви.

В связи с биомеханическими особенностями походки человека было принято решение использовать для периодического уточнения показаний инерциальной навигационной системы принцип коррекции по нулевой скорости (ZUPT, Zero velocity UPdaTe), согласно которому вычисление поправок к измерениям происходит в момент времени, соответствующий опорной фазе ходьбы, когда скорость пешехода равна нулю.

Для дальнейшего совершенствования навигации коллектив сибирских учёных разработал структурно избыточный измерительный блок неортогонально ориентированных друг относительно друга МЭМС-датчиков. Конструктивно конфигурация избыточного блока реализована путём размещения датчиков на боковых плоскостях основания, выполненного в виде правильного многогранника. Увеличение числа датчиков первичной информации сверх минимально необходимого для измерения (одного акселерометра, гироскопа и магнитометра вдоль каждой координатной оси) при условии их оптимального пространственного расположения, даёт повышение точности и обеспечивает надёжность навигационной системы.

Эффективность разработанной инерциальной системы персональной навигации была проверена в ходе серии тестов, включавших ходьбу со средней скоростью по замкнутой траектории. Учёные установили, что ошибка определения местонахождения не превышает 2,5%, из чего следует, что выведенные технические и алгоритмические решения могут быть реализованы в индивидуальной навигационной аппаратуре как для военных, так и гражданских потребителей: подразделений служб спасения, пожарных, геологов, отрядов специального назначения, сотрудников охранных и транспортных агентств, работников коммунального хозяйства и ремонтных служб. Интерес представляет и возможность использования персональных средств навигации для ориентации слабовидящих и незрячих людей на улице и дома.

В рамках развития результатов этого исследования предполагается дальнейшее совершенствование алгоритмов математической обработки первичных данных, получаемых от МЭМС-датчиков и проведение всесторонних экспериментальных исследований и испытаний.

Статья «Improving Pedestrian Navigation System Performance through the Use of Non-orthogonal Redundant Inertial Measurement Units» была опубликована в сборнике конференции SIBCON-2017.

Кому интересно более поробно материал представлен во второй ссылке: rg.ru/amp/2017/08/29/sibirskie-uchenye-skonstruirovali-navigator-v-botinke.html

  • 0
    Нет аватара
    31.08.1712:10:17

    Не уверен, что эта штука будет точной. Хотя можно проводить первичную калибровку с использованием «традиционных» систем геопозиционирования.

    И заголовок поправьте, пожалуйста. «УчёнНые» немного режет глаз   .

  • -2
    Нет аватара
    31.08.1715:57:05

    Ну хорошо, ИНС на основе МЭМС-датчиков позволит владельцу отслеживать свои координаты пусть и с погрешностью. Но как об этих координатах узнают другие?

    Особенно, если учесть, — «К тому же инерциальные системы не требуют наличия дополнительной инфраструктуры (антенн) и поэтому позволяют определять координаты местоположения там, где использование спутниковых систем типа ГЛОНАСС или GPS невозможно.".

    Это уже не просто журналамерство, это намного хуже!

Написать комментарий
Отмена
Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт,