Задача навигации беспилотной колесной сельскохозяйственной техники с использованием БИНС, ГНСС, одометрии и визуальной одометрии

20 декабря 2023 года
Смольянов Данил Ильич
(аспирант 2-го г. о., научный руководитель д.ф.-м.н. Голован А.А., рецензенты к.ф.-м.н. Тихомиров В.В., асп. 2 г. о. Бушмелев Д.)

Работа посвящена описанию математических моделей, тестирования и внедрения алгоритмов навигации для беспилотной колесной сельскохозяйственной техники, когда аппаратный состав ее навигационного комплекса состоит из низкоточной бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС), построенной на микроэлектромеханических датчиках (МЭМС), приемника сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), данных одометрии — одометра и датчиков поворота руля или рамы, а также визуальной одометрии.                    

В задачах функционирования беспилотной сельскохозяйственной техники важнейшая роль отведена задаче навигации. Для обработки большинства культур требуется надежное позиционное решение с точностью до нескольких сантиметров. Высокая точность важна также для снижения затрат топлива и обеспечения безопасной для человека работы сельскохозяйственной техники. Надежность навигационного решения заключается в устойчивости решения к выбросам и кратковременным пропаданием информации ГНСС.        

В работе рассматривается два типа компоновки техники, отличающиеся конструктивно: классическая и шарнирно-сочлененная. Классическая компоновка подразумевает четыре колеса, два из которых поворотные, при этом неважно какие из колес поворотные, передние или задние. Шарнирно-сочлененная компоновка подразумевает две полурамы, соединенные шарниром, на каждой из которых установлены по два колеса, неповоротных по отношению к соответствующей полураме. Поворот при такой компоновке осуществляется за счет изменения угла между полурамами. Приводится описания модификаций соответствующих математических моделей.    

Также в докладе будет уделено внимание некоторым аспектам работы навигационного алгоритма без ГНСС. В частности, сходимость оценок параметров угла поворота колеса/рамы без ГНСС, сходимость оценок нулевых сигналов акселерометров без ГНСС, а также способ уменьшения оценки ошибки курса без ГНСС за счет привлечения визуальной одометрии.