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

23 апреля 2025 года
Смольянов Данила Ильич
(аспирант 3-го г. о., научный руководитель д.ф.-м.н. Голован А.А., рецензенты к.ф.-м.н. Вавилова Н.Б., асп. 4 г. о. Капралов Ф.С.)

Доклад посвящен задаче построения интеграционного навигационного решения в приборном комплексе, состоящем из бескарданной инерциальной навигационной системы (БИНС), одометра, датчика угла поворота (ДУП) колеса или рамной конструкции объекта. Последние два датчика объединённо будем называть одометрией. Данная задача обусловлена необходимостью построения системы автономной беспилотной навигации сельскохозяйственной техники — тракторов, комбайнов и т.п.                    

Задача навигации в системе «БИНС-одометр» хорошо известна, различным аспектам её решения посвящено значительное число статей. В докладе рассматривается расширение постановки задачи под сочетание «БИНС-одометрия» в части привлечения показаний датчика угла поворота и со следующими особенностями постановки. Первое, используется грубая БИНС, построенная на микроэлектромеханических датчиках (МЭМС). Второе, использование приемника сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), представляющего в штатных условиях его функционирования позиционную и скоростную информацию о движении объекта, не всегда возможно и может сопровождаться продолжительными сбоями в решениях ГНСС. Таким образом, ГНСС не рассматривается как основной источник коррекционной информации для БИНС. Третье, как следствие предыдущего, построение интеграционных решений должно ориентироваться на данные одометрии. Четвертое, при построении алгоритмов интеграции предлагается использовать свойства конструкции объекта навигации, которые порождают, сточки зрения теоретической механики, неявную измерительную информацию о свойствах движения объекта.                                  

Возможность использования низкоточных БИНС предопределило новые постановки задач интеграции «БИНС-одометрия» и подходы к их решению. В докладе предлагаются и обосновываются способы объединения двух  традиционных, исторических подходов к решению задачи навигации сельскохозяйственной техники:   

1. Инерциального, когда БИНС является основным источником навигационной информации, а данные одометрии служат средством коррекции первой;    

2. Инерциального-одометрического, когда реализуются два относительно независимых параллельных решения задачи интегрированной навигации.       

Выделенные два подхода будем называть, соответственно, тесносвязанной интеграцией для первого варианта и слабосвязанной интеграцией для второго.