افزایش دقت GPS/GNSS با Dead Reckoning DR

زمانی که ماژول‌های /GNSS GPS در مکان‌هایی با دید کمتر نسبت به وسعت آسمان یا در شرایط مختلف جوی یا … قرار می‌گیرند دقت اونها  تا چند ده متر کاهش پیدا میکنه و این دقیقا اتفاق ناگواریه که باعث می‌شود ماژولهای موقعیت یاب همیشه برای خیلی از مصارف  مناسب نباشه و البته به همین دلیل هم هست که ما همیشه دنبال راهکارهایی هستیم تا این دقت را افزایش بدیم.

یکی از راهکارهایی که برخی ماژول‌های GPS به آن مجهز شدند استفاده از قابلیتی به نام DR یا Dead Reckoning است که در زیر سعی کردیم آن را توضیح بدیم.

موقعیت دقیق GPS/GNSS تنها با دریافت سیگنال از سه تا چهار ماهواره GPS/GNSS به طور همزمان قابل دستیابی است.

هنگامی که فقط به موقعیت یابی GPS/GNSS متکی هستید، ممکن است مواردی وجود داشته باشد که دقت موقعیت کاهش یابد یا کلا از بین برود.

به عنوان مثال وقتی وسیله نقلیه در مناطقی حرکت می‌کند که سیگنال های GPS/GNSS قابل دریافت نیستند (تونل‌ها یا معابر زیرزمینی) یا انتشار Multipath بسیار قوی (مناطق احاطه شده توسط ساختمان‌های بلند شیشه‌ای) رخ می‌دهد.

برای غلبه بر چنین محدودیت هایی در موقعیت‌یابی GPS/GNSS، راه‌حل Dead Reckoning مفید است.

Dead Reckoning دد رکانینک چیست؟

حتی اگر موقعیت GPS یا GNSS به سختی قابل محاسبه، یا کلا غیرممکن باشد، راه‌حل Dead Reckoning، این امکان را برای شما فراهم می‌کند تا با استفاده از اطلاعات سنسورهای مختلف (سنسور ژیروسکوپ، شتاب‌سنج، پالس سرعت و …) موقعیت دقیق مکانی را پیدا کنید. راه‌حل Dead Reckoning به طور گسترده‌ای در سیستم‌های ناوبری خودرو استفاده می‌شود.

در تصویر بالا تفاوت زمانی که در یک تونل از Dead Reckoning استفاده می‌شود را در مقابل زمانی که از این راه‌حل استفاده نمی‌شود، مشاهده می‌کنید.

گیرنده های Dead Reckoning از داده های سنسور ژیرسکوپ، شتاب‌سنج، سرعت پالس و داده‌های سرعت دو چرخ غیر متحرک در ترکیبات مختلف استفاده می کنند.

در زیر سعی شده  محصولات شرکت FURUNO ژاپن که دارای قابلیت Dead Reckoning میباشد را مورد بررسی قرار بدیم.

راه حل Dead Reckoning با اتصال سنسور ژیروسکوپ و شتاب‌سنج به پایه I2C گیرنده FURUNO GPS (GNSS) Dead Reckoning به راحتی قابل پیاده‌سازی است. به همین ترتیب، پالس سرعت می تواند مستقیماً به پایه پالسِ سرعت گیرنده وارد شود. و سنسورها و پالس سرعت به طور خودکار توسط گیرنده کالیبره می شوند.

گیرنده FURUNO’s GPS (GNSS)/Dead Reckoning، با استفاده از عملکرد Dead Dead موقعیت مکانی را در تونل ها به طور مداوم گزارش می‌کند، اما با دریافت سیگنال‌های GPS/GNSS نیز موقعیت‌یابی ترکیبی را با استفاده از GPS/GNSS + Dead Reckoning انجام می دهد.

Dead Reckoning می‌تواند به دست‌یابی به موقعیت بسیار دقیق در بین ساختمان‌های بلند شهری که حتی گیرنده های معمولی GPS/GNSS به تنهایی نمی‌توانند موقعیت را با دقت بالا انجام دهند، کمک کند.

موقعیت‌یابی فقط  با استفاده از GNSS (موقعیت در تونل قطع شده است)

موقعیت‌یابی با استفاده از Dead Reckoning (حفظ موقعیت دقیق حتی در تونل)

Multi-GNSS + Dead Reckoning:  دقت موقعیت 2.5m (1σ) در ساختمان‌های بلند شهری (شینجوکو، توکیو ، ژاپن) بدست آمده است.

برای بهبود عملکرد Dead Reckoning، تیم تحقیق و توسعه FURUNO دوره تست خود را در اطراف برج های دولت متروپولیتن توکیو در شینجوکو، توکیو تنظیم کرد. این محل  یک محیط خشن از آسمان‌خراش‌هایی است که سیگنال‌های ماهواره ای را منعکس می کنند و همچنین دارای تونل‌هایی است که هیچ سیگنال ماهواره‌ای دریافت نمی‌شود.

گیرنده FURUNO’s GNSS (GPS)/Dead Reckoning GV-87 بدون تغییر موقعیت از جاده، به دقت موقعیت 2.5 متر  دست یافته است. همین محیط باعث از بین رفتن ردیابی ماهواره ای، بی‌ثباتی مسیر زمینی، تغییر و خطاهای موقعیت، هنگام دریافت موقعیت با استفاده از گیرنده های GPS stand-alone قبلی می‌شود.

سری جدید GV که موقعیت خودرو را با دقت بالا تشخیص می دهد با ترکیب ردیابی سیگنال مرسوم FURUNO و تکنولوژی‌های محاسبه موقعیت، برای گیرنده‌های GPS/GNSS تولید شده است. GV-87 بهترین عملکرد را برای مشکل‌ترین برنامه‌های کاربردی خودرو فراهم می‌کند. و به طور همزمان از چند GNSS GPS ,GLONASS ,Galileo (when operational) و عملکرد با دقت بالا Dead Dead برخوردار است.

دقت موقعیت در اینجا، حتی بدون تطبیق نقشه، معادل یا بالاتر از دقت سیستم ناوبری درون اتومبیل است.

GV-87 منبع عالی موقعیتی را برای سیستم‌های ناوبری اتومبیل و سایر وسایل نقلیه خودرویی مانند سیستم مدیریت ناوگان، دستگاه‌های ردیابی برای وسایل نقلیه تجاری، drive recorders، سیستم‌های مکان‌یابی اتوبوس، سیستم‌های ناوبری برای وسایل نقلیه اضطراری که در آن‌ها دقت موقعیت فعلی کافی نبوده است، فراهم می کند. محصولات FURUNO همچنین به جلوگیری از تصادفات، ایمنی عملکردهای رانندگی، ارتباطات خودرویی و سیستم‌های پیشرفته کمک راننده (ADAS) در آینده کمک می‌کند.

دوره تست در شینجوکو، توکیو، ژاپن

[گیرنده GPS] خطای موقعیت: 10 متر (1σ)

[GV-87] خطای موقعیت: 2.5 متر (1σ)

به طور خلاصه، ترفند اصلی تکنولوژی Dead Reckoning برای موقعیت‌یابی بهتر، استفاده از یک سری سنسورهای جانبی در کنار هسته اصلی GNSS است. حال این سنسورها هم می‌توانند به صورت خارجی در کنار هسته GNSS قرار بگیرند و هم به صورت امبدد یا نهفته درون یک ماژول واحد.

شرکت کویکتل Quectel البته محصولات متنوعی در این حوزه داره، که سنسورها را به صورت امبدد در کنار هسته GNSS درون یک ماژول قرار داده است. مثلا در ماژول GNSS L26-DR، دو سنسور شتاب‌سنج 3 محوره و ژیرسکوپ 3 محوره را به صورت امبدد در یک ماژول واحد، در کنار GNSS قرار داده است تا طراحی کاربران با این ماژول ساده‌تر گردد.

لازم به ذکر است که ما در سیسوگ به صورت تخصصی فروش و خدمات مربوط به محصولات کویکتل را ارائه می‌دهیم، که می‌توانید به صفحه فروشگاه سیسوگ مراجعه کنید.

همچنین می‌توانید با دانلود داکیومنت زیر تنوع ماژول‌های موقعیت‌یاب GPS/GNSS شرکت کویکتل را مشاهده نمایید.

دانلودQuectel_GNSS_Module_Product_Overview_V3.2