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Rumbo GNSS + IMU Fusión de sensores en entornos desafiantes
GNSS Encabezado + IMU Fusión de sensores en entornos desafiantes
Proyecto del cliente: medición precisa y robusta de rumbo
Se requiere un rumbo preciso en varias aplicaciones, desde estudios batimétricos del mar, controladores de vuelo de drones, etc. Hoy hablaremos de un cliente específico que requiere una lectura de rumbo precisa para la guía visual de maquinaria pesada y la adquisición de datos en entornos extremadamente desafiantes.
Nuestro cliente utiliza estas maquinarias pesadas a gran altitud, rodeados de terreno alpino, bosques y las opera a veces en actitudes extremas.
La gente generalmente conoce la tecnología GPS, ya que se encuentra en muchos dispositivos cotidianos.
Si estás leyendo este texto ahora mismo, probablemente conozcas la tecnología RTK GNSS, capaz de proporcionar una precisión de centímetros.
Existe otra aplicación interesante, aunque no muy popular, pero realmente impresionante: el uso de la tecnología GNSS RTK con antenas duales para lograr un rumbo extremadamente preciso, sin necesidad de calibración e incluso sin correcciones. Con dos antenas y un cielo despejado, se puede obtener fácilmente una precisión de rumbo inferior a 0.01 grados.
Sensores de rumbo: ventajas y desventajas
Bueno, espere, antes de hablar sobre el rumbo basado en GNSS de última generación, revisemos los sensores de rumbo *principales para ver sus puntos fuertes y débiles.
- Magnetómetro. Quizás sea el sensor de rumbo más popular. Funciona como la brújula tradicional.
Pro Con Bajo costo, bajo consumo Sensible a interferencias, requiere calibración frecuente. Proporciona un rumbo absoluto Baja exactitud - IMU (sin magnetómetro). Sensor popular, disponible en todos smartphone.
Pro Con Lecturas precisas a corto plazo Proporciona un rumbo relativo Rápido y de alta precisión a corto plazo. Deriva en el tiempo - Curso sobre tierra. No es un sensor en sí mismo, pero puede utilizarse como tal. Diferencia la posición GNSS para estimar el rumbo del vehículo (no el rumbo real).
Pro Con Proporciona un rumbo absoluto Solo calcula el rumbo del movimiento y no funciona si el vehículo está estático o a baja velocidad. Todos los sensores GNSS proporcionan esta medición Lento y sensible a las malas señales GNSS - Brújula GNSS. Quizás sea el sensor de rumbo más popular. Funciona como la brújula tradicional.
Pro Con Alta precisión, sin deriva Lento y sensible a las malas señales GNSS Proporciona un rumbo absoluto más voluminoso
- Magnetómetro. Quizás sea el sensor de rumbo más popular. Funciona como la brújula tradicional.
*Omitimos FOG (giroscopio de fibra óptica), RLD (giroscopio láser de anillo), odometría visual y otros sensores de rumbo sofisticados y costosos a propósito.
¿Qué sensor de rumbo debemos utilizar?
De la tabla anterior se desprende claramente que todos los sensores tienen ventajas, pero ninguno es perfecto. En condiciones muy específicas, usar un solo sensor puede ser suficiente.
En la imagen de abajo, puedes ver un ejemplo: el vehículo se mueve hacia adelante, con una vista despejada del cielo, en tales condiciones, tanto el rumbo sobre el suelo como los sensores de la brújula GNSS coinciden casi a la perfección:
Pero las condiciones reales a menudo no son tan perfectas, hemos preparado un par de ejemplos para mostrar comportamientos típicos.
Ejemplo 1: Cuando la máquina va hacia atrás, se puede ver cómo el rumbo del vehículo permanece muy estable, pero el curso sobre el suelo cambia 180 grados, ya que el receptor GNSS asume que el vehículo solo avanza.
Ejemplo 2: Pérdida de correcciones RTK/mala recepción de la señal GNSS debido a una actitud extrema/operación en zonas cercanas a bosques/operación en valles profundos. En este caso, las señales no son fiables, presentan un comportamiento ruidoso y una clara discrepancia entre los sensores.
Una solución robusta es claramente la única opción. Sería fantástico poder aprovechar lo mejor de cada sensor y combinarlos.
Para mejorar las mediciones anteriores necesitamos un poco de matemática ̶m̶a̶g̶i̶c̶ al mezclar todos los sensores dentro simpleRTK2B SBC (brújula GNSS, IMU, magnetómetro) combinado con conocimientos sobre los indicadores de estado del sensor, esto se llama: fusión de sensores.
Resultados: ¡señal confiable y cliente feliz!
En el gráfico interactivo a continuación, puede ver los sensores originales y la señal de fusión del sensor virtual, calculada en tiempo real.
Esta señal es inmune a las interferencias de la señal GNSS, es rápida y robusta.
Configuración de hardware
En este caso la configuración es extremadamente sencilla, 1x simpleRTK2B SBC con dos ZED-F9P y 2x Budget Survey Antena multibanda GNSS. Puede encontrar más información sobre estos productos a continuación.
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RTK2B Boards
simpleRTK2B SBC – Development Kit
Desde 899,00€ Este producto tiene múltiples variantes. Las opciones se pueden elegir en la página del producto. -
