¿Sensor óptimo para medir la velocidad de un objeto en un área abierta?

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Estoy tratando de medir la velocidad vertical y horizontal de un objeto conectado a un paracaídas. Se lanzará desde una baja altitud y en un área abierta, lo que permitirá el bloqueo del GPS por satélite.

El tratamiento de datos será posterior al vuelo, por lo que no habrá requisitos de tiempo de procesamiento ni de potencia de procesamiento.

Hasta ahora, he identificado dos soluciones:

  • 9-DOF IMU, fusión de sensores para obtener orientación absoluta, integración de acelerómetro para obtener el vector de velocidad.
  • GPS, velocidad de avance para velocidad horizontal y elevación para velocidad vertical. Probablemente fusionaría la elevación del GPS con la altitud relativa de un barómetro para maximizar la precisión.

He explorado la solución IMU hasta ahora, pero he encontrado algunos problemas:

  • la integración del acelerómetro es muy propensa a errores, ya que depende de la orientación absoluta, la eliminación de la desviación de la gravedad, los métodos de integración numérica, la atenuación del ruido, la corrección de la deriva, etc.
  • los SDK de fusión de sensores son pesimistas sobre el rendimiento de la navegación inercial, lo que me lleva a pensar que obtener velocidades a partir de ellos es más fácil decirlo que hacerlo.

Después de leer algunas hojas de datos de GPS, y también he identificado algunos problemas:

  • El clima puede bloquear las señales de los satélites GPS y la precisión depende en gran medida del número de satélites bloqueados.
  • Las tasas de actualización son bastante lentas, no debería confiar en algo más rápido que 2 Hz.

Tengo las siguientes preguntas:

  • ¿Falta otro tipo de sensor que sería más fácil de implementar y obtener vectores de velocidad precisos?
  • ¿Sería el GPS una solución más confiable que la IMU?
  • ¿Tengo razón al suponer que la velocidad de avance que recibo del GPS es la velocidad horizontal del objeto?
pregunta gstorto

2 respuestas

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GPS es el más fácil de implementar con una gran cantidad de hardware disponible disponible. Con un receptor robusto (resistente a los golpes), será confiable. Los datos sin procesar del GPS son coordenadas cartesianas en el marco de referencia inercial centrado en la tierra, los receptores lo convierten en un marco fijo en lat / long / height (vea WGS-84 ). El posprocesamiento le permitirá convertir a cualquier marco de referencia que desee.

Los receptores GPS evalúan los cambios de distancia a los vehículos espaciales a una velocidad alta, a menudo a 1 kHz. Aún mejor, estos deltas son más precisos que la solución de posición (debido a las ambigüedades). Desafortunadamente, los datos y las tasas de pseudodistancia sin procesar a menudo no están disponibles en equipos de grado de consumo. La solución de posición en contraste, si a menudo se hace solo a 1Hz, las mejores unidades hacen 10 soluciones por segundo. Para empeorar las cosas, los solucionadores realizan el filtrado de paso bajo en la aceleración. Esto hace que la salida se vea mejor (menos ruidosa), pero es menos precisa. Si desea precisión, no calcule los deltas de las soluciones, en lugar de eso, busque pseudodistancias sin procesar y tasas de doppler (el formato RINEX es la palabra clave que debe buscar).

Las condiciones climáticas probablemente no serán un problema, ¿asumo que tu paracaídas está a cielo abierto? La tela de paracaídas debe ser transparente a las microondas (¿esto también es cierto para la tela húmeda?). La antena de parche debe colocarse en la parte superior para mantener la visibilidad del satélite incluso cuando está girando.

Las sacudidas

en el despliegue del canal de alta velocidad pueden ser un problema, su receptor puede perder temporalmente el bloqueo en los satélites si la dinámica de la línea de visión excede de \ $ 10m / s ^ 2 \ $ (esto se debe a una limitación ancho de banda de bucle en los bucles de seguimiento y se aplica incluso cuando se usan datos sin procesar).

    
respondido por el Andreas
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La integración de IMU es demasiado poco confiable para esto a menos que gaste una cantidad asombrosa de dinero en los sensores. El GPS es la única forma confiable, compacta y barata de hacer esto. Hasta cierto punto, puede obtener actualizaciones más rápidas a través de la "fusión de sensores", utilizando un GPS y una IMU juntos, pero esto requiere muchos cálculos. Por otro lado, si se trata de un paracaídas, su velocidad será bastante constante una vez que se abra.

Si tienes el espacio, la potencia y el dinero, existen otras técnicas como el rastreo terrestre óptico o por radar.

    
respondido por el pjc50

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