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Wenn es um die genaue Messung der Position geht, haben die verschiedenen Methoden unterschiedliche Stärken und Schwächen.
Aus diesem Grund kombiniert OXTS in seinen erfolgreichen Systemen sowohl Inertial- als auch GNSS-Messungen, um eine genaue und zuverlässige Messplattform zu schaffen. Dieser duale Technologieansatz nutzt die individuellen Stärken jeder Technologie und ermöglicht es unseren Anwendern, auch in Umgebungen zu messen, in denen Tests normalerweise schwierig wären.
Es gibt jedoch noch eine dritte, weniger bekannte Technologieebene, die auf die von einem OXTS RT, Survey+, Inertial+ oder xNAV gemessenen Daten angewendet werden kann, um die Genauigkeit in wirklich schwierigen Situationen weiter zu verbessern. Es handelt sich dabei um eine kombinierte oder vorwärts/rückwärts gerichtete Verarbeitung, die während der Nachbearbeitung angewendet wird. Um zu verstehen, wie die Vorwärts-/Rückwärtsverarbeitung funktioniert, muss man die Stärken und Schwächen der Inertial- und GNSS-Technologien kennen und wissen, warum sie in Kombination eine so starke Lösung darstellen.
Dies wird in Abbildung 1 deutlich, die den von jeder Technologie gemessenen Weg zeigt, während ein Fahrzeug einen langen Tunnel durchfährt. Sobald das Fahrzeug in die GNSS-Blackout-Zone (schwarz/gelbe Streifen) einfährt, geht das Signal verloren. Von der linken Seite des Bildes ausgehend:
- Tatsächlicher WegDie rote Linie zeigt den Weg, den das Fahrzeug genommen hat, einschließlich des Ausweichens vor einem Hindernis. Das ist der Weg, den wir erfassen wollen.
- Nur GNSS-Pfad: Die rote Linie zeigt den Weg, den ein GNSS-Empfänger glaubt, dass das Auto gefahren ist. Der Empfänger verliert die GNSS-Verbindung bei der Einfahrt in den Tunnel und stellt sie kurz nach der Ausfahrt wieder her. Es ist zwar möglich, "die Punkte zu verbinden" und den Pfad auszufüllen, aber für die meisten Benutzer ist das keine akzeptable Lösung, da das Ausweichmanöver dabei völlig unberücksichtigt bleibt.
- Reine Trägheitsbahn: Zur Veranschaulichung wurde auf diesen Pfad, beginnend ganz oben im Bild, eine übertriebene konstante Drift angewendet. Beachten Sie, dass die Position ohne GNSS-Korrektur bereits bei der Tunneleinfahrt von der tatsächlichen Bahn abweicht. Diese Eigenschaft ist zwar unerwünscht, hat aber den Vorteil, dass der Inertialsensor zwar die Dynamik des Spurwechselmanövers genau erfasst, die Position aber wegen der kumulativen Drift nicht genau bestimmen kann.
- Inertial+GNSS-Pfad: so sieht Ihr OXTS-System die Dinge. Es ist wichtig zu beachten, dass die Position nun korrekt ist, wenn das Fahrzeug in den Tunnel einfährt, da die GNSS-Messungen jegliche Drift im System verhindern. Dadurch verbessert sich die Positionsgenauigkeit von der Tunneleinfahrt bis zum Ausweichmanöver, da weniger Drift auftritt. Dies wird am Scheitelpunkt des Ausweichmanövers sichtbar, obwohl die gleiche Übertrieben Drift wie im vorigen Beispiel angewandt wurde. Wenn die Kabine den Tunnel verlässt und die GNSS-Position erfasst wird, verbessert sich die Positionsgenauigkeit des Systems wieder, und die akkumulierte Drift wird korrigiert. Es ist möglich, dass Ihr Gerät bei der erneuten Erfassung auf die korrekte Position zurückspringt oder wie hier gezeigt einen sanften Übergang vollzieht.
Während eine GNSS-gestützte Inertiallösung eindeutig die beste Wahl ist, da sie auch in Tunneln oder Gebieten mit schlechtem GNSS-Empfang Aktivitäten erfasst, lässt sie sich noch weiter verbessern, wenn sie mit Vorwärts-/Rückwärtsverarbeitung eingesetzt wird. Denken Sie daran, dass GNSS-Signale nicht vollständig blockiert werden müssen, damit sie unzuverlässige Daten liefern.
Im vorherigen Beispiel wurden die Daten in Vorwärtsrichtung betrachtet, d. h. in der Reihenfolge, in der sie in Echtzeit empfangen wurden. Die Vorwärts-/Rückwärtsverarbeitung funktioniert zunächst auf die gleiche Weise (der Vorwärts-Teil), aber da sie in einer Post-Process-Umgebung arbeitet, besteht die Möglichkeit, die Daten auch rückwärts zu lesen. Aus reiner GNSS-Perspektive bietet die Rückwärtsverarbeitung keine Vorteile, da während der Blackout-Periode keine neuen Erkenntnisse gewonnen werden können.
Im Falle eines reinen Trägheitssystems ist es von Vorteil, die Daten rückwärts laufen zu lassen, da sich Driftfehler auf andere Weise ansammeln. Stellen Sie sich ein Schiff vor, das in einem Seitenwind segelt. Auf der Hinfahrt segelt es geradeaus, wird aber vom Kurs abgebracht und kommt links vom Zielort an. Auf der Rückfahrt segelt es wieder geradeaus, wird aber diesmal nach rechts vom Heimathafen geblasen. Die Kenntnis dieser Tatsache zeigt die Windrichtung an, was der Drift in einem reinen Inertialsystem entspricht.
Die Verarbeitung der Trägheitsdaten von den Endpunkten mit Hilfe der Vorwärts-/Rückwärtsverarbeitung funktioniert auf ähnliche Weise. Auch wenn nur eine Fahrt gemacht wird, werden zwei verschiedene Lösungen für dasselbe Problem gefunden. Diese Lösungen können dann verwendet werden, um zusätzliche Informationen über das System als Ganzes zu erhalten. Anders als das Schiff, das von einem bekannten Ort zu einem anderen segelte, weiß ein reines Inertialsystem nicht genau, wo es startet oder endet.
Aus diesem Grund verwenden OXTS-Systeme sowohl GNSS und Trägheitstechnologie, so dass sie tun genau wissen, wo sie sich befinden. Die Punkte, an denen das GNSS-Signal verloren geht und wiedergefunden wird, werden zu den beiden bekannten Punkten, zwischen denen sich das System bewegt hat. Und anders als das Schiff verfügt das OXTS INS/GNSS über einen hochpräzisen Trägheitssensor, der jede Bewegung zwischen diesen beiden Punkten erfasst.
Die Vorwärts-/Rückwärtsverarbeitung ist zwar nicht so einfach, dass die eine Lösung die andere aufhebt, aber das ist das zugrunde liegende Prinzip. Abbildung 2 zeigt die gleiche Szene wie in Abbildung 1, jedoch von oben. Die roten Kreise stellen den Punkt dar, an dem das GNSS-Signal verloren geht und wieder aufgenommen wird, und wir interessieren uns für den Bereich dazwischen. Wir arbeiten von oben nach unten:
- Vorwärts verarbeiteter Trägheitsweg: Dies ist derselbe Pfad, der in Abbildung 1 als "Inertial+GNSS" gekennzeichnet ist. Sie zeigt den Weg, den das OXTS-System auf der Grundlage der in Echtzeit empfangenen Daten zu nehmen glaubt, was einer Vorwärtsverarbeitung gleichkommt. Das Fehlen der GNSS-Korrektur bedeutet, dass sich die Drift (zur Veranschaulichung übertrieben dargestellt) im System zu akkumulieren beginnt, und wenn die GNSS-Verbindung wieder hergestellt ist, ist das System nicht ganz da, wo es zu sein glaubt.
- Rückwärts verarbeiteter Trägheitsweg: In einer Echtzeitumgebung verwendet das System Trägheitsdaten, um den zurückgelegten Weg zu berechnen. Dies ist der vorwärts verarbeitete Weg. In einer Post-Processing-Umgebung können dieselben Daten dem System rückwärts von einem bekannten Standort aus zugeführt werden. In diesem Fall ist der bekannte Standort der Ort, an dem eine GNSS-Messung am Tunnelausgang wiederhergestellt wurde. Das Post-Process-Navigationssystem weiß nicht, dass die Daten in umgekehrter Reihenfolge eingespeist werden und berechnet einfach einen Pfad auf der Grundlage der eingegebenen Messungen. Der Algorithmus, der für das Senden der Daten in umgekehrter Reihenfolge verantwortlich ist, weiß jedoch, dass der berechnete Pfad von dem Punkt ausgehen sollte, an dem die GNSS-Messungen wiederhergestellt wurden, und übersetzt ihn in die richtige Position. Dies verhindert zwar nicht, dass das System ohne GNSS-Korrektur abdriftet, aber es bedeutet, dass sich jede Abweichung am entgegengesetzten Ende des Pfades ansammelt.
- Vorwärts-/Rückwärtspfade überlagert: Sobald ein Weg vom Punkt des Verlustes des GNSS-Signals vorwärts und vom Punkt der Wiederherstellung der GNSS-Messungen rückwärts berechnet wurde, können die beiden Wege überlagert werden. Auf diese Weise können die besten Daten des Vorwärtspfads (weiß) und des Rückwärtspfads (schwarz) kombiniert werden, um den Vorwärts-/Rückwärtspfad (grau) zu bilden, der mit dem tatsächlichen Pfad, den das Fahrzeug genommen hat, überlagert werden kann.
Es ist erwähnenswert, dass wir die Vorteile der Vorwärts-/Rückwärtsverarbeitung nur aus einer seitlichen Perspektive und unter extremen Bedingungen hervorgehoben haben. Das Verfahren ist jedoch auch in einem 3D-Rahmen anwendbar und führt zu erheblichen Verbesserungen bei den Messungen von Neigung, Drehung und Gier. Auch wenn es nicht notwendig ist, die Vorwärts-/Rückwärtsverarbeitung während kurzer Perioden des GNSS-Signalverlusts zu verwenden, werden die Daten dennoch auf die gleiche Weise verbessert.
Wenn Sie mehr über die Vorwärts-/Rückwärtsverarbeitung oder andere OXTS-Produkte oder -Technologien erfahren möchten, wenden Sie sich bitte direkt an OXTS oder Ihren regionalen Händler. Einzelheiten finden Sie auf unserer Website: www.oxts.com.
