Разработка автономной многокомпонентной самокалибруемой инерциальной системы позиционирования на базе микроэлектромеханических систем

Разработана функциональная структурная блок-схема модуля автономной многокомпонентной инерциальной системы позиционирования (АМИСП), дано общее описание принципов работы модуля и архитектуры встроенного программного обеспечения. Разработан действующий макет модуля, изготовлены 10 экземпляров на гибко-жестких печатных платах, закрепленных на пластиковом каркасе в форме четырехугольной пирамиды. Углы между гранями и основанием пирамиды составляют примерно 60°. Предложен протокол обмена между модулем АМИСП и внешним управляющим устройством, реализовано встроенное программное обеспечение, позволяющее считывать данные сенсоров. Разработаны программа и методики испытаний инерциального модуля: определение смещения нуля по всем осям сенсоров (ускорения, угловой скорости, магнитного поля), коэффициента масштаба по всем осям и шумовых характеристик сенсоров. Разработана и изготовлена из алюминия оснастка для крепления макета в стороннем специализированном стенде. Разработана методика испытания макета. Для формирования соответствующих поправок в алгоритмы комплексирования информации с датчиков разработано программное обеспечения сбора и обработки данных во время испытаний макета. Для предварительной калибровки предложено встроенное программное обеспечение. Подготовлена конструкторская документация на опытный образец модуля АМИСП: структурная схема, сборочный чертеж электронного блока и чертеж корпуса. Приведены программа и методики испытаний опытного образца модуля АМИСП на соответствие заявленным параметрам. Разработаны модули встроенного программного обеспечения: для детектирования атомарных движений колесного механизма; восстановления траектории движения трех- и четырехколесного механизма; определения ориентации закрепления инерциального модуля; коррекции исходных данных сенсоров; детектирования движения инерциальным измерительным устройством; расчета ориентации с использованием комплементарного фильтра; расчета ориентации с использованием метода градиентного спуска; связи по протоколу взаимодействия с внешними устройствами. Программные модули, содержащие уникальные алгоритмы, зарегистрированы в Роспатенте. Описаны алгоритмы автономной калибровки сенсоров в режиме реального времени. Калибровка производится в моменты определения состояния покоя на основе текущих показаний инерциальных датчиков: акселерометра и гироскопа. Показана необходимость проводить внутреннюю калибровку сенсоров, особенно гироскопов. В случае автокалибровки интегральный уход угла ориентации составляет менее 10°/ч. Разработано программное обеспечение визуализации ориентации устройства и перемещении объекта, на котором закреплен модуль АМИСП. Даны пояснения к основным настройкам модуля АМИСП, их типовым значениям и основные рекомендации по использованию разработанных протокола, алгоритмов и методов обработки данных в серийно выпускаемой продукции. Выпущена пилотная партия продукции из 50 модулей АМИСП. Приведены описание модуля АМИСП и руководство по эксплуатации. Проведены испытания на двухосевом специализированном вращающемся стенде, а также испытания по восстановлению траектории шагающего человека и движения колесного механизма, подтверждающие соответствие требуемым в ТЗ параметрам прибора. Для защиты ИС (конструкция модуля АМИСП) подана заявка на международный патент (заявка PCT/RU2018/000582 от 03.09.2018 г.). Разработанный модуль АМИСП и системы на его основе могут применяться для навигации внутри и вне помещений (например, при записи траектории движения, для определения этажа, движения в лифте, вертикальных скоростей – подъём и спуск), в беспилотных летательных аппаратах, в других роботизированных механизмах, для записи и анализа характера движения, в медицинских приложениях и других сферах.