Всем привет, меня зовут Максим Гусев!

Я руководитель проекта в компании по разработке автономного транспорта, а так же студент ATU, Ирландия по Автономным ТС (магистерская степень). Хочу рассказать Вам, как роботы, беспилотники и любой автономный транспорт определяет где именно он находится в текущий момент времени.

Что внутри статьи?

• Раздел I - введение и что сейчас происходит на рынке?

• Раздел II - локализации на основе GNSS/GPS + Dead Reckoning.

• Раздел III - локализация на основе среды (HD карты и 3 основных паттерна связанных с компьютерным зрением)

• Разделе IV - современные концепции локализации.

• Раздел V - итоги текущего состояния локализации.

GPS была важной технологией на протяжении десятилетий, но у нее есть свои ограничения, особенно в городских районах, где сигналы могут быть зашумлены. Теперь инженеры в Нидерландах разработали «SuperGPS» — гибридную систему позиционирования, которая сочетает в себе беспроводные и оптические соединения для точного определения местоположения с точностью до сантиметра.

Каждый спутник GPS оснащен атомными часами, которые показывают чрезвычайно точное время, синхронизированное с часами на земле и на других спутниках. Приемное устройство связывается с несколькими спутниками одновременно и вычисляет свое положение в трехмерном пространстве на основе их координат с точностью до нескольких сантиметров.

В AR/VR лаборатории Сбера команда naviar SDK занимается разработкой технологий для отображения AR-контента в помещении или улице, который легко интегрируется в мобильное приложение на iOS или Android. 

Одной из таких технологий является технология визуального позиционирования или VPS (visual positioning system), на основе которой команда уже делала AR-шоу для музея Политеха и разработала AR-навигации для торговых центров. Но идея проверить технологию для навигации в таком помещении, как аэропорт, витала в воздухе с самого начала запуска продукта. 

Где, если не в аэропорту, испытывать технологию, которая должна упрощать человеку жизнь — делать навигацию действительно наглядной. Избавить пассажира от лихорадочного поиска нужной таблички и позволить ему просто следовать по выбранному пути, который он видит на экране своего телефона.

В этом году появилось сразу несколько сервисов, позволяющих найти новые применения дополненной реальности в мобильных приложениях и сделать отображения AR графики более реалистичной. Эти сервисы определяют куда смотрит пользователь и помогут разместить AR контент на фасаде здания, отобразить AR навигацию по помещению или превратить пространство вокруг в игровой уровень. Я изучил большинство этих сервисов, чтобы определить кому и для каких целей они подходят.

Технологии для тренировок, отслеживания состояния здоровья, различные гаджеты, в том числе пульсометры и другие датчики, пользуются спросом и среди любителей утренних пробежек, и среди профессиональные спортсменов. 

И это касается не только бега и плавания, но и игровых видов спорта. Даже забрасывать мяч в кольцо помогают нейросети.

Я собрал несколько интересных (и для меня — неожиданных) решений, которыми пользуются профессиональные команды и их тренеры.

Ориентировочно с мая 2022 года в разных темах на форуме 4PDA и других интернет-площадках начали появляться сообщения вида "Что-то смартфон стал плохо ловить спутники GPS и показывать точное местоположение". Многие связывали это с обновлениями прошивок, пробовали откатываться, использовать различные приложения, дергающие различные API Android...

Объединяло все эти жалобы два момента: все смартфоны на чипах Qualcomm Snapdragon различных поколений, и все пользователи были из РФ.

Навигация в Арктических льдах гораздо сложнее простого прогноза погоды. На самом деле, она представляет собой безумно сложный и комплексный процесс, решение для которого нигде в мире еще не разработано. Над решением этой задачки работают специалисты Sitronics Group, и я в их числе. Сегодня я постараюсь увлечь и вас этой необыкновенной наукой.

Введение

Заблуждение 1. Форма Земли — это просто

Алгоритмы обработки навигационных сигналов определяются математической моделью навигационного сигнала. И на этом шаге современные глобальные спутниковые навигационные системы преподносят нам сюрприз. Оказывается, что разные системы используют разные сигналы. Более того, каждый спутник не ограничивается одним типом сигнала, а излучает целый набор. Так на новых спутниках ГЛОНАСС можно выделить до 14 разных сигнальных компонент! А в совокупности по всем системам типов сигналов больше 50.

Попробуем разобраться с этим многообразием.

Занимательный факт. Исходный код программы бортового управляющего компьютера лунного модуля Аполлон 11 содержит 64830 строк. Исходные коды прошивок навигационного приемника, которые мы в МЭИ разрабатываем последние десять лет, содержат 217510 строчек на C++ и 181236 строчек на SystemVerilog. И я всё жду, когда это количество перейдет в качество.

Встраиваемый софт - это не только прошивки небольших контроллеров, он может быть объемным и сложным. Его разработка, например, для современных систем связи и навигации, может стоить дороже разработки схемотехники, корпуса или даже запуска в производство интегральных микросхем.

За час до того, как я сел писать эти строки, первый спутник-демонстратор низкоорбитальной навигационной системы Pulsar отделился от разгонного блока.

Идею этой системы я изложил в прошлой статье. Компания Xona планирует вывести около 300 небольших спутников на низкую орбиту. Каждый спутник будет снабжен приемником сигналов глобальных навигационных систем (ГНСС), по их сигналам спутники будут определять свои траектории движения и синхронизироваться. Из-за удаленности от поверхности земли и ориентации антенны, спутники будут оставаться вне досягаемости наземных постановщиков помех.

Каждый спутник системы будет формировать собственный сигнал, который благодаря близости к поверхности планеты, окажется в 100 раз мощнее сигналов ГНСС. В совокупности с криптографической защитой сигнала это обещает устойчивость навигации к помехам и спуфинговым атакам. А за счет простоты спутников и их вывода, простоты комплекса управления, стоимость всей системы можно уместить в несколько сотен млн долларов.

Успех Starlink проложил дорогу молодым компаниям, претендующим на заполнение низкой околоземной орбиты своими малыми и не очень спутниками. Производить аппараты на конвейере, запускать сотнями и тысячами, разрабатывать и разворачивать группировку за десятки месяцев - всё это "New Space". Теперь HawkEye360 следит за пожарами лесными и людскими, Spire собирает данные о погоде, OneWeb догоняет Маска, SatelliteVU запускает в космос тепловизоры...а Xona Space Systems готовит для нас новую навигационную систему Pulsar!

В системе ГЛОНАСС пользователь ориентируется по навигационным спутникам как по маякам. Эти маяки удалены на расстояние около 20 000 км и движутся относительно поверхности земли со скоростью более 3 км/с. Но при этом спутники непрерывно передают параметры, позволяющие рассчитать их положение с точностью порядка метра. И чем точнее эти параметры, тем точнее вы, как пользователь системы, можете определить своё местоположение...

Поступают сообщения об отказе спутниковой навигации на авиалайнерах при движении по маршрутам в Прибалтике. Аналогичные сообщения поступали ранее из восточного средиземноморья, что побудило немецкий DLR (German Aerospace Center) отправить свой A320 на Кипр для сбора информации. Миссия состоялась в начале 2020 года, а по её результатам была выпущена научная статья, о выводах которой под катом

В первой части статьи мы вспомнили старые-добрые времена, когда один телефон от другого можно было отличить по фотографии. Мы добрались до iPhone 4S и увидели, как функции навигационного приемника переместились в связной чип Qualcomm MDM-6610. Что же было в следующих айфонах?

Если спросить разработчика-железячника чем ему нравится его работа, многие ответят, что возможностью пощупать результат своего труда. Это приятное чувство, когда плата в руках. Она точно такая, как ты её представлял, как ты её придумал. Моргает светодиодами, впивается в руку острой гранью, оставляет след. Это не "бездушный софт", который не покажешь ребенку и не положишь под стекло на выставке.

Но у меня есть ощущение, что эта радость постепенно уходит в прошлое. Покажу на примере приемников спутниковых навигационных систем.

Что такое ГНСС приемник? С системной точки зрения, это один из трех компонентов системы в одном ряду с сегментом космических аппаратов и сегментом контроля и управления.

Навигационные системы используют разные типы навигационных сообщений для модуляции разных сигналов. Например, сигналы GPS L1C/A модулируются сообщением в соответствии с протоколом LNAV, а сигналы GPS L2C и L5 сообщением CNAV.

Протокол определяет размещение данных в фреймах и сабфреймах, интервал передачи, разрядность и т.д.