GNSS

Кратко

GNSS (global navigation satellite system) — общее название глобальных спутниковых навигационных систем. GPS — лишь одна из них, американская; наравне работают российская ГЛОНАСС, европейская Galileo и китайская BeiDou. Современные приёмники используют спутники всех систем одновременно, и для БПЛА GNSS — основной источник абсолютных координат: без неё нет ни удержания позиции, ни миссий, ни возврата домой.

Для чего используется

позиция и путевая скорость для навигации БПЛА и наземных роботов;
автономные миссии: полёт по точкам с географическими координатами;
функции безопасности: возврат домой (RTL), геозоны (запрет вылета за границы);
точное земледелие, геодезия, привязка данных съёмки и лидара к координатам.

Как работает

Каждый спутник непрерывно передаёт свои точные координаты и время атомных часов. Приёмник измеряет задержку прихода сигнала и получает псевдодальность — расстояние до спутника, искажённое ошибкой собственных часов. Геометрически три дальности дали бы точку, но из-за ошибки часов нужен минимум четвёртый спутник: система уравнений решается сразу и для трёх координат, и для поправки времени. Чем больше спутников и чем равномернее они разбросаны по небу, тем точнее решение.

Основные источники ошибок: задержка сигнала в ионосфере и тропосфере, многолучёвость (отражения от зданий — главный враг в городе), геометрия созвездия. Типичная точность одиночного приёмника — единицы метров. Дифференциальные методы убирают общие ошибки сравнением с наземной базовой станцией на известной точке; RTK (real-time kinematic) доводит точность до сантиметров — стандарт геодезических дронов и точного земледелия.

Важные для дронов особенности: приёмнику нужно чистое небо (в помещении, ущелье, под мостом GNSS нет — там работают SLAM и визуальная навигация); сигнал слаб и уязвим к помехам и подмене (jamming/spoofing); автопилот никогда не использует GNSS в одиночку — координаты комплексируются с IMU и барометром в EKF.

Основные компоненты

созвездия спутников (GPS, ГЛОНАСС, Galileo, BeiDou) с атомными часами;
наземный сегмент управления орбитами и временем;
приёмник с антенной; на дронах модуль GNSS обычно объединён с магнитометром и выносится на мачте подальше от силовой электроники;
для RTK — базовая станция или сетевые поправки.

Примеры

Мультистандартный модуль на квадрокоптере: удержание позиции и RTL.
RTK-дрон для фотограмметрии: сантиметровая привязка снимков без наземных марок.
Геозона доставочного дрона: контроль коридора полёта по GNSS.

Связанные темы

Источники

Wikipedia — Satellite navigation — системы, принцип псевдодальностей, источники ошибок, дифференциальные методы.