Karsten Mueller, Jamal Atman, Nikolai Kronenwett và Gert F. Trommer

Nhóm Kỹ thuật Công nghệ Công ty TNHH ANTHI Việt Nam tổng hợp biên soạn.

KHÓ KHĂN

Nhiều vấn đề thách thức xuất hiện ngay khi nhóm nghiên cứu tiến hành kết hợp cùng lúc nhiều loại cảm biến khác nhau để hình thành một hệ thống dẫn đường duy nhất, nguyên nhân đến từ những đặc điểm, chỉ tiêu kỹ thuật và tính chất khác của từng loại cảm biến rất khác nhau. Trong khi giải pháp dẫn đường có độ chính xác cao thường được thực hiện bởi các hệ thống định hướng quán tính có sự tham gia của kỹ thuật định vị toàn cầu bằng vệ tinh GNSS hoạt động rất hiệu quả ở các khu vực thông thoáng, nhưng môi trường đóng kín hoặc bị che khuất nhiều bởi các toà nhà cao tầng trong đô thị, có khả năng làm giảm đáng kể chất lượng của tín hiệu định vị GNSS dẫn tới việc tín hiệu GNSS bị gián đoạn và chính sự gián đoạn này làm cho thiết bị định vị dẫn đường không thể tổng hợp được lời giải có độ chính xác cao như ở nơi thông thoáng.

Với cảm biến đo khoảng cách laser (Laser Rangefinder) cho phép thực hiện phép đo và tổng hợp các phép đo đạc độ chính xác cao trong môi trường đóng kín. Tuy nhiên, do hạn chế của laser cũng như khoảng cách hoạt động, nên khi di chuyển thiết bị đo khoảng cách ra môi trường mở thông thoáng chỉ có ít phép đo tới được các đối tượng cần thiết. Theo phân tích đã đưa ra, rõ ràng nếu chúng ta tích hợp được hai hợp phần với các đặc điểm khác nhau của hai loại cảm biến nói trên, chúng ta có thể tạo ra được một giải pháp dẫn đường có khả năng hoạt động ổn định ở cả hai môi trường. Để tránh mất thông tin, cần có thiết bị chuyển đổi cứng giữa hai hệ thống dẫn đường khi chuyển đổi môi trường hoạt động. Đó chính là nguyên nhân xuất hiện những thách thức gồm có:

- Hồi đáp thông tin thời gian chính xác là đòi hỏi vô cùng quan trọng khi xử lý các phép đo đến từ các loại cảm biến khác nhau.

- Cần phát triển được một cơ chế xử lý phù hợp có khả năng đưa ra quyết định khi nào phép đo đã thực hiện cần phải xử lý và khi nào cần loại bỏ.

Ngoài ra, đối với các thiết bị bay còn phải đáp ứng được thêm hai đòi hỏi khác:

- Tính toán ước định vị trí 3D và cao độ bay thay cho việc chỉ vị trí 2D và hướng vẫn được cung cấp bởi các thiết bị và phương pháp tiếp cận SLAM (simultaneous localization and mapping)

- Tính toán ước định vận tốc di chuyển của thiết bị và biến thiên của thiết bị định hướng tuyến tính IMU.

Mục tiêu chính của dự án nghiên cứu phát triển này là tạo ra một hệ thống định vị dẫn đường có khả năng cung cấp lời giải dẫn đường chính xác ở các môi trường hoạt động rộng lớn. Hệ thống định vị dẫn đường này cần cung cấp được lời giải định vị dẫn đường liên tục ngang với tần suất cập nhật vị trí của IMU với độ trễ ở mức nhỏ nhất. Khung của hệ thống được xác định là tích hợp liền mạch kỹ thuật định vị dẫn đường GNSS với các cảm biến số liệu khác như thiết bị đo khoảng cách laser hoặc máy chụp ảnh. Thêm vào đó, phương pháp tiếp cận không được phép bị giới hạn vào việc chỉ định rõ cách thức xác lập cảm biến vào hệ thống ngoại trừ máy thu GNSS là bắt buộc để có thể thực hiện được phép định vị độc lập tuyệt đối.

Hình 1. Các hợp phần của thiết bị bay không người lái lên thẳng bốn động cơ (Ảnh: K. Mueller, J. Atman, N. Kronenwett & G.F. Trommer)

Những kết quả nghiên cứu trình bày trong các đề tài khoa học hoặc tài liệu công bố thường không mang hệ thống định vị dẫn đường tích hợp vào xem xét trong hoàn cảnh triển khai ở môi trường rộng lớn. Một số nhà nghiên cứu chỉ thực hiện các phép đo thử trong môi trường đóng kín với các phép đo ngắn, nhiều nhà nghiên cứu còn bỏ qua những điều kiện thực tiễn là thách thức đối với kỹ thuật GNSS. Ngược lại, mục tiêu của nhóm nghiên cứu muốn làm được là khả năng loại bỏ các phép đo nằm ngoài các khu vực chuyển tiếp giữa các môi trường làm việc ví dụ các môi trường đô thị che khuất bởi các toà nhà cao tầng khi chuyển đổi giữa môi trường kín trong phòng ra môi trường mở ngoài trời. Lựa chọn thiết kế kiến trúc của hệ thống định vị dẫn đường phụ thuộc vào các yêu cầu của hệ thống nền tảng được chỉ định. Trong trường hợp sử dụng thiết bị bay lên thẳng 4 động cơ (Như Hình 1), tốc độ cập nhật vị trí tần suất cao là rất cần thiết để phục vụ cho việc kiểm soát và hướng dẫn bay. Theo đó nhóm nghiên cứu đã lựa chọn sử dụng phương pháp tiệm cận trên nền tảng bộ lọc Kalman bởi chúng có lợi thế hơn so với phương pháp tiếp cận SLAM thuần tuý khi có yêu cầu phải cấp lời giải định vị dẫn đường ở tần suất cao.

(Còn tiếp)

Mọi thông tin xin liên hệ với chúng tôi qua hòm thư: info@anthi.com.vn