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.

TỔNG QUAN HỆ THỐNG

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành gắn một số cảm biến và hai nền tảng xử lý số liệu vào cùng một thiết bị bay không người lái bốn động cơ vẫn sử dụng để triển khai nhiệm vụ. Một vi mạch điều khiển cảm biến đọc các giá trị gửi từ IMU, la bàn kỹ thuật số, cảm biến áp suất không khí và số liệu từ modul GNSS và chỉ tín hiệu định vị GPS. Thang đo thời gian được tổng hợp cho từng dạng cảm biến số liệu và hồi đáp số liệu một cách chính xác ngay cả khi có độ trễ nhất định, điển hình như khi hệ thống xử lý số liệu từ cảm biến. Bộ IMU được gắn gần với tâm của thiết bị bay. Cảm biến áp suất không khí gắn trực tiếp trên bo mạch, trong khi bộ la bàn kỹ thuật số ba trục được gắn vào bộ chân đế cất hạ cánh của thiết bị bay để tránh can nhiễu điện từ xuất hiện bởi các thiết bị điện tử khác. Máy thu GPS cunng cấp các phép đo chuỗi giả (Pseudorange) và phép đo Doppler ở tần suất 10Hz. Bổ sung vào số liệu GPS là số liệu lịch của từng vệ tinh và các tham số tầng điện ly Klobuchar được ghi nhận để hiệu chỉnh cho các phép đo đã thực hiện. Mỗi giây, một sung thời gian được tổng hợp bởi máy thu nhằm xác định chính xác thời gian mà phép đo GPS được thực hiện. Thêm vào đó, sung thời gian còn được sử dụng để tính toán ước định độ trượt của đồng hồ thời gian thực RTC (Real-time Clock) gắn trên bo mạch cảm biến nhằm tăng cường khả năng cung cấp thang đánh dấu thời gian chính xác hơn.

Một thiết bị đo khoảng cách laser hai chiều được treo trên đỉnh của thiết bị bay. Thông tin khoảng cách và góc của các đối tượng trong vùng quan sát 270⁰ được cung cấp bởi chính cảm biến này, khoảng cách cực đại của thiết bị đo laser đạt 30 mét. Số liệu hồi đáp thời gian nhận được thông qua sung đã được ghi nhận bởi bộ vi mạch điều khiển cảm biến trước mỗi lần thiết bị laser thực thi tác vụ quét. Thân của thiết bị đo khoảng cách laser được quấn kín bằng cuộn dây đồng để giảm can nhiễu với các tín hiệu thu nhận bởi ăng ten GPS. Tín hiệu kích hoạt được gửi tới cho máy chụp ảnh gắn phía trước thiết bị bay để cung cấp số liệu hồi đáp thời gian. Sơ đồ xác lập hệ thống và cấu trúc các hợp phần cảm biến thể hiện trong Hình 2.

Số liệu từ máy đo khoảng cách laser và máy chụp ảnh được gửi qua cổng USB tới cho nền tảng máy tính mạnh được lắp ở phía dưới bộ khung các bon. Thông tin hồi đáp thời gian và số liệu cảm biến bổ sung được gửi từ bộ vi mạch điều khiển cảm biến tới cho máy tính xử lý tổng hợp và tính toán lời giải dẫn đường.

HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG

Hệ thống dẫn đường thể hiện trong tài liệu này được phát triển nhằm cung cấp lời giải dẫn đường cho cả môi trường mở và môi trường kín. Theo đó, lời giải GPS để tính toán ước định vận tốc và vị trí buộc phải thực thi, kết hợp với với việc kiểm soát các kết quả vị trí và góc hướng di chuyển thay đổi do thiết bị đo quét khoảng cách laser cung cấp. Tuy nhiên sẽ phát sinh những thách thức mới xuất phát từ độ trễ và sự khác biệt về thời gian như trong Hình 3. Các phép đo do IMU thực hiện được tạo ra liên tục với tần suất cao. Các bản tin với thang thời gian đánh dấu các thời điểm đo tính gửi từ bộ vi mạch điều khiển cảm biến tới máy tính cung cấp thông tin khi số liệu GPS hoặc máy laser thực hiện phép đo.

Hình 2. Sơ đồ thể hiện đường dẫn tín hiệu trong hệ thống từ các hợp phần phần cứng lắp trên thiết bị UAV (Ảnh: K. Mueller, J. Atman, N. Kronenwett & G.F. Trommer)

Các phép đo tương ứng đều chịu tác động bởi độ trễ thời gian, yếu tố này tương đối nghiêm trọng và cần được xem xét một cách cẩn trọng. Khi các phép đo GPS chuỗi giả và Doppler cần thêm một khoảng thời gian để xử lý và tính toán vì vậy lời giải sẽ không thể có ngay lập tức, độ trễ thời gian chuẩn giữa các điểm về mặt thời gian khi phép đo được thực hiện bởi máy thu và thời gian sau khi tính toán ước định vị trí tương đối đi cùng với vận tốc đã sẵn sàng chuyển tới bộ lọc dẫn đường nằm trong khoảng 70 đến 90 mili giây. Tuy nhiên độ trễ thời gian khi xử lý số liệu từ máy đo khoảng cách laser kéo dài hơn so với độ trễ xử lý tín hiệu GPS.

Hình 3. Thang thời gian của các phép đo và độ trễ trong quá trình tính toán (Ảnh: K. Mueller, J. Atman, N. Kronenwett & G.F. Trommer)

(Còn tiếp)

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