Legfrissebb híreink
- A Samsung AI TV-k a televíziózás új korszakát hozzák el
- Ez a felújított mobil a legjobb belépő az Apple AI funkcióira vágyóknak
- Trendforce: A Kingston Digital vezeti a 2023-as viszonteladói SSD-listát
- vivo – A prémium mobiltechnológia új fejezete Magyarországon!
- A TCL NXTPAPER megváltoztatja, ahogyan olvasunk, írunk és alkotunk
A régi és új dead reckoning navigáció
Egyre többet hallható, olvasható kifejezés a GPS hírekben a dead reckoning (DR) navigáció, amely tovább növeli a GPS készülékek pontosságát és felhasználhatóságát. Ezt a navigációs módot, annak hátterét és GPS-t segítő alkalmazását mutatjuk be.
Az alábbi cikk nyomtatott formában a GPS Magazin 2004/6. számában jelent meg.
Érdekes a dead reckoning fogalomnak az eredetét megvizsgálni, és megfigyelni a párhuzamot a GPS navigáció fejlődése és a tengeri navigáció technikai fejlődése között. Tulajdonképpen egy régi technikát alkalmazunk napjainkban, természetesen a mai technológiával felvértezve. A tengerészek eredetileg a deduced reckoning - közvetett becslés vagy számítás - kifejezést használták, ami később dead reckoning kifejezéssé alakult át.
A történelmi források szerint először a portugálok használták a navigációt a csillagok (égitestek) helyzete alapján. Ezelőtt a tengerészek a dead reckoning navigációt használták, amihez nem kellett más, mint iránytű az irány meghatározásához és sebességmérés a megtett út kiszámításához. Minden nap bejelölték a térképre a megtett távolságot és irányát, majd a következő nap ebből a pontból kiindulva számították a további utat. Szintén tanulságos lenne megfigyelni, hogy milyen komoly feladat volt akkoriban időt vagy sebességet mérni, de ez túlságosan messze vezetne alaptémánktól. Érdekes megemlíteni, hogy fennmaradt hajónaplója alapján Columbus 1493-ban még nem használta a csillagászati navigációt, hanem DR módszerrel hajózott. Történészek még az iránytűjének hibájára is tudnak következtetni a számítások összeadódó hibáinak és a tényleges partot érés helyének valós koordinátája alapján. Később a pontosabb csillagászati navigáció felváltotta, illetve kiegészítette a dead reckoning módszert a hajózásban.
Hasonlóan napjainkban is újra lejátszódott ez a fejlődési folyamat. Ha megfigyeljük a (hadászati) rakéták navigációjának fejlődését, akkor érdekes módon először giroszkópok és sebességmérők alapján irányították őket DR módszerrel. Ma pedig a cirkáló rakéták többek között a GPS irányítás alapján (mesterséges égitestek segítségével) érhetik el a méteres találati pontosságot. Még egy dolgot érdemes megjegyeznünk (főleg nekünk, magyaroknak) a GPS navigációról. A GPS vevők elvi matematikai alapját a "Kalman szűrő" elnevezésű matematikai módszer alkotja, amelyet a magyar születésű Kálmán Rudolf Emil dolgozott ki az 1960-as években. Nagyon vázlatosan, a bonyolultabb matematikát mellőzve, ennek a módszernek a segítségével a jelenleg mért adatokból jó becsléseket adhatunk a további időpontokban mért adatokra. Ezzel a becsléssel pedig szűrhetjük a bekövetkezett mérések eredményeit (eldönthetjük a helyes eredmény valószínűségét). A GPS nyelvére lefordítva, eldönthetjük a koordináták érvényességét. További előnye a Kalman szűrőnek, hogy gyorsan lehet vele számolni, ami nem mellékes, ha sok adatot kell kezelni.
Miután tisztáztuk az alapokat, rátérhetünk a dead reckoning navigáció megvalósítására a GPS eszközöknél. Főleg a közúti közlekedésben kerül előtérbe olyan helyeken, ahol nem lehet vagy nem jól lehet rálátni a GPS műholdakra. Tipikusan alagutak, sűrűn és magasan beépített városi környezet az, ahol használják. Növekvő népszerűségét annak köszönheti, hogy a felhasznált miniatűr giroszkópok ára egyre csökken, és így maga a DR megoldás is egyre több helyen gazdaságossá válik. Mint láttuk, a DR navigációhoz három dolog kell. Kiindulási pont érvényes koordinátával, egy irány- és egy távolságmérés. A DR módon segített GPS ezért folyamatosan méri a koordinátákat, mint egy normál GPS, és figyeli a műholdak láthatóságát. Tegyük fel, hogy 1 másodpercenként ad ki koordinátát. Ezzel párhuzamosan folyamatosan számolja a megtett út távolságát és irányát a két időpont (másodperc) között, amit a DR érzékelők szolgáltatnak, és ez alapján szintén kap egy DR koordinátát. Abban a másodpercben, amikor kiderül, hogy nem jó a műholdak láthatósága, a DR koordináta veszi át az érvényes koordináta szerepét egészen addig, amíg újra nem látatóak a műholdak. Ennyi az elvi megoldás, az igazi probléma az érzékelők gazdaságos megvalósítása volt sokáig.
A mai járművekbe beépített vagy beépíthető viszonylag olcsó tachométer (kilométeróra) már elég pontosan méri a megtett utat. Az irányt pedig miniatűr giroszkóp adja, ami nem más, mint egy gyors pörgettyű, ami felpörgetett állapotban próbálja megtartani az irányát, tehát az elfordulás mértékére tudunk következtetni az elfordításakor ébredő erőből. Így viszont látható, hogy a giroszkóp nem egy abszolút irányt ad meg, mint például egy iránytű, hanem relatív elfordulást az előző állapothoz képest. Ennek az a következménye, hogy viszonylag sok számítás kell az érzékelt jelek feldolgozásához is.
Itt válaszolható meg az a kérdés, hogy miért most jelennek meg ezek az új GPS eszközök? A beépített jelfeldolgozó processzorok most érték el azt a teljesítményt, ami lehetővé teszi párhuzamosan a folyamatos DR és GPS számításokat. A jövőben biztosan egyre többet fogunk találkozni DR rendszerrel ellátott GPS eszközökkel, ami az egyszerű alapelv ellenére sok mérnök sok évtizedes munkáját ötvözi magába.