GPS 페일세이프 및 글리치 보호

저작권: 쿼드(QUAD) 드론연구소 https://www.youtube.com/@quad-robotics

이 문서에서는 GPS Failsafe를 트리거하는 데 사용되는 글리치 보호 메커니즘에 대해 설명합니다.

개요

GPS 시스템은 때때로 신호를 끊거나 상당히 부정확한 위치 정보를 제공할 수 있습니다(일명 "결함"). GPS 신호가 수신기에 도달하기 전에 여러 경로에서 반사될 수 있는 조건(다중 경로 지정)에서는 오류가 발생할 가능성이 더 높지만 맑은 하늘에서도 때때로 오류가 발생할 수 있습니다.

Copter가 GPS를 필요로 하는 모드(RTL, Auto, Loiter, Circle, Position, Guided 또는 Drift)에 있는 동안 최소 5초 동안 GPS 3D 잠금 또는 위치 "Glitches"인 경우 GPS 안전 장치 이벤트가 발생 합니다 . GPS 페일세이프 응답을 Land로 설정하거나 AltHold 모드로 전환하여 수동 제어를 다시 할 수 있습니다.

GPS 업데이트가 없으면 관성 센서는 약 10초 동안 정확한 위치 정보를 허용하지만 그 이후에는 수평 위치 드리프트가 너무 커서 수평 위치를 전혀 유지할 수 없습니다. 이 시점에서 여전히 RC 라디오 컨트롤이 있는 경우 Stabilize, Acro 또는 AltHold를 사용하여 가능한 한 빨리 컨트롤을 다시 가져오는 것이 좋습니다.

글리치 보호 - 기본값

잘못된 GPS 위치를 조종사에게 알리고, 안전 장치를 작동시키고, 비행 사고를 줄이는 데 도움이 되는 GPS 글리치 보호 기능이 제공됩니다. 글리치는 GPS에서 수신한 각각의 새 위치 업데이트를 이전 업데이트의 위치 및 속도에서 투영된 위치와 비교하여 감지됩니다.

새 위치는 다음과 같은 경우 "양호"한 것으로 간주됩니다.

1. 두 위치는 GPSGLITCH_RADIUS(기본값은 5m) 내에 있습니다.

2. 새 위치는 10m/s/s( GPSGLITCH_ACCEL) * dt * dt인 반경 내에 있습니다. 여기서 "dt"는 두 샘플 사이의 시간차입니다.

결함이 발생하는 동안 지상국의 HUD에 "Bad Position"이 기록됩니다.

글리치 보호 - EKF

ArduPilot EKF(Extended Kalman Filter )는 글리치 보호 기능을 제공했습니다.

EKF를 사용한 글리치 보호는 다음과 같이 작동합니다.

1. 새로운 GPS 위치 측정값이 수신되면 IMU 측정값을 사용하여 예측된 위치와 비교됩니다.

2. 차이가 에서 설정한 통계적 신뢰 수준을 초과하면 EKF_POS_GATE측정이 사용되지 않습니다.

3. GPS 측정이 사용되지 않는 동안에는 불확실성 반경으로 정의된 원이 예측된 위치 주변에서 커집니다. 이 반지름이 커지는 속도는 에 의해 제어됩니다 EKF_GLITCH_ACCEL. 이것은 로 정의된 원과 유사하지만 GPSGLITCH_ACCEL차이점은 이전 GPS 측정이 아닌 IMU에서 예측한 궤적을 중심으로 합니다. 이것은 기동으로 인한 궤적의 편차를 허용하기 때문에 의 기본값은 EKF_GLTCH_ACCEL1.5m/s/s로 더 작습니다. 기동 중 IMU 오류의 증가를 허용하기 위해 차량이 가속하거나 선회할 때 원의 가속 성장도 증가합니다.

4. 후속 GPS 측정값이 원 안에 있으면 허용되고 원은 에서 제어하는 ​​최소 반경으로 다시 재설정됩니다 EKF_POS_GATE.

5. GPS 결함이 충분히 크고 충분히 오래 지속되면 원 반지름이 에서 설정한 값을 초과할 때까지 GPS 측정이 계속 거부됩니다 EKF_GLITCH_RAD. 이 경우 추정된 차량 위치와 일치하도록 GPS 위치에 오프셋이 적용되고 GPS 위치가 다시 사용됩니다. 그런 다음 GPS 오프셋은 1m/s에서 0으로 줄어듭니다. 즉, 장기간 지속되는 큰 결함으로 인해 차량이 1m/s 속도로 표류하게 됩니다. 이는 운영자가 대응할 수 있는 충분한 시간을 제공하기에 충분히 느립니다.