Individual Autonomous Navigation System

• Autorzy: Popowski S. , Dąbrowski W.

Warianty tytułu

PL

Indywidualny System Autonomicznej Nawigacji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the Individual Autonomous System Navigation (IANS) supporting rescuer or firemen in terms of navigation. Basic assumptions, which such a system has to fulfill in terms of functionality and accuracy, are presented. The concept of the ISAN system is based on the implementation of inertial navigation system which the only one to permit fully autonomous functioning. Measurement sensors of the navigation system with microprocessor board are placed in the rescuer’s shoe. To limit the escalation of the navigation errors value, which in the case of inertial navigation rises exponentially, a procedure of navigation parameters upgrading at every step of the rescuer is introduced to the proposed system. This procedure guarantees the required accuracy of navigation achievement. The article describes a developed and manufactured demonstrator of the technology and presents main results of its research. The research conducted in a building consisted in walking on the same level several hundred meters in less than 10 minutes. A walking test with a change of walking height was also performed in order to estimate the accuracy of the vertical channel. Results of the demonstrator’s tests let us conclude that the error of navigation is below 1% of the travelled distance and the accuracy is linear in respect to time. The achieved accuracy is fully sufficient for a practical IANS application.

PL

W artykule zaprezentowano Indywidualny System Autonomicznej Nawigacji (ISAN) wspierający działania ratownika lub strażaka w zakresie nawigacji. Przedstawiono podstawowe założenia, które musi spełniać taki system w zakresie funkcjonalności i dokładności. Koncepcję systemu ISAN oparto na wykorzystaniu nawigacji inercjalnej, która jako jedyna pozwala na w pełni autonomiczną pracę. Czujniki pomiarowe systemu nawigacji, wraz z pakietem przeliczającym, umieszczono w bucie ratownika. Aby ograniczyć narastanie błędów nawigacji, co w przypadku nawigacji inercjalnej ma charakter wykładniczy, wprowadzono do proponowanego systemu procedurę uaktualniania parametrów nawigacyjnych w każdym kroku ratownika. Pozwoliło to na osiągnięcie wymaganej dokładności prowadzenia nawigacji. W artykule opisano opracowany i wykonany demonstrator technologii oraz przedstawiono podstawowe wyniki jego badań. Badania przeprowadzono w budynku podczas kontrolnych przejść płaskich o długości rzędu kilkuset metrów, w czasie do 10 minut. Wykonano również badania przejść ze zmianą wysokości, w celu oszacowania dokładności w kanale pionowym. Wyniki tych badań demonstratora pozwalają na stwierdzenie, że dokładność tak prowadzonej nawigacji jest rzędu 1% przebytej drogi i ma charakter liniowy względem czasu. Uzyskane dokładności są w pełni wystarczające do zastosowania praktycznego ISAN.

Słowa kluczowe

EN

rescuer navigation system; inertial navigation system; ZUPT procedure; Individual Autonomous Navigation System; IANS

PL

system nawigacji wspierajacy ratownika; inercjalny system nawigacji; Indywidualny System Autonomicznej Nawigacji; ISAN

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Prace Instytutu Lotnictwa
• Rocznik: 2017
• Tom: Nr 3 (248)
• Strony: 84--104
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., fot., rys., wykr., wzory

Twórcy

autor

Popowski S.

• Center of Space Technologies, Avionics Division, Institute of Aviation, 02-256 Warszawa, Al. Krakowska 110/114

autor

Dąbrowski W.

• Center of Space Technologies, Avionics Division, Institute of Aviation, 02-256 Warszawa, Al. Krakowska 110/114

Bibliografia

• [1] Merhav S., 1996, “Aerospace Sensor Systems and Applications”, Springer -Verlag, Chap. 5.
• [2] Popowski S., 2011, „Ograniczanie błędów w nawigacji inercjalnej”. Prace Instytutu Lotnictwa, 221, Warszawa, str. 161-172.
• [3] Feliz R., Zalama E., García-Bermejo J., 2009, “Pedestrian tracking using inertial sensors”, Journal of Physical Agents, 3(1), pp. 35-42.
• [4] Rahim K. A., 2012, “Heading drift mitigation for low-cost inertial pedestrian navigation”, Ph. D. thesis, University of Nottingham, UK.
• [5] Yun Cho S., 2006, “MEMS Based Pedestrian Navigation System”, The Journal Of Navigation, 59, pp. 135–153.
• [6] Jimenez A. R., Seco F., Prieto J.C. and Guevara J., 2010, “Indoor Pedestrian Navigation using an INS/EKF framework for Yaw Drift Reduction and a foot-mounted IMU”, 7th Workshop on Positioning, Navigation and Communication.
• [7] Godha S., Lachapelle G., Cannon M. E., 2006, “Integrated GPS/INS System for Pedestrian Navigation in a Signal Degraded Environment”, ION GNSS 2006.
• [8] Alvarez J. C., Alvarez D., López A., Rafael C. González R. C. 2012, Pedestrian Navigation Based on a Waist-Worn Inertial Sensor”, Sensors (Basel), 12, pp. 10536-10549.
• [9] Grejner-Brzezinska D. A., Toth C. K., Moafipoor S., Hyoun Kwon J., 2017, “Design and calibration of a neural network-based adaptive knowledge system for multi-sensor personal navigation”, from: http://www.isprs.org/proceedings/XXXVI/5-C55/papers/dorota_brzezinska.pdf.
• [10] Nilsson J. O., Skog I., Handel P., 2012, “A note on the limitations of ZUPTs and the implications on sensor error modeling”, 2012 International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation.
• [11] Szymanowski J., Grzelak J., Popowski S., 2003, “Static Initial Azimuth Update Method in Land Navigation Systems”, Annual of Navigation, 6.
• [12] Szymanowski J., Grzelak J., Popowski S., 2004, “Dynamic Initial Settings Update Method in Inertial Navigation Systems”, Annual of Navigation, 8.
• [13] Popowski S., 2011, „Weryfikacja koncepcji pomiaru wysokości i prędkości pionowej lotu wybranych obiektów latających”, Prace Instytutu Lotnictwa, 221, str. 143-160.
• [14] Jahn J., Seitz J., Patino-Studencka L., Batzer U., Boronat J. G, 2010, “Comparison and Evaluation of Acceleration Based Step Length Estimators for Handheld Devices”, 2010 International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation, Zurich.
• [15] Szpakowska-Peas E., Grabowski T., 2016, „Dokumentacja Modułu ISAN Wersja MINI”, sygnatura CTKA/DT/2016/004, materiały wewnętrzne CTKA Instytutu Lotnictwa.
• [16] Szpakowska-Peas E., Grabowski T., 2016, „Dokumentacja Modułu ISAN Wersja MIKRO”, sygnatura CTKA/DT/2016/005, materiały wewnętrzne CTKA Instytutu Lotnictwa.

Uwagi

EN

The work presented in this article has been financed from NCBiR funds under the contract nr DOBR/0038/R/ID2/2013/03.

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).