Wenn es um die genaue Messung der Position geht, haben verschiedene Methoden unterschiedliche Stärken und Schwächen. Aus diesem Grund kombinieren OxTS in unseren äußerst erfolgreichen Systemen sowohl Inertial- als auch GNSS-Messungen, um eine genaue und zuverlässige Messplattform zu schaffen. Dieser Dual-Technologie-Ansatz nutzt die individuellen Stärken jeder Technologie und ermöglicht es unseren Anwendern, weiterhin Messungen in Umgebungen durchzuführen, die normalerweise das Testen erschweren würden.

Es gibt jedoch noch eine dritte, weniger bekannte Technologieebene, die auf Daten angewendet werden kann, die von einem OxTS RT, Survey+, Inertial+ oder xNAVangewendet werden kann, um die Genauigkeit in wirklich schwierigen Situationen weiter zu verbessern. Sie wird als kombinierte oder Vorwärts/Rückwärts-Verarbeitung bezeichnet und wird während der Nachbearbeitung angewendet. Um zu verstehen, wie die Vorwärts-/Rückwärtsverarbeitung funktioniert, muss man die Stärken und Schwächen der Inertial- und GNSS-Technologien kennen und wissen, warum sie in Kombination eine so starke Lösung bieten.

Dies wird in Abbildung 1 deutlich veranschaulicht, die den von jeder Technologie gemessenen Weg zeigt, während ein Fahrzeug durch einen langen Tunnel fährt. Wenn das Fahrzeug in die GNSS-Ausfallzone (schwarz/gelbe Streifen) einfährt, geht das Signal verloren. Vn der linken Seite des Bildes aus:

Abbildung 1. Gemessene Wege durch einen Tunnel mit verschiedenen Technologien

• Tatsächlicher Weg: Die rote Linie zeigt den Weg an, den das Fahrzeug genommen hat, einschließlich des Ausweichens, um ein Hindernis zu umfahren. Dies ist der Weg, den wir erfassen wollen.
• Nur GNSS-Pfad: Die rote Linie zeigt den Weg, den das Auto laut GNSS-Empfänger genommen hat. Der Empfänger verliert bei der Einfahrt in den Tunnel die GNSS-Verbindung und nimmt sie kurz nach der Ausfahrt wieder auf. Es ist zwar möglich, "die Punkte zu verbinden" und den Pfad auszufüllen, aber das ist für die meisten Benutzer keine akzeptable Lösung, da das Ausweichmanöver völlig verpasst wird.
• Nur Inertial-Pfad: Zur Veranschaulichung wurde eine übertriebene konstante Drift auf diesen Pfad von der Oberseite des Bildes aus angewandt. Beachten Sie, dass die Position ohne GNSS-Korrektur bereits am Tunneleingang im Vergleich zum tatsächlichen Pfad abweicht. Diese Eigenschaft ist zwar unerwünscht, aber der Vorteil besteht darin, dass der inertiale Sensor die Dynamik des Spurwechselmanövers genau erfasst, aber wegen der sich aufstauenden Drift nicht präzise über die Position entscheiden kann.
• Pfad mit Inertial GNSS: So sieht Ihr OxTS-System die Dinge. Es ist wichtig zu beachten, dass die Position nun korrekt ist, wenn das Fahrzeug in den Tunnel einfährt, da die GNSS-Messungen jegliche Drift im System verhindern. Dies verbessert die Positionsgenauigkeit vom Tunneleingang bis zum Ausweichmanöver entscheidend, da es weniger Drift gibt. Dies ist an der Spitze des Ausweichmanövers sichtbar, obwohl die gleiche übertriebene Drift wie im vorherigen Beispiel angewendet wurde. Wenn das Auto den Tunnel verlässt und die GNSS-Verbindung erfasst wird, verbessert sich die Positionsgenauigkeit des Systems wieder und die aufgelaufene Drift wird korrigiert. Es ist möglich, dass Ihr Gerät bei der Wiederaufnahme an die richtige Stelle zurückschnappt oder, wie hier gezeigt, einen reibungslosen Übergang vollzieht.

Obwohl eine GNSS-gestützte inertiale Lösung eindeutig die wünschenswerteste Wahl ist, da sie immer noch Aktivitäten in Tunneln oder Gebieten mit schlechtem GNSS-Empfang erfasst, kann sie noch weiter verbessert werden, wenn sie mit Vorwärts-/Rückwärtsverarbeitung verwendet wird. Denken Sie daran, dass GNSS-Signale nicht vollständig blockiert werden müssen, damit sie unzuverlässige Daten erzeugen.

Im vorhergehenden Beispiel wurden die Daten in Vorwärtsrichtung betrachtet, d. h. in der Reihenfolge, in der sie in Echtzeit empfangen wurden. Die Vorwärts-/Rückwärtsverarbeitung funktioniert zunächst auf die gleiche Weise (der Vorwärtsteil), aber da sie in einer Postprozessumgebung arbeitet, gibt es die Möglichkeit, die Daten auch rückwärts zu lesen. Aus reiner GNSS-Sicht gibt es keinen Nutzen für die Rückwärtsverarbeitung, da während des Ausfallzeitraums nichts Neues gelernt werden kann.

Im Falle eines reinen Inertialsystems ist es von Vorteil, die Daten rückwärts laufen zu lassen, da sich jeder Driftfehler auf eine andere Art und Weise akkumuliert. Stellen Sie sich ein Schiff vor, das bei Seitenwind fährt. Auf der Hinfahrt segelt es geradeaus, wird aber vom Kurs abgetrieben und kommt links von seinem Ziel an. Auf der Rückfahrt segelt es wieder geradeaus, wird aber diesmal rechts vom Heimathafen geweht. Wenn man dies weiß, zeigt die Windrichtung an, was analog zur Drift in einem reinen inertialen System ist.

Die Verarbeitung der Inertialdaten von den Enden her, unter Verwendung der Vorwärts-/Rückwärtsverarbeitung, funktioniert auf ähnliche Weise. Auch wenn nur eine Reise gemacht wird, bietet sie zwei verschiedene Lösungen für dasselbe Problem. Diese Lösungen können dann verwendet werden, um zusätzliche Informationen über das System als Ganzes zu generieren. Im Gegensatz zum Schiff, das von einem bekannten Ort zu einem anderen segelte, weiß ein reines inertiales System nicht genau, wo es beginnt oder endet.

Deshalb verwenden OxTS-Systeme sowohl GNSS- als auch Inertialtechnologie, so dass sie genau wissen, wo sie sich befinden. Die Punkte, an denen das GNSS-Signal verloren geht und wieder aufgenommen wird, werden zu den beiden bekannten Punkten, zwischen denen sich das System bewegt hat. Und im Gegensatz zum Schiff verfügt das OxTS INS/GNSS über einen hochpräzisen inertialen Sensor im Inneren, der jede Bewegung zwischen diesen beiden Punkten erfasst.

Abbildung 2. Berechnete Wege durch einen Tunnel mit verschiedenen Verarbeitungstechniken

Während die Vorwärts-/Rückwärtsverarbeitung nicht so einfach ist, wie die Verwendung einer Lösung, um die andere auszugleichen, ist dies das zugrunde liegende Prinzip. Dies wird in Abbildung 2 veranschaulicht, die dieselbe Szene wie Abbildung 1 zeigt, jedoch von oben. Die roten Kreise stellen den Punkt dar, an dem das GNSS-Signal verloren geht und wieder aufgenommen wird, und wir sind an dem Bereich zwischen diesen interessiert. Von oben nach unten:

• Vorwärtsverarbeiteter Inertialpfad: Dies ist derselbe Pfad, der in Abbildung 1 als "Inertial+GNSS" bezeichnet wird. Sie zeigt den Pfad, den das OxTS System aufgrund der in Echtzeit empfangenen Daten zu nehmen glaubt, was der Vorwärtsverarbeitung entspricht. Das Fehlen der GNSS-Korrektur bedeutet, dass sich die Drift (zur Veranschaulichung übertrieben dargestellt) im System zu akkumulieren beginnt, und wenn die GNSS-Synchronisation wieder erreicht ist, ist das System nicht ganz da, wo es glaubt, dass es ist.
• Rückwärtsverarbeiteter Inertialpfad: In einer Echtzeitumgebung verwendet das System Inertialdaten zur Berechnung des zurückgelegten Pfades. Dies ist der vorwärtsverarbeitete Pfad. In einer Postprozess-Umgebung können dieselben Daten von einer gut bekannten Stelle aus rückwärts in das System eingespeist werden. In diesem Fall ist die bekannte Position der Ort, an dem eine GNSS-Messung am Tunnelausgang wiederhergestellt wurde. Das Postprozess-Navigationssystem weiß nicht, dass die Daten in umgekehrter Reihenfolge geliefert werden und berechnet einfach einen Pfad auf der Grundlage der eingegebenen Messungen. Der Algorithmus, der für das Senden der Daten in umgekehrter Reihenfolge verantwortlich ist, weiß jedoch, dass der berechnete Pfad von dem Punkt stammen sollte, an dem die GNSS-Messungen wiederhergestellt wurden, und übersetzt ihn in die richtige Position. Dies hindert das System nicht daran, bei fehlender GNSS-Korrektur zu driften, aber es bedeutet, dass sich die Drift am entgegengesetzten Ende des Pfades akkumuliert.
• Überlagerte Vorwärts-/Rückwärtspfade: Sobald ein Pfad vorwärts von dem Punkt aus berechnet wurde, an dem das GNSS-Signal verloren ging, und rückwärts von dem Punkt aus, an dem die GNSS-Messungen wiederhergestellt wurde, können die beiden Pfade überlagert werden. Auf diese Weise können die besten Daten aus dem Vorwärtspfad (weiß) und dem Rückwärtspfad (schwarz) kombiniert werden, um den Vorwärts-/Rückwärtspfad (grau) zu bilden, der mit dem tatsächlichen Pfad, den das Fahrzeug tatsächlich genommen hat, überlagert wird.

Es ist erwähnenswert, dass wir die Vorteile der Vorwärts-/Rückwärtsverarbeitung nur aus einer seitlichen Perspektive und unter extremen Bedingungen hervorgehoben haben. Das Verfahren gilt jedoch auch in einem 3D-Rahmen und führt zu erheblichen Verbesserungen bei der Messung von Neigung, Rollen und Gieren. Während kurzer GNSS-Signalverluste ist es zwar nicht notwendig, Vorwärts-/Rückwärtsverarbeitungen zu verwenden, aber die Daten werden trotzdem auf dieselbe Weise verbessert.

Wenn Sie mehr über die Vorwärts-/Rückwärtsverarbeitung oder die Produkte oder Technologien von OxTS erfahren möchten, wenden Sie sich bitte direkt an OxTS oder an Ihren regionalen Händler. Einzelheiten finden Sie auf unserer Website: www.oxts.com.