Фильтрация потока данных при глобальном позиционировании наблюдаемого объекта

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет»

ФИЛЬТРАЦИЯ ПОТОКА ДАННЫХ ПРИ ГЛОБАЛЬНОМ ПОЗИЦИОНИРОВАНИИ НАБЛЮДАЕМОГО ОБЪЕКТА

Седов М.С.

Оренбург

ГЛОНАСС/GPS - приемники являются устройствами непрерывно вычисляющими: позицию, время, вектор скорости и ряд других параметров. В чистом виде, ГЛОНАСС/GPS - телеметрия неудобна для использования и часто, несет много излишней информации. Даже если приемник находится в неподвижном состоянии, данные о позиции постоянно меняются, проявляется своего рода шум, связанный с движением спутников, отражением от поверхности, процессами в атмосфере и излучением со стороны солнца, влияющими на сигнал. Если не использовать фильтрацию и брать данные о позиции с неподвижного приемника как есть, можно наблюдать непрерывное изменение его положения подобно рисунку 1. В результате таких изменений за полчаса неподвижности расчетный путь наблюдаемого объекта может достигать нескольких километров, что может быть неприемлемым для ряда случаев.

Рисунок.1 - Пример шума в ГЛОНАСС/GPS телеметрии с неподвижного объекта

В сложных системах мониторинга по сбору и хранению ГЛОНАСС/GPS телеметрии от множества объектов, использование фильтрации позволяет значительно сократить объёмы обрабатываемой информации без потери качества последней, таким образом задача фильтрации заключается в отсеве данных, не дающих принципиально новой информации о положении объекта. Важно отметить, что фильтрацию в подобных системах разумно реализовывать на источнике данных, это значительно снизит нагрузку на канал передачи данных и сервер, позволит реализовать передачу данных в режиме стека (приоритет за новыми данными), такой подход требует со стороны алгоритма минимум вычислений, посильный для большинства микроконтроллеров.

Предложенный фильтр ГЛОНАСС/GPS -телеметрии можно разделить на две части: предварительный фильтр и фильтр избыточных данных. Общая схема фильтра изображена на рисунке 2.

фильтрация мониторинг телеметрия глонасс

Рисунок.2 - Общая схема ГЛОНАСС/GPS фильтра

В схеме фильтра, ГЛОНАСС/GPS данные обозначают необходимый набор данных, формируемый ГЛОНАСС/GPS -приемником (далее просто выборка, в географическом смысле - позиция или точка, рисунок 3):

Т - время по Гринвичу (от 1970 года)

j - широта в градусах (от -90 до 90, положительное значение примем в соответствие северному полушарию)

l - долгота в градусах (от -180 до 180, положительное значение примем в соответствие восточному полушарию)

h - эллипсоидная высота в метрах (может иметь отрицательное значение)

PDOP - позиционный фактор потери точности (в пространстве)

VDOP - вертикальный фактор потери точности (только по высоте)

HDOP - горизонтальный фактор потери точности (на плоскости касательной к рассматриваемой точке поверхности эллипсоида)

M - режим определения местоположения (учитывая разнообразность протоколов и различный подход к формированию данного параметра, обозначим это как набор состояний: 0 - Сигнал ГЛОНАСС/GPS отсутствует, 1 - Доступно только время, 2 - Двухмерный режим позиционирования, 3 - Трехмерный режим позиционирования)

Рисунок 3 - Иллюстрация системы координат и параметров эллипсоида

Предварительная фильтрация реализует отсев ГЛОНАСС/GPS данных, которые являются ошибочными, неполными или не соответствуют режиму, для этого анализируется M. Для ряда приложений на данном этапе фильтрации может оказаться полезным, предусмотреть генерацию таких событий, как «потеря сигнала ГЛОНАСС/GPS» и «начало работы фильтра». Дополнительно, в зависимости от требований к качеству данных, можно отсеивать ГЛОНАСС/GPS данные, в которых значения DOP выходят за максимально допустимые пределы, указанные в настройках фильтра.

Алгоритм предварительной стадии фильтрации, изображен на рисунке 4. При старте предложенный алгоритм проверяет поступающие ГЛОНАСС/GPS данные (Di) до тех пор, пока ГЛОНАСС/GPS -сигнал отсутствует (M=0), для генерации события «начала работы фильтра», затем инициализируются вспомогательные переменные, и начинается основной цикл фильтрации.

Вторая ступень фильтра - отсечение лишних данных - применяется для оставшихся после работы первой ступени фильтра географических точек. Точность позиционирования для конкретной географической точки умножается на расчетный коэффициент. Полученная таким образом окружность не должна пересекаться с аналогичной окружностью для предыдущей географической точки. Вторая ступень фильтра не только очищает трек от не несущих полезной информации данных и за счет этого облегчает его отображение, но так же помогает устранить эффект "топтания на месте".

В качестве основных достоинств разработанного метода фильтрации ГЛОНАСС/GPS - телеметрии можно отметить: первое - возможность реализации алгоритма на маломощном и недорогом микроконтроллере. Второе - значительное уменьшение потока телеметрии, в зависимости от характера движения наблюдаемого объекта и того, какие коэффициенты выбраны для DOP. Третье - улучшается точность вычисления производных параметров (путь, скорость, время движения и др.).

Список литературы

1. Guochang Xu. GPS. Theory, Algorithms and Applications. / Guochang Xu. - Germany, 2007. - 340 с.

2. Зверев В. А. Выделение сигналов из помех численными методами / В. А. Зверев, А. А. Стромков, - Нижний Новгород: ИПФ РАН, 2003. - 184 с.

3. Харисов В. Н. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС / В.Н. Харисов, А.Ф. Перов, В.А. Болдин. М.: ИПРЖР, 2008.. - 192 с.

4. Lyusin V. Techniques for Improving Antijamming Performance of Civil GPS/GLONASS Receivers / V. Lyusin, G. Khazanov - Prentice-Hall, 2009. - 246 с.

Размещено на Allbest.ru