Разработка МИФИ позволит автомобилям обходиться без GPS

Потеря сигнала спутников в тоннеле, на подземной парковке или в плотной городской застройке приводит к ошибкам в определении положения автомобиля. Для беспилотных машин такая ситуация особенно критична. Решение предложила сотрудник кафедры компьютерных систем и технологий НИЯУ МИФИ Дарья Маркова, создавшая программно-аппаратный комплекс для ориентации без внешних спутниковых сигналов. Об этом сообщает издание Компьютерра.

В основе системы — объединение данных инерциального измерительного модуля и колесного одометра. Первый фиксирует ускорения и повороты, второй — пройденное расстояние. Однако простое сложение показаний не решает проблему: ошибка без спутниковых корректировок быстро накапливается.

Для уменьшения погрешности Маркова использовала расширенный фильтр Калмана, который сопоставляет данные разных датчиков и корректирует оценку положения. В одном из исследований на двухкилометровом участке без сигнала ГНСС обычная система ошибалась максимум на 14,8 метра, а при адаптивной настройке фильтра отклонение сократилось до 4,9 метра.

Дополнительным источником корректировок стали остановки автомобиля. Когда машина полностью останавливается на светофоре или в пробке, система получает точное значение скорости — ноль. Такой подход, называемый «нулевым обновлением скорости» (ZUPT), позволяет уменьшать накопленную ошибку.

Третий элемент комплекса — фронтальная камера. Алгоритмы визуальной одометрии анализируют изображения, находят устойчивые ориентиры и сопоставляют их с предыдущими кадрами, помогая автомобилю оценивать перемещение и узнавать пройденные участки.

В испытаниях на городском маршруте с тоннелем и многоуровневой парковкой объединение инерциальной навигации, ZUPT и визуальной привязки показало среднюю позиционную ошибку 0,3% от пройденного пути. На пятикилометровом маршруте максимальное отклонение не превысило 10 метров, тогда как при использовании только инерциальной навигации ошибка достигала 65 метров.

Система рассчитана на относительно доступные компоненты: МЭМС-датчики, обычную камеру и 32-битный микроконтроллер. Программная часть выполнена в среде ROS 2. В дальнейшем разработчик планирует добавить лидары, ультразвуковые дальномеры и методы машинного обучения, что должно расширить возможности комплекса, в том числе при движении в полной темноте и на маршрутах длиной более 20 километров без внешних корректировок.