Was ist die beste Methode, um Weg und Geschwindigkeit zu messen, ohne auf GPS zurückzugreifen?

Ist es möglich, die Verschiebung, Geschwindigkeit und Beschleunigung einer Person beim Laufen zu bestimmen, indem Methoden wie Koppelnavigation, Sensorfusion oder andere und Sensoren wie Beschleunigungsmesser, Gyroskope, Magnetometer, Höhenmesser oder andere verwendet werden?

Es sollte eine eigenständige Lösung sein (kein GPS oder RF).

Im bejahenden Fall, was ist die Ballpark-Präzision und Genauigkeit für Entfernungen:

  • unter 50 cm;
  • zwischen 100 und 400 m.

Und wo bekomme ich weitere Informationen über diese spezielle Methode?

Könnte eine inertiale Messeinheit (IMU) für diesen Fall eine gute Lösung sein?

Antworten (1)

Die direkte Messung von Geschwindigkeit und Verschiebung erfordert die Bezugnahme auf ein externes System (Galileische Relativitätstheorie). Aber das scheinst du ausgeschlossen zu haben. Sie können also nur Beschleunigung und Rotation messen, was mit Beschleunigungsmessern und Gyros (möglicherweise in einer IMU kombiniert) möglich ist.

Die Verschiebung ist das Integral der Geschwindigkeit, und die Geschwindigkeit ist das Integral der Beschleunigung. Die Verschiebungsempfindlichkeit hängt also davon ab, wie lange eine konstante Geschwindigkeit beibehalten wird. Durch Integrieren der Anfangsbeschleunigung erhalten Sie eine Geschwindigkeitsschätzung mit einem gewissen Fehler σ v , aber dann, wenn es eine Zeitlang keine Geschwindigkeitsänderung gibt T , wird der Verschiebungsfehler sein σ D = σ v T .

Angenommen ein Läufer startet aus dem Stand und beschleunigt innerhalb von 1 s auf 2 m/s. (Ich bin kein Läufer, also könnte ich bei den Zahlen hier um einen Faktor der Ordnungseinheit daneben liegen.) Das ist ungefähr 0,2 G . Ein typischer Beschleunigungsmesser wie der ADXL335 hat ein Rauschen von vielleicht 200 μ G über das 1-s-Intervall. Sie können also die Geschwindigkeit auf etwa 0,1 % schätzen, σ v ≈ 2 mm/s. Für die 500 m Gesamtlauflänge braucht man 250 s, am Ende geht es also los σ D = 50cm. Kürzere Entfernungen haben entsprechend geringere Fehler.

Der Beschleunigungsmesser sollte jedoch besser eingeschaltet sein, wenn Sie Ihren Lauf beginnen! Andernfalls kennen Sie Ihre Geschwindigkeit nicht und können die Verschiebung überhaupt nicht abschätzen.

Benötige ich nur einen Beschleunigungsmesser oder kann die Genauigkeit verbessert werden, indem ein Kreisel in einer IMU kombiniert wird, bevor die Beschleunigung integriert wird?
Eine rein auf Beschleunigungsmessern basierende Lösung liefert diese Art von Genauigkeit nur, wenn sich das beschleunigende Objekt auf einer Schiene befindet und die Beschleunigungsmesser relativ zur Fahrtrichtung fixiert sind. In der Praxis ist dies nicht der Fall. Mit einem Kreisel können Sie Änderungen in der Ausrichtung Ihres Beschleunigungsmessers korrigieren (vorausgesetzt, es handelt sich um einen 3-Achsen-Sensor). Alle diese Messungen weisen Fehler auf, die im Laufe der Zeit zu einer "Drift" zwischen dem berechneten und dem tatsächlichen Standort führen. Militärflugzeuge haben in der Regel ein Trägheitsnavigationssystem, das über einige Stunden eine angemessene Genauigkeit liefern kann, aber mit COTS-Komponenten erhalten Sie viel weniger.
Ich denke, Ihr Fehler ist optimistisch: Sie haben den Geschwindigkeitsfehler für 1 s verwendet, um den Verschiebungsfehler für 250 s zu finden. Dem Beschleunigungsmesser ist es egal, ob Sie eine konstante Geschwindigkeit haben oder nicht - das Rauschen ist immer vorhanden.
@Kynit, LeoR, faire Punkte. Es gibt offensichtlich mehrere Fehlerquellen, die ich nicht angesprochen habe. Zu diesem Thema ließe sich viel schreiben - mein Ziel war es, die Equidna in die richtigen Bahnen zu lenken.
Das ist in Ordnung – es ist ziemlich klar, dass diese Art der Einrichtung funktioniert, solange die Genauigkeit keine große Rolle spielt
Was ist die beste Methode, um Weg und Geschwindigkeit zu messen, ohne auf GPS zurückzugreifen?
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