Wie kann ein Mars-Hubschrauber autonom sein, wenn es kein Mars-GPS gibt?

Damit eine Drohne autonom ist, braucht sie so etwas wie ein GPS, um navigieren zu können. Wenn es kein GPS hat, müssen Sie es manuell steuern.

Bieten die Orbiter dann so etwas wie GPS? Ich dachte, die jetzt funktionierenden Orbiter seien zu alt, um über diese Technologien zu verfügen.

siehe diese Antwort zum Beispiel
Ein Roomba kann autonom navigieren, ohne GPS zu verwenden
@JCRM Jetzt stelle ich mir eine Drohne vor, die navigiert, indem sie auf jede mögliche Oberfläche stürzt: P
Menschen haben schon Jahrtausende vor der Existenz von GPS autonom navigiert. Warum könnte eine Drohne Ihrer Meinung nach nicht genau dieselben Techniken anwenden?
Sie sagen "zu alt", aber der erste Start von GPS war 1978. Es stimmt, dass kommerzielle Satellitennavigationsgeräte aus verschiedenen Gründen etwas neuer sind (hauptsächlich die "Anforderung" für einen schlanken Touchscreen in einem Auto, wenn ich raten muss, fuhr zivil Anpassung an das Niveau, das wir heute sehen), aber das eigentliche GPS ist überhaupt nicht neu.
Außerdem sollten Sie sich bei so etwas (oder eigentlich bei irgendetwas anderem) nicht auf GPS verlassen, da es trivial gefälscht und noch trivialer gestört ist. Das Problem der übermäßigen Abhängigkeit von GPS kann nicht genug betont werden.
@LightnessRacesinOrbit - Wenn ein Mars-GPS-artiges System gespooft wurde, hat die NASA einiges zu erklären ...
@JonCuster Allgemeiner geht es um die falsche Annahme, dass GPS nicht nur etwas ist, das Sie für diese Art von Aufgabe verwenden müssen, sondern etwas, das Sie überhaupt erst verwenden sollten ! Aber ja lach
@Shadow heißt "Touch-Navigation" oder "Navigation über Braille"
Es ist gut zu sehen, wie junge Leute Fragen stellen wie "WIE KÖNNTEN SIE OHNE GPS NAVIGIEREN?!" :)
@JCRM: Was ist ein "Roomba"?
@JörgWMittag Aber das Fenster herunterkurbeln und die Einheimischen nach dem Weg fragen, funktioniert auf dem Mars auch nicht
@HagenvonEitzen: Weil du natürlich deinen Helm aufsetzen müsstest, bevor du das Fenster herunterrollst!
@PeterMortensen Ein Roomba ist ein kleiner autonomer Staubsaugerroboter. en.wikipedia.org/wiki/Roomba
For a drone to be autonomous, it needs something like a GPS to be able to navigate- "Gefällt mir" ist das Schlüsselwort. Autonome Drohnen gab es schon lange bevor GPS erfunden wurde. Die deutsche V2-Raketendrohnenbombe flog im 2. Weltkrieg, lange bevor es künstliche Satelliten gab.

Antworten (6)

Bearbeiten : Der JPL Mars Helicopter Scout verwendet Trägheitsnavigation:

Das inkonsistente Magnetfeld des Mars schließt die Verwendung eines Kompasses für die Navigation aus, daher wird eine Solar-Tracker-Kamera verwendet, die in das visuelle Trägheitsnavigationssystem von JPL integriert ist. Einige zusätzliche Eingaben können Kreisel, visuelle Odometrie, Neigungssensoren, Höhenmesser und Gefahrenmelder umfassen.

Es gibt andere Möglichkeiten zur Navigation als GPS.

  • Die Trägheitsnavigation verwendet Beschleunigungsmesser, um festzustellen, in welche Richtung Sie sich bewegen, und Geschwindigkeits- oder Entfernungssensoren, um festzustellen, wie weit Sie gegangen sind. Wird z. B. von U-Booten zur Navigation verwendet, wenn sie unter Wasser und außerhalb der GPS-Reichweite sind. Wird auch von aktuellen Mars-Rovern verwendet.
  • Sie können die Funkpeilung verwenden. Mit 2 Sendern an bekannten Orten können Sie Ihre Position triangulieren. Mit 1 Sender ist die Navigation eingeschränkter, aber Sie können immer noch zum Standort des Senders zurückkehren. Wird im 2. Weltkrieg von Flugzeugen verwendet.

Sie müssen nicht nur Ihre Position kennen, sondern auch etwas über das Gelände um Sie herum wissen. Sie müssen wissen, welche Stellen überquert werden können und welche zu steil/felsig/weich für das Fahrzeug sind. Für ein Flugzeug muss man wissen, wo die Berge sind und wo man sicher landen kann.

Sie können eine von jemand anderem erstellte Karte als Referenz verwenden (das macht das Navi in ​​Ihrem Auto), oder Sie können Ihre eigene Karte erstellen, während Sie weiterfahren.

Die aktuellen Mars-Rover haben Autonomie bewiesen: Sie machen Bilder des vorausliegenden Geländes und können einen sicheren Weg wählen. GPS ist dafür nicht notwendig.

— und die können trotzdem eine Drohne autonom machen? Für die Trägheitsnavigation und auch für die Funkpeilung hört es sich so an, als ob Sie eine ziemlich genaue Karte benötigen ... Ist das richtig?
2 Sender sind nicht genug; 2 Kreise schneiden sich an 2 Punkten, so dass die Verwendung von nur 2 Sendern 2 mögliche Lösungen für die Positionierung lässt (es sei denn, beide Sender sind in genau entgegengesetzte Richtungen), sodass Sie noch einen zusätzlichen Beweis benötigen, um zwischen den 2 zu wählen.
Funkbasierte Instrumentenlandesysteme wurden bereits vor dem Zweiten Weltkrieg eingesetzt. Während des Zweiten Weltkriegs wurden sehr hochentwickelte elektronische Navigationssysteme verwendet, zum Beispiel decca .
@gerrit: 2 Sender reichen aus. Antennen sind Richtantennen und können verwendet werden, um die Richtung einer Funkquelle zu bestimmen. Wenn Sie die Sender A und B verwenden, hätten die beiden Lösungen A links und B rechts oder umgekehrt, damit sie unterschieden werden können.
@DietrichEpp: Es gibt sowohl Richt- als auch Rundstrahlantennen. Wenn die Sender A und B Richtantennen verwenden würden, hätten nicht alle Positionen um A und B einen guten Empfang beider Sender.
@Uwe: Richtig, aber das ist ein Problem, egal wie viele Antennen Sie haben, und es ist ein Problem mit GPS - es kann ein schlechter Empfang sein. Zwei Beacons ist nur ein Ausgangspunkt. Der Punkt ist, dass Sie die Empfänger gerichtet machen können.
@DietrichEpp: Alternativ könnte man Funkleuchttürme verwenden. Verwenden Sie eine rotierende Antenne, die in einem bestimmten Winkel eine Null erzeugt, und senden Sie kontinuierlich ein Signal, das anzeigt, in welche Richtung sie zeigt. Die Signalstärke fällt einmal pro Umdrehung enorm ab, und wenn man jedes Mal den Winkel herausfindet, kann man seine Peilung vom Sender erkennen, ohne dass der Empfänger eine Richtantenne benötigt.
@gerrit Das ist kein Problem, da Sie im Allgemeinen aus anderen Quellen ungefähr wissen, wo Sie sich befinden. Das alte Omega-System, das Flugzeuge und Schiffe vor GPS verwendeten, verwendete nur zwei Messungen und gab Ihnen 4 mögliche Standorte, aber Piloten kannten im Allgemeinen die Hemisphäre der Erde, auf der sie sich gerade befanden.
Sternennavigation wird seit Jahrtausenden verwendet und funktioniert immer noch gut.
Betreff: "Zusätzlich zur Kenntnis Ihrer Position müssen Sie etwas über das Gelände um Sie herum wissen. Sie müssen wissen, welche Stellen überquert werden können und welche zu steil/felsig/weich sind, als dass das Fahrzeug sie überqueren könnte." Nicht unbedingt: SLAM (Simultaneous Localization And Mapping) ermöglicht es, eine Karte zu erstellen, während man darauf navigiert
Wird nicht nur in Flugzeugen des Zweiten Weltkriegs verwendet, sondern auch heute noch von Piloten. Es heißt "VOR"-Navigation.
Also im Grunde wirklich schicke Koppelnavigation plus eine Karte.

GPS ist eine von mehreren möglichen Technologien, die für die unterstützte Navigation verfügbar sind. Es wird häufig bei kommerziellen Drohnen verwendet, da das Framework vorhanden ist und das GPS-Signal normalerweise auf der Erde verfügbar ist.

Es erfordert jedoch eine Flotte von Satelliten um unseren Planeten, um zu funktionieren - etwas, das wir (noch) nicht um andere Himmelskörper haben. In diesem Fall brauchen wir verschiedene Ansätze, wie zum Beispiel:

  • Solar Tracking zusammen mit Trägheitsnavigation (wie in Hobbes Antwort erwähnt ) wird die Navigationstechnologie der Wahl für den Mars Helicopter Scout sein, da man sich nicht auf die schwache Magnetosphäre des Mars verlassen kann: KVHs 1750 Trägheitsmesseinheit (IMU), primärer Navigationssensor auf Aero. Verknüpfung
    KVHs 1750 IMU

  • Astrometrie - Δ-DOR oder Delta-Differential One-Way Ranging kann Quasare als Kalibratoren verwenden, um einem umlaufenden Schiff eine Positionsauflösung von weniger als einigen hundert Metern auf dem Mars bereitzustellen , das wiederum die Informationen mit Oberflächenfahrzeugen teilen kann: ESA Delta DOR: Von der Implementierung zum Betrieb R. Maddè, T. Morley ESOC, 16. März 2007. Link
    Delta-DOR-Definition

  • Oberflächenkartierung – eine Drohne kann 3D-Oberflächenkarten ihrer Umgebung speichern und dann LiDAR /RADAR-Sensorik (plus Höhenmesser , Kreisel und Neigungsmesser ) zusammen mit passenden Algorithmen verwenden, um ihre aktuelle Position zu bestimmen: TERCOM – Prozess, Golden 1980 (ieee.org) - VerbindungTERCOM - Prozess, Golden 1980

  • Visuelle Odometrie - Die Bildverarbeitung kann bestimmen, wie schnell ein Fahrzeug ist, indem die Unterschiede zwischen zwei Standbildern gemessen werden, wenn der Zeitablauf zwischen ihnen bekannt ist;

Mehrere Techniken können kombiniert werden, um eine bessere Genauigkeit bereitzustellen.

GPD benötigt nicht nur eine Flotte von Satelliten um unseren Planeten, um zu funktionieren, sondern auch mehrere Bodenstationen zur präzisen Bahnmessung jedes Satelliten. Es gibt keine genaue Positionsbestimmung, wenn Sie keine genauen Bahndaten für alle Satelliten haben, die zur Positionsbestimmung verwendet werden.
@Uwe Du hast vollkommen Recht. Zu meiner Verteidigung wollte ich es kurz und bündig halten. Ergänzend zu Ihrem Kommentar wird sogar die allgemeine Relativitätstheorie verwendet, um die zeitdilatationsbedingte Fehleranalyse durch die Bodenstationen zu kompensieren, wie hier beschrieben: en.wikipedia.org/wiki/…
Oberflächenkartierung ist übrigens die Art und Weise, wie Marschflugkörper früher operierten. Es ist gut getestet und sehr funktional, wie verschiedene auf die USA gerichtete Regime bestätigen können. (GPS hat es ersetzt, aber es würde wahrscheinlich ziemlich gut für den Mars funktionieren.)
@uhoh Mein ursprünglicher Beitrag war darüber nicht genau klar, danke für den Hinweis. Zur Klarstellung bearbeitet.
@ceejayoz Precisely - Referenzbild für TERCOM hinzugefügt, danke, dass du das angesprochen hast.
Es gab eine Reihe von genauen Funknavigationstechniken, die vor dem GPS verwendet wurden. Dazu gehörten: aktive Funkentfernung (Messung der Entfernung vom Fahrzeug zum festen Punkt), Funkpeilung (Messung des Raumwinkels vom Fahrzeug zum festen Punkt), passive Hyperbel (Messung der Zeitdifferenz zwischen Signalen von zwei Stationen), Doppler (Messung der Geschwindigkeit eines einzelnen Satelliten). ). Diese könnten in Verbindung verwendet werden [obwohl sie wie unten auf optischem Gelände basieren].
Die Δ-DOR-Antennen auf der Erde empfangen ein Signal vom Hubschrauber auf dem Mars , verarbeiten und berechnen eine Position und übertragen diese Position dann zurück an den Hubschrauber. Die Lichtzeit für die Hin- und Rückfahrt beträgt ungefähr zwischen 9 und 40 Minuten, abhängig von der Ausrichtung der beiden Planeten in ihrer Umlaufbahn. Bei einer solch enormen Latenz kann ich nicht erkennen, wie dies praktisch für die Selbstnavigation eines Hubschraubers verwendet werden könnte .
@uhoh Es würde für die Echtzeitnavigation nicht viel nützen, aber wenn der Hubschrauber kurze, geplante Sprünge macht, wäre es gut, die aktuelle Position zu fixieren, bevor er sich auf einen begibt. Könnte eine praktische Ergänzung für inertiale/sichtbasierte Echtzeitführung sein.
@ceejayoz ausgezeichneter Punkt! Das wäre gut in der Antwort selbst zu erwähnen. Beide würden Fehler akkumulieren, während sie fortschreiten, obwohl visionsbasierte nur absolute Fehler akkumulieren würden ; Sie können jederzeit Ihre Geländekarte verwenden, um zu Ihrer Energiequelle zurückzukehren und sich aufzuladen (falls es so funktioniert).

Ich habe hier Material aus dieser Antwort wiederverwendet, um zu zeigen, dass der MARS 2020-Rover teilweise mit optischer Navigation auf dem Mars landen wird.

Ein Helikopter kann ähnliche Umweltlerntechniken anwenden, die für Roboter auf der Erde entwickelt wurden. Dies ist kein perfektes Beispiel, aber es vermittelt die Idee, dass der Roboter im Laufe der Zeit eine Karte aufbaut. An jedem Punkt können Sie die Position eines neuen Orientierungspunkts in Bezug auf die vorherigen Orientierungspunkte identifizieren.

Von Eintritts-, Abstiegs- und Landetechnologien :

RANGE TRIGGER – ES GEHT UM TIMING

Der Schlüssel zur neuen Präzisionslandetechnik liegt in der Wahl des richtigen Moments, um den „Abzug“ zu betätigen, der den Fallschirm des Raumfahrzeugs freigibt. "Range Trigger" ist der Name der Technik, die Mars 2020 verwendet, um den Einsatz des Fallschirms zeitlich zu steuern. Frühere Missionen setzten ihre Fallschirme so früh wie möglich aus, nachdem das Raumfahrzeug eine gewünschte Geschwindigkeit erreicht hatte. Anstatt so früh wie möglich auszulösen, löst der Range Trigger von Mars 2020 den Fallschirm basierend auf der Position des Raumfahrzeugs relativ zum gewünschten Landeziel aus.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

oben: Darstellung des Range-Trigger - Konzepts – am Beispiel des historischen Landeplatzes /Mars Science Laboratory(MSL)/Curiosity .

Außerdem werden während der Abstiegsphase Bilder in Echtzeit mit gespeicherten Geländekarten verglichen, um die Genauigkeit des Landeorts zu verbessern:

WIE GELÄNDE-RELATIVE NAVIGATION EINSTIEG, ABSTIEG UND LANDUNG VERBESSERT

Terrain-Relative Navigation verbessert die Schätzungen der Position des Rovers relativ zum Boden erheblich. Verbesserungen der Genauigkeit haben viel damit zu tun, wann die Schätzungen vorgenommen werden.

Bei früheren Missionen schätzte das Raumfahrzeug, das den Rover trug, seine Position relativ zum Boden, bevor es in die Marsatmosphäre eintrat, sowie während des Eintritts, basierend auf einer anfänglichen Schätzung aus radiometrischen Daten, die über das Deep Space Network bereitgestellt wurden. Diese Technik hatte vor der EDL einen Schätzfehler von etwa 0,6 bis 1,2 Meilen (etwa 1 bis 2 Kilometer), der während des Eintritts auf etwa 2 bis 3 Kilometer anwächst.

Mithilfe von Terrain-Relative Navigation schätzt der Rover Mars 2020 seinen Standort, während er an seinem Fallschirm durch die Marsatmosphäre absteigt. Dadurch kann der Rover seine Position relativ zum Boden mit einer Genauigkeit von etwa 200 Fuß (60 Meter) oder weniger bestimmen.

Es sind zwei Dinge erforderlich, um die Risiken beim Betreten, Absteigen und Landen zu verringern: genau zu wissen, wohin der Rover fährt, und die Fähigkeit, an einen sichereren Ort auszuweichen, wenn er auf schwieriges Gelände zusteuert.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

oben: Darstellung der geländebezogenen Navigation. „ Terrain-Relative Navigation hilft uns, sicher auf dem Mars zu landen – besonders wenn das Land darunter voller Gefahren wie steile Hänge und große Felsen ist! Von hier aus .

Im Dezember 2014 wurde das Sichtsystem in der Mojave-Wüste getestet . :

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

oben: „ Ein Prototyp des Lander Vision Systems für die NASA-Mission Mars 2020 wurde bei diesem Flug eines „Xombie“-Fahrzeugs von Masten Space Systems am 9. Dezember 2014 am Mojave Air and Space Port in Kalifornien getestet. Quelle: NASA Photo/Tom Tschida „Von hier .

Angesichts der Erfolgsbilanz der Marserkundung wird es natürlich wahrscheinlich scheitern, den Fallschirm überhaupt einzusetzen ...
@ Sean, das sind ESA-Missionen, keine NASA-Missionen.
@jwenting meine nächste Frage Wie können die Marsmenschen die Weltraumagentur eines sich nähernden Raumschiffs unterscheiden, um zu entscheiden, ob sie es landen lassen?
@uhoh versucht es, seine Landegebühren in Euro oder Dollar zu bezahlen? ;)
@jwenting das ist richtig. Es gibt dort auch NASA-Ausfälle. Das war irgendwie mein Punkt; Die Antwort auf meine "vorgeschlagene nächste Frage" wäre "sie tun es nicht" oder "sie würfeln 42-seitige Marswürfel wie alle anderen".

Trägheitsnavigation mit gelegentlichen "Fixes", um die Position innerhalb der gewünschten Genauigkeitsgrenzen zurückzusetzen.

Fixes können Fotos des Bodens, Positionen von Sternen, Funktriangulation oder Eingaben von externen Tracking-Stationen sein, nicht nur von Satelliten. Eine Trägheitsplattform verfügt über Kreisel für Steifigkeit, Beschleunigungsmesser zum Erfassen von Geschwindigkeitsänderungen (Beschleunigung) und kardanische Aufhängungen zum Erfassen von Winkeländerungen. Kreisel hochdrehen, Startposition und Richtung eingeben. Und lassen Sie einen Computer alle Änderungen von Anfang an erfassen, um Längen- und Breitengrad zu aktualisieren. Externe Korrekturen sind nur für Korrekturen von Fehlern erforderlich, die sich im Laufe der Zeit ausbreiten.

Radar, Bodenkartierungstechniken, Beschleunigungsmesser und viele andere Möglichkeiten, um eine relative Vorstellung davon zu bekommen, wo Sie sich befinden.

Daran arbeitet gerade eine österreichische Universität. Sie verwenden eine Bordkamera für die Navigation (siehe unten).

Außerdem verwendet eine aktuelle Drohne auf Kickstarter Odemetrie zur Positionierung. Das Projekt endete nicht so gut, aber an windstillen Tagen, wenn es keine Probleme gibt, funktioniert die Drohne: Siehe hier

Klagenfurter Forscher der Alpen-Adria-Universität Klagenfurt nehmen an analoger Mars-Mission im Oman teil :

„Flugzeuge sind schnell und sehr wendig. Sie können unbekannte Umgebungen, beispielsweise auf dem Mars, schneller erkunden als bodengebundene Roboter“, erklärt Stephan Weiss (Lehrstuhl Smart Systems Technologies der AAU). Er sagt jedoch: „Das Problem, das wir haben, ist die Navigation dieser Art von Drohnen in Situationen, in denen es kein GPS gibt, auf das man sich verlassen kann.“ Um dieses Problem anzugehen, arbeitet er mit seinem Team an der Weiterentwicklung kamerabasierter Methoden zur autonomen Navigation, die unter anderem den Einsatz von Hubschrauberflugzeugen bei Marsmissionen erleichtern sollen.

Bei der zu testenden Drohne handelt es sich um ein kleines Multikopter-Flugzeug, das mit Kamera und Inertialmesseinheit sowie einem Datenverarbeitungssystem ausgestattet ist. Stephan Weiss erklärt: „Die Navigationsalgorithmen der Drohne sind darauf ausgelegt, ausschließlich auf Basis von Bildern der eigenen Bordkamera und systemeigenen Trägheitsmessungen über das Gelände zu navigieren.“ Im Fall der Mission im Oman , werden nach dem Einsatz des Flugzeugs die von der Bordkamera aufgenommenen Bilder mit Trägheitsdaten und GPS synchronisiert. Ziel ist es zu überprüfen, ob die visuelle Positionserfassung des Flugzeugs richtig funktioniert. „Wir planen, den Multikopter zu unterschiedlichen Tageszeiten und über unterschiedlichen Landschaften einzusetzen. Anschließend werden die gesammelten Ergebnisse verglichen“, erklärt Weiss.

Die Experimente werden im Rahmen der Mission AMADEE-18 des Österreichischen Weltraum Forums durchgeführt. Mission Control ist im Mission Support Center in Innsbruck angesiedelt. Dieses Team ist so groß wie die Bodenkontrolle der Erde und wird mit den 15 Mitgliedern der Feldmannschaft im Oman kommunizieren, die aus Mitgliedern aus neun verschiedenen Nationen besteht, darunter analoge Astronauten. Sie werden Experimente in den Bereichen Ingenieurwesen, bemannte Erkundung von Planetenoberflächen, Astrobiologie, Geophysik/Geologie, Biowissenschaften und mehr durchführen. Die Mission soll vom 1. bis 28. Februar 2018 stattfinden.

Dies ist eine Nur-Link-Antwort . Können Sie es bearbeiten und die wesentlichen Teile einfügen, die die Frage hier beantworten ?
Die tl;dr-Erklärung ist, dass Links mit der Zeit brechen und die Antwort für zukünftige Leser nutzlos wird, es sei denn, Sie erfassen hier einige Schlüsselpunkte, indem Sie entweder die wichtigen Informationen zusammenfassen oder sie zitieren. Ich habe ein Beispiel dafür gezeigt, wie das funktionieren könnte, aber Sie können gerne ein Rollback durchführen oder weiter bearbeiten. Willkommen im Weltraum!
Wie kann ein Mars-Hubschrauber autonom sein, wenn es kein Mars-GPS gibt?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v