Как найти правильный курс навигации по GPS-навигации с помощью Arduino?

Question

Как найти правильный курс навигации по GPS-навигации с помощью Arduino?

У меня возникла проблема несколько дней назад, и вот она:

У меня есть радиоуправляемый самолет, и я хочу сделать его автономным с помощью GPS-навигации с помощью Arduino

У меня есть встроенная плата Arduino Mage 2560, подключенная к GPS Ublox-Neo-M8N (модуль GPS), и возникает проблема

Я хочу, чтобы мой RC-Plane считывал свое положение и шел к путевым точкам

Координаты двух путевых точек определены ранее в матричной переменной, как в этом примере:

a [1] [3] =
{
    {38.884675, -116.671035, 
     245}
};

b [1] [3] =
{
    {38.725019, -116.580951, 
     1180}
};

( 1st is Latitude, 2nd is Longitude and 3rd is height)

Поэтому я хочу, чтобы мой Arduino считывал свое текущее положение из данных модуля GPS и вычислял правильный азимут (правильный горизонтальный угол) и правильный угол наклона (вертикальный угол), чтобы направлять мой самолет к путевым точкам

и помните, когда он достигнет путевой точки "a" с небольшой ошибкой (расстояние промаха = 4 метра) он должен иметь возможность игнорировать навигацию к путевой точке переменной "a" а затем перейдите к путевой точке "b"

МНЕ НУЖНА ТОЧНАЯ КОМАНДА ИЗ ЛЮБОЙ БИБЛИОТЕКИ, ЧТОБЫ ВЫЧИСЛИТЬ ЭТИ ДВА УГЛА ДЛЯ НАВИГАЦИИ (угол азимутального направления и угол тангажа для навигации RC-Plane отовсюду по путевым точкам

@Hamid 'Smith' Salehi, 👍-2

Обсуждение

Трек (курс относительно земли) обычно рассчитывается приемником GPS и включается в отправляемые им данные. Так что ничего там рассчитывать не надо., @PMF

Однако «навигационная» часть вашего вопроса сложна. В частности, поскольку у вашего самолета нет 6 степеней свободы (как у дрона), расчет пути к путевой точке включает кривую., @PMF

очень хороший вопрос, однако он касается навигации, а не Arduino, так что здесь он не по теме ... downvote, @jsotola

1 ответ

Лучший ответ:

@*Edgar Bonet* · Accepted Answer · 2022-11-01 16:03-00:00

Вычисления несложные. Поскольку ваш дрон вряд ли будет путешествовать на тысячи километров можно считать, что Земля локально плоская, а широта и долгота являются ортогональной системой координат. Сначала вычислите вектор к следующей путевой точке в декартовых координатах. (дх, ды, дз):

// Определяется в глобальном масштабе.
const float radians_per_degree = M_PI / 180;
const float degrees_per_radians = 180 / M_PI;
const float meters_per_degree = 1e7 / 90;

// Для каждого показания GPS:
float dx = (waypoint.longitude - current.longitude) * meters_per_degree
         * cos(current.latitude * radians_per_degree);
float dy = (waypoint.latitude - current.latitude) * meters_per_degree;
float dz = waypoint.height - current.height;

Затем из этого вектора можно получить требуемые углы:

float azimuth = atan2(dx, dy) * degrees_per_radians;
float pitch_angle = atan(dz/sqrt(dx*dx + dy*dy)) * degrees_per_radians;

Обратите внимание, что аппроксимация нарушается, если дрону нужно расстояние, которое составляет значительную часть расстояния до ближайшего столб. Заметьте также, что ошибки аппроксимации несущественны, если вы периодически обновлять свою оценку азимута и угла тангажа: ошибки будет исправляться по мере приближения дрона к путевая точка.

Обновление: timemage опубликовал очень интересный комментарий, и я хотел бы для дальнейшего расширения вопроса точности. Поддержка плавающей запятой AVR действительно ограничен одинарной точностью. Для широт и долгот в диапазон, указанный в вопросе, числовое разрешение (формально единица измерения на последнем месте) равна (3,81×10⁻⁶)° для широты и (7,63 × 10⁻⁶) ° для долготы. Это переводится примерно 42 см и 66 см соответственно на поверхности Земли. Это может быть достаточно, чтобы попасть в путевую точку с точностью до 4 м.

Вы можете увеличить разрешение, сохранив широту и долготу в микроградусах, как 32-битные целые числа. Это должно быть легко, если GPS всегда дает 6 цифр после запятой: просто игнорируйте это десятичная точка. Затем, как только количества waypoint.longitude - current.longitude и waypoint.latitude - current.latitude вычисляются, вы можете безопасно используйте плавающую точку для остальных вычислений.