Навигационный блок

Навигационный блок (НБ) предназначен для вычисления координат летательного аппарата без использования сигналов спутниковой навигации. Вычисление координат производится на основе изображений с камеры и данных с дальномера, установленных на НБ, а также информации об ориентации летательного аппарата (ЛА), полученной от внешнего источника (полётного контроллера).

Полная документация доступна по ссылке.

Подключение

Физическое подключение навигационного блока осуществляется через интерфейс Ethernet 1000BASE-T. НБ ожидает получения IP-адреса по DHCP. НБ поддерживает протокол MAVLink версии 1.0 и 2.0 для обмена данными с одноплатными компьютерами и полётным контроллером. Протокол реализован на множестве языков. Наличие высокоуровневых библиотек поддержки на C++ и Python позволяет быстро и эффективно организовать взаимодействие между компонентами дрона для передачи информации и управления. Протокол содержит специализированные для ЛА сообщения и легко расширяется для реализации дополнительной функциональности. Для передачи/получения пакетов MAVLink используется порт UDP 14540.

Режимы работы

Навигационный блок поддерживает 2 основных режима работы: картирование и локализация. В режиме картирования НБ строит карту местности, над которой находится. На этом этапе необходимо подавать в НБ глобальные координаты ЛА. В режиме локализации НБ выдаёт координаты ЛА на основе заранее построенной карты местности.

Обычно, на момент старта камера навигационного блока оказывается слишком близко к земле, чтобы можно было надёжно вычислить координаты. Поэтому сразу после включения НБ выдаёт только информацию о высоте над поверхностью. Эта высота вычисляется на основе показаний встроенного дальномера и информации о наклоне ЛА относительно горизонта.

Информация о наклоне должна подаваться в навигационный блок от внешнего источника в сообщении ATTITUDE.

После того, как высота над поверхностью превысит значение параметра INIT_ALT, произойдёт инициализация навигационного блока, и в зависимости от режима он начнёт построение карты, либо начнёт поиск своего положения на загруженной карте. Только после инициализации НБ будет выдавать полный набор координат.

При слишком маленьком значении INIT_ALT возможно искажение карты, способное привести к неправильному вычислению координат. Рекомендуется задавать значение INIT_ALT не меньше 4 метров.

До момента инициализации информация о горизонтальном перемещении ЛА будет недоступна.

Режим картирования

Для картирования местности необходимо выставить параметр LOAD_MAP в значение “0”, параметр SAVE_MAP в значение “1” и регулярно подавать на вход глобальные координаты ЛА (сообщение GLOBAL_POSITION_INT).

Режим локализации

Для локализации на основе построенной карты местности необходимо задать координаты точки старта через параметры ORIGIN_LAT, ORIGIN_LON, ORIGIN_ALT и ORIGIN_HDG, а также выставить параметр LOAD_MAP в значение “1”, а параметр SAVE_MAP в значение “0”. Также в параметр MAP_ID нужно указать индекс карты, записанной в памяти навигационного блока. В режиме локализации НБ отдаёт глобальные координаты летательного аппарата в сообщении GLOBAL_POSITION_INT и координаты в локальной системе координат относительно точки старат в сообщении VISION_POSITION_ESTIMATE.

Примеры

Примеры работы с навигационным блоком находятся в директории examples. Прежде чем запускать скрипты укажите IP-адрес блока в файле navblock_ip.txt

Простые действия

• view_params.py – просмотр параметров
• set_params.py – будут отображены текущие параметры, а затем предложено изменить значение любого из них
• reboot.py – перезагрузка навигационного блока
• shutdown.py – завершение работы навигационного блока
• download_file.py – выгрузка карты из навигационного блока. Будет выведен список карт, хранящихся в памяти навигационного блока, а затем будет предложено скачать любую из них
• upload_file.py – загрузка карты в навигационный блок. Будет предложено ввести путь к файлу на локальной машине, затем — путь, по которому нужно сохранить файл в памяти навигационного блока
• disable_vision.py – отключение вывода координат

Демо-режимы

Навигационный блок имеет параметр высота инициализации. После включения навигационный блок сопособен выдавать только высоту над поверхностью, пока не достигнет высоты инициализации. Во всех нижеприведённых примерах высота инициализации составляет 1 метр. Для вычисления высоты над поверхностью требуется информация о наклоне ЛА относительно горизонтального положения. Для упрощения приведённые скрипты сами генерируют сообщение ATTITUDE, считая углы наклона равными 0.

• view_vision_position.py – отображение локальных координат. Навигационный блок будет настроен на режим навигации без карты и перезагружен при необходимости. Локальные координаты будут отображаться на экране.
• view_global_position.py – отображение глобальных координат. Навигационный блок будет настрое на режим навигации без карты и перезагружен при необходимости. Глобальные координаты будут отображаться на экране. Вычисление текщих глобальных координат производится относительно координат, заданных параметрами ORIGIN_LAT, ORIGIN_LON, ORIGIN_ALT, ORIGIN_HGT
• mapping_mode.py – построение карты. Навигационный блок будет настроен на режим навигации с сохранением карты. Локальные координаты будут отображаться на экране. Сохранение карты в файл произойдёт если в сообщении HEARTBEAT, поступающем на вход навигационного блока, в поле base_mode флаг MAV_MODE_FLAG_SAFETY_ARMED перейдёт из состояния 1 в 0, что означает выключение двигателей, либо при перезагрузке или завершении работы.
• localization_mode.py – определение координат на построенной карте. Навигационный блок будет настроен на режим навигации с готовой картой. Локальные координаты будут отображаться на экране.

Соединение с полётным контроллером

Для данного примера необходимо установить MAVProxy. Скрипт flight.bash запускает MAVProxy таким образом, чтобы обеспечить связь полётного контроллера с навигационным блоком и с наземной станцией. После установления соединения с полётным контроллером, будет запущен скрипт pixhawk/mavinit.scr, который запросит у полётного контроллера информацию о наклоне с частотой 20 Гц.