- Nazwa przedmiotu:
- Wybrane działy nawigacji
- Koordynator przedmiotu:
- dr hab. inż. Ryszard Szpunar
- Status przedmiotu:
- Obowiązkowy
- Poziom kształcenia:
- Studia II stopnia
- Program:
- Geodezja i Kartografia
- Grupa przedmiotów:
- Obowiązkowe
- Kod przedmiotu:
- GK.SMS251
- Semestr nominalny:
- 2 / rok ak. 2020/2021
- Liczba punktów ECTS:
- 5
- Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
- 1) Liczba godzin kontaktowych - 65 godzin, w tym:
a) obecność na wykładach - 30 godzin,
b) obecność na zajęciach projektowych 30 godzin,
c) konsultacje - 5 godziny.
2) Praca własna studenta - 30 godzin, w tym
a) wykonanie zadań domowych - 10 godzin,
b) przygotowanie prezentacji - 10 godzin,
c) przygotowanie do udziału w ćwiczeniach 10 godzin,
Razem: 95 godzin = 4 punkty ECTS
- Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
- 2 punkty ECTS - liczba godzin kontaktowych - 65 godzin, w tym:
a) obecność na wykładach 30 godzin,
b) obecność na zajęciach projektowych 30 godzin,
c) konsultacje - 5 godziny.
- Język prowadzenia zajęć:
- polski
- Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
- 2 punkt ECTS - 40 godzin, w tym:
obecność na zajęciach projektowych 30 godzin,
wykonanie zadań domowych 10 godzin.
- Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
-
- Wykład30h
- Ćwiczenia0h
- Laboratorium0h
- Projekt30h
- Lekcje komputerowe0h
- Wymagania wstępne:
- Podstawowa wiedza z zakresu, geodezji wyższej, geodezji fizycznej. Zawansowana wiedza na temat definicji układów współrzednych oraz metod transformacji pomiedzy układami. Podstawowa wiedza na temat zasad działania algorytmów rekurencyjnych wykorzystywanych w estymacji lub filtracji parametrów. Zaawansowana wiedza na temat ogólnych zasad działania Globalnych Systemów Nawigacji Satelitarnej (GNSS)., w szczególności w kontekście metod wyznaczania pozycji użytkownika
- Limit liczby studentów:
- brak
- Cel przedmiotu:
- Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z zasadami nawigacji lotniczej, morskiej i lądowej (również urządzenia nawigacyjne) w ujęciu klasycznym. Szczegółowa tematyka obejmuje zagadnienia związane w zasada działania sensorów pomiarowych w szczególności w kontekście współczesnych zmian technologicznych w systemach pomiarowych oraz wyzwań rynku pracy. Ponadto zagadnienia przedmiotu obejmują
zagadnienia związane z: nowoczesnymi technologiami pomiarowymi, nowoczesnymi algorytmami integracji obserwacji oraz algrorymami wyznaczania parametrów nawigacyjnych. Poruszane zagadnienia umożliwiaja dostosowanie wiedzy absolwentów do wymagań społecznogospodarczych oraz potrzeb rynku pracy i wymagań pracodawców.
- Treści kształcenia:
- Wykład:
• Wprowadzenie do nawigacji: podstawowe zagadnienia nawigacji w ujęciu historycznym, odwzorowania i mapy nawigacyjne.
• Klasyfikacja technologii nawigacyjnych: nawigacja wewnątrz budynków (ang. indoor navigation), nawigacja w przestrzeni otwartej (ang. outdoor navigation): lądowa, morska, lotnicza, nawigacja w przestrzeni kosmicznej (ang. deep space navigation)
• Układy odniesienia w nawigacji, metody pozycjonowania i wielkości mierzone: triatelacja (ToF, RSS), Triangulacja (AoA), hiperbola nawigacyjna (TDOA), nawigacja porównawcza (terestryczna), proximity.
• Podstawowe parametry nawigacyjne. Kinematyczne równanie ruchu i jego całkowanie
• Zasada działania wybranych przyrządów nawigacyjnych: sensory inercyjne (akcelerometr, żyroskop), magnetycznych (magnetometr), ciśnieniowych (barometr). Charakterystyka błędów wybranych czujników nawigacyjnych.
• Systemy Nawigacji Satelitarnej (aktualne systemy).
• Architektura systemów GNSS: GBAS, SBAS), radionawigacja (Loran), nawigacja inercyjna (INS, AHRS),
• Formaty i standardy nawigacyjne: NMEA, RTCM.
• Systemy wspomagające nawigację: augmented (SBAS, GBAS), aided (pseudolites, LTE, 5G), assisted (AGPS).
• Orientacja obiektów ruchomych, reprezentacja matematyczna i metody estymacji.
• Zintegrowane systemy nawigacyjne (INS/GNSS).
• Monitoring kontroli niezawodności systemów nawigacyjnych (RAIM, ARAIM)
• Nawigacja autonomiczna (based on autonomous car- autonomous driving level, vehicle to vehicle navigation, )
• Mobilny skaning laserowy
• Wymagania wydajnościowe systemów Nawigacyjnych (Required navigation performance, RNP). Procedury operacji bezzałogowymi platformami lotniczymi (UAV).
Tematyka projektów:
• Definicja układu chwilowego (radial, along-track, cross-track) związanego z platformą mobilną. Podstawowe transformacje niezbędne do kalibracji sensorów nawigacyjnych na platformie mobilnej.
• Zasady działania sensorów inercyjnych na przykładzie technologii MEMS. Omówienie protokołu I2C (Inter-integrated Circuit Protocol). Przeliczanie surowych obserwacji (volty) do wartości metrycznych (zmiany kątowe, przyrosty odległości)
• Klasyfikacja błędów, dokładność i kalibracja sensorów pomiarowych.
• Matematyczna reprezentacja orientacji platform mobilnych: kosinusy kierunkowe, kąty Eulera, Kwaterniony.
• Fuzja obserwacji z sensorów inercyjnych: filtr komplementarny, filtr Kalmana
• Chwilowe wyznaczenie orientacji (instantaneous/snapshot), Wahba's problem - wybrane metody rozwiązań: Davenport's q-method, QUEST i SVwyD, TRIAD.
• Wybrane algorytmy AHRS: Madgwick, Mahony
• Wybrane metody interpolacji obrotów: Spherical Linear Quaternion Interpolation (SLERP)
• Wyznaczanie orintacji na podstawie obserwacji wieloantenowego systemu GNSS.
• Porównanie Extended Filter i Particle filter - algorytmy lokalizacji 2D
• Algorytm nawigacji zintegrowanej GNSS/INS (dead-reckoning).
• Algorytm nawigacji zintegrowanej GNSS/INS (loose coupling, tight coupling).
• Algorytm kontroli niezawodności systemu nawigacyjnego (RAIM, ARAIM)
• Nawigacja wewnątrz budynku na podstawie obserwacji mocy/intensywności sygnału (received signal strength indication or RSSI) z wykorzystaniem infrastruktury sieci WLAN.
• Wybrane algorytmy planowania trasy.
- Metody oceny:
- Końcowa ocena wiedzy i umiejetnosci składa sie z oceny z projektu z wagą 0.5
oraz oceny z egzaminu z wagą 0.5, prowadzacy ma prawo do korekty oceny o
pół stopnia. Zaliczenie wykładu realizowane jest poprzez zaliczenie egzaminu
pisemnego o charakterze teoretyczno-problemowym (zaliczenie wymaga uzyskania
minimum 60% punktów). Do zaliczenia ćwiczen wymagane jest uzyskanie pozytywnych
ocen ze wszystkich sprawozdać z projektów oraz obecnośćna zajeciach. Nieusprawiedliwiona nieobecność na wiecej niz 2 zajeciach projektowych oznacza niezaliczenie przedmiotu. Student nieobecny na zajeciach projektowych ma obowiazek zgłosic sie do prowadzacego celem uzgodnienia terminu (lub metody) odrobienia zajęć. Dodatkowym uzupełnieniem oceny jest merytoryczna aktywność studenta w trakcie zajęć.
- Egzamin:
- tak
- Literatura:
- Teunissen, P. J. and Montenbruck, O. (2017): Springer Handbook of Global Navigation Satellite Systems, Springer International Publishing AG 2017,
Hofmann-Wellenhof, B. (2003): Navigation: Principles Of Positioning And Guidance
Springer, 2003
Groves, P. D. (2013): Principles of GNSS, Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems (second edition), Artech House
Gleason, S. and Gebre-Egziabher, D. (2009): GNSS Applications and Methods, Artech House
Jekeli, C. (2001): Inertial Navigation Systems with Geodetic Applications, Walter de Gruyter Berlin New York
Markley, F. L. and Crassidis, J. L. (2014): Fundamentals of Spacecraft Attitude Determination and Control, Springer
Rogers, R. M.(2007): Applied Mathematics in Integrated Navigation Systems (third edition), American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA), Inc.
- Witryna www przedmiotu:
- brak
- Uwagi:
- brak
Efekty uczenia się
Profil ogólnoakademicki - wiedza
- Efekt GK.SMS251_W01
- Ma wiedzę z temat integrowania danych z różnych czujników nawigacyjnych
Weryfikacja: Zaliczenie ustne
Powiązane efekty kierunkowe:
K_W09, K_W11, K_W15
Powiązane efekty obszarowe:
T2A_W04, T2A_W05, T2A_W07, T2A_W02, T2A_W02, T2A_W05
- Efekt GK.SMS251_W02
- Ma wiedzę z wykorzystania systemów DGNSS w nawigacji
Weryfikacja: Sprawdzian ustny
Powiązane efekty kierunkowe:
K_W09, K_W15, K_W16
Powiązane efekty obszarowe:
T2A_W04, T2A_W05, T2A_W07, T2A_W02, T2A_W05, T2A_W04, T2A_W05
- Efekt GK.SMS251_W03
- Ma wiedzę z zakresu współczesnych systemów nawigacji lotniczej, morskiej, lądowej. Ma wiedzę z zakresu systemów nawigacyjnych indoor
Weryfikacja: Zaliczenie ustne
Powiązane efekty kierunkowe:
K_W09, K_W11, K_W15, K_W16
Powiązane efekty obszarowe:
T2A_W04, T2A_W05, T2A_W07, T2A_W02, T2A_W02, T2A_W05, T2A_W04, T2A_W05
Profil ogólnoakademicki - umiejętności
- Efekt GK.SMS251_U01
- Umie wykonywać obserwacje, analizować i integrować dane z różnych czujników nawigacynych
Weryfikacja: Wykonanie ćwiczenia projektowego
Powiązane efekty kierunkowe:
K_U19
Powiązane efekty obszarowe:
T2A_U08, T2A_U09, T2A_U11
- Efekt GK.SMS251_U02
- Potrafi wykonywać filtrowanie danych za pomocą wybranych algorytmów
Weryfikacja: Zaliczenie projektu obliczeniowego. Zaliczenie ćwiczeń na symulatorach.
Powiązane efekty kierunkowe:
K_U17, K_U19
Powiązane efekty obszarowe:
T2A_U07, T2A_U18, T2A_U19, T2A_U08, T2A_U09, T2A_U11
Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne
- Efekt GK.SMS251_K01
- Umie samodzielnie opracowywać ćwiczenia projektowe.
Umie w grupie opracowywać ćwiczenia projektowe oraz prezentacje ustne.
Weryfikacja: Zaliczenie ustne
Powiązane efekty kierunkowe:
K_K01, K_K04
Powiązane efekty obszarowe:
T2A_K06, T2A_K03