Xây dựng hệ INS/GPS threo cấu trúc ghép lỏng sử dụng bộ lọc Kalman trên cơ sở hệ INS đã được cải thiện độ chính xác
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 116 (2017) 001-005
́
Xây dưn
̣
g hê
̣
INS/GPS theo câu truc ghep long sư dun
̣
g bô
̣ ̣
loc Kalman
́
́
̉
̉
trên cơ sơ hê
̣
INS đa đươc
Implementation of a Loosely Coupled Integration INS/GPS System
using kalman filter based on Improved INS System
̣
cai thiên
̣
đô
̣
chinh xac
̉
̃
̉
́
́
̣
Triệu Việt Phương1,2, Nguyễn Thị Lan Hương1*, Trinh Quang Thông1
1Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội – Số 1 Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội
2Viện Đo lường Việt Nam – Số 8 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội
Đến Tòa soạn: 27-7-2016; chấp nhận đăng: 24-11-2016
Tó m tắt
Kết hợp INS/GPS là giải pháp hiệu quả trong bài toán dẫn đường kết hợp đa cảm biến. Bởi vì GPS và INS
có thể bổ sung cho nhau để đạt kết quả tối ưu dựa trên những ưu, nhược điểm của chúng. Trong bài toá n
kết hợp thông tin từ các hệ thống độc lập, hệ kết hợp sẽ đạt độ chính xác và tin cậy tốt hơn trên cơ sở thông
tin cung cấp bởi từng hệ là đúng đắn. Bài bá o này tập trung trì nh bày xây dựng hệ kết hợp INS/GPS theo
cấu trúc ghép lỏng sử dụng bộ lọc Kalman trên cơ sở hệ INS đã được tác giả cải thiện qua nâng cao độ
chính xác IMU và độ chính xác xác định góc định hướng của vật thể. Kết quả thử nghiệm trên đối tượng
chuyển động mặt đất cho thấy hệ ghép lỏng INS/GPS đề xuất có chất lượng, độ chính xác và tính ứng dụng
cao hơn so với hệ ghép lỏng INS/GPS truyền thống.
Từ khóa: Hệ dẫn đường quá n tí nh, Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu, cấu trúc ghép lỏng, bộ lọc Kalman,
khối đo lường quán tính
Abstract
The INS/GPS integration is an effective solution in multi-sensors navigation. This is because, GPS receiver
and INS sensors can complement each other to achieve optimal results based on the advantages and
disadvantages of them. In an information integration system from independent systems, the integration
system achieve accuracy and better reliability based on information provided by each system is correct. This
paper focuses on presentation of a loosely coupled integration INS/GPS using Kalman filter based on INS
system has been improved the accuracy of IMU, object’s orientation. Testing results on land vehicle are
shown the quality, accuracy and applicability of the proposed loosely coupled integration INS/GPS higher
than tradition loosely coupled integration INS / GPS.
Keywords: Inertial Navigation System, Global Positioning System, Loosely Coupled, Kalman Filter, Inertial
Measurement Unit
1. Giới thiệu*
Hệ dẫn đường quán tính (INS) xác định vị trí vật
Kalman [1, 4, 5, 6]. Hệ thống GPS có tốc độ cung cấp
thông tin chậm, tuy nhiên thông tin lại ổn định trong
thời gian dài. Kết hợp INS với GPS giúp hệ thống có
thể cung cấp được thông tin với tốc độ nhanh, độ ổn
định dài, độ chính xác cao [1, 4, 5, 6].
thể dựa trên chính thông tin chuyển động nội tại của
vật thể, đó là gia tốc chuyển động. Từ gia tốc chuyển
động của vật thể, lấy tích phân hai lần theo thời gian
sẽ xác định được vị trí của vật thể. Hệ INS có ưu
điểm là cung cấp thông tin vị trí, trạng thái vật thể
một cách liên tục và tức thời, có khả năng hoạt động
độc lập trong mọi điều kiện khí hậu, thời tiết, địa
hình. Tuy nhiên do sử dụng phép tính tích phân nên
hệ INS có thể sinh ra sai số tích lũy theo thời gian,
dẫn đến thông tin cung cấp bởi hệ chỉ chính xác trong
khoảng thời gian ngắn [1, 4, 5, 6]. Để có thể xác định
được chính xác vị trí vật thể, cần thiết phải áp dụng
những kỹ thuật bù trừ sai số khác nhau. Hiện nay
phương pháp bù trừ sai số phổ biến là kết hợp INS
với hệ thống định vị toàn cầu (GPS) sử dụng bộ lọc
Để một hệ thống dẫn đường kết hợp thông tin từ
nhiều hệ thống dẫn đường khác nhau có được độ
chính xác cao, ổn định lâu dài, đòi hỏi từng hệ phải
chính xác, ổn định, thuật toán sử dụng kết hợp thông
tin cũng phải tin cậy. Với hệ dẫn đường kết hợp
INS/GPS, các nghiên cứu hiện nay chủ yếu tập trung
vào xây dựng, nâng cao giải pháp, thuật toán kết hợp
hệ INS với hệ GPS mà ít chú trọng nâng cao chất
lượng của từng hệ riêng rẽ. Trong bài báo này, cac tác
́
giả tập trung xây dựng hệ ghép lỏng INS/GPS trên cơ
sở hệ INS đã được cải thiện bằng các phương pháp đã
được trình bày tại [2, 3]. Kê
́
t qua thưc
̣
nghiêm
̣
trên
y hê
̉
̉
đố
i tươn
̣
g chuyên đôn
̣
g măt
̣
đâ
́
t (ô tô) cho thâ
́
̣
̉
ghép lỏng INS/GPS đê
̀
xuât hoat
́
̣
đôn
̣
g ôn đin
̣
h, đô
̣
* Corresponding author: Tel.: (+844) 3869 6233
Email: [email protected]
1
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 116 (2017) 001-005
̣ ̣ ̣
ro rêt so vơi hê ghép lỏng Tư nguyên ly hoat đông cua hê INS mô ta trên
̉ ̉
chinh xac đươc
̣
cai thiên
̣
̣
̣
̉
̃
́
́
̀
́
́
INS/GPS sư dun
̣
g hê
̣
INS truyê
̀
n thô
́
ng.
hinh 1, có thể thấy chất lượng của hệ INS phụ thuộc
̉
̀
trực tiếp vào độ chính xác của khối đo lường quán
tính (IMU). Vì vậy, việc quan trọng cần thực hiện
trước khi đưa IMU vào sử dụng đó là hiệu chuẩn (xác
định, loại trừ hoặc giảm thiểu ảnh hưởng của các sai
số). Công việc này đều đã được các nhà sản xuất IMU
thực hiện trước khi xuất xưởng, các giá trị sai số được
ghi rõ trong tài liệu kỹ thuật. Tuy nhiên do môi
trường làm việc thực tế khác với điều kiện thử
nghiệm của các nhà sản xuất, cùng với nhiều nguyên
nhân khác, để đảm bảo yêu cầu sử dụng thực tế cần
thiết phải thực hiện lại quá trình hiệu chuẩn này. Do
IMU phải hoạt động trong nhiều điều kiện môi trường
khác nhau, nên quá trình hiệu chuẩn cần phải được
tiến hành thường xuyên để đảm bảm hệ thống INS
luôn hoạt động chính xác và ổn định. Tuy nhiên trong
hệ INS sử dụng cấu trúc Strapdown, IMU được gắn
cố định vào vật thể, cộng với việc các phương tiện
chuyển động mặt đất di chuyển thường xuyên nên rõ
ràng việc tiến hành hiệu chuẩn các cảm biến trong
phòng thí nghiệm là rất khó khăn và phức tạp. Điều
này đòi hỏi phải phát triển các phương pháp hiệu
chuẩn mới cho IMU sao cho có thể thực hiện một
cách nhanh chóng, dễ dàng ngay tại hiện trường mà
vẫn đảm bảo độ chính xác.
2. Cải thiện đô
̣
chinh xac hê
̣
INS
́
́
Nguyên lý xác định vị trí vật thể của hệ INS
kiểu strapdown truyê
thực hiện theo sơ đồ Hình 1.
̀
n thô
́
ng trong hệ e-frame được
Initial Attitude
Gyroscope
Signal
Gyroscope
Attitude
Initial
Position
Initial Velocity
Project
Accelerometer
Signal
Accelerations
onto Global
Axes
Correct for
Gravity
Moving
Acceleration
Accelerometer
IMU
Velocity
Position
Hình 1. Sơ đồ nguyên lý xác định vị trí vật thể của hệ
INS kiểu Strapdown [1, 4, 5, 6]
Các phương trình định vị đối với vật thể trong
trường hợp này có dạng [1, 4, 5, 6]:
r
vve e e re Ce f b ge
(1)
ie ie
b
C
b
Trong đó:
Do cảm biến gia tốc sử dụng trong hệ INS là
cảm biến 3 chiều, thông tin đo được từ cảm biến bao
gồm gia tốc trọng trường và gia tốc chuyển động.
Trong trường hợp đứng yên, thông tin đo được của
cảm biến chính là giá trị gia tốc trọng trường tại vị trí
đặt. Mà giá trị gia tốc trọng trường tại một vị trí được
•
•
•
e : vector vị trí vật thể xét trong hệ e-frame
r
ve : vector vận tốc vật thể xét trong hệ e-frame
e : ma trận chuyển hệ tọa độ từ hệ b-frame sang
Cb
hệ e-frame
b : vector gia tốc đo được bởi cảm biến gia tốc
•
f
̉
coi là không đổi (thay đôi vô cùng nhỏ theo thời
gắn trên vật thể
: ma trận mô tả các thành phần vận tốc góc
gian), vì vậy hoàn toàn có thể dùng giá trị này làm
chuẩn để hiệu chuẩn cảm biến gia tốc. Trong [2] tác
giả đã trình bày phương pháp mới dùng giá trị gia tốc
trọng trường tại vị trí đặt cảm biến làm chuẩn (không
cần thêm chuẩn, phương tiện đo tham chiếu bên ngoài
mà vẫn đảm bảo độ chính xác, tin cậy) cho phép xác
định chính xác sai số hệ thống (sai số tỷ lệ và sai số
bias) của cảm biến gia tốc bằng việc ước lượng lần
lượt các sai số sử dụng phương pháp bình phương cực
tiểu. Tương tự, do từ trường Trái đất tại một vị trí có
thay đổi rất nhỏ theo thời gian, nên giá trị từ trường
Trái đất tại vị trí đặt cảm biến cũng được sử dụng làm
chuẩn để hiệu chuẩn cảm biến từ trường trong hệ INS
theo phương pháp trình bày trong [2]. Với cảm biến
vận tốc góc, sai số bias được xác định bằng việc tiến
hành thu thập kết quả đo ở trạng thái đứng yên, sau
đó lấy giá trị trung bình cộng để loại trừ. Bên cạnh
đó, từ việc có thể xác định chính xác sự định hướng
của cảm biến vận tốc góc trong không gian từ kết quả
đo của cảm biến gia tốc và cảm biến từ trường ở trạng
thái đứng yên, hoàn toàn xác định được giá trị sai số
tỷ lệ của cảm biến vận tốc góc dựa trên so sánh góc
quay của cảm biến xác định từ kết quả đo của cảm
iee
của hệ e-frame quay quanh hệ i-frame
•
0
0
iee
e e
0
0
0 ;e 7,2921159.105(rad / s)
ie
ie
ie
0
0
•
g
e : vector gia tốc trọng trường xét trong hệ e-
frame
eeb : ma trận mô tả các thành vận tốc góc của vật
thể xét trong hệ b-frame với e-frame
•
0
zbeb ybeb
beb
zbeb
0
xbeb
b
b
yeb xeb
0
ebb ibb ibe ibb Cebiee
•
ibb : vector vận tốc góc đo bởi cảm biến vận tốc
góc gắn trên vật thể
2
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 116 (2017) 001-005
ve
), vị trí (
re
)
biến vận tốc góc với góc quay xác định được từ cảm
số góc định hướng (
), vận tốc (
biến gia tốc và cảm biến từ trường (sau khi các cảm
biến gia tốc và từ trường được hiệu chuẩn, sử dụng
các giá trị đo được từ các cảm biến này làm chuẩn).
của hệ INS, với tín hiệu quan sát là sai lệch giữa vị
e
GPS
e
trí, vận tốc thu được từ GPS (
) và vị trí, vận
r ,vGPS
e
INS
e
tốc xác định được từ INS (
). Lấy kết quả góc
r ,vINS
Mặt khác, theo nguyên ly hoat
̣
đôn
̣ ̣
g cua hê INS
̉
́
mô ta trên hinh 1, việc xác định chính xác các góc
định hướng ( INS ), vận tốc, vị trí xác định được từ hệ
̉
̀
định hướng của vật thể trong không gian có tính
quyết định, ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của
hệ INS. AHRS là hệ thống xây dựng trên cơ sở các
cảm biến quán tính, cung cấp thông tin về các góc
định hướng (góc hướng, góc nghiêng, góc ngẩng) của
vật thể trong không gian. AHRS là một phần của hệ
dẫn đường quán tính và được ứng dụng nhiều trong
các hệ thống dẫn đường cho ô tô, máy bay, tên lửa,
trong các hệ thống điều khiển robot, hoặc các hệ cân
bằng [1]. Khi vật thể đứng yên, giá trị góc nghiêng và
ngẩng được xác định từ kết quả đo của cảm biến gia
tốc, giá trị góc hướng được xác định từ kết quả đo của
cảm biến từ trường. Sau khi xác định được giá trị các
INS trừ đi các giá trị sai số này sẽ thu được góc định
hướng, vận tốc, vị trí chính xác của vật thể. Kết quả
ước đoán sai số góc định hướng, vận tốc, vị trí, cũng
được phản hồi để điều chỉnh lại hệ INS. Ưu điểm của
mô hình này là đơn giản, khả năng mở rộng và tính
kế thừa cao [1,4,5,6].
̉
̣
góc định hướng ở trạng thái đứng yên, khi vât thê
chuyển động, bằng việc lấy tích phân kết quả đo từ
cảm biến vận tốc góc sẽ xác định được các góc định
hướng mới của vật thể. Tuy nhiên, dù đã được hiệu
chuẩn, kết quả đo của các cảm biến vẫn tồn tại sai số,
các sai số này tích lũy theo thời gian làm giảm độ
chính xác của hệ AHRS. Vì vậy, cần thiết phải áp
dụng các kỹ thuật bù trừ sai số khác nhau. Một trong
các phương pháp thường được áp dụng là kết hợp tích
phân kết quả đo từ cảm biến vận tốc góc với kết quả
đo từ cảm biến gia tốc để xác định chính xác giá trị
góc nghiêng và góc ngẩng, kết hợp tích phân kết quả
đo từ cảm biến vận tốc góc với kết quả đo từ cảm
biến từ trường để xác định chính xác giá trị góc
hướng. Thuật toán phổ biến được sử dụng để kết hợp
là bộ lọc Kalman. Với bộ lọc Kalman, việc xây dựng
mô hình hệ thống càng chính xác thì kết quả thu được
càng tốt. Trong khi đó, quá trình hiệu chuẩn chỉ xác
định và loại trừ được các sai số hệ thống. Các sai số
ngẫu nhiên vẫn tồn tại trong kết quả đo của cảm biến
và là nguyên nhân làm giảm chất lượng hệ thống. Vì
vậy, trong [3] tác giả đã trình bày phương pháp mới
cho phép xác định chính xác góc định hướng của vật
thể bằng cách kết hợp kết quả đo của cảm biến vận
tốc góc, cảm biến từ trường, cảm biến gia tốc sử dụng
bộ lọc Kalman kết hợp mô hình hóa sai số ngẫu nhiên
của cảm biến vận tốc góc bằng mô hình tự hồi quy.
Hình 2. Mô hình kết hợp INS-GPS theo cấu trúc
ghép lỏng sử dụng bộ lọc Kalman
Mô hình sai số của hệ thống INS cung cấp thông
tin về nguồn gây ra sai số và ảnh hưởng của chúng
đến sai số xác định vị trí, vận tốc của vật thể. Mô
hình sai số của hệ INS được xây dựng từ hệ phương
trình định vị (1) của hệ. Áp dụng phương pháp xây
dựng mô hình sai số cho hệ INS được trình bày trong
[1,4,6], thu được hệ phương trình sai số của hệ thống
INS như sau:
ve
r
f b
iee Cbeibb
ve Cbe
ge 2ieeve
(2)
Mô hình sai số của hệ thống INS dưới dạng
mô hình trạng thái như sau [1,4,6]:
x) x(t) u c (t)
(3)
Trong đó:
T
eT
bT
ib
•
x(t) r
veT T f bT
vector
Các đề xuất trong [2,3] được tác giả đưa ra
nhằm mục đích nâng cao độ chính xác của hệ INS.
Hệ INS sau khi cải thiện được sử dụng để xây dựng
hệ ghép lỏng INS/GPS.
trạng thái mô tả sai số của hệ
0
I33
033 033
0
33
33
033 2iee Se Cbe 033
3. Xây dưn
̣
g hê
̣
INS/GPS theo câ
́
u truc ghep long
e
•
F(t) 033 033 ie 033 Cbe
́
́
̉
Trong nghiên cứu này, mô hình áp dụng bộ lọc
Kalman kết hợp hệ INS và hệ GPS được mô tả như
hình 2. Bộ lọc Kalman là được dùng để ước lượng sai
033 033
033 033 033
033 033
033 033 033
3
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 116 (2017) 001-005
quỹ đạo chuyển động cũng được so sánh với quỹ đạo
T
T
T
•
: vector sai số ngẫu nhiên
uc (t) uacc (t) ugyro (t)
chuyển động của hệ ghép lỏng INS/GPS truyền thống
(hệ xây dựng trên cơ sở INS chỉ sử dụng kết quả đo
của cảm biến vận tốc góc để xác định giá trị các góc
định hướng). Hệ ghép lỏng đề xuất và hệ ghép lỏng
truyền thống đều tính toán trên cùng một bộ số liệu
đã thu thập. Để đảm bảo độ chính xác và tin cậy trong
so sánh, quỹ đạo chuyển động được lựa chọn tại khu
vực ít bị che chắn để tín hiệu GPS thu được là tốt
nhất, tần số cập nhật của bộ thu GPS được chọn là 4
Hz, thông tin vị trí thu được từ bộ thu GPS sau đó
được tuyến tính hóa để có tần số cập nhật là 100 Hz,
giống với tần số cập nhật của hệ ghép lỏng INS/GPS.
Thời gian cập nhật GPS của hệ ghép lỏng INS/GPS
đề xuất và truyền thống cũng được thay đổi nhằm
khảo sát tính ứng dụng. Các phần mềm phân tích kết
quả đo, xử lý dữ liệu được tác giả xây dựng dựa trên
môi trường Matlab.
tác động lên cảm biến gia tốc và cảm biến vận tốc
góc.
4. Thực nghiệm và kết quả
Để thử nghiệm và đánh giá phương pháp đã đề
xuất, trong nghiên cứu này, khối IMU được sử dụng
là 3DM-GX3-35 của hãng MicroStrain (hình 3). IMU
3DM-GX3-35 bao gồm các cảm biến MEMS ba
chiều: cảm biến gia tốc, cảm biến vận tốc góc, cảm
biến từ trường. Ngoài ra, khối 3DM-GX3-35 cũng
bao gồm một bộ thu GPS. Bộ thu GPS này được sử
dụng để xây dựng hệ ghép lỏng INS/GPS. Một vài
đặc tính kỹ thuật cơ bản của khối IMU 3DM-GX3-35
được thể hiện trong bảng 1.
Một số đặc tính kỹ thuật cơ ban của bộ thu
̉
CW46 được thể hiện trong bảng 3.
Bảng 3. Đặc tính kỹ thuật của bộ thu GPS CW46
Thông số kỹ thuật
Hình 3. Khối IMU 3DM-GX3-35
Độ chính xác vận tốc
Độ chính xác vị trí
0,05 m/s
Bảng 1. Đặc tính kỹ thuật cơ bản của khối IMU
3DM-GX3-35
<5 m rms
Quỹ đạo chuyển động xác định từ hệ ghép lỏng
INS/GPS đề xuất với chu kỳ cập nhật GPS 1 s và hệ
Thông Cảm biến
Cảm biến
vận tốc góc
Cảm biến từ
trường
số
gia tốc
̉
GPS được thể hiện trên hình 4. Đê thư nghiêm kha
̣
̉
̉
Dải đo
Bias
±5 g
±300 °/sec
±0,25 °/sec
0,03
±2,5 Gauss
±0,003 Gauss
100
năng hoat
câp nhât GPS đươc
15 s, 20 s.
̣
đôn
̣
g cung như ưng dun
̣
g thưc
̣
tế, chu ky
̀
̃
́
±0,002 g
80
̉
̣
̣
̣
thay đôi lần lượt 1 s, 2 s, 5 s, 10 s,
Mật độ
nhiễu
o /sec/ Hz
g / Hz
Gauss / Hz
Cac đặc tính kỹ thuật cơ ban của bộ thu GPS
̉
́
trong khối 3DM-GX3-35 được thể hiện trong bảng 2.
Bảng 2. Một vài đặc tính kỹ thuật của bộ thu GPS
trong khối 3DM-GX3-35.
Thông số kỹ thuật
Độ chính xác vận tốc
Độ chính xác vị trí
0,1 m/s
2,5 m CEP
Hình 4. Quỹ đạo xác định từ hệ ghép lỏng INS/GPS
đề xuất với chu kỳ cập nhật GPS 1s (đường màu đỏ
đứt nét) và quỹ đạo chuẩn xác định từ hệ CW46
(đường màu xanh lá)
Mục đích của thử nghiệm là nhằm đánh giá độ
chính xác của hệ ghép lỏng INS/GPS đề xuất (hệ xây
dựng trên cơ sở hệ INS đã được cải thiện). Hệ ghép
lỏng INS/GPS đề xuất được gắn cố định trên ô tô sau
đó cho di chuyển liên tục trên đường trong khoảng
thời gian 5 phút. Độ chính xác xác định vị trí của hệ
ghép lỏng INS/GPS được xác định dựa trên so sánh
với quỹ đạo xác định được từ bộ thu GPS thương mại
chất lượng cao CW46 của hãng Navsync. Ngoài ra,
Sai số xác định vị trí của hệ ghép lỏng INS/GPS
đề xuất với chu kỳ cập nhật GPS 1s được thể hiện
trên hình 5.
4
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 116 (2017) 001-005
gian không có GPS lớn hơn so với hệ ghép lỏng
INS/GPS truyền thống. Va vơi đô chinh xac nay, co
̣
̀
́
́
̀
́
́
̉
thê ưng dun
̣
g trong bai toan đin
̣
h vi,
̣
giam sat phương
́
̀
́
́
́
tiên
̣
vơi đô
̣
tin cây
̣
cao. Qua đo cho thâ
́
y, tính ứng
́
́
dụng của hệ ghép lỏng INS/GPS đề xuất là cao hơn
hệ ghép lỏng INS/GPS truyền thống.
5. Kết luận
Bài báo đã trình bày đề xuất xây dựng hệ ghép
lỏng INS/GPS trên cơ sở hệ INS đã được cải thiện
qua nâng cao độ chính xác IMU và độ chính xác xác
định góc định hướng của vật thể. Nghiên cứu cũng đã
tiến hành khảo sát độ chính xác của hệ ghép lỏng
INS/GPS đề xuất với các chu kỳ cập nhật GPS khác
nhau. Các kết quả trong bài báo cho thấy hệ ghép
lỏng INS/GPS đề xuất có độ chính xác cao hơn so với
Hình 5. Sai số xác định vị trí của hệ ghép lỏng
INS/GPS đề xuất với chu kỳ cập nhật GPS 1s.
Từ các kết quả thể hiện trong hình 4 và hình 5,
có thể nhận thấy quỹ đạo xác định được từ hệ ghép
lỏng INS/GPS đề xuất với chu kỳ cập nhật GPS 1 s
bám sát với quỹ đạo di chuyển thực tế. Sai số vị trí
nhỏ hơn 6 m .
hệ ghép lỏng INS/GPS truyền thống va hoan toan co
̀
̀
̀
́
̉
thê ưng dun
̣
g đươc h vi,
̣
trong bai toan đin
̣
̣
giam sat
́ ́
́
̀
́
Sai số vị trí trung bình của hệ ghép lỏng
INS/GPS đề xuất và hệ ghép lỏng INS/GPS truyền
thống với các chu kỳ cập nhật GPS khác nhau được
thể hiện trong bảng 4.
phương tiên
̣
vơi đô tin cây cao. Điều này một lần nữa
̣
̣
́
khẳng định tính đúng đắn của các đề xuất nhằm cải
thiện hệ INS đã được tác giả trình bày trong [2,3]. Để
nâng cao hơn nữa độ chính xác trong việc xác định vị
trí vật thể các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung xây
dựng hệ ghép chặt INS/GPS sử dụng bộ lọc Kalman
trên cơ sở hệ INS đã cải thiện.
Bảng 4. Sai số vị trí trung bình của hệ ghép lỏng
INS/GPS đề xuất và hệ ghép lỏng INS/GPS truyền
thống với các chu kỳ cập nhật GPS khác nhau
References
Sai số vị trí của
Sai số vị trí của
hệ ghép lỏng
INS/GPS
truyền thống
(m)
[1]. David H.Titterton and John L.Weston, “Strapdow
Inertial Navigation Technology”, 2nd Edition, 2004,
The Institution of Electrical Engineers, Michael
Faraday House, Peter Peregrimus Ltd.
Chu kỳ cập
nhật GPS (s)
hệ ghép lỏng
INS/GPS đề
xuất (m)
[2]. Trieu Viet Phuong, Nguyen Thi Lan Huong, Trinh
Quang Thong, “Implementation Of Self-Calibration
Method For Accelerometer In Inertial Navigation
System”, Journal of Science & Technology Technical
Universities 113 (2016), pp 56-61.
1
2
2,0951
4,6462
2,0823
4,2050
5
13,8972
45,9147
94,0231
170,2700
7,8987
10
15
20
14,5297
21,8577
30,1010
[3]. Triệu Việt Phương, Nguyễn Thị Lan Hương, Trịnh
Quang Thông, “Xây dựng hệ AHRS trên cơ sở cảm
biến MEMS sử dụng bộ lọc Kalman kết hợp mô hình
sai số ngẫu nhiên AR”, Hội nghị toàn quốc lần thứ 3
về Điều khiển và Tự động hóa VCCA2015, DOI:
10.15625/vap.2015.0124, pp 844-851, Thái Nguyên
11-2015.
Từ kết quả thể hiện trong bảng 4 có thể thấy với
chu kỳ cập nhật là 1 s và 2 s, sai số của hệ ghép lỏng
INS/GPS đề xuất nhỏ hơn sai số của hệ ghép lỏng
INS/GPS truyền thống, tuy nhiên sai lệch giữa hai hệ
là không lớn. Điều này là do với chu kỳ cập nhật nhỏ,
thì sai số tích lũy trong hệ INS đề xuất và INS truyền
[4]. Isaac Skog, “A Low-Cost GPS Aided Inertial
Navigation System for Vehicular Applications”.
Master of Science Thesis, Stockholm, Sweden, 2005.
thống là nho, chưa đủ để tạo nên sự khác biệt rõ ràng.
̉
Với các chu kỳ cập nhật lớn hơn 5 s, có thể thấy rõ
ràng sự khác biệt giữa hai hệ, sai số của hệ ghép lỏng
INS/GPS đề xuất nhỏ hơn nhiều so với hệ ghép lỏng
[5]. Jay A. Farrell (2008) Aided Navigation GPS with
High Rate Sensors. McGraw-Hill Companies, Inc.
INS/GPS truyền thống. Trong thưc
̣
tê
t đi qua khu vưc
m…thông tin GPS mâ
thơi gian trên 5 giây la kha thương xuyên. Từ kết quả
́
, khi cac đô
́
i
́
[6]. Adrian Schumacher (2006) Integration of a GPS aided
Strapdown Inertial Navigation System for Land
Vehicles. Master of Science Thesis Stockholm,
Sweden.
̉
tươn
̣
g chuyên đôn
̣
g măt
̣
đấ
̣
bi
̣
che
chăn, đương hâ
́
̀
́t trong khoang
̉
̀
̀
̀
́
̀
thể hiện trong bảng 4, cũng có thể thấy, ơ cùng một
̉
mức sai số cho phép thì hệ INS/GPS đề xuất cho phép
xác định chính xác vị trí của vật thể với khoảng thời
5
5 trang
22440
Free
Bạn đang xem tài liệu "Xây dựng hệ INS/GPS threo cấu trúc ghép lỏng sử dụng bộ lọc Kalman trên cơ sở hệ INS đã được cải thiện độ chính xác", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- xay_dung_he_insgps_threo_cau_truc_ghep_long_su_dung_bo_loc_k.pdf
