Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
1 Thiết bị phần cứng.

1 Thiết bị phần cứng.

Tải bản đầy đủ - 0trang

Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục



 Độ nhạy tối thiểu -165 dB.

 Truyền dữ liệu qua cổng USB .

 Chuẩn truyền NMEA-108 với tốc độ 4800 baud

 Tốc độ cập nhật khung dữ liệu 1Hz

 Sai số định vị khi khơng có SA là 25m.

Các thơng tin thu từ GPS theo chuẩn NMEA-108: GGA, GLL, GSA, GSV, RMC, và VTG

mang thông tin về thời gian chuẩn, kinh độ , vĩ độ, tư thế, vận tốc, và một số thông tin

khác.

Thơng tin chi tiết được trình bày trên trang Web của nhà sản xuất Haicom [8].



Hình 4.2: Thiết bị thu GPS HI-204E.



4.2. Kết quả thực nghiệm.

4.2.1. Xây dựng hệ tích hợp INS/GPS theo thời gian thực.

a. Thiết kế và mô hình hố hệ thống dẫn đường tích hợp GPS / INS: mức hệ thống

Công cụ SIMULINK rất thuận tiện và hiệu quả trong việc thiết kế và mô phỏng hệ

thống dẫn đường ở mức hệ thống và có thể hỗ trợ trực tiếp cho mức thực thi. Toàn bộ hệ

thống dẫn đường đã được mô phỏng và kiểm tra nhờ ngơn ngữ lập trình nhúng trong mơi

trường SIMULINK/MATLAB,đã tận dụng được ưu điểm của cả SIMULINK và lập trình

với các lệnh M-files. Điều này sẽ rất thuận tiện để phát triển chương trình thời gian thực.

Ngồi các tập dữ liệu mơ phỏng, chương trình này còn có thể xử lí các dữ liệu thực (đo

Sinh Viên: Cao Ngọc Phát



- 40 -



Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục



trực tiếp từ GPS và INS trên các quỹ đạo thực nghiệm). Rất nhiều tập dữ liệu khác nhau

đã đuợc thử nghiệm trên chương trình này.



Hình 4.3: Chương trình thiết kế, mơ phỏng trên SIMULINK/MATLAB.

b. Thiết kế và mơ hình hố hệ thống dẫn đường tích hợp GPS / INS: mức thực thi

Thuật tốn dẫn đường quán tính và lọc Kalman được xây dựng trên ngôn ngữ C và

VC++ để thu thập dữ liệu từ khối IMU, GPS và la bàn từ phục vụ cho việc thực hiện dẫn

đường quán tính theo thời gian thực. Bài toán xử lý thời gian thực là bài toán quản lý tài

nguyên phần cứng và tối ưu hoá phần mềm. Công việc phải làm là đồng thời thu thập dữ

liệu từ GPS, INS, la bàn từ rồi thực hiện tính tốn trên INS và thực hiện lọc Kalman. Hệ

dẫn đường qn tính có tốc độ thu dữ liệu của GPS là 480x0baud, tốc độ dữ liệu từ khối

IMU là 38400 baud và tốc độ truyền khung INS 64Hz thì việc thu thập dữ liệu và xử lý

cũng là một thách thức.

Giao diện chương trình VC++ được mơ tả trong hình 4.4. Với giao diện này người

dùng có thể quan sát được các góc định hướng thể hiện trạng thái vật thể và các vận tốc,

vị trí hiện tại của vật thể đo bởi hệ GPS/INS cũng như các thông tin thu được từ GPS.



Sinh Viên: Cao Ngọc Phát



- 41 -



Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục



Hiện tại vấn đề xây dựng chương trình thời gian thực cho quỹ đạo ngồi phòng thí

nghiệm đã được xây dựng xong và đưa vào thử nghiệm cho một số kết quả rất khả quan.

Để đảm bảo độ tin cậy của hệ thống thì thử nghiệm chạy thời gian thực với nhiều quỹ đạo

khác nhau và nhiều điều kiện khác nhau rồi phân tích.



Hình 4.4: Giao diện dẫn đuờng qn tính viết bằng VC++ (mức thực thi).



4.2.2. Kết quả.

Để thực hiện trên các quỹ đạo ngồi phòng thí nghiệm thì GPS và hệ thống được lắp

đặt trên một ơtơ. Lúc đầu thì ơtơ ở trạng thái đứng yên, nổ máy trong khoảng 100 s. Thao

tác này cho ta tập dữ liệu tất định phục vụ cho việc căn chuẩn và chỉnh vị trí của INS.

Tốc độ cập nhật từ các cảm biến quán tính là 64 Hz, từ GPS là 1 Hz, và từ Kalman là

2 Hz nhằm thu được kết quả có độ chính xác cao hơn.

Để làm rõ tính ưu việt của cấu trúc thực thi mới thì trên quỹ đạo thực nghiệm ngắt bỏ

tín hiệu GPS trong 100 giây (từ giây thứ 650 tới 750). Hình 4.5.a mơ tả quỹ đạo của vật

thể sử dụng cấu trúc phản hồi. Có thể thấy rằng đầu ra của hệ thống (đường liền) có sự sai

khác rất lớn so với quỹ đạo của GPS. Mơ hình hệ thống kết hợp thể hiện rõ ưu điểm trên

Sinh Viên: Cao Ngọc Phát



- 42 -



Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục



hình 4.1.b với sai số vị trí là nhỏ nhất. Ở đó, cấu hình vòng kín được sử dụng khi thu được

tín hiệu từ GPS và sẽ chuyển sang cấu hình vòng hở lúc mất GPS. Hình 4.5.a và b đều mơ

tả thơng tin vị trí theo quãng đường đối tượng chuyển động theo hướng Bắc và hướng

Đông thay cho hiển thị kinh độ, vĩ độ.



(a)



Sinh Viên: Cao Ngọc Phát



- 43 -



Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục



(b)

Hình 4.5: So sánh lỗi vị trí: cấu hình phản hồi (a) và cấu hình kết hợp (b )khi mất GPS.

Nhằm dễ dàng đánh giá chất lượng của hệ dẫn đường thì một thí nghiệm khác được

thực hiện với quỹ đạo nhỏ và phương tiện chuyển động trong khoảng thời gian khoảng

80s.



Hình 4.6: Quỹ đạo nhỏ thực nghiệm

Sinh Viên: Cao Ngọc Phát



- 44 -



Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục



Hình 4.7 và 4.8 mơ tả vận tốc của KF khi so sánh với vận tốc của GPS. Thấy rằng

đầu ra của KF (nét đứt) bám sát vận tốc của GPS với sai số rất nhỏ trong khoảng thời gian

xấp xỉ 3 phút.



Hình 4.7: So sánh vận tốc theo hướng Đơng khi vật thể chạy theo quỹ đạo thực tế.



Hình 4.8: So sánh vận tốc theo hướng Bắc khi vật thể chạy theo quỹ đạo thực tế.

Hình 4.9 là các góc ngiêng và góc chúc của hệ thống sau khi đã được tính tốn và

hiệu chỉnh nhờ bộ lọc Kalman. Trong khoảng 10 giây đầu lúc phương tiện chuẩn bị

chuyển động thì góc nghiêng và góc chúc gần như khơng đổi. Khi chuyển động, các giá

trị góc vẫn chạy quanh điểm cân bằng với độ lệch nhỏ. Các kết quả này là hợp lí với tình

Sinh Viên: Cao Ngọc Phát



- 45 -



Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục



huống chạy thử nghiệm trên quỹ đạo hai chiều khá bằng phẳng.



Hình 4.9: Góc ngiêng và góc chúc khi vật thể chạy theo quỹ đạo thực tế.

Quỹ đạo 2-D được trình bày trên hình 4.10. Lưu ý là ở đây chúng ta khơng trình bày

với thứ nguyên rad của kinh độ, vĩ độ. Nguyên nhân đó là tránh sự mất ổn định trong tính

tốn. Có thể thấy quỹ đạo của hệ tích hợp vòng kín bám rất sát với quỹ đạo của GPS với

lỗi nhỏ (< 2 m) trong suốt 1 vòng kín.



Hình 4.10: So sánh quỹ đạo thu được trên các hệ thống khác nhau.

Sinh Viên: Cao Ngọc Phát



- 46 -



Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục



KẾT LUẬN

Trong q trình thực hiện khoá luận em đã thu được một số kết quả như sau:

- Tìm hiểu được cấu trúc, thành phần, hoạt động và ứng dụng của hệ thống định vi

toàn cầu GPS.

- Tìm hiểu được tổng quan hệ thống dẫn đường quán tính INS.

- Nắm bắt lý thuyết của hệ thống dẫn đường qn tính.

- Tìm hiểu cấu trúc lọc tối ưu Kalman nói chung và bộ lọc Kalman cải tiến trong bài

tốn dẫn đường.

- Tìm hiểu và xây dựng bộ lọc Kalman cải tiến cho hệ dẫn đường quán tính trên mơ

hình Matlab - Simulink.

- Xây dựng hệ thống dẫn đường quán tính sử dụng bộ lọc Kalman cải tiến theo thời

gian thực bằng ngôn ngữ VC++.

- Thực nghiệm đánh giá chất lượng hệ thống dẫn đường đã xây dựng trên các quỹ

đạo thực tế.



Sinh Viên: Cao Ngọc Phát



- 47 -



Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục



Tài liệu tham khảo.

[1] Đề tài



QGTĐ 05-09. Chủ biên GS.TS Nguyễn phú Thuỳ. Năm 2007



[2] Đề tài



QC 07.17 Chủ biên thạc sỹ Trần Đức Tân. Năm 2008.



[3]



Vikas Kumar N, Integration of Inertial Navigation System and Global Positioning

System Using Kalman Filtering, M.Tech. Dissertation, Indian Institute of

Technology, Bombay, July 2004.



[4] Oleg S. Salychev, Applied Inertial Navigation: Problems and Solutions, BMSTU

Press, Moscow Russia, 2004.

[5] Georey J.Bulmer, “In MICRO-ISU BP3010 An OEM Miniature Hybrid 6 Degrees-.

Of-Freedom Inertial Sensor Unit”, Gyro Symposium, Stuttgart 16th-17th September,

2003.

[6] Peter S. Maybeck, Stochastic models, estimation, and control, Academic Press, Vol. 1,

1994.

[7] Haiying Hou, Modeling inertial sensors errors using Allan variance, UCEGE reports

number 20201, Master's thesis, University of Calgary, September 2004.

[8] Wang, J., Lee, H.K., Rizos, C., “GPS/INS Integration: A Performance Sensitivity

Analysis”, Wuhan University Journal of Nature Sciences, 8(2B), pp. 508-516.

[9] Gyro, Accelerometer Panel of the IEEE Aerospace, and Electronic Systems Society,

Draft recommended practice for inertial sensor test equipment, instrumentation, data

acquisition and analysis, In IEEE Std Working Draft P1554/D14.

[10] Panzieri, S., Pascucci, F., Ulivi, G., “An Outdoor navigation system using GPS and

Inertial Platform”, IEEE ASME Transactions on Mechatronics, Vol. 7.(2002).



Sinh Viên: Cao Ngọc Phát



- 48 -



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

1 Thiết bị phần cứng.

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×