22826

مدلسازي و شبيه سازي سنسورهاي اينرسي به صورت آرايه اي و مزاياي آن در ناوبري اينرسي

كارشناسي ارشد

الكترونيك ديجيتال

1399/8/3

دكتر احمد ايت اللهي

برق

چكيده بيشتر سيستم هاي ناوبري امروزي بر اساس سيستم موقعيت ياب جهاني هستند كه مي تواند اطلاعات قابل اطمينان و دقيق از موقعيت و سرعت هدف را ارائه دهد. اما شرايط جغرافيايي كره زمين يعني كوه ها، جنگل هاي انبوه، ساختمان هاي بلند و يا ساير موانع باعث مي شود كه ماهواره ها به دليل كاهش زاويه ديد، عدم وجود يك خط ديد مستقيم با گيرنده و ساير منابع خطاي عمدي و غيرعمدي دقت كمي داشته باشد. از سوي ديگر سامانه ناوبري اينرسي متشكل از واحد اندازه گيري اينرسي يك سامانه مستقل است كه در هر نوع شرايط آب وهوايي كارايي دارد و مي تواند اطلاعات پيوسته اي از مكان، سرعت و جهت را بدون اينكه تحت تاثير شرايط محيط قرار گيرد، ارائه دهد. از مزاياي INS مي توان به قابليت اطمينان بالا نسبت به جمينگ و نرخ ارسال داده‌ي بالا اشاره كرد. اما به دليل انواع نويزها و انتگرال گيري مكرر از سنسورهاي شتاب سنج و ژيروسكوپ، دقت سيستم INS در اثر گذشت زمان كاهش مي يابد و اطلاعات سرعت و مكان واگرا مي شود. تاثير و ميزان اين مولفه هاي نويزي با قيمت سنسورهاي اينرسي رابطه ي عكس دارد. سنسورهاي اينرسي آرايه اي امكان بهبود و گسترش قابليت سنجش را در مقايسه با سنسورهاي اينرسي معمولي فراهم مي كند. مفهوم يك آرايه سنسور اينرسي يعني تركيب تعدادي عناصر شتاب سنج و ژيروسكوپ به صورت افزونه براي رسيدن به قابليت هايي كه در حالت عادي نمي توان به آن-ها رسيد. به طور خلاصه از اين قابليت هاي قابل دستيابي مي توان به دقت بالاتر، قابليت اطمينان بالاتر و تخمين عدم قطعيت، دامنه اندازه گيري پوياي بالاتر، تخمين حركت زاويه اي از داده هاي شتاب سنج و تخمين مستقيم شتاب زاويه اي اشاره كرد. در اين پايان نامه تعدادي سنسورهاي شتاب سنج و ژيروسكوپ رده تجاري به صورت آرايه اي به منظور كاهش مولفه هاي نويزي و افزايش دقت ناوبري با يكديگر تلفيق شده اند. همچنين سنسورهاي اينرسي و GPS در محيط متلب مدل سازي و الگوريتم ناوبري شبيه سازي شده است و مقايسه ي خروجي سنسورهاي تلفيق شده با حالت عادي نشان از افزايش دقت ناوبري و كاهش مولفه هاي نويزي دارد.

1399/09/05

Modeling and Simulation of Inertial Sensor Arrays And its benefits in inertial navigation

10/24/2020 12:00:00 AM

Abstract Nowaday's Most navigation systems are based on the Global Positioning System, which can provide reliable and accurate information about the position and velocity of the target. However, the geographical conditions of the planet, ie mountains, dense forests, tall buildings, or other obstacles, Causes satellites less accurate due to lack of a direct line of sight(LOS) with the receiver, other sources of intentional and unintentional error. On the other hand, the inertial navigation system(INS) consists of an inertial measurement unit(IMS), an independent system that is efficient in any weather conditions and can provide continuous information of position, velocity, and attitude without being affected by environmental conditions. The advantages of INS include high reliability over jamming and high data transfer rate. However, due to the variety of noises and the frequent Integral from the output of the accelerometer and gyroscope sensors, the accuracy of the INS system decreases over time and the information of position, velocity, and attitude diverges. The effect and amount of sensor noise are inversely related to the price of inertial sensors. Array inertial sensors make it possible to improve and extend the measurement capability compared to Commercial grade sensors. The concept of an inertial sensor array is to combine several accelerometer and gyroscope elements as an extension to achieve capabilities that would not normally be possible. In summary, these achievable capabilities include higher accuracy, reliability and uncertainty estimation, higher dynamic measurement range, angular motion estimation of accelerometer data, and direct angular acceleration estimation. In this thesis, several accelerometer sensors and commercial grade gyroscopes are combined in an array to reduce noise components and increase navigation accuracy. Also, inertial and GPS sensors in the MATLAB environment have been modeled and the navigation algorithm has been simulated, and the comparison of the output of the integrated sensors with the normal mode shows an increase in navigation accuracy and a reduction in noise components.