مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

توسعه یک الگوریتم ناوبری تلفیقی بر اساس سنسورهای اینرسی، فشارسنج، سرعت سنج داپلری و نقشه مغناطیسی زمین

نویسندگان
1 دانشگاه جامع امام حسین
2 دانشگاه صنعتی شریف
3 دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
4 دانشیار/ دانشگاه شریف، دانشکده مکانیک
چکیده
ناوبری در زیرسطح آب به کمک سیستم ناوبری اینرسی به تنهایی، همراه با خطای دریفت است. بطور معمول از سنسور سرعت سنج داپلری برای تصحیح تخمین موقعیت، سرعت و وضعیت وسیله با استفاده از الگوریتم کالمن استفاده می شود. استفاده از اطلاعات سرعت وسیله باعث کاهش خطای دریفت در تخمین موقعیت می شود ولی خطای تخمین موقعیت همچنان وجود داشته و بصورت خطی با زمان افزایش میابد. در این مقاله از نقشه مغناطیسی زمین و سنسور مغناطیس سنج برای فراهم نمودن یک اندازه گیری اضافه استفاده شده است. الگوریتم کالمن توسعه یافته قویا جفت شده برای تلفیق اطلاعات سنسورها مورد استفاده قرار گرفته است. این الگوریتم بر مبنای دینامیک خطای سیستم ناوبری اینرسی طراحی شده است. برای بررسی نحوه عملکرد الگوریتم طراحی شده سنسورهای اینرسی ارزان قیمت ممز و دیگر سنسورهای کمکی(سرعت سنج، عمق سنج و مغناطیس سنج) با استفاده از طراحی یک مسیر دلخواه با ویژگی های سینماتیکی مشخص و اضافه کردن نویز و بایاس شبیه سازی شده اند. شبیه سازی الگوریتم طراحی شده با دیتای تولیدی سنسورها نشان می دهد که استفاده از سنسور مغناطیس و نقشه مغناطیسی زمین خطای دریفت در تخمین موقعیت را به میزان 1 درصد مسافت طی شده می‌رساند که کاهش چشم‌گیری محسوب می‌شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Development of an integrated navigation algorithm based on IMU, depth, DVL sensors and earth magnetic field map

نویسندگان English

Mojtaba Hashemi 1
Ali Karmozdi 2
Alireza Naderi 3
Hassan Salarieh 4
چکیده English

Inertial navigation system has drift error in underwater applications. Use of DVL with Kalman filter for position and attitude correction is common. Using velocity data decreases drift error in position estimation but this error exists and increases linearity with time. In this article the navigation system consists of inertial measurement unit (IMU) and a Doppler velocity log (DVL) along with depth sensor. With use of magnetic field measurement and earth magnetic field map a new measurement is generated. Discrete extended Kalman filter with indirect feedback is used for tightly coupled integrated navigation algorithm. This algorithm is based on inertial navigation error dynamics. This paper demonstrates the effectiveness of algorithm through simulation. The procedure of simulation is done by sensor data generation. Arbitrary trajectory with specific kinematic characteristic (linear and angular velocity and acceleration) is generated. Sensor data by adding noise and bias to kinematic characteristic of trajectory is produced. Simulation results reveal that the new algorithm with use of magnetic data and earth magnetic field map decreases the drift error with comparison to conventional INS-DVL integrated navigation algorithm.

کلیدواژه‌ها English

INS
DVL
underwater navigation
IGRF
flux