مقاله حاضر به مساله ترازیابی و توجیه با استفاده از حسگرهای اینرسی می پردازد. یکی از گام های مهم برای افزایش دقت ناوبری اینرسی وسایل متحرک، تعیین دقیق مقادیر اولیه برای زوایای قرارگیری در دستگاه ناوبری، از جمله وضعیت قرارگیری وسیله نسبت به شمال جغرافیایی یا آزیموت است. در این مقاله یک الگوریتم توجیه و ترازیابی دو مرحله ای شامل ترازیابی اولیه و ترازیابی دقیق به منظور تعیین زوایای اولیه وسیله با دقت چند دقیقه قوسی پیشنهاد شده است. بر این اساس ابتدا در ترازیابی اولیه، با استفاده از مولفه های بردار جاذبه و سرعت زاویه ای چرخش زمین که توسط سنسور های اینرسی اندازه گیری می شوند، زوایای تراز و آزیموت اولیه با دقت محدودی محاسبه می شوند. سپس با استخراج مدل خطا برای یک سیستم ناوبری اینرسی و استفاده از مزیت ساکن بودن حسگرهای اینرسی (صفر بودن سرعت واقعی حسگرها) خطای زوایای تراز و آزیموت با بکارگیری یک فیلتر کالمن تخمین زده شده و محاسبات اولیه تنظیم می شود. به منظور ارزیابی دقت این الگوریتم، بلوک ناوبری اینرسی بر روی یک میز سه درجه آزادی که قابلیت تنظیم زوایای تراز و آزیموت را با دقت حدود پنج ثانیه قوسی دارد، قرارداده شده و سپس الگوریتم ارائه شده با استفاده از خروجی سنسورهای اینرسی در آزیموت های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان دهنده دقت مناسب تعیین آزیموت با استفاده از الگوریتم ارائه شده می باشد.

دقت و قابلیت اطمینان دو معیار مهم در ارزیابی عملکرد ناوبری اینرسی با استفاده از سنسورهای ارزان قیمت محسوب می شود. افزایش دقت ناوبری بدون سنسورهای کمکی و با استفاده از سنسورهای ارزان قیمت میکرو الکترومکانیکی (MEMS)، همواره به عنوان مهم ترین چالش ناوبری اینرسی مطرح بوده است. بایاس عمده ترین دلیل افزایش خطا در این سنسورها است. همچنین وقوع عیب باعث شده که قابلت اطمینان این سنسورها در ناوبری اینرسی بدون سنسور کمکی کاهش یابد. چرخاندن سنسورها و استفاده از چندین سنسور، راهکار افزایش دقت و قابلیت اطمینان در ناوبری با سنسورهای MEMS است. در این مقاله با استفاده از سه واحد IMU که بر روی یک میز دوار یک درجه آزادی قرارگرفته، دقت ناوبری اینرسی افزایش داده شده است. با میانگین گیری خروجی سه IMU، یک IMU مجازی تشکیل و پس از جبران چرخش ایجادشده بر روی آن، معادلات ناوبری حل شده است. در آخر نیز نتایج حاصل از تست های انجام شده بر روی میز دوار، بررسی و تحلیل شده است که نشان دهنده افزایش دقت 10 برابری در ناوبری اینرسی بدون استفاده از سنسورهای کمکی است.

در این مقاله به بهبود فرآیند توجیه اولیه یک سیستم ناوبری اینرسی بدون سکو بر اساس انتخاب ترکیب بهینه سنسورهای شرکت کننده در فرآیند توجیه پرداخته شده است. به طور معمول می توان روابط را بر حسب بردار پایه خروجی شتاب سنج و یا ژیروسکوپ مرتب نمود که بستگی به دقت خروجی ها دارد. روابط ارائه شده در این مقاله در انتها منجر به تخمینی با استفاده از ترکیب خطی خروجی سنسورهای اینرسی می گردد، هرچند خطای الگوریتم این تخمین از خطای بایاس سنسورها مستقل می باشد؛ اما متاسفانه ضریب این ترکیب مجهول است. یک راه حل استفاده از دانش طراح یا توجه به نسبت خطای سنسورها می باشد که بدیهی است منجر به بهترین تخمین نخواهد گشت. روش ارائه شده در این مقاله استفاده از الگوریتم ژنتیک برای دستیابی به ترکیب بهینه سنسورها است. بر این اساس مساله تخمین ماتریس دوران، تابع مورد نظر برای بهینه سازی است، همچنین معیار بهینگی بر اساس خطای ترازیابی تعریف می گردد که نسبت به مقدار مرجع سنجیده می شود. خروجی الگوریتم بهینه سازی، ضریب بهینه اعمال شونده در الگوریتم کلی است. در انتها با استفاده از یک شبیه سازی صحت الگوریتم نشان داده شده است.

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 می رساند که کاهش چشم گیری محسوب می شود.

 لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

یکی از موضوعاتی که امروزه در حوزه ناوبری از اهمیت وی‍, ‍, ژه ای برخوردار است، استفاده از معادلات انتشار خطای ناوبری به منظور تلفیق خروجی یک سیستم ناوبری اینرسی با یک اندازه گیری بیرونی جهت استفاده توام از مزایای هر دو مکانیزم ناوبری اینرسی و اندازه گیری خارجی است. مطالعه تحقیقات گذشته نشان می دهد که معادلات انتشار خطا عموما در دستگاه جغرافیایی استخراج شده که می تواند نقاط ضعفی داشته باشد. در این مقاله ضمن بیان چگونگی استخراج معادلات انتشار خطا در دستگاه مماسی، به صورت تحلیلی نشان داده شده است که این معادلات در مقایسه با دستگاه جغرافیایی نه تنها سادگی بیشتری دارند بلکه دقت بالاتری نیز در توصیف انتشار خطای ناوبری اینرسی و در نتیجه افزایش کارایی سیستم ناوبری تلفیقی دارند. در پایان، شبیه سازی هایی در دو حالت استفاده از مدل انتشار خطا در دستگاه مماسی و معادلات انتشار خطا در دستگاه جغرافیایی با لحاظ کردن مقادیر فرضی برای شتاب ها و سرعت های زاویه ای و خطای تصادفی سنسورهای یک نمونه IMU واقعی، انجام شده است. نتایج شبیه سازی های انجام شده نیز صحت افزایش دقت مدل انتشار خطای پیشنهادی این مقاله را تایید می کنند.

در این مقاله الگوریتم ناوبری مستقل از موقعیت یک سامانه ی اینرسی صفحه پایدار طراحی شده و در قالب دو قضیه بیان و اثبات شده است. الگوریتم های ناوبری متداول از تخمین نرخ های موقعیت برای ساخت فرامین سرعت زاویه ای اعمالی به ژیروسکوپ ها استفاده می کنند، این کار نه تنها منبع اولیه ای برای خطای موقعیت بوده بلکه پیاده سازی فرامین را پیچیده می کند. مزیت اصلی الگوریتم ناوبری مستقل از موقعیت این است که فرامین سرعت زاویه ای، مستقل از موقعیت سامانه ی ناوبری و متناسب با انتگرال شتاب ها بوده و بدین ترتیب خطاهای ناشی از تخمین نرخ طول و عرض جغرافیایی به صفحه پایدار اعمال نشده و باعث خارج شدن آن از تراز و ایجاد خطا نمی شود. در این مقاله، مدل سازی سامانه ی صفحه پایدار، نحوه ی ترازسازی صفحه و شرایط اولیه ی ورود به فاز ناوبری ارایه شده است. برای ارزیابی عملکرد الگوریتم ناوبری ارایه شده، نتایج این الگوریتم با نتایج الگوریتم ناوبری سمت-رها به ازای چهار سناریوی مختلف مقایسه شده است. همچنین عملکرد الگوریتم ناوبری مستقل از موقعیت در آزمون های عملی مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته و نتایج آن ارایه شده است.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.