طراحی و پیاده سازی الگوریتم تخمین مقید تطبیقی برای سامانه ارزان قیمت SINS/GNSS در محیط‌های شهری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده برق، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 دانشکده هوا فضا، دانشگاه امام حسین، تهران، ایران

4 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه امام حسین، تهران، ایران،

چکیده

در سامانه‌های ناوبری اینرسی متصل به بدنه، به دلیل وجود عدم قطعیت‌های ناشی از نویز، بایاس و دریفت حسگرهای اینرسی ارزان قیمت، خطای موقعیت‌یابی در مدت زمان کوتاه، افزایش چشمگیری پیدا می‌کند. بنابراین ترکیب آن با یک سامانه کمکی مانند سامانه موقعیت‌یاب جهانی به منظور کاهش خطای سامانه ناوبری اینرسی توسط یک الگوریتم تخمین‌زن مناسب پیشنهاد می‌شود. اما در مناطق شهری به دلیل نزدیکی به درختان و ساختمان‌های بزرگ امکان قطعی سیگنال سامانه موقعیت‌یاب جهانی وجود دارد. در همین راستا به منظور ارائه داده‌های قابل اطمینان در مواقع قطعی سیگنال سامانه موقعیت‌یاب جهانی، در این مقاله به ارائه الگوریتم تخمین مقید تطبیقی برای سامانه ترکیبی ناوبری اینرسی- موقعیت‌یاب جهانی پرداخته می‌شود. در این تخمین‌زن، ابتدا قیودی مناسب با استفاده از فرضیاتی در مورد سرعت‌های خودرو در مختصات بدنه و همچنین قیود ارتفاع براساس داده‌های فشارسنج تعریف شده و سپس به ارائه الگوریتم تخمین مقید براساس قیود تعریفی پرداخته می‌شود. همچنین به منظور کاهش خطای تخمین از منطق فازی نوع 2 برای تنظیم پارامترهای تخمین‌زن متناسب با مانور خودرو استفاده می شود. به منظور پیاده‌سازی و مقایسه الگوریتم ارائه شده و صحه‌گذاری آن از تست خودرو استفاده می‌شود. نتایج حاصل از تست نشان می‌دهد که با استفاده از الگوریتم طراحی شده، دقت تخمین متغیرهای حالت ناوبری اینرسی نسبت به حالت نامقید به میزان قابل توجهی افزایش خواهد یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Design and Implementation a Constrained Adaptive Estimation Algorithm for Low-cost SINS/GNSS in Urban Area

نویسندگان [English]

  • saeed khankalantary 1
  • Sadra Rafatnia 2
  • hasan mohammadkhani 3
  • mohsen hajizadeh 4
1 Department of Electrical Engineering, K. N. Toosi University of Technology.
2 Department of Mechanical Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
3 Department of Aerospace Engineering, Imam Hossein University.
4 Department of Mechanical Engineering, Imam Hossein University, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Due to stochastic noises, modeling uncertainties and nonlinearities in low-cost inertial measurement units (IMUs), the positioning error of Strap-down Inertial Navigation Systems (SINS) are increased exponentially. So, SINS is integrated with aiding navigation systems like a Global Navigation Satellite System (GNSS) by using an estimation algorithm to obtain an acceptable positioning accuracy. In urban area the GNSS signal may be obstructed because of tall trees and buildings. Therefore, in the paper a novel constrained adaptive integration algorithm is developed for integration the SINS/GNSS. In this algorithm, the velocities constraints in body frame in addition to altitude constraints based on a barometer data are firstly developed, and then a constrained estimation algorithm is designed based on the proposed constraints. In addition a fuzzy type 2 algorithm is used to calculate the estimator parameters based on vehicle maneuvers. The real vehicular tests are used for implantation and validation of the proposed algorithm. The experimental results indicate that, the proposed adaptive constrained estimation algorithm enhanced the estimation accuracy of the SINS steady states.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Strap-down Inertial Navigation system (SINS)
  • Global Navigation Satellite System (GNSS)
  • Constrained Estimation
  • Fuzzy-Type II
  • Signal Outage