Geri Dön

Extended Kalman filter based multi-purpose inertial sensor field calibration algorithm

Genişletilmiş Kalman filtresi tabanlı çok amaçlı ataletsel sensör saha kalibrasyon algoritması

PDF İndir

  1. Tez No: 489582
  2. Yazar: LİSAN OZAN YAMAN
  3. Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. KIVANÇ AZGIN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2017
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 164

Özet

Konum belirleme sistemleri arasında performans hassasiyeti, maliyet etkinliği ve verimlilik konularında en yaygın kullanıma sahip sistem Küresel Konumlanma Sistemidir (KKS). Küresel konumlanma sistemi, avantajlarına rağmen şehirlerde yüksek binalar nedeniyle veya bilinçli sinyal karıştırma/sahte sinyal basma gibi etkenlerden dolayı sinyal erişiminin engellenmesi durumları ile karşı karşıyadır. Diğer bir yandan, Ataletsel Navigasyon Sistemi (ANS) gibi gözü kapalı tahmine dayanan konum hesabı yöntemleri küresel konumlama sisteminin aksine dış girişimlerden etkilenmemektedir ve kesintisiz navigasyon çıktıları üretebilmektedir. Fakat, dış etkilere olan duyarsızlık özelliği Ataletsel Ölçüm Birimi (AÖB) sensör hatalarının devamlı ataletsel navigasyon sistemi mekanizasyon sürecine entegre edilmesiyle zaman içerisinde sınırsız konum hatasını beraberinde getirmektedir. Ataletsel navigasyon sistemi saf ataletsel navigasyon çözümünün belirli doğruluk seviyelerinin altında tutabilmek için farklı navigasyon destek sistemleriyle genellikle de küresel konumlama sistemi alıcısı ile entegrasyonu gerçekleştirilir. Ek olarak, ataletsel ölçüm birimi sensör hataları ataletsel navigasyon sistemi performansının azalmasında ki en önemli kaynağı oluşturmakta olup, performansın önemli olduğu birçok uygulamada ataletsel sensörlerin kalibre edilmesine yönelik olarak ataletsel ölçüm birimi üreticileri tarafından laboratuvar ortamında kapsamlı kalibrasyon testleri gerçekleştirilmektedir. Her ne kadar ataletsel sensörler laboratuvar ortamında kalibre edilselerde, hem kullanılan test prosedüründen hem de kalibre edilen sensör tiplerine bağlı olarak kalibrasyondan artan sensör hataları kalmaktadır. Mikro Elektro Mekanik Sistemler (MEMS) gibi yüksek yoğunlukta sensör seri üretim tesislerinde üreticiler kapsamlı prosedürler ve iş gücü ihtiyacından dolayı laboratuvar kalibrasyonu testleri ve prosedürlerini gerçekleştirmeyebilirler. Bu da özellikle otomotif sınıfı ataletsel sensörleri gibi birçok düşük maliyetli sensörlerin hiçbir kalibrasyon sürecine girmeden yüksek sensör hataları ile üretilmesi ile sonuçlanmaktadır. Bu sebeple, özellikle düşük maliyetli ve düşük performanslı ataletsel sensörler için hassas laboratuvar ekipmanları ve süreçlerine bağımlı olmadan sensörleri sahada kalibre etmeye yönelik gürbüz algoritmalar ile süreçler büyük umut vadetmektedir. Bu tezde, sahada ataletsel sensör kalibrasyonu özelliğini içerisinde bulunduran ve birden fazla amaca hizmet eden tümleşik navigasyon algoritmasının geliştirilmesine yer verilmiştir. Öncelikle ataletsel navigasyon sisteminin önemli noktaları ve küresel konumlanma sistemi alıcısı ile entegrasyonu gibi konular ele alınmıştır. Kapsamlı laboratuvar ekipmanlarına ihtiyaç duymadan ataletsel sensörleri kalibre etme fikri Genişletilmiş Kalman Filtresi (EKF) yapısı içerisinde ataletsel navigasyon sistemi/küresel konumlama sistemi entegrasyon algoritması ile tümleştirilmiştir. Ayrıca, kara uygulamalarına yönelik olarak Sıfır Hız Algılama (ZUPT) ve uygulama platformu hareket sınırlarının algılanması (NHCs) gibi algoritma tabanlı navigasyon destek bilgileri geliştirilen tümleşik algoritma yapısına entegre edilmiştir. Tümleşik navigasyon algoritmasının performansını test etmek amacıyla simülasyon ortamında tekli ve çoklu simülasyon çalışmaları ile durağan ve hareketli saha testleri gerçekleştirilmiştir. Simülasyon çalışmalarında elde edilen hareketli kalibrasyon süreci MEMS tabanlı çeşitli ataletsel ölçüm birimleri üzerinde test edilmiştir. Modüler mimaride oluşturulan tümleşik algoritma yapısı, 100 dolar seviyesi altında ataletsel ölçüm birimi ve küresel konumlanma sistemi alıcısı kombinasyonu ile kara uygulamasına yönelik saha testlerinde doğrulanmıştır.

Özet (Çeviri)

The Global Satellite Navigation System (GNSS) is widely adopted for common positioning system due to its precision, cost and effectiveness. Despite its advantages, GNSS receivers are susceptible to signal degradation both intentional cases such as jamming/spoofing and unintentional cases like signal blockage in urban environment due to tall buildings. On the other hand, dead reckoning navigation system such as Inertial Navigation System (INS) is immune to external interferences and it can supply continuous navigation solution. However, the immunity comes with a price of unbounded positioning error growth with time due to mainly the Inertial Measurement Unit (IMU) sensor errors which continuously integrated into INS mechanization process. In order to bound inertial navigation system stand-alone navigation precision below some threshold, commonly GNSS or any other navigation aiding systems can be integrated with INS. Moreover, the IMU sensor errors are the crucial source of INS performance degradation factors and extensive laboratory tests are held by IMU manufacturers to calibrate inertial sensors for various types of application where the precision is critical. Even IMU is calibrated in laboratory environment, inertial sensors commonly have residual error terms left from calibration process. In mass production inertial sensor facilities such as MEMS products, manufacturers may not calibrate via laboratory processes due to necessary extensive labor and cost. That is, many low cost inertial sensors especially belong to automotive grade IMU, born uncalibrated and suffer from error terms. Therefore, robust algorithms and procedures for calibrating inertial measurement units especially low cost-low grade group of sensors in the field without need of precision laboratory equipments are promising. In this thesis, the development of integrated navigation algorithm that can be used for multi purpose including inertial sensor field calibration algorithm is carried out. First of all, the fundamental aspects of inertial navigation system, and its integration with GNSS receiver is exploited. The idea of calibrating the inertial sensor without use of extensive laboratory equipment is blended with Extended Kalman Filter (EKF) based INS/GNSS integration filter. Furthermore, for land vehicle navigation purpose Zero Velocity Update (ZUPT) and Non-Holonomic motion Constraints (NHCs) also integrated in the developed algorithm. Single and multi-run simulation studies are carried out together with static and dynamic field tests to show the performance of the integration filter. The dynamic calibration procedure deduced by the simulation study is applied to various MEMS inertial measurement units. The full verification of modular integrated algorithm is studied via land vehicle dynamic tests with sub 100 $ IMU and GPS receiver combination.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    485111

    Farklı yüzeylere uyum sağlayabilen denge robotu için zeki ve adaptif kontrol algoritmalarının geliştirilmesi

    Development of intelligent and adaptive control algorithms for balance robot capable of adapting different surfaces

    ALİ ÜNLÜTÜRK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSelçuk Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖMER AYDOĞDU

  2. Tez No

    401760

    A PC-based signal validation system for nuclear power plants

    Başlık çevirisi yok

    ALİ SEYFETTİN ERBAY

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1994

    EnerjiThe University of Tennessee

    Nükleer Mühendislik Ana Bilim Dalı

    DR. BELLE R. UPADHYAYA

  3. Tez No

    176756

    Design of kalman filter based attitude determination algorithms for a leo satellite and for a satellite attitude control test setup

    Bir alçak yörünge uydusu ve bir uydu yönelim kontrol test düzeneği için kalman filtre tabanlı yönelim saptama agoritmaları tasarımı

    AYKUT KUTLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2008

    Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OZAN TEKİNALP

  4. Tez No

    736807

    Coordinated target detection and tracking by drones using distance and vision

    Mesafe ve görüntü kullanan dronlar ile koordine hedef teşhisi ve takibi

    HÜSNÜ HALİD ALABAY

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAbdullah Gül Üniversitesi

    Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SAMET GÜLER

  5. Tez No

    906078

    GPS'in engellendiği ortamlarda insansız hava aracı navigasyonu ve çarpışma önleme sistemleri için çoklu sensör veri birleştirmeye dayalı yeni bir yaklaşım

    A novel approach based on multi-sensor data fusion for unmmanned aerial vehicle navigation and collision avoidance systems in GPS-denied environments

    ELİF ECE ELMAS

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA ALKAN

Geri Dön