Integration of inertial measurement unit and camera for a vertical landing aircraft on a pattern
Ataletsel navigasyon sistemi ve kamera verilerinin tümleştirilmesi bir desen üstüne dikey iniş yapan uçak için
- Tez No: 902012
- Danışmanlar: Assoc. Prof. Dr. HABİB KANBEROĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Uçak Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Türk Hava Kurumu Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine ve Uçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 108
Özet
Bu tez, çoğunlukla alçak irtifalarda dikey iniş yaklaşımında uçan bir aracın sağlam göreceli navigasyonunu sağlamak için entegre bir sistem sunmaktadır. Entegrasyon, navigasyon parametrelerini (tutum, hız ve konum) tahmin etmek için stereo kameraları, bir Atalet Ölçüm Birimi'ni (IMU) genişletilmiş bir Kalman filtresiyle (EKF) birleştirir. Amaç, ataletsel navigasyon sistemi INS/GPS (Küresel Konumlandırma Sistemi entegrasyon sinyallerinin harici karıştırma sinyalleri nedeniyle güvenilir navigasyon sağlayamadığı bir ortamda ilgili navigasyon sisteminin sağlamlığını ve doğruluğunu arttırmaktır. Stereo kameralar ve IMU entegrasyonu sağlar) Uçan bir aracın bilinen konum konumuna göre konumunu ve yönelimini tahmin ederek göreceli navigasyon için tamamlayıcı, güçlendirilmiş bilgi. Simüle edilen sonuçlar, saf INS ile navigasyon sırasında sistem hatalarının oldukça kararsız olduğunu ve bu durumun onu gerçek navigasyon için güvenilir kılmadığını göstermektedir. Saf INS ile hata yayılımının kararsızlığına bağlı olması ve harici sinyal kaynaklarından kontrolün olmaması INS/GPS'in sistem kalibrasyonlarını pahalı ve zor hale getirir. Simüle edilmiş sonuçlar, stereo kameraların/INS'nin genişletilmiş Kalman filtresini kullanan entegrasyonunun, ilgili navigasyon sistemi için uçan araç yöneliminin, hızının ve konumunun belirlenmesinde gerçek zamanlı doğru tahminler sağladığını göstermektedir; çünkü bu entegrasyon, göreceli navigasyon için sabit hataya neden olur. desene. Stereo kameralar, çarpışmadan kaçınmayı ve doğru konum tahminini geliştiren, hedef konuma göre görsel bilgi ve doğrudan ölçümler sağlar. IMU, zaman içinde sürekli konum, hız ve araç yönelimi tahmini için kullanılan uçan araçların ivme ve açısal hız bilgilerini sağlar. Genişletilmiş Kalman filtresinin kullanılması, sensör ölçümlerine ve sensör verilerinden gelen yanlılık ve gürültüye ilişkin hesap verebilirliğe dayalı olarak sürekli dinamik durum tahmini için IMU ve kameralardan gelen bilgilerin birleştirilmesidir. Matlab benzetimli sonuçları, stereo kameraların ve IMU'nun genişletilmiş bir Kalman filtresi kullanılarak entegrasyonunun, uçan bir aracın konumu, hızı ve yönüne ilişkin gerçek ve tarafsız bir durum tahmini sağladığını ve ilgili bir navigasyon sistemi için INS/GPS navigasyonu ile hat içi çıktı verdiğini göstermektedir. . Bu, GPS'in yaptığı gibi herhangi bir harici sinyal kaynağı gerektirmediğinden, dikey iniş yapan bir uçak için stereo kamera ve IMU'nun güvenilir, doğru ve ucuz bir kalibrasyon modeli üzerinde entegrasyonunu sağlar.
Özet (Çeviri)
This thesis presents an integrated system for achieving robust relative navigation of a flying vehicle mostly at low altitudes vertical landing approach. The integration combines stereo cameras, an Inertial Measurement Unit (IMU), and an extended Kalman filter (EKF) to estimate navigation parameters (attitude, velocity, and position). The aim is to enhance the robustness and accuracy of the relative navigation system in an environment where inertial navigation system INS/GPS (Global Positioning System) integrations signals may not provide reliable navigation due to the external jamming signals. The integration of stereo cameras and IMU provides complementary strengthened information for relative navigation by estimating the velocity, position, and orientation of a flying vehicle relative to the known location of the pattern. The simulated results show the errors of system is highly unstable when navigating with the pure INS and this makes it not reliable for the real navigating. Based on the instability of error propagations with pure INS and having no control from the external signal sources make INS/GPS expensive and difficult system calibrations. Simulated results show that the integration of stereo cameras/INS using the extended Kalman filter provides real-time accurate estimates in the determination of flying vehicle orientation, velocity, and position for the relative navigation system since this integration causes stable error for relative navigation with respect to the pattern. The stereo cameras provide visual information and direct measurements with respect to the target location which enhances collision avoidance and accurate position estimation. The IMU provides acceleration and angular velocity information of flying vehicles which are used for continuous position, velocity, and orientation vehicle estimation over time. The employment of the extended Kalman filter is to fuse the information from IMU and cameras for continuous dynamic state estimation based on the sensor measurements and accountability for bias and noise from the sensor data. Matlab simulated results show that the integration of stereo cameras and IMU using an extended Kalman filter provides a real and unbiased state estimation of a flying vehicle's position, velocity, and orientation for it gives an inline output with nominal navigation for a relative navigation system. This makes an integration of a stereo camera and IMU for a vertical landing aircraft on a pattern reliable, accurate, and cheap calibration since it requires no external signal sources as GPS does.
Benzer Tezler
- Comparison of satellite positioning techniques on unmanned aerial vehicle based photogrammetry
İnsansız hava aracı ile fotogrametride uydu konumlama tekniklerinin karşılaştırılması
ERSİN TURAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİHTER EROL
- Kapalı ortamlarda yerelleştirme ve haritalama için sensör füzyonu
Sensor fusion for gps denied environment for localization and mapping
HÜSEYİN BURAK KURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDİNÇ ALTUĞ
- Otonom araçlar için 2B lazer tarayıcı kullanılarak yeni 3B LIDAR sistemi elde edilmesi ve engel tespiti
Obtaining a new type 3D LIDAR system using 2D laser scanner for autonomous vehicles and obstacle detection
AHMET KAĞIZMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDİNÇ ALTUĞ
- Integration of inertial navigation system and camera with geo-referenced based photos
Aletsel navıgasyon sıstemı ve kameranın coğrafı referanslı tabanlı fotoğraflarla entegrasyonu
STEVEN MASENGESHO
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolTürk Hava Kurumu ÜniversitesiMakine ve Uçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. HABİB KANBEROĞLU
- GPS/IMU verilerini kullanarak hava fotoğraflarının doğrudan yöneltilmesi ve birleştirilmiş blok dengeleme olanakları
The Possibilties of the direct georeferencing and combined adjustment of aerial photographs using GPS/UMI data
NACİ YASTIKLI
Doktora
Türkçe
2003
Jeodezi ve FotogrametriYıldız Teknik ÜniversitesiJeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET YAŞAYAN