مجله اینترنتی دیتاسرا
امروز دوشنبه ۱۱ اردیبهشت ۱۳۹۶

توسعه یک الگوریتم ناوبری تلفیقی بر اساس سنسورهای اینرسی‌ فشارسنح‌ سرعت سنح داپلری و نقشه مغناطیسی زمین

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.


مشخصات

مشخصات

توسط: مجتبی هاشمی1 ؛ علی کارمزدی2 ؛ علیرضا نادری3 ؛ حسن سالاریه مجله: مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس سال انتشار: 1395 شمسی تعداد صفحات: 9 درج در دیتاسرا: ۱۳۹۵/۹/۲۳ منبع: دیتاسرا

خرید محصول

خرید محصول

عنوان: توسعه یک الگوریتم ناوبری تلفیقی بر اساس سنسورهای اینرسی‌ فشارسنح‌ سرعت سنح داپلری و نقشه مغناطیسی زمین حجم: 1.93 مگابایت فرمت فایل: pdf قیمت: 1200 تومان رمز فایل (در صورت نیاز): www.datasara.com

فرمت ایمیل صحیح نمی باشد.

گروه نرم افزاری دیتاسرا www.datasara.com

نمای مطلب

توسعه یک الگوریتم ناوبری تلفیقی بر اساس سنسورهای اینرسی‌ فشارسنح‌ سرعت سنح داپلری و نقشه مغناطیسی زمین

مقدمه

سیستم ناوبری اینرسی در ناوبری وسایل مختلف بر روی خشکی‌ هوا و دریا مورد استفاده قرار می‌گیرد وجود خطای افزاینده با زمان در این سامانه ناوبری سببب شده تا از سنسورهای کمکی نظیر جی پی اس‌ا برای کنترل خطای آن استفاده شود ناوبری در زیر آب به‌دلیل در اختیار نبودن سیگنال جی پی اس بسیار دشوار است‌ روش‌های مختلفی برای تصحیح خطا در تخمین موقعیت و وضعیت وسیله در یر آب پیشنهاد شده است‌ انستیتوی تحقیقاتی ‌ ‌مونتری بای آکواریوم‌ ‌ با استفاده از تلفیق سیستم ناوبری اینرسی و سرعت‌سنج داپلری‌ در یک زیر سطحی خودکار در تست‌های موسوم به آلتکس‌ ‌به کیفیت مطلوبی در تخمین موقعیت و وضعیت رسیده است در پژوهش ذکر شده از سرعت سنج داپلری برای اندازه گیری سرعت حرکت وسیله نسبت به سطوح یخی در بالای سر زیر سطحی خودکار بجای کف دریا استفاده شده است‌ه تیم اتوساب‌و تحقیقات گسترده‌ای در زمینه ی حرکت در زیر سطوح یخی دریاها با استفاده از سنسورهای سیستم ناوبری اینرسی‌ سرعت سنج داپلری و ای‌ دی‌ سی‌ پی‌ انجام داده است ‌ ‌ ‌ این تیم به دقت حدود ‌ درصد در مسیر طی شده رسیده است اما کیفیت سیستم ناوبری به دقت و سازگاری ای‌ دی‌ سی‌ پی وابسته است‌ زمانی‌که سیستم ناوبری اینرسی به کمک سنسورهای کمکی دیگری برای تخمین موقعیت و وضعیت مورد استفاده قرار می‌گیرد به‌منظور تلفیق اطلاعات سنسورهای مختلف به‌طور متدوال از فیلتر کالمن استفاده می‌شود ‌ ‌ فیلتر کالمن برای سیستم خطیی مارکوین با عدم قطعیت‌های گوسی یک تخمینگر بهینه است مدل دینامیکی و سینماتیکی حرکت زیر سطحی خودکار کاملا غیرخطی است‌ بنابراین فرض خطی بودن برای فیلتر کالمن نقض شده و تخمینن بهینه پروسه براحتی قابل دستیابی نیست‌ با استفاده از فیلتر کالمن توسعه یافته‌ه می‌توان از فیلتر کالمن برای مدل‌های غیرخطی نیز استفاده کرد با بررسی نتایج مقالات متعددی که در زمینه ناوبری اینرسی در زیرسطح آب منتشر شده است می‌توان این موض را بیان کرد که برای کنترل خطای موقعیت به‌طور متداول از سنسورهای سرعت‌سنج داپلری استفاده می‌شود وجود اطلاعات سرعت در تلفیق با اطلاعات سیستم ناوبری اینرسی باعث کاهش رشد خطای تخمین موقعیت می‌گردد ولی وجود خطا در تخمین زوایای اولیه‌ خطای عدم همراستایی سنسورها و خطا در اندازه‌گیری سرعت مخصوصا در حضور جریان زیرسطحی باعث ایجاد خطا در موقعیت می‌شود اگر موقعیت در زیرسطح با یک مرجع خارجی تصحیح نشود دقت تخمین موقعیت با گذشت زمان بسیار افت پیدا می‌کند زمانی‌که از سنسورهای ارزان قیمت برای ناوبری استفاده شود افت کیفیت با سرعت بیشتری اتفاق می‌افتد اما اگر از سنسورهای با کیفیت استفاده شود می‌توان به دقت درصد مسافت طی شده با تلفیق با سرعت‌سنج داپلری در طول کوتاه کیلومتر دست یافت روش‌های متعدد دیگری برای تصحیح موقعیت پیشنهاد شده که به‌طور کلی می‌توان آن‌ها را به دو دسته استفاده از فرستنده‌های صوتی و استفاده از مشخصه‌های محیطی و جغرافیایی تقسیم بندی نمود در مراجع مروری بر روش‌های یاد شده آمده است‌ استفاده از ناوبری صوتی در زیرآب برای تعیین موقعیت زیرسطحی نسبت به مرجع فرستنده صوت نیاز به زیرساخت هایی مناسب در منطقه ماموریت زیرسطحی دارد استفاده از مشخصه‌های جغرافیایی و محیطی در زیر آب نیز نیاز به شناسایی دقیق محیط ماموریت دارد استفاده از فیلتر کالمن توسعه یافته در تلفیق سیستم ناوبری اینرسی با سرعت‌سنج داپلری که به‌صورت دائمی با جی پی اس بروزرسانی می‌شود روش دیگری است که همراه با نتایج قابل قبولی بوده است‌ اما این روش نیازمند صرف انرژی بیشتر برایی غوص و صعود وسیله است که بدلیل محدود بودن انرژی این امر با مشکلات فراوانی مواجه است‌ه به هر جهت در این مورد هم با افت کیفیت سیگنال دریافتی جی پی اس‌ کیفیت ناوبری با گذشت زمانن افت پیدا ممی‌کند در این مقاله یک سیستم ناوبری تلفیقی براساس استفاده از سنسورهای اینرسی ارزان قیمت به همراه سرعت‌سنج داپلری‌ عمق‌سنج و سنسور مغناطیس که در آن از اطلاعات مربوط به نقشه میدان مغناطیسی زمین هم استفاده می‌شود طراحی شده است‌ دو روش برای استفاده از اطلاعات نقشه مغناطیسی زمین در ناوبری وجود دارد ‌ روش تطبیق با نقشه‌و و ص‌ تلفیق با سنسورهای اینرسی‌ در روش اول میدان مغناطیسی زمین با اطلاعات نقشه مغناطیسی مقایسه شده و با تعرف توابع همبستگی‌ مناسب اقدام به تخمین موقعیت می‌گردد در روش دوم از اطلاعات نقشه برای ایجاد یک اندازه‌گیری جدید در فرایند تلیفق با سنسورهای اینرسی استفاده می‌شود ‌ ‌ ‌ استفاده از میدان مغناطیسی زمین در ناوبری در زیر سقف ‌بدون سیگنال جی‌ ‌پی‌ اس‌ بمنظور موقعیت یابی بسیار پرکاربرد و مورد توجهه است ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ در کاربردهای زیرسطحی‌ تلفیق سنسورهای اینرسی‌ نقشه مغناطیسی زمین و نقشه ارتفاع سنجی دریا صورت پذیرفته است‌ در مقاله مذکور تنها از اطلاعات اندازه میدان مغناطیسی زمین درر نقاط مختلف استفاده شده است‌ در این مقاله برای تلفیق اطلاعات سنسورهای مختلف از فیلتر کالمن توسعه یافته غیرمستقیم استفاده شده است‌ کیفیت مناسب فیلتر کالمن با پسخوراند غیرمستقیم نسبت به فیلترر کالمن مستقی‌ ‌ برای ناوبری ز یرسطحی‌های بدون سرنشین و با استفاده از سنسورهای ارزان قیمت اینرسی‌ در نشان داده شده است‌ مدل دینامیک خطای سیستم ناوبری اینرسیال و مدل خطای اندازه‌گیری برای سیستم ناوبری دوگانه اینرسی‌ ‌داپلر بمنظور پیاده‌سازی فیلتر کالمن توسعه یافته غیرمستقی‌ ‌ استخراج شده است‌ اندازه‌گیری سنسور مغناطیس‌سنج با خروجی نقشه مغناطیسی زمین مقایسه شده و اندازه‌گیری جدیدی برای الگوریتم تلفیق تولید شده که قادر است خطای افزاینده در تخمین موقعیت را از بین ببرد فیلتر کالمن با در اختیار داشتن اندازه سرعت ‌سرعت‌سنج داپلری‌ ‌ اطلاعات سنسورر مغناطیس و عمق وسیله ‌سنسور عمق‌ ‌ خطای سرعت‌ موقعیت‌ وضعیت و بایاس متغیر شتاب‌سنج‌ها و جایروها را تخمین می‌زند تا کنون تلفیق سنسورهای ذکر شده برای ناوبری در زیرسطح انجام نشده است‌ نتایج شبیه‌سازی حاکی از آن است که سیستم ناوبری طراحی شده با وجود بایاس ثابت و متغیر در سنسورها قادر به تخمین موقعیت و وضعیت زیرسطحی با کیفیت مطلوب است‌ به‌منظور شبیه‌سازی الگوریتم تلفیق طراحی شده‌ اطلاعات سنسورها به‌صورت مصنوعی تولیده شده است‌ خطای موجود در سنسورها مجم بایاس تصادفی و نویز سفید در نظر گرفته شده است‌ بخش‌های مختلف این مقاله به شرح زیر است‌: در بخش دوم این مقاله روابط مربوط به دینامیک خطای سیستم اینرسی و اندازه‌گیری استخراج شده است‌ در بخش سوم روابط غیرخطی دینامیک خطا و اندازه‌گیری به فرم خطی تبدیل شده و الگوریتم کالمن توسعه یافته گسسته زمان به‌منظور تلفیق معرفی شده است‌ در بخش چهارم پروسه شبیه سازی الگوریتم توضیح داده شده و در نهایت نتایج مورد بحث و بررسی و جمع بندی قرار گرفتهه است‌ سیستم ناوبری اینرس‌ سرعت سنج با استظ‌ده !ز فیلتر کالمن توسعه یافته با پسخور!ند منفی کنترل خطای دریفت در سامانه ناوبری اینرسیال نیاز به تلفیق اطلاعات خروجی از سیستم ناوبری اینرسی با دیگر سنسورهای کمکی دارد به‌طور معمول در زیر سطح‌ با توجه به عدم دسترسی به سیگنال جی پی اس‌ از سنسورهای سرعت‌سنج داپلری‌ عمق‌سنج و شمال‌یاب مغناطیسی استفاده می شود برای تلفیق می‌توان از الگوریتم‌های کالمن بهره برد الگوریتم کالمن توسعه‌یافته ‌فیلتر کالمن توسعه‌یافته‌ با پسخوراند تصحیح برای سیستم ناوبری اینرسی می‌تواند مشکل غیرخطی بودن معادلات را برطرف کرده و دقت ناوبری را افزایش دهد ‌شکل ‌ ‌ روابط حاکم بر سینماتیک حرکت وسیله که مبنای روابط ناوبری اینرسی است کاملا غیرخطی است‌ برای رسیدن به کیفیت مطلوب در فرایند تلفیق می‌توان از الگوریتم کالمن فیلتر توسعه یافته بجای الگوریتم کالمن معمولی بهره برد روابط دینامیک ناوبری اینرسی یک سیستم ناوبری اینرسیال شامل دو بخش اصلی است‌ ‌ دینامیک حاکم بر تغییرات سرعت و ‌ دینامیک حاکم بر تغییران وضعیت ‌زوایای جهت‌ گیری دینامیک تغییرات سرعت در دستگاه مختصات ناوبری محلی عبارت است از: ‌ ‌

در رابطه ‌ سرعت زاویه‌ای مطلق زمین در دستگاه مختصات ناوبری نشان داده شده است‌ هم چنین رابطه سرعت زاویه‌ای دستگاه مختصات ناوبری نسبت به زمین است که در دستگاه ناوبری نمایش داده شده است‌ رابطه ‌و هم رابطه بین نرخ تغییرات طول و عرض جغرافیایی با سرعت در دستگاه بدنی را نشان می دهد دینامیک تغییرات وضعیت را می‌توان براساس زوایای اویلر و یا برحسب کواترنیون‌ها نوشت‌ استفاده از کواترنوین بجای زوایای اویلر نتایج بهتری در ناوبری دارد بنابراین در این مقاله از کواترنیون بجای زوایای اویلر برای بیان دوران بین دستگاه بدنی و ناوبری استفاده شدهه است‌ لذا دینامیک دوران برمبنای کواترنیون عبارت است از:

خطای سیستم ناوبری با توجه به ساختار انتخابی برای کالمن فیلتر باید روابط خطای مربوط به سیستم ناوبری اینرسی استخراج شود از روش حساب تغییرات به‌منظور استخراج دینامیک خطای روابط ‌ ‌ تا ‌ استفاده شده است‌ زمانی که میزان خطا در یک سیستم غیرخطی کوچک است از این روش برای استخراج روابط دینامیک خطا می‌توان بهره برد در این مقاله فرض برآن است که خطاهای موجود شامل خطا در موقعیت‌ سرعت و وضعیت زیرسطحی کوچک باقی می‌مانده در روابط آتی نماد کر ‌و به مفهوم ماتریس پادمتقارن است و علامت میزان خطا و انحراف در پارامتر و به معنای تخمین متغیر است‌ ‌ ‌ دینامیک خطای موقعیت‌: دینامیک خطای موقعیت از حساب تغییرات گیری از رابطه ‌و بدست می‌آید علامت ح نشانه عملگر وردش است‌

اندازه گیری سنسور مغناطیس و مقایسه با نقشه مغناطیسی زمین میدان مغناطیسی در اطراف زمین را می‌توان ناشی از یک دوقطبی مغناطیسی در نظر گرفت که در دو قطب شمال و جنوب زمین قرار دارند محور این دوقطبی حدود و ‌ درجه نسبت به محور دوران زمین انحراف دارد شدت میدان مغناطیسی در سطح زمین از حدود در خط استوا تا ‌ا ه‌مالاح در نزدیکی قطب تغییر می نماید مدل سازی میدان مغناطیسی زمین مدل قابل قبول برای میدان مغناطیسی زمین مدلی است که اصطلاحا به آن مدل مرجع بین المللی میدان مغناطیسی گفته می‌شود که توسط انجمن بین المللی جاذبه زمین و هوانوردی تهیه می شود ‌مدل آی‌ ‌جی این مدل مجموعه ای از ضرایب گوسی است که توسط آی‌ ‌ای‌ ‌ج‌ ‌ای هر پنج سال یک بار به روز رسانی شده و در مدل هارمونیک کروی مورد استفاده قرار می گیرده مدل آی‌ جی‌ آر اف شامل ضریب برای هر دوره پنج ساله است میدان مغناطیسی زمین می‌تواند به دلایل مختلف در طی زمان دچار تغییر شود که این تغییرات در مدل ریاضی معرفی شده لحاظ نشده و در هنگام استفاده از این مدل باید مورد توجه قرار گیرد اولین عامل تغییر موقتی در میدان زمین ناشی از فعالیت های خورشیدی است که تقریبا هر ص‌ روز یک‌بار اتفاق می‌افتد دومین ی تغییر روزانه است که به‌دلیل جابجایی یون‌ها در فضای اتمسفری اتفاق می افتده سومین عامل مهم تغییر طوفان های مغناطیسی است که در طی زمان و در خورشیدی اتفاق می افتد ‌و مدل ریاضی میدان مغناطیسی ‌را می‌توان برابر با منفی گرادیان یک میدان پتانسیل اسکالر مانند ‌ در نظر گرفت‌

با توجه به فرض کوچک بودن دینامیک خطا می‌توان به‌طور تقریبی در نظر گرفت‌ می‌باشد فرض می‌کنیم که اندازه دقیق سرعت دورانی زمین نسبت به دستگاه اینرسی مشخص است‌ بنابراین از جمله ‌صرف‌نظر می‌شود به‌دلیل کوچک بودن سرعت نیز می توان از جمله ه‌ل‌ صرف‌نظر کرد بنابراین دینامیک خطای وضعیت عبارت است از:

‌ ‌ دینامیک خطا در اندازه گیری خطای موجود در سنسورهای اینرسیال مجم بایاس تصادفی و نویز سفید در نظر گرفته شده است‌ بایاس تصادفی موجود در سنسورهای اینرسی را می‌توان به‌صورت گام‌زنی تصادفی مدل نمود و نویز موجود را نیز می‌توان نویز سفید در نظر گرفت‌ نویز سفید تنها خطایی است که در سنسورهای کمکی نظیر سنسور عمق‌سنج و سرعت‌سنج و سنسور مغناطیس در نظر گرفته شده ‌ ‌

شود ‌ نشان دهنده ثوابت شبه نرمال شده اشمیت برای تابع لژاندر از درجه و مرتبه است‌ مدل معرفی شده مقدار میدان مغناطیسی زمین در هر نقطه از زمین و در دستگاه مختصات ناوبری محلی را می دهد معادله یک سری برحسب بوده که مقادیر ‌ موجود است ‌ ‌ اما تعداد جملات این سری به ازای ‌ برابر جمله شامل عبارات مثلثاتی و چند جمله‌ای‌های لژاندر است که محاسبات آن زمان‌بر است‌ اندازه‌گیری جدید برای فیلتر کالمن را می‌توان بصورت رابطه ‌ ‌ ‌ تعریف کرد

مقادیر قرائت شده از سنسور مغناطیس‌ در دستگاه مختصات متصل به بدنه وسیله ‌دستگاه بدنی‌ است‌ بنابراین با استفاده از ماتریس دوران تخمین زده شده‌ می‌توان این مقادیر را به دستگاه مختصات ناوبری محلی انتقال داده و با خروجی نقشه مغناطیسی زمین مقایسه کرد حال می‌توان رابطه اندازه گیری جدید را بازنویسی کرد: ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌

و در رابطه نویز فرایند است که سفید و با میانگین صفر و کواریانس نویز اندازه‌گیری که سفید میانگین صفر و کواریانس در نظر گرفته شده است‌ در رابطه ‌ ‌ ‌ ماتریس نمایانگر ماتریس انتقال سیستم متغیر زمان استخراج شده از معادلات دیفرانسیل خطای موقعیت‌ سرعت و سمت می‌باشد بردار متغیر حالت ‌ ‌ دارای و مولفه است که در رابطه معرفی شده فرایند شبیه‌سازی به‌منظور بررسی صحت و کیفیت الگوریتم تلفیق طراحی شده انجام پذیرفته است‌ برای شبیه‌سازی سنسورها یک مسیر دلخواه با مشخصات سینماتیکی کامل ‌شتاب خطی و سرعت زاویه ای‌ طراحی شده است‌ با معلوم بودن شتابب خطی و استفاده از رابطه ‌اص‌ در حالت ایده‌آل می‌توان سرعت در طول مسیر را نیز مشخص کرد و هم چنین با معلوم بودن سرعت زاویه‌ای و استفاده از رابطه ‌ ‌ می‌توان کواترنیون‌ها و زوایای اویلر در طول مسیر را بدست آورد سنسورهای اینرسی با اضافه کردن بایاس و نویز تصادفی به اطلاعات شتاب خطی و سرعت زاویه‌ای شبیه‌سازی شده‌اند خصوصیات نویز اضافه شده برای شبیه‌سازی سنسور اینرسی از سنسور ارزان قیمت ممز ای‌ ‌دی‌ ‌آی‌ ‌اس استخراج شده است‌ سنسور سرعت سنج داپلری نیز با اضافه کردن نویز تصادفی سفید به اطلاعات سرعت مسیر شبیه‌سازی شده است و میزان دقت این سنسور در حدود می‌باشد برای شبیه‌سازی سنسور مغناطیس از مدل نرم‌افزار متلب استفاده شده است‌ این مدل نیاز به ورودی موقعیت جغرافیایی برحسب طول و عرض جغرافیایی دارد اطلاعات مسیرر تولید شده در دستگاه مختصات کروی متصل به زمین بوده و بنابراین می‌تواند بعنوان ورودی به مدل نرم افزار متلب مورد استفاده قرار گیرد خروجی این مدل یک بردار در دستگاه مختصات ناوبری محلی است که باید برای شبیه‌سازی سنسور مغناطیس به

دستگاه مختصات بدنی منتقل شود این امر هم با استفاده از ماتریس دوران بدست آمده از کواترنیون‌های مسیر امکان‌پذیر است‌ نتیجه حاصل در دستگاه مختصات بدنی با یک نویز سفید جمع می‌شود تا فرایند شبیه‌سازی سنسور مغناطیس کامل شود ذکر این نکته لازم است که تنها خطای موجود در سنسور مغناطیس نویز سفید در نظر گرفته شده است این در حالی است که در عمل خطای ناشی از آهن نرم و آهن سخت باعث اعوجاج در میدان مغناطیس زمین و خطا در سنسور مغناطیس می‌شود این نوع خطاهای در فرایندهای نسبتا پیچیده کالیبراسیون سنسورها مغناطیس حذف می‌شوند فرایند کالیبراسیون این سنسور بطور بسیار وسیعی در مقالات متعددی نظیر ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ مورد بررسی قرار گرفته است‌ عمق سنجی هم با دقت بسیار خوب شبیه‌سازی شده است‌ خصوصیات نویز و خطای در نظر گرفته شده برایی سنسورها براساس نمونه‌های موجود در نظر گرفته شده است‌ سنسورهای مختلف در فرایند شبیه‌سازی با نرخ‌های متفاوت داده‌برداری می‌نمایند سنسورهای اینرسی با نرخ هرتز و سنسورهای جی‌ ‌پی‌ ‌اس و دی‌ ‌وی‌ ‌ال با نرخ هرتز داده‌برداری می‌کنند داده‌های سنسورهای کندتر برای بازه‌های زمانی که سنسورهای اینرسی داده می‌دهند در یک حافظه نگهداری می‌شوند تا هر ثانیه یک بسته داده کامل از تمام سنسورها وارد فیلتر کالمن شود در فرایند شبیه‌سازی کیفیت الگوریتم ناوبری بدون حضور سنسور مغناطیس و در حضور این سنسور مقایسه شده است‌ نتایج شبیه سازی هم برای بررسی نحوه اثر حضورر سنسور مغناطیس در الگوریتم ناوبری بصورت مقایسه‌ای در خطای تخمین موقعیت و وضعیت آورده شده است‌ سیگنال سنسورهای شبیه‌سازی شده در ادامه در ‌ ‌شکل های آورده شده که بر حسب زمان بی بعد شده‌ رسم شده اند همان‌طور که در ‌ ‌شکل ‌ مشاهده می‌شود خطای تخمین موقعیت بدون حضور سنسور مغناطیس با گذشت زمان بصورت خطی افزایش میابد ولی زمانیکه از اندازه‌گیری جدید با استفاده از نقشه مغناطیسی زمین و سنسور مغناطیس استفاده می‌شود این خطا به طور چشم‌گیری کاهش می یابد هم چنین اندازه‌گیری جدید اضافه شده باعث افزایش دقت در تخمین وضعیت هم می‌شود که این امر با روابط تئوری سازگاری دارد در رابطه ‌و ‌ مشخص است که اندازه‌گیری جدید هم با متغیرهای حالت مربوط به موقعیت و هم با متغیرهای وضعیت ارتباط دارد و باعث تصحیح آنها می شود

در هر دو حالت تغییر چندانی نمی‌کند زیرا سنسور عمق یک سنسور با قابلیت اطمینان بالا و دقت خوب در تخمین عمق است‌ ‌ نتیجه‌گیری ناوبری در زیر سطح بر اساس سامانه‌های اینرسی نیاز به سنسورهای کمکی دارده بطور معمول از سنسورهایی نظیر سرعت سنج داپلری و سنسور عمق برای کشرل دریفت سامانه اینرسی استفاده می‌شود عدم وجود یک شاخص قابل اطمینان برای تعیین موقعیت در زیر آب باعث می‌شود که تخمین موقعیت در زیر آب همراه با مشکل باشده وجود اطلاعات مربوط به سرعت در تلفیق با سیستم اینرسیال باعث کاهش خطای تخمین موقعیت می‌شود ولی این خطا همچنان با زمان بطور خطی افزایش میابد که در طولانی مدت باعث کاهش شدید کیفیت تخمین موقعیت می‌گردد در این مقاله با استفاده از نقشه میدان مغناطیسی زمین و سنسور مغناطیس سنج‌ اندازه‌گیری جدیدی برای الگوریتم تخمین تولید شد که با استفاده از آن مشکل خطای تخمین مرتفع گردید این اندازه‌گیری جدید با متغیرهای تخمین وضعیت هم ارتباط دارد که همین امر باعث بهبود تخمین وضعیت وسیله می شود

ذکر این نکته لازم بنظر می رسد که تغییرات میدان مغناطیسی به دلیل تغییر در موقعیت بسیار هموار و ناچیز است بنابراین نباید انتظار داشت که این الگوریتم در تصحیح موقعیت در مسافت‌های کوتاه طی شده چندان موفق باشد خطای تخمین عمق وسیله با توجه به سنسور فشار برای تعیین عمق

بمنظور بررسی کیفیت الگوریتم طراحی شده فرایند شبیه سازی صورت پذیرفت‌ سنسورهای مورد استفاده در شبیه‌سازی با تولید یک مسیر مشخص با ویژگی‌های سینماتیکی کاملا مشخص و با استفاده از روابط سینماتیکی و اضافه کردن خطا شبیه سازی شده‌اند نتایج حاصل از شبیه‌سازی نشان می‌دهد که استفاده از اندازه‌گیری جدید سبب کاهش در خطای موقعیت تا ‌درصد و هم چنین کاهش در خطای تخمین زاویه سمت تا درصد مسافت طی شده می باشد این درحالی است که خطای تخمین موقعیت بدون استفاده از سنسور مغناطیس در انتهای مسیر حدود ه درصد مسافت طی شده و در تخمین زاویه سمت در حدود و درصد است‌ در عمل برای استفاده از سنسور مغناطیس سنج در سامانه ناوبری باید خطای ناشی از آهن نرم و آهن سخت در این سنسور حذف گردد که حذف این خطا مهمترین چالش در استفادهه عملی از الگوریتم ارائه شده است‌ نقشه مغناطیسی زمین به لحاظ محاسباتی دارای حجم نسبتا زیادی است که همین امر باعث کاهش نرخ خروجی الگوریتم تلفیق می شوده بنابراین برای استفاده از اینن الگوریتم بصورت زمان واقعی بهتر است تنها از قسمتی از این نقشه که در محدوده کاری وسیله زیرسطحی است استفاده شوده هم چنین وجود عملگر ژاکوبین در بردار اندازه گیری نیز باعث افزایش حجمم محاسبات می شود که اگر بصورت تحلیلی محاسبه شود طبیعتا بطور چشمگیری از حجم محاسبات کاسته خواهد شد


مطالب پیشنهادی
متأسفانه موردی یافت نشد.
ناحیه کاربری

فرمت ایمیل صحیح نمی باشد. ایمیل خود را وارد نمایید.

رمز عبور خود را وارد نمایید.

گزیده ها
پرواز با اتومبیل پرنده: اتومبیل تی‌اف-ایکس مجوز پرواز گرفت
گزیده های پر بیننده ترین اخبار روز و هفته
جشن کریسمس در نقاط مختلف جهان (+عکس)
گزیده های وبگردی و اخبار جذاب
بازیافت ماشین های قدیمی به روشی نو!
گزیده های وبگردی و اخبار جذاب
لوکس ترین خودروهای دنیا در نمایشگاه اتومبیل لس آنجلس (+عکس)
گزیده های پر بیننده ترین اخبار روز و هفته
مجله اینترنتی دیتاسرا
کلیه حقوق مادی و معنوی این وبسایت متعلق به گروه نرم افزاری دیتاسرا می باشد.
Copyright © 2015