Luận án tiến sĩ thiết kế và xây dựng hệ thống dẫn đường tích hợp INS GPS trên cơ sở linh kiện vi cơ điện tử dùng cho các phương tiện giao thông đường bộ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Văn Thắng THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG TÍCH HỢP INS/GPS TRÊN CƠ SỞ LINH KIỆN VI CƠ ĐIỆN TỬ DÙNG CHO CÁC PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG Hà Nội – 2017 -i- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Văn Thắng THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG TÍCH HỢP INS/GPS TRÊN CƠ SỞ LINH KIỆN VI CƠ ĐIỆN TỬ DÙNG CHO CÁC PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ Chuyên ngành: Kĩ thuật điện tử Mã số: 62520203 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Chử Đức Trình PGS TS Trần Đức Tân Hà Nội – 2017 -ii- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Tất số liệu, kết nghiên cứu trình bày luận án phản ánh trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khoa học khác Nghiên cứu sinh Nguyễn Văn Thắng -iii- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Luận án Tiến sĩ tác giả hoàn thành hướng dẫn thầy PGS.TS Chử Đức Trình thầy PGS.TS Trần Đức Tân Bên cạnh dẫn, định hướng mặt khoa học, khuyến khích động viên tinh thần ln động lực lớn giúp tác giả thực thành công nghiên cứu Thơng qua luận án này, tác giả xin gửi tới thầy giáo hướng dẫn lòng biết ơn chân thành cảm ơn sâu sắc Tác giả xin trân trọng cảm ơn lãnh đạo Trường Cao đẳng Phát – Truyền hình I tạo điều kiện thời gian hỗ trợ kinh phí cho tác giả suốt trình làm nghiên cứu sinh Tác giả xin chân thành cảm ơn thày cô giáo môn “Các hệ Vi điện tử Vi hệ thống” Khoa Điện tử viễn thông trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội giúp đỡ, hợp tác nghiên cứu động viên tinh thần năm qua Tác giả xin bày tỏ biết ơn tới nhóm nghiên cứu thuộc Viện ITIMS thuộc Đại học Bách khoa Hà Nội, đặc biệt thầy PGS.TS Vũ Ngọc Hùng hỗ trợ, động viên hợp tác nghiên cứu Qua đây, tác giả xin cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp đặc biệt bạn Đào Đình Thành – Những người chia sẻ động viên tác giả suốt chặng đường khó khăn vừa qua Từ đáy lịng tác giả xin nói lời cảm ơn tới gia đình bố, mẹ, anh chị em đặc biệt vợ gái ủng hộ, động viên tinh thần tạo điều kiện để tác giả thực thành cơng luận án -iv- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC BẢNG xi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xii MỞ ĐẦU .1 Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề .6 1.2 Tổng quan cảm biến đo vận tốc góc hệ tích hợp INS/GPS 1.2.1 Tổng quan nghiên cứu MEMS cảm biến dựa công nghệ MEMS 1.2.2 Tổng quan nghiên cứu ứng dụng cảm biến đo vận tốc góc biện pháp nâng cao hiệu hệ tích hợp INS/GPS 1.3 Định hướng nghiên cứu tính khả thi luận án 17 1.3.1 Định hướng nghiên cứu .17 1.3.2 Tính khả thi luận án .19 Chương 2: HỆ DẪN ĐƯỜNG TÍCH HỢP INS/GPS VÀ CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG .21 2.1 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động INS GPS 21 2.1.1 Hệ dẫn đường quán tính INS .21 2.1.2 Hệ định vị toàn cầu GPS 23 2.1.3 Sự cần thiết việc tích hợp INS GPS .24 2.2 Hệ tích hợp INS/GPS 24 2.2.1 Nguyên lý kết hợp INS/GPS 24 2.2.2 Hệ thống phần cứng tích hợp INS/GPS .35 2.3 Biện pháp nâng cao hiệu làm việc hệ tích hợp dùng Map Matching thuật toán STA (Street Tracking Algorithm) 37 2.3.1 Thiết lập mô hình trạng thái cho lọc Kalman .37 -v- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.3.2 Thuật toán bám đường (STA) 39 2.3.3 Kết thảo luận 45 2.4 Kết luận .51 Chương 3: CẤU TRÚC CẢM BIẾN ĐO VẬN TỐC GÓC KIỂU VI SAI 52 3.1 Cảm biến đo vận tốc góc ý tưởng thiết kế cảm biến đo vận tốc góc kiểu vi sai 52 3.1.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động cảm biến đo vận tốc góc 52 3.1.2 Ý tưởng thiết kế cảm biến đo vận tốc góc kiểu vi sai 55 3.2 Phần mềm thiết kế mô cảm biến đo vận tốc góc 60 3.3 Hiệu ứng tĩnh điện hệ tụ lược 62 3.3.1 Lực tĩnh điện (lực Coulomb) .62 3.3.2 Tụ điện .63 3.3.3 Lực tiếp tuyến lực pháp tuyến .64 3.3.4 Ứng dụng hiệu ứng tĩnh điện cho kích thích kiểu lược 66 3.4 Cấu trúc cảm biến đo vận tốc góc 68 3.5 Cấu trúc cảm biến đo vận tốc góc kiểu vi sai (cảm biến đo vận tốc góc kiểu Tuning Fork có hệ dầm treo vi sai) 72 3.5.1 Hệ dầm treo vi sai 72 3.5.2 Thiết kế cảm biến đo vận tốc góc kiểu Tuning Fork có hệ dầm treo vi sai 73 3.6 Kết thảo luận 76 3.7 Kết luận .94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95 Kết luận .95 Kiến nghị công việc nghiên cứu đề tài 96 DANH MỤC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 -vi- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Giải thích ý nghĩa Chữ viết tắt A Attitude - Tư AKF Adaptive Kalman filter – Bộ Lọc Kalman thích nghi FEM Finite element method - Phương pháp phần tử hữu hạn GPS Global positioning system - Hệ định vị toàn cầu Gyroscope Con quay hồi chuyển/ Cảm biến đo vận tốc góc IMU Inertial measurement unit - Khối đo lường quán tính INS Inertial navigation system - Hệ dẫn đường quán tính INS/GPS Hệ tích hợp INS GPS KF Kalman filter - Bộ lọc Kalman LUT Look up table - Bảng tra MEMS Microelectromechanical Systems - Các hệ vi điện tử P Position - Vị trí STA Street Tracking Algorithm - Thuật toán bám đường TFG Tuning Fork Gyroscope - Cảm biến đo vận tốc góc kiểu Tuning Fork V Velocity- Vận tốc MM Map Matching - Khớp đồ Ký hiệu Giải thích ý nghĩa PGPS Vị trí GPS cung cấp VGPS Vận tốc GPS cung cấp TGPS Thời gian GPS cung cấp -vii- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PIMU Vị trí IMU cung cấp VIMU Vận tốc IMU cung cấp AIMU Tư IMU cung cấp xk Véc tơ trạng thái rời rạc (tại thời điểm k) Ak,k-1 Ma trận chuyển Bk,k-1 Ma trận đầu vào ωk-1 Nhiễu trắng trình Zk Véc tơ đo lường vk Nhiễu trắng đo lường ̂ Ước lượng véc tơ trạng thái Kk Ma trận khuếch đại Kalman Pk Ma trận hiệp phương sai ω Vận tốc góc a Gia tốc hN1, hN2 Chu kỳ lấy mẫu C bN B NE Ma trận chuyển từ hệ tọa độ gắn liền vật thể sang hệ tọa độ định vị Ma trận chuyển từ hệ tọa độ định vị sang hệ tọa độ tâm trái đất  ,  , Góc quay, góc chúc góc hướng  , ,  Vĩ độ, kinh độ góc phương vị (trong hệ tọa độ tâm trái đất) Vx,y,z Các vận tốc hệ tọa độ cố định tâm trái đất V N , VE , VD Các vận tốc hệ tọa độ định vị x(t) Véc tơ trạng thái lỗi u(t) Véc tơ nhiễu đo -viii- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com  veT ,  eT Lỗi vận tốc, lỗi tư  f bT ,ibbT Lỗi gia tốc, lỗi vận tốc góc uTacc (t),uTgyro (t) Nhiễu cảm biến gia tốc nhiễu cảm biến vận tốc xt Véc tơ trạng thái liên tục (tại thời điểm t) zt Véc tơ đo lường liên tục (tại thời điểm t) pNKF , pEKF Các vị trí ước lượng lọc Kalman hệ tọa độ định vị vNKF , vEKF Các vận tốc ước lượng lọc Kalman hệ tọa độ định vị pNINS , pEINS Các vị trí ước lượng INS hệ tọa độ định vị vNINS , vEINS Các vận tốc ước lượng INS hệ tọa độ định vị N E PSTA , PSTA Các vị trí thuật tốn STA xác định N E VSTA , VSTA Các vận tốc thuật toán STA xác định F Lực tĩnh điện q1, q2 Điện tích hạt mang điện r Khoảng cách hai hạt điện tích k Hằng số tĩnh điện, k = 9.109 (Nm2/C2) ε0 Độ điện thẩm chân không, ε0 = 8,854.10-12 F/m ε Hằng số điện môi (của khơng khí ε = 1) A0 Phần diện tích chồng lên d0 Khoảng cách hai cực C Điện dung tụ điện E Năng lượng điện trường sinh hai cực Q Điện tích tụ -ix- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com V Hiệu điện hai cực Ft Lực tiếp tuyến hai cực Fn Lực pháp tuyến hai cực Ei Nội nguồn md Khối lượng khung kích thích gyroscope ms Khối lượng khung cảm ứng gyroscope Kd Độ cứng hệ dầm treo theo phương kích thích (trục x) gyroscope Ks Độ cứng hệ dầm treo theo phương cảm ứng (trục y) gyroscope φ Độ lệch pha hai tín hiệu kích thích φ1 Độ lệch pha rung học hai khung kích thích KdTFG Độ cứng hệ dầm treo theo phương kích thích (trục x) Tuning Fork Gyroscope -x- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com (a) (b) Hình 25 Độ dịch chuyển học khung cảm ứng (b) có vận tốc góc hình tam giác (a) -92- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com (a) (b) Hình 26 Độ dịch chuyển học khung cảm ứng (b) có vận tốc góc hình thang (a) Dựa vào kết hình từ Hình 23 đến Hình 26, ta thấy cấu trúc TFG đề xuất có đáp ứng đầu nhạy cụ thể biên độ dao động khung kích thích khung cảm ứng cao ổn định -93- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Các kết thể mối quan hệ độ lệch pha rung học hai khung kích thích độ lệch pha điện hai tín hiệu kích thích tín hiệu lối cảm biến cho thấy cấu trúc cảm biến loại bớt thành phần tín hiệu đồng pha Tuy vậy, để định lượng thơng số nhiễu đồng pha CMRR nghiên cứu sinh cần phải có nhiều khảo sát thêm Trong khn khổ luận án này, nghiên cứu sinh giới hạn nghiên cứu khảo sát đại lượng CMRR kết mơ trình bày Trong thời gian tới, có điều kiện, nghiên cứu sinh nhóm nghiên cứu thiết lập hệ đo để khảo sát thực nghiệm thông số CMRR quay đề xuất 3.7 Kết luận Trong chương tác giả luận án đưa sở lý thuyết đến thiết kế, mô cảm biến đo vận tốc góc kiểu vi sai Thiết kế có hệ tụ lược dùng để kích thích tín hiệu điện Thiết kế thể tính ưu việt hệ lị xo liên kết hình trám hai cảm biến Kết mô chứng minh TFG đề xuất khả loại bỏ đáng kể tín hiệu/nhiễu đồng pha, cịn có khả bù lệch pha cho hai tín hiệu kích thích đầu vào giá trị lệch pha  3,5o, 2,5o, 4o tương ứng với cấu trúc TFG 1, Kết nghiên cứu có liên quan đến nội dung chương luận án cơng bố 02 cơng trình thứ (6) (7) danh mục cơng trình nghiên cứu khoa học -94- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Với đề tài: “Thiết kế xây dựng hệ thống dẫn đường tích hợp INS/GPS sở linh kiện vi điện tử dùng cho phương tiện giao thông đường bộ” nghiên cứu sinh xây dựng hệ dẫn đường mong muốn cách sử dụng hệ tích hợp INS/GPS thương mại sẵn có cải tiến Việc cải tiến thực hai giải pháp Một giải pháp liên quan đến phần hệ thống, giải pháp liên quan đến cải tiến phần cứng hệ thống Luận án thực kết cụ thể sau: - Nghiên cứu thành công thuật toán với tên gọi “Thuật toán bám đường” STA Thuật toán kết hợp với đồ số đưa vào hệ tích hợp phần cứng INS/GPS để kiểm nghiệm Kết mô liệu thực nghiệm (dữ liệu offline) chứng minh rằng: Khi hệ thống dùng thuật toán STA sai số định vị trung bình mét lỗi vận tốc trung bình 3,2 m/s tín hiệu GPS bị vòng 200 giây với quãng đường di chuyển 1870 mét Bên cạnh khả cải thiện độ xác vị trí, vận tốc, thuật tốn đề xuất cịn cho phép cải thiện góc hướng xe (bỏ qua góc chúc góc nghiêng) Tuy nhiên, nghiên cứu có thêm số ràng buộc thuật tốn là: Quỹ đạo chuyển động phải biết trước ứng dụng phương tiện giao thông đường - Thiết kế, mô thành cơng cảm biến đo vận tốc góc kiểu vi sai, TFG có hệ dầm treo/lị xo liên kết hình trám hai cảm biến đo vận tốc góc TFG hoạt động dựa hiệu ứng điện dung, kích thích hai tín hiệu điện có biên độ ngược pha Kết mô chứng minh TFG đề xuất có nguyên lý hoạt động giống mạch khuếch đại vi sai điện tử dùng Transistor nguồn dịng khơng đổi Cụ thể, cấu trúc có khả bù lệch pha cho hai tín hiệu kích thích đầu vào giá trị lệch pha  3,5o, 2,5o, 4o tương ứng với cấu trúc TFG 1, -95- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kiến nghị công việc nghiên cứu đề tài Trên sở kiến thức kết nhận trình nghiên cứu, Nghiên cứu sinh đề xuất số nội dung nghiên cứu đề tài sau: - Tiếp tục nghiên cứu nâng cao thuật toán STA để ứng dụng cho chuyển động với quỹ đạo - Tối ưu hóa cấu trúc cảm biến đo vận tốc góc kiểu Tuning Fork đề xuất Đồng thời tiến hành chế tạo, đo đạc, so sánh đánh giá với kết mô để có sản phẩm chất lượng tốt - Xây dựng hệ thống (phần cứng, phần mềm) tích hợp có độ xác tổng thể đạt cao hệ thống có -96- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Nguyen Van Thang; Pham Manh Thang; Tran Duc-Tan (2012), “The Performance Improvement of a low-cost INS/GPS Integration System Using the Street Return Algorithm”, Vietnam Journal of Machanics, VAST, ISSN: 0866-7136, Vol 34, No 4, pp 271-280 Nguyen Van Thang; Chu Duc Trinh; Tran Duc-Tan (2012), “The performance improvement of a low-cost INS/GPS integration system using street return algorithm and compass sensor”, The 6th Vietnam Conference on Mechantronics (VCM 2012), Hanoi, Vietnam, pp 280-287 Nguyen Van Thang; Chu Duc Trinh; Tran Duc-Tan (2013), “Application of Street Tracking Algorithm in a feedback configuration for an integrated INS/GPS navigation system”, AETA 2013: Recent Advanced in Electrical Engineering and Related Sciences, Lecture Notes in Electrical Engineering, Vol 282, pp 279-288 Thang Nguyen Van; Trinh Chu Duc; and Tran Duc-Tan (2014), “Enhanced Accuracy Navigation Solution of an Integrated SINS/GPS System using an Simple and Effective Adaptive Kalman Filter”, International Journal of Intelligent Information Processing, ISSN: 2233-9426, Vol 5, No.1, pp 21-28 Thang Nguyen Van, Trinh Chu Duc, and Tran Duc-Tan (2015), "Application of Street Tracking Algorithm in an INS/GPS Integrated Navigation System", IETE Journal of Research (SCIE indexed), ISSN: 0974-780X, Vol 61, No 3, pp 251258 Thang Nguyen Van, Tran Duc-Tan, Hung Vu Ngoc and Trinh Chu Duc (2016), "Improvement of Tuning Fork Gyroscope Drive-mode Oscillation Matched Using a Differential Driving Suspension Frame", the International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE) (Scopus indexed), ISSN: 2088 -8708, Vol 6, No 6: December 2016, pp 2716-2729 Nguyen Van Thang, Tran Duc-Tan, Chu Duc Trinh (2017), “Design and Simulation of Micromachined Gyroscope based on Finite Element Method”, VNU Journal of Science: Mathematics - Physics, ISSN 0866-8612, Vol 33, No 3, accepted -97- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Ngô Thanh Bình (2015), “Nâng cao chất lượng cho thiết bị định vị dẫn đường sử dụng GPS phục vụ tốn giám sát quản lý phương tiện giao thơng đường bộ”, Luận án tiến sĩ kỹ thuật,Trường Đại học Giao thông vận tải [2] Phạm Tuấn Hải (2011), “Nâng cao chất lượng hệ dẫn đường thiết bị bay sở áp dụng phương pháp xử lý thông tin kết hợp”, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật quân [3] Nguyễn Quang Huy, Nguyễn Viết Thành (2010), “Hệ thống dẫn đường quán tính”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng Hải, Số 23, tr 107-110 [4] Trần Đức Tân, Lưu Mạnh Hà, Nguyễn Thăng Long, Nguyễn Phú Thùy (2007), “Nâng cao chất lượng hệ thống dẫn đường tích hợp INS/GPS sử dụng cấu trúc phản hồi vận tốc”, Tuyển tập cơng trình khoa học Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ Tập 4, tr 363-373 [5] Viện tên lửa – Trung tâm KHKT&CNQS (2007), “Nghiên cứu tích hợp hệ thống dẫn đường quán tính sở cảm biến vi điện tử phục vụ điều khiển dẫn đường phương tiện chuyển động” Tiếng Anh [6] Acar, C., & Shkel, A (2008), MEMS vibratory gyroscopes: structural approaches to improve robustness, Springer Science & Business Media [7] Alexander A Trusovs, Adam R.Schofield, Andrei M Shkel (2010), “Micromachined rate gyrocope architecture with ultra-high quality factor and improved mode ordering”, Sensors and Actuators A: Physical 165, pp 26-34 [8] Alexander A Trusovs, Adam R.Schofield, Andrei M Shkel (2010), “Micromachined rate gyrocope architecture with ultra-high quality factor and improved mode ordering”, Sensors and Actuators A: Physical 165, pp 26-34 [9] Alexander A Trusovs, Igor P Prikhodko, Sergei A Zotov, Andrei M Shkel (2011), “Low-Dissipation Silicon Tuning Fork Gyroscopes for Rate and Whole Angle Measurements”, IEEE Sensors Journal, Vol 11 No 11, pp 2763-2770 -98- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com [10] Ali Almagbile, Jinling Wang, and Weidong Ding (2010), “Evaluating the Performance of Adaptive Kalman Filter Methods in GPS/INS Integration”, Journal of Global Positioning Systems, Vol No 1, pp 33-40 [11] Alin, Andreas, Jannik Fritsch, and Martin V Butz (2013), "Improved tracking and behavior anticipation by combining street map information with Bayesian-filtering", Intelligent Transportation Systems-(ITSC), 2013 16th International IEEE Conference on, pp 2235-2242 [12] Amdouni, Ichrak, and Fethi Filali (2010), "On the feasibility of vehicle-to-internet communications using unplanned wireless networks", Telecommunications (ICT), 2010 IEEE 17th International Conference on IEEE [13] Andrei M Shkel (2006), “Type I and Type II Micromachined Vibratory Gyroscopes”, Proc IEEE/ION Position Locat Navigat Symp., San Diego, CA, Apr 24-27, pp 586-593 [14] Ayazi, F., & Najafi, K (1998) “Design and fabrication of high-performance polysilicon vibrating ring gyroscope”, Micro Electro Mechanical Systems, 1998 MEMS 98 Proceedings., The Eleventh Annual International Workshop,pp 621-626 [15] Bierlaire, Michel, Jingmin Chen, and Jeffrey Newman (2013), "A probabilistic map matching method for smartphone GPS data", Transportation Research Part C: Emerging Technologies 26, pp 78-98 [16] Bing maps, Access to September, 10, 2016 http://www.bing.com/maps/ [17] Bradford, P W., Spilker, J., & Enge, P (1996) Global positioning system: theory and applications AIAA Washington DC, 109 [18] Chawathe, Sudarshan S (2007), "Segment-based map matching", Intelligent Vehicles Symposium, 2007 IEEE [19] Chen, Bi Yu, et al (2014), "Map-matching algorithm for large-scale low-frequency floating car data", International Journal of Geographical Information Science 28.1, pp 22-38 [20] Chen, Daniel, et al (2011), "Approximate map matching with respect to the Fréchet distance", Proceedings of the Meeting on Algorithm Engineering & Expermiments Society for Industrial and Applied Mathematics -99- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com [21] Chen, Jingmin, and Michel Bierlaire (2015), "Probabilistic multimodal map matching with rich smartphone data", Journal of Intelligent Transportation Systems 19.2, pp 134-148 [22] Chiang, Kai-Wei, Thanh Trung Duong, and Jhen-Kai Liao (2013), "The performance analysis of a real-time integrated INS/GPS vehicle navigation system with abnormal GPS measurement elimination." Sensors 13.8, pp 10599-10622 [23] Chowdhury, A., Ghose, A., Chakravarty, T., & Balamuralidhar, P (2016) An Improved Fusion Algorithm For Estimating Speed From Smartphone’s Ins/Gps Sensors In Next Generation Sensors and Systems (pp 235-256) Springer International Publishing [24] Cimoo Song (1997), “Commercial vision of silicon based inertial sensors”, TRANSDUCERS’97, Vol.2, Chicago, pp.839 – 842 [25] COMSOL Multiphysics UsersGuide 4.3 http://people.ee.ethz.ch/~fieldcom/ppscomsol/documents/User%20Guide [26] COMSOLMultiphysicsUsersGuide 4.4 http://www2.humusoft/ftp/comsol/guides [27] Cornelius T Leondes el at (2006), MEMS/NEMS Handbook Techniques and Applications, Springer Press [28] D Piyabongkarn, R Rajamani, M Greminger (2005), “The development of a MEMS gyroscope for absolute angle measurement”, IEEE Transactions on Control Systems Technology 13, pp 185-195 [29] D Piyabongkarn, R Rajamani, M Greminger (2005), “The development of a MEMS gyroscope for absolute angle measurement”, IEEE Transactions on Control Systems Technology 13, pp 185-195 [30] Danny Banks (2006), Microengineering, MEMS, and Interfacing: A Practical Guide, CRC Press [31] Ding W., Wang J and Rizos (2007), “Improving Adaptive Kalman Estimation in GPS/INS Integration”, Journal of Navigation, Vol.60, pp 517-529 [32] Gholami, Asghar "Performance Enhancement of GPS/INS Integrated Navigation System Using Wavelet Based De-noising method." Amirkabir International Journal of Electrical & Electronics Engineering 48.2 (2016): 101-112 -100- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com [33] Guo, Z Y., Lin, L T., Zhao, Q C., Yang, Z C., Xie, H., & Yan, G Z (2010), “A lateral-axis microelectromechanical tuning-fork gyroscope with decoupled comb drive operating at atmospheric pressure”, Journal of Microelectromechanical Systems, 19(3), 458-468 [34] Haifeng Dong (2005), Design and Analysis of a MEMS Comb Vibratory Gyroscope, MASTER OF SCIENCE , B.S.(ECE), Tongji University, Shanghai, China, June, [35] Hicom, HI-204E User Manual, Access to September, 10, 2016 https://www.manualslib.com [36] Hjortsmarker, Niklas (2005), Experimental system for validating GPS/INS integration algorithms [37] Hoff L., Elle O.J., Grimnes M., Halvorsen S., Alker H.J., Fosse E (2004), “Measurements of heart motion using accelerometers”, Proceedings of IEEE Sensors, Vol.3, pp 1353 – 1354 [38] Hu C., Chen W and Liu D (2003), “Adaptive Kalman Filtering for Vehicle Navigation”, Journal of Global Positioning Systems, Vol No 1, pp 42-47 [39] Hung Ngoc Vu, Dzung Viet Dao, Hoang Manh Chu, Thong Quang Trinh, Long Quang Nguyen, and Trinh Chu Duc (2013), “Design and analysis of a lateral axis tuning fork gyroscope with guided-mechanical coupling”, International workshop on soft and flexible micro/nano systems technology (2013), Australia [40] IEEE Std 528-2001 IEEE Standard for Inertial Sensor Terminology [41] Inrix, Access to September, 13, 2016 http://www.inrix.com/ [42] K Liu, W Zhang, W Chen, K Li, Fu Dai, F Cui, X Wu, G Ma, Q Xiao (2009), “The development of micro-gyroscope technology”, Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol 19 No 11 [43] K Liu, W Zhang, W Chen, K Li, Fu Dai, F Cui, X Wu, G Ma, Q Xiao (2009), “The development of micro-gyroscope technology”, Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol 19 No 11 [44] K Shcheglov (2010), “DRG-A hight performance MEMS gyro”, Proc Joint Precision Azimuth Sensing Symp, Las Vegas, NV, Aug 2-4 [45] Kalman, Rudolph Emil (1960), "A new approach to linear filtering and prediction problems", Journal of basic Engineering 82.1, pp 35-45 -101- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com [46] Kim, S., & Kim, J H (1999), “Q-factor map matching method using adaptive fuzzy network”, In Fuzzy Systems Conference Proceedings, 1999 FUZZ-IEEE'99 1999 IEEE International , Vol 2, pp 628-633 [47] Krumm, John (2008), "A markov model for driver turn prediction", SAE SP 2193.1 [48] Kumar, Vikas (2004), Integration of inertial navigation system and global positioning system using Kalman filtering Diss Indian institute of technology, Bombay Mumbai [49] L M Ha, T D Tan, N T Long, N D Duc, N P Thuy (2007), “Errors Determination Of The MEMS IMU”, Journal of Science VNUH, pp 6-12 [50] Liu, Guangjun, et al (2008), "Effects of environmental temperature on the performance of a micromachined gyroscope", Microsystem Technologies 14.2, pp 199-204 [51] Liu, Kuien, et al (2012), "Effective map-matching on the most simplified road network", Proceedings of the 20th International Conference on Advances in Geographic Information Systems ACM [52] M W Putty (1995), A micromachined vibrating ring gyroscope, Ph.D dissertation, Univ Michigan, Ann Arbor, MI [53] Maenaka, Kazusuke, et al (2005), "Design, fabrication and operation of MEMS gimbal gyroscope", Sensors and Actuators A: Physical 121.1, pp.6-15 [54] MICRO-ISU BP3010, BEC Navigation Limited http://www.becnav.co.uk/ [55] Middelhoek S., Noorlag D J W (1992), “Signal conversion in solid-state transducers”, Sensors and Actuators, Vol 2, pp 211-228 [56] N AbuAlarraj, H Hassan, and H Ibrahim (2007), “Design and Simulation of Micromachined Gyroscope”, 1st WSEAS Int Conf on COMPUTATIONAL CHEMISTRY, Cairo, Egypt, December 29-31, 2007, pp 132-136 [57] Newson, Paul, and John Krumm (2009), "Hidden Markov map matching through noise and sparseness", Proceedings of the 17th ACM SIGSPATIAL international conference on advances in geographic information systems ACM [58] Ngana, P J Design (2009), Modeling and Simulation of a 52MHz MEMS Gyroscope Device in 1.5 um SOI Diss TU Delft, Delft University of Technology [59] Oksanen, Timo, Markus Linja, and Arto Visala (2005), "Low-cost positioning system for agricultural vehicles", Computational Intelligence in Robotics and -102- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Automation, 2005 CIRA 2005 Proceedings 2005 IEEE International Symposium on IEEE [60] Oleg S Salychev (2004), Applied Inertial Navigation: Problems and Solutions, BMSTU Press, Moscow Russia [61] Omerbashich, Mensur (2002), "Integrated INS/GPS navigation from a popular perspective", Journal of Air Transportation 7.1, pp 103-118 [62] Painter, Chris C., and Andrei M Shkel (2001), "Structural and thermal analysis of a MEMS angular gyroscope." SPIE's 8th Annual International Symposium on Smart Structures and Materials International Society for Optics and Photonics [63] Preethi, B., L Sujatha, and V S Selvakumar, Design and Analysis of MEMS Gyroscope [64] Preethi, B., L Sujatha, and V S Selvakumar (2012), "Design and Analysis of MEMS Gyroscope", Proceedings of Comsol Conference [65] Qiuting Wang, Duo Xiao, Wenyao Pang (2013), "The Research and Application of Adaptive-Robust UKF on GPS/SINS Integrated System", JCIT, Vol No 6, pp 1169 - 1177 [66] Quddus, Mohammed A., Robert B Noland, and Washington Y Ochieng (2006), "A high accuracy fuzzy logic based map matching algorithm for road transport", Journal of Intelligent Transportation Systems 10.3, pp 103-115 [67] R Dorobantu, C Gerlach (2004), Investigation of a Navigation–Grade RLG SIMU type iNAV–RQH, IAPG/FESG No 16, Germany [68] Randle, J S., & Horton, M A (1997, November) Low cost navigation using micromachined technology In Intelligent Transportation System, 1997 ITSC'97., IEEE Conference on (pp 1064-1067) IEEE [69] Roylance L.M., Angell J.B (1979), “A batch-fabricated silicon accelerometer”, IEEE Transactions on Electron Devices, Vol 26(12), pp.1911 – 1917 [70] Ryu, Ji Hyoung, Ganduulga Gankhuyag, and Kil To Chong "Navigation system heading and position accuracy improvement through GPS and INS data fusion." Journal of Sensors 2016 (2016) [71] Salychev, Oleg S (1998), Inertial systems in navigation and geophysics Moscow: Bauman MSTU Press -103- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com [72] Sang Won Yoon, Sangwoo Lee, Khalil Najafi (2012), “Vibration-induced errors in MEMS tuning fork gyroscopes”, Sensors and Actuators A: Physical, pp 32-44 [73] Santiram Kal (2005), “Design and Fabrication of MEMS Accelerometer for Avionics Applications”, Proceedings of International Conference on Smart materials Structures and Systems, Bangalore, India, pp 140- 146 [74] Sasani, Soroush, Jamal Asgari, and A R Amiri-Simkooei "Improving MEMS-IMU/GPS integrated systems for land vehicle navigation applications." GPS solutions 20.1 (2016): 89-100 [75] Sheng-Ren Chiu, Chung-Yang Sue, Chih-Hsiou Lin, Yan-Kuin Su (2014), “Dualaxis tuning fork vibratory gyroscope with anti-phase mode vibration mechanism”, Microsystem Technology, pp 2173-2184 [76] Singh, T P., Sugano, K., Tsuehiya, T., & Tabata, O (2011), “Modal harmonie simulation of decoupled resonators for developing MEMS tuning fork gyroeope with low acceleration sensitivity”, Nano/Micro Engineered and Molecular Systems (NEMS), 2011 IEEE International Conference on, pp 1250-1253 [77] Song, Jin Woo, and Chan Gook Park "INS/GPS Integrated Smoothing Algorithm for Synthetic Aperture Radar Motion Compensation Using an Extended Kalman Filter with a Position Damping Loop." International Journal of Aeronautical and Space Sciences 18.1 (2017): 118-128 [78] Spangler C., Kemp C.J (1996), “Integrated silicon automotive accelerometer”, Sens Actuators A54, pp 523-529 [79] T D Tan, L M Ha, N T Long, H H Tue, N P Thuy (2007), “Feedforward Structure Of Kalman Filters For Low Cost Navigation”, International Symposium on Electrical-Electronics Engineering (ISEE2007), HoChiMinh City, VietNam, pp 1-6 [80] T.Velten, P Krause, E Obermeier (1996), “Two-axis Micromachined Accelerometer for Gesture Recognition”, MME’96, pp 247-250 [81] Tan, Tran Duc, et al (2007), "Integration of inertial navigation system and global positioning system: Performance analysis and measurements", Intelligent and Advanced Systems, 2007 ICIAS 2007 International Conference on IEEE, 2007 -104- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com [82] Tang, W C., Nguyen, T C H., Judy, M W., & Howe, R T (1990), “Electrostaticcomb drive of lateral polysilicon resonators”, Sensors and Actuators A: Physical, 21(1), 328-331 [83] Thomas B Greenslade, Jr., "Gyroscopic Control of Hovercraft", Phys Teach., 31, 45 (1993) http://physics.kenyon.edu/EarlyApparatus/Mechanics/Gyroscope/Gyroscope.html [84] Tiano, A., Zirilli, A., & Pizzocchero, F (2001), “Application of interval and fuzzy techniques to integrated navigation systems”, In IFSA World Congress and 20th NAFIPS International Conference, 2001 Joint 9th, Vol 1, pp 13-18 [85] Tran Duc Tan, Huynh Huu Tue, Nguyen Thang Long, Nguyen Phu Thuy, Nguyen Van Chuc (2006), “Designing Kalman Filters for Integration of Inertial Navigation System and Global Positioning System”, the 10th biennial Vietnam Conference on Radio & Electronics, REV-2006 Hanoi, pp 266-230 [86] Trinh, Thong Quang, Long Quang Nguyen, Dzung Viet Dao, Hoang Manh Chu, and Hung Ngoc Vu (2014), "Design and analysis of a z-axis tuning fork gyroscope with guided-mechanical coupling", Microsystem technologies 20 No 2, pp 281-289 [87] Vikas Kumar N (2004), Integration of Inertial Navigation System and Global Positioning System Using Kalman Filtering, M.Tech Dissertation, Indian Institute of Technology, Bombay [88] Wang, J., Schroedl, S., Mezger, K., Ortloff, R., Joos, A., & Passegger, T (2005), “Lane keeping based on location technology”, IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 6(3), 351-356 [89] Weinberg, Marc S., and Anthony Kourepenis (2006), "Error sources in in-plane silicon tuning-fork MEMS gyroscopes", Microelectromechanical Systems, Journal of 15.3, pp 479-491 [90] Yao, Yiqing, and Xiaosu Xu "A RLS-SVM Aided Fusion Methodology for INS during GPS Outages." Sensors 17.3 (2017): 432 [91] Yazdi, Navid, Farrokh Ayazi, and Khalil Najafi (1998), "Micromachined inertial sensors", Proceedings of the IEEE 86.8, pp.1640-1659 [92] Yazdi, Navid, Farrokh Ayazi, and Khalil Najafi (1998), "Micromachined inertial sensors", Proceedings of the IEEE 86.8, pp 1640-1659 -105- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com [93] Zarei, Nilgoon (2013), Thermal MEMS gyroscope design and characteristics analysis Diss Applied Sciences: School of Engineering Science -106- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... CÔNG NGHỆ Nguyễn Văn Thắng THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG TÍCH HỢP INS/ GPS TRÊN CƠ SỞ LINH KIỆN VI CƠ ĐIỆN TỬ DÙNG CHO CÁC PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ Chuyên ngành: Kĩ thuật điện tử. .. mại nên tác giả chọn đề tài ? ?Thiết kế xây dựng hệ thống dẫn đường tích hợp INS/ GPS sở linh kiện vi điện tử dùng cho phương tiện giao thông đường bộ? ?? cho luận án tiến sĩ -2- LUAN VAN CHAT LUONG... tế hệ định vị tích hợp INS/ GPS thương mại làm vi? ??c hiệu thuật toán vừa nghiên cứu Những kết luận án Với đề tài ? ?Thiết kế xây dựng hệ thống dẫn đường tích hợp INS/ GPS sở linh kiện vi điện tử dùng