áp dụng bộ lọc kalman (hai bộ lọc kalman) vào bài toán dẫn đường

Đại Học Công Nghệ. ĐHQGHN Khoa: Điện tử-Viễn Thông LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Ths.Trần Đức Tân thuộc Khoa Điện tử -Viễn thông đã tận tình hướng dẫn em thực hiện khoá luận tốt nghiệp này. Em cũng xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy giáo, cô giáo đã giảng dạy em trong suốt những năm học Đại Học. Những kiến thức nền tảng quý báu đó sẽ là hành trang giúp cho em vững bước trong tương lai. Đặc biệt là các thầy trong trong bộ môn MEMS đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành khoá luận tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn đề tài QC 07 -17 và các cán bộ tham gia đề tài đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện luận văn. Cuối cùng em muốn bày tỏ lòng cảm ơn đối với gia đình, bạn bè, người thân đã luôn động viên, giúp đỡ em trong quá trình học tập và thực hiện khoá luận này. Hà Nội, tháng 5 năm 2008 Sinh viên Sinh Viên: Cao Ngọc Phát - 1 - Đại Học Công Nghệ. ĐHQGHN Khoa: Điện tử-Viễn Thông TÓM TẮT NỘI DUNG Nhu cầu sử dụng hệ thống định vị và dẫn đường đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu trong cuộc sống ngày nay. Tuy nhiên hệ thống không thể đạt được sự chính xác tuyệt đối. Vì vậy cần phải làm tăng độ chính xác của hệ thống định vị toàn cầu. Bằng cách khắc phục được sai số của hệ thống dẫn đường (GPS) và hệ thống dẫn đường quán tính (INS) . Hệ thống dẫn đường quán tính INS có 2 ưu điểm nổi bật khi so sánh với các hệ thống dẫn đường khác là khả năng hoạt động tự trị và độ chính xác cao trong những khoảng thời gian ngắn. Lỗi nghiêm trọng nhất của hệ thống INS là do các cảm biến quán tính gây ra. Chính vì thế trong những ứng dụng thời gian dài thì hệ thống INS thường sử dụng với các hệ thống hỗ trợ khác như hệ thống dẫn đường vô tuyến (Loran, Omega và Tacan), hệ thống dẫn đường vệ tinh (GPS, GLONASS và Transit), JTIDS, DME…Các hệ thống này hoạt động ổn định theo thời gian và vì thế cần tích hợp INS và các hệ thống hỗ trợ này. Sự kết hợp GPS và INS là lý tưởng nhất vì hai hệ thống này có khả năng bù trừ nhau hiệu quả. Trái tim của hệ thống tích hợp này chính là bộ lọc tối ưu Kalman. Bộ lọc Kalman rất hiệu quả và linh hoạt trong việc kết hợp đầu ra bị nhiễu của cảm biến quán tính để ước lượng trạng thái của hệ thống. Luận án này đã đề xuất một cấu trúc lọc Kalman cải tiến bao gồm hai bộ lọc song song nhằm cải thiện độ chính xác và tốc độ đáp ứng của hệ thống, Ngoài ra, hệ thống này còn có thể hoạt động linh hoạt giữa hai chế độ vòng kín và vòng hở, rất hữu ích trong những tình huống mất tín hiệu từ GPS. Sinh Viên: Cao Ngọc Phát - 2 - Đại Học Công Nghệ. ĐHQGHN Khoa: Điện tử-Viễn Thông Bảng giải thích các chữ viết tắt GPS (Global Positioning System) Hệ thống định vị toàn cầu IMU (Inertial Measurement Unit) Bộ đođạc quán tính INS (Inertial Navigation System) Hệ thống dẫn đường quán tính KF (Kalman Filter) Bộ lọc Kalman MEMS (MicroElectroMechanical System) Hệ vi cơ điện tử NED (North, East, Down) Các trục của hệ toạ độ dẫn đường PC-box (Persional Computer box) Máy tính cá nhân chuyên dụng SINS (Strapdown INS) Hệ dẫn đường loại gắn chặt Sinh Viên: Cao Ngọc Phát - 3 - Đại Học Công Nghệ. ĐHQGHN Khoa: Điện tử-Viễn Thông MỤC LỤC Bảng giải thích các chữ viết tắt 3 1.1.6. Hoạt động 11 1.2.1.Phương trình động học 13 1.2.2. Ưu điểm và nhược điểm của INS 16 2.2 Các hệ tọa độ 19 2.2.1 Hệ tọa độ quán tính (Inertial Frame) 19 2.2.2 Hệ tọa độ cố định tâm trái đất (The Earth Fixed Frame) 19 2.2.3 Hệ tọa độ định vị (Navigation frame) 19 2.2.4 Hệ tọa độ gắn liền vật thể (Body frame) 20 2.3 Phương trình định vị 20 2.4 Hệ Phương trình định vị trong hệ tọa độ cố định tâm trái đât (e-frame) 21 2.5. Tổng quan về hệ cảm nhận quán tính IMU 22 2.6 Thuật toán dẫn đường quán tính 23 2.7.1. Nhiễu tất định 27 2.7.2 Nhiễu thống kê 27 Năm 1960 R.E Kalman đã xuất bản một bài báo với tiêu đề “A New Approach to Linear Filtering and Predication Problems”. Nghiên cứu của Kalman đã khắc phục hạn chế của bộ lọc Weiner-Hopf trong việc giải quyết bài toán thống kê tự nhiên. Kể từ đó, danh từ bộ lọc Kalman đã ra đời. Bộ lọc này ước lượng trạng thái của quá trình thời gian rời rạc theo phương trình sai phân tuyến tính: 28 3.1.1.Bản chất tính toán của bộ lọc 29 Chúng ta định nghĩa là trạng thái tiền ước lượng ở thời điểm thứ k, là trạng thái hậu ước lượng tại thời điểm thứ k và cho ra giá trị đo zk. Chúng ta có thể định nghĩa các lỗi tiền ước lượng và lỗi hậu ước lượng như sau: 29 3.1.2. Bản chất thống kê của bộ lọc 30 Sinh Viên: Cao Ngọc Phát - 4 - Đại Học Công Nghệ. ĐHQGHN Khoa: Điện tử-Viễn Thông Công thức (3.8) thể hiện bản chất thống kê của tiền ước lượng quy định trên tất cả các giá trị đo trước zk (Quy tắc Bayer) 30 4.1 Thiết bị phần cứng 38 4.1.1 Khối dẫn đường quán tính MICRO-ISU BP3010 38 Chương 1: Tổng quan về hệ thống dẫn đường quán tính (INS) và hệ thống định vị toàn cầu (GPS). 1.1. Hệ thống định vị toàn cầu (GPS). Hệ thống định vị toàn cầu (GPS-Global Positioning System) là một mạng gồm 24 vệ tinh Navstar quay xung quanh Trái đất tại độ cao 11.000 dặm (17.600 km). Được Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ ấn định chi phí ban đầu vào khoảng 13 tỷ USD, song việc truy nhập tới GPS là miễn phí đối với mọi người dùng, kể cả những người ở các nước khác. Các số liệu định vị và định thời được sử dụng cho vô số những ứng dụng khác nhau, bao gồm đạo hàng hàng không, đất liền và hàng hải, theo dõi các phương tiện giao thông trên bộ và tầu biển, điều tra khảo sát và vẽ bản đồ, quản lý tài sản và tài nguyên thiên nhiên. Với việc khắc phục được những giới hạn về độ chính xác quân sự vào tháng 3/1996, ngày nay GPS có thể chỉ ra chính xác vị trí của các mục tiêu chỉ nhỏ bằng đồng 10 xu ở bất kỳ nơi nào trên bề mặt trái đất. Vệ tinh GPS đầu tiên đã được phóng vào năm 1978. Mười vệ tinh đầu tiên là các vệ tinh ‘mở mang’, gọi là Block 1 (Lô 1). Từ năm 1989 đến năm 1993 có 23 vệ tinh khai thác, gọi là Block 2 (Lô 2) đã được phóng lên quỹ đạo. Vệ tinh thứ 24 được phóng nốt vào năm 1994 đã hoàn thành hệ thống. Các vệ tinh được bố trí sao cho các tín hiệu từ 6 trong số đó có thể được thu nhận gần như 100 phần trăm thời gian tại bất kỳ điểm nào trên trái đất. Sinh Viên: Cao Ngọc Phát - 5 - Đại Học Công Nghệ. ĐHQGHN Khoa: Điện tử-Viễn Thông Hình 1.1:Quỹ đạo các vệ tinh cua hệ thống GPS. Trong số 24 vệ tinh của Bộ quốc phòng Mỹ nói trên, chỉ có 21 thực sự hoạt động, 3 vệ tinh còn lại là hệ thống hỗ trợ. Tín hiệu radio được truyền đi thường không đủ mạnh để thâm nhập vào các tòa nhà kiên cố, các hầm ngầm và hay tới các địa điểm dưới nước. Ngoài ra nó còn đòi hỏi tối thiểu 4 vệ tinh để đưa ra được thông tin chính xác về vị trí (bao gồm cả độ cao) và tốc độ của một vật. Vì hoạt động trên quỹ đạo, các vệ tinh đảm bảo cung cấp vị trí tại bất kỳ điểm nào trên trái đất. 1.1.1. Cấu trúc của hệ thống định vi toàn cầu. GPS bao gồm 3 mảng (xem hình 1.2):  Mảng người dùng: gồm người sử dụng và thiết bị thu GPS.  Mảng kiểm soát: bao gồm các trạm trên mặt đất, chia thành trạm trung tâm và trạm con. Các trạm con, vận hành tự động, nhận thông tin từ vệ tinh, gửi tới cho trạm chủ. Sau đó các trạm con gửi thông tin đã được hiệu chỉnh trở lại, để các vệ tinh biết được vị trí của chúng trên quỹ đạo và thời gian truyền tín hiệu. Nhờ vậy, các vệ tinh mới có thể đảm bảo cung cấp thông tin chính xác tuyệt đối vào bất kỳ thời điểm nào. Sinh Viên: Cao Ngọc Phát - 6 - Đại Học Công Nghệ. ĐHQGHN Khoa: Điện tử-Viễn Thông Hình 1.2: Cấu trúc hệ thống định vị toàn cầu.  Mảng không gian: gồm các vệ tinh hoạt động bằng năng lượng mặt trời và bay trên quỹ đạo. Quãng thời gian tồn tại của chúng vào khoảng 10 năm và chi phí cho mỗi lần thay thế lên đến hàng tỷ USD. Một vệ tinh có thể truyền tín hiệu radio ở nhiều mức tần số thấp khác nhau, được gọi là L1, L2 Một đài phát thanh FM thường cần có công suất chừng 100.000 watt để phát sóng, nhưng một vệ tinh định vị toàn cầu chỉ đòi hỏi 20-50 watt để đưa tín hiệu đi xa 19.200 km. 1.1.2. Thành phần của hệ thống định vị toàn cầu. Hệ thống GPS gồm có các vệ tinh, các máy thu và các hệ thống điều khiển dưới đất. Các vệ tinh phát các tín hiệu ở tần số 1575,42 MHz để các máy thu GPS dưới mặt đất có thể tách ra được. Các máy thu này có thể được lắp đặt trên các con tầu, các máy bay và các xe ô tô để cung cấp thông tin định vị chính xác bất kể điều kiện thời tiết như thế nào. Chúng phát hiện, giải mã và xử lý các tín hiệu vệ tinh GPS để xác định vị trí chính xác của người dùng. Đoạn điều khiển (hay đoạn mặt đất) của GPS gồm có 5 trạm giám sát không người điều khiển đặt tại Hawaii, Kwajalein ở Thái Bình Dương, Diago Garcia ở ấn Độ Dương, Ascension Island ở Đại Tây Dương và Colorado Springs ở Solo. Còn có một Trạm mặt đất chính đặt tại Falcon AFB ở Colorado Springs, và 4 trạm mặt đất an-ten lớn để phát quảng bá các tín hiệu lên các vệ tinh. Các trạm này cũng bám theo và giám sát các vệ tinh GPS. 1.1.3. Hoạt động của hệ thống định vị toàn cầu. Sinh Viên: Cao Ngọc Phát - 7 - Đại Học Công Nghệ. ĐHQGHN Khoa: Điện tử-Viễn Thông Với GPS, các tín hiệu từ các vệ tinh sẽ đi tới các vị trí chính xác của người dùng và được đo theo phép tam giác đạc. Để thực hiện phép tam giác đạc, GPS đo khoảng cách thông qua thời gian hành trình của bản tin vô tuyến từ vệ tinh tới một máy thu mặt đất. Để đo thời gian hành trình, GPS sử dụng các đồng hồ rất chính xác trên các vệ tinh. Một khi khoảng cách tới vệ tinh đã được đo thì việc biết trước về vị trí vệ tinh trong không gian sẽ được sử dụng để hoàn thành tính toán. Các máy thu GPS trên mặt đất có một “cuốn niên giám” được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính của chúng để chỉ thị mỗi vệ tinh sẽ có mặt nơi nào trên bầu trời vào bất kỳ thời điểm nào. Các máy thu GPS sẽ tính toán các thời gian trễ qua tầng đối lưu và khí quyển để tiếp tục làm chính xác hơn phép đo vị trí. Để bảo đảm chắc chắn vệ tinh và máy thu đồng bộ với nhau, mỗi vệ tinh có bốn đồng hồ nguyên tử chỉ thời gian chính xác tới 3 ns, tức ba phần tỷ giây. Nhằm tiết kiệm chi phí, các đồng hồ trong các máy thu dưới đất được làm ít chính xác hơn đôi chút. Bù lại, một phép đo tầm hoạt động vệ tinh được trang bị thêm. Phép đo lượng giác chỉ ra rằng, nếu ba số đo chính xác định vị được vị trí một điểm trong không gian ba chiều thì một phép đo thứ tư có thể loại bỏ mọi độ chênh lệch thời gian nào đó. Phép đo thứ tư này chỉnh lại sự đồng bộ hoá không hoàn hảo của máy thu. Hình 1.3: Các tín hiệu từ vệ tinh, được một máy thu GPS đặt trên một chiếc ô tô thu nhận, được sử dụng để xác định thông tin vị trí chính xác Khối mặt đất thu nhận tín hiệu vệ tinh đi tới với tốc độ bằng tốc độ ánh sáng. Ngay như tại tốc độ như vậy tín hiệu cũng phải mất một lượng thời gian đáng kể mới tới được máy thu. Sự chênh lệch giữa thời điểm tín hiệu được gửi đi và thời điểm tín hiệu được thu nhận với tốc độ ánh sáng cho phép máy thu tính được khoảng cách tới vệ tinh. Để đo lường chính xác độ cao, kinh độ và vĩ độ, máy thu đo thời gian các tín hiệu từ một số vệ tinh truyền tới máy thu (Hình 1.2). Sinh Viên: Cao Ngọc Phát - 8 - Đại Học Công Nghệ. ĐHQGHN Khoa: Điện tử-Viễn Thông GPS sử dụng một hệ tọa độ gọi là Hệ thống Trắc địa học Toàn cầu 1984 (WGS-84 - Worldwide Geodetic System 1984). Hệ thống này tương tự như các đường kẻ kinh tuyến và vĩ tuyến quen thuộc thường thấy trên các bản đồ treo tường cỡ lớn. Hệ thống WGS - 84 cung cấp một khung tham chiếu gắn sẵn tiêu chuẩn hoá, cho phép các máy thu của bất kỳ hãng sản xuất nào cũng cung cấp đúng cùng một thông tin định vị. 1.1.4. Ứng dụng của hệ thống định vị toàn cầu. Mặc dù hệ thống GPS chỉ mới được hoàn thành vào năm 1994 nhưng nó đã thực sự tự khẳng định mình trong những ứng dụng quân sự. Ngày nay, GPS đã trở thành một yếu tố quan trọng của hầu như tất cả các chiến dịch quân sự và tất cả các hệ thống vũ khí. Ngoài ra, GPS còn được sử dụng trên các vệ tinh để đạt được các dữ liệu quỹ đạo có độ chính xác cao và để điều khiển hướng bay của các con tầu vũ trụ. Mặc dù hệ thống GPS lúc ban đầu được triển khai để đáp ứng các yêu cầu của giới quân sự, nhưng người ta đang không ngừng tìm ra các cách thức mới để sử dụng những khả năng của nó, từ cao siêu đến bình dị. Một trong số cách thức thứ nhất là sử dụng GPS cho công tác quản lý động vật hoang dã. ở châu Phi, các máy thu GPS được sử dụng để giám sát các đường hướng di trú của các đàn động vật lớn cho những mục đích nghiên cứu khác nhau. Những máy thu GPS cầm tay hiện đang được sử dụng thường ngày trong các ứng dụng thực địa, trong đó có đòi hỏi việc thu thập thông tin chính xác, kể cả việc kiểm tra hiện trường của các công ty phục vụ công cộng, việc vẽ bản đồ của các nhà khai thác dầu mỏ và khí đốt và việc quy hoạch tài nguyên của các công ty lâm nghiệp. Các khinh khí cầu có trang bị GPS đang giám sát các lỗ hổng trong tầng ô-zôn trên các vùng cực và chất lượng không khí cũng đang được giám sát nhờ các máy thu GPS. Các phao theo dõi lượng dầu tràn lớn trên biển phát đi các dữ liệu cần thiết nhờ sử dụng GPS. Các nhà khảo cổ học và các nhà thám hiểm đang sử dung hệ thống này để đánh dấu các vị trí ở xa trên biển và trên đất liền trước khi họ có thể lập quyết toán trang thiết bị và kinh phí. Theo dõi các phương tiện vận chuyển là một trong những ứng dụng GPS phát triển nhanh nhất. Các đoàn tầu, các hệ thống vận chuyển công cộng, các đoàn xe tải quá cảnh, Sinh Viên: Cao Ngọc Phát - 9 - Đại Học Công Nghệ. ĐHQGHN Khoa: Điện tử-Viễn Thông các chuyến xe bưu chính có trang bị các máy thu GPS để giám sát các vị trí của chúng vào mọi thời điểm. Các dữ liệu GPS sẽ trở nên hữu ích hơn đối với khách hàng khi nó được liên kết với kỹ thuật vẽ bản đồ số. Theo đó, một số hãng sản xuất ô tô đang chào hàng một phương án chế tạo xe mới là trang bị các màn hình trình bày hành trình xe chạy do các máy thu GPS hướng dẫn. Các màn hình này thậm chí còn có thể tháo ra đem về nhà để lập chương trình cho một chuyến đi. Một số phương tiện xe cộ có trang bị GPS đưa ra các bảng hướng dẫn trên màn hiển thị cho các lái xe và qua các lệnh bằng tiếng nói tổng hợp. Những tính năng này cho phép lái xe đến được bất kỳ nơi nào anh ta muốn một cách nhanh chóng hơn và an toàn hơn so với trước đây. Công nghệ GPS thậm chí còn đang được sử dụng kết hợp với công nghệ mạng tế bào để cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng. Với việc ấn một phím bấm trên máy điện thoại di động mạng tế bào, có thể đàm thoại với một nhà cung cấp dịch vụ và cùng một lúc báo hiệu tới các dịch vụ điều phối trung tâm thông báo về vị trí, của họ về các tình huống khẩn cấp hoặc các hỏng hóc trang thiết bị. Điều này là có thể được với Khối Định vị Mạng tế bào và Nhắn tin Khẩn (Cellular Positioning and Emergency Messaging Unit) của hãng Motorola. Thiết bị này mở ra một kỷ nguyên mới của an toàn di động và theo dõi các đoàn xe và các đoàn tầu biển. Các thiết bị này được thiết kế cho các nhà tích hợp hệ thống là những người đang tạo cấu hình các mạng tiêu dùng và thương mại khai thác qua điện thoại di động tế bào. Khối Định vị Mạng tế bào và Nhắn tin Khẩn truyền đạt thông tin về vị trí và trạng thái của các phương tiện xe cộ do GPS xác định, rất phù hợp để sử dụng trong các hệ thống nhằm trợ giúp cho các nhà quản lý đường bộ, các hãng giám sát nội vụ, các công ty điện thoại di động, các công ty cho thuê xe ô tô, các nhà khai thác đội tầu biển thương mại và các nhà sản xuất ô tô tìm kiếm những lợi thế cạnh tranh 1.1.5. Mã trong hệ thống định vị toàn cầu. Mỗi một vệ tinh trong hệ thống GPS đều có đồng hồ nguyên tử độ chính xác rất cao để làm cơ sở cho thiết bị phát tần số chuẩn 10,23Mz. Tần số này điều biến 2 sóng mang L1 = 1575,42MHz và L2 = 1227,60MHz. Các sóng mang L1, L2 được điều biến bởi 3 loại mã sau: Sinh Viên: Cao Ngọc Phát - 10 - [...]... tử-Viễn Thông Chương 3: Áp dụng bộ lọc Kalman (hai bộ lọc Kalman) vào bài toán dẫn đường 3.1 Bộ lọc Kalman Năm 1960 R.E Kalman đã xuất bản một bài báo với tiêu đề “A New Approach to Linear Filtering and Predication Problems” Nghiên cứu của Kalman đã khắc phục hạn chế của bộ lọc Weiner-Hopf trong việc giải quyết bài toán thống kê tự nhiên Kể từ đó, danh từ bộ lọc Kalman đã ra đời Bộ lọc này ước lượng trạng... là 64 Hz Vì thế tốc độ cập nhật của bộ lọc Kalman có thể lựa chọn là 1 Hz Chúng ta có thể lựa chọn tốc độ cập nhật cao hơn cho đầu ra của bộ lọc Kalman này (chẳng hạn là 2 s) với giả thiết rằng khoảng thời gian 0.5 s thì vận tốc của vật thể chuyển động là không thay đổi Ưu điểm của bộ lọc ít trạng thái KF1 này là tốc độ hội tụ nhanh, tránh được các sai số như bộ lọc Kalman không hội tụ hoặc sai sót khi... là bộ lọc tối ưu Kalman Bộ lọc Kalman rất hiệu quả và linh hoạt trong việc kết hợp đầu ra bị nhiễu của cảm biến quán tính để ước lượng trạng thái của hệ thống không ổn định Tín hiệu bị nhiễu từ các cảm biến quán tính và GPS bao gồm các thông tin về vị trí, vận tốc, toạ độ của vật thể bay Những tác nhân làm hệ thống không ổn định là nhiễu do cảm biến, do người sử dụng và nhiễu do môi trường Bộ lọc Kalman. .. N ( E[ x k ], E[( x k ∧ ∧ ∧ − x k )( x k − x k ) T ]) = N ( x k , Pk ) Nói tóm lại, Bộ lọc Kalman ước lượng một quá trình bằng việc sử dụng một dạng của điều khiển phản hồi: bộ lọc ước lượng trạng thái quá trình tại một vài thời điểm và sau đó quan sát phản hồi trong dạng của nhiễu đo Các phương trình trong bộ lọc Kalman chia thành hai nhóm: các phương trình cập nhật thời gian và các phương trình cập... của bộ lọc Kalman rời rạc: K k = Pk− H T ( HPk− H T + R ) −1 ∧ ∧− ∧− x = x k + K k (zk − H x k ) Pk = ( I − K k H ) Pk− Sinh Viên: Cao Ngọc Phát - 31 - Đại Học Công Nghệ ĐHQGHN Khởi tạo Khoa: Điện tử-Viễn Thông Tính hệ số khuếch đại Kalman Zk Tiên đoán Cập nhật ước lượng Trạng thái Cập nhật Hiệp phương sai ước lượng được cập nhật xk Hình 3.2: Sơ đồ thực hiện thuật toán Kalman 3.2 Xây dựng bộ lọc Kalman. .. tên khối IMU, còn ở cấp độ nhóm cảm biến là sai số tổ hợp của nhóm cảm biến với nhau 2.6 Thuật toán dẫn đường quán tính Thuật toán dẫn đường quán tính sẽ tính toán vận tốc, tư thế vật thể trong hệ tọa độ định vị Dữ liệu vào là các thông tin ban đầu về vị trí và dữ liệu thu được từ khối IMU Lưu đồ thuật toán được mô tả trong hình 2.3 và 2.4 với các phương trình chi tiết sau: Các ký hiệu trong lưu đồ:... Học Công Nghệ ĐHQGHN Khoa: Điện tử-Viễn Thông Hình 3.3: Cấu trúc GPS/INS vòng mở Hình 3.4: Cấu trúc GPS/INS vòng kín 3.2.2 Bộ loc kalman cải tiến Trong khoá luận này, cấu trúc lọc Kalman được phát triển bao gồm hai bộ lọc song song được sử dụng rất linh hoạt trong hệ thống dẫn đường Khi tín hiệu GPS thu được tốt thì hệ thống INS/GPS hoạt động với cấu hình vòng kín Khi tín hiệu GPS bị mất thì hệ thống... tử-Viễn Thông Chương 2: Lý thuyết hệ thống dẫn đường tích hợp GPS/INS 2.1 Giới thiệu về hệ dẫn đường quán tính Dẫn đường quán tính dựa trên cơ sở tính toán vị trí, vận tốc và hướng của một vật thể chuyển động bằng các sử dụng các thông số đo được từ các cảm biến như cảm biến gia tốc và cảm biến vận tốc góc Các cảm biến quán tính và đo chuyển động đều dựa vào các định luật vật lý về tự nhiên và không... chẽ giá trị đo mới vào giá trị tiền ước lượng để thu được những cải tiến trong giá trị hậu ước lượng Phương trình cập nhật thời gian có thể gọi là phương trình tiên đoán, trong khi phương trình cập nhật đo có thể coi như phương trình của bộ sửa sai Cập nhật thời gian Cập nhật đo (sửa sai) (tiên đoán) Hình 3.1: Thuật toán lọc Kalman Các phương trình cập nhật thời gian của bộ lọc Kalman rời rạc ∧− ∧... lọc Kalman cải tiến 3.2.1 Hệ thống dẫn đường tích hợp GPS / INS Sinh Viên: Cao Ngọc Phát - 32 - Đại Học Công Nghệ ĐHQGHN Khoa: Điện tử-Viễn Thông Hệ thống dẫn đường quán tính INS có 2 ưu điểm nổi bật khi so sánh với các hệ thống dẫn đường khác là khả năng hoạt động tự trị và độ chính xác cao trong những khoảng thời gian ngắn Lỗi nghiêm trọng nhất của hệ thống dẫn đường quán tính INS là do các cảm biến . Problems”. Nghiên cứu của Kalman đã khắc phục hạn chế của bộ lọc Weiner-Hopf trong việc giải quyết bài toán thống kê tự nhiên. Kể từ đó, danh từ bộ lọc Kalman đã ra đời. Bộ lọc này ước lượng trạng. được sai số của hệ thống dẫn đường (GPS) và hệ thống dẫn đường quán tính (INS) . Hệ thống dẫn đường quán tính INS có 2 ưu điểm nổi bật khi so sánh với các hệ thống dẫn đường khác là khả năng. thống dẫn đường tích hợp GPS/INS 2.1 Giới thiệu về hệ dẫn đường quán tính. Dẫn đường quán tính dựa trên cơ sở tính toán vị trí, vận tốc và hướng của một vật thể chuyển động bằng các sử dụng