Thiết kế và xây dựng hệ thống dẫn đường tích hợp INS/GPS dùng cho các vật thể chuyển động: Luận án TS. Khoa học vật chất: 624401

I H C QU C GIA HÀ N I TR NG I H C KHOA H C T NHIÊN Ph m V n T ng THI T K VÀ XÂY D NG H TH NG D N NG TÍCH H P INS/GPS DÙNG CHO CÁC V T TH CHUY N LU N ÁN TI N S V T LÝ Hà N i ậ 2017 i NG I H C QU C GIA HÀ N I TR NG I H C KHOA H C T NHIÊN Ph m V n T ng THI T K VÀ XÂY D NG H TH NG D N NG TÍCH H P INS/GPS DÙNG CHO CÁC V T TH CHUY N NG Chuyên ngành: V t lý vô n n t Mã s : 62440105 LU N ÁN TI N S V T LÝ NG IH NG D N KHOA H C: PGS.TS Ch PGS TS Tr n Hà N i ậ 2017 ii c Trình c Tân L I CAM OAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên c u c a riêng Các s li u, k t qu nêu lu n án trung th c ch a t ng đ công b b t k cơng trình khác Tác gi lu n án Ph m V n T ng i c L IC M N Sau th i gian h c t p nghiên c u đư hoàn thành b n lu n án L i đ u tiên, xin g i l i c m n sâu s c t i hai th y giáo h Trình PGS.TS Tr n c Tân, nh ng ng ng d n PGS.TS Ch c i đư t n tình giúp đ , khích l đ ng viên tơi su t q trình h c t p nghiên c u th c hi n lu n án Tôi xin chân thành c m n th y cô giáo b môn V t lý Vô n, khoa V t lý, Tr ng i h c Khoa h c T nhiên - i h c Qu c gia Hà N i; th y cô giáo b môn Vi c n t Vi h th ng Khoa Tr ng i h c Công ngh - i n t vi n thông, i h c Qu c gia Hà N i đư giúp đ r t nhi u su t q trình tơi h c t p, nghiên c u Tôi c ng xin trân tr ng c m n lưnh đ o ch huy Khoa Khoa h c C b n, H c vi n H u c n đư t o m i u ki n thu n l i su t q trình tơi h c t p, nghiên c u Nhân d p này, xin g i l i c m n t i t t c thành viên gia đình nh ng ng i b n đư t n tình giúp đ , đ ng viên đ tơi có đ thành b n lu n án ii c u ki n t t nh t hoàn M CL C DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CH VI T T T v DANH M C CÁC B NG vii DANH M C CÁC HÌNH V , M Ch U TH viii ng T NG QUAN V H D N NG TÍCH H P INS/GPS 1.1 T ng quan nghiên c u n c H th ng đ nh v toàn c u GPS 1.2.1 T ng quan v h th ng v tinh d n đ ng toàn c u GNSS .9 1.2.2 Nguyên lý làm vi c c a h th ng GPS 17 1.2.3 Các ngu n sai s c a phép đo tín hi u GPS 19 1.3 H th ng d n đ ng quán tính INS 22 1.3.1 Các h t a đ d n đ ng 24 1.3.2 Ph ng quán tính 25 ng trình d n đ 1.3.3 Các sai s c a h d n đ 1.4 H th ng d n đ ng quán tính INS 28 ng tích h p INS/GPS .30 1.4.1 B l c Kalman 30 1.4.2 Tích h p INS GPS s d ng b l c Kalman .34 Ch ng C TR NG HịA SAI S C A CÁC C M BI N S H D N D NG TRONG NG TÍCH H P 38 2.1 c tr ng hóa sai s t t đ nh c a c m bi n 38 2.2 c tr ng hóa sai s ng u nhiên c a c m bi n 39 2.2.1 Ph ng pháp m t đ ph công su t .40 2.2.2 Ph ng pháp ph 2.3 Bù tr nh h ng sai Allan 41 ng nhi t đ lên c m bi n t tr iii ng đo góc 48 2.3.1 Nguyên t c đo góc h 2.3.2 C m bi n t tr 2.3.3 ng s d ng thông tin t tr ng trái đ t .49 ng .50 xu t c u trúc bù nhi t đ cho c m bi n t 52 2.4 Các k t qu th c nghi m 53 2.4.1 Xác đ nh tham s nhi u c a kh i đo l ng quán tính MICRO-ISU BP3010 53 2.4.2 Xác đ nh tham s nhi u c a kh i đo l 2.4.3 Bù tr Ch nh h ng quán tính MP67B 63 ng nhi t đ lên c m bi n t tr ng CMPS03 67 ng THI T K VÀ XÂY D NG H TH NG D N NG TÍCH H P INS/GPS 75 3.1 Thi t k h th ng d n đ ng tích h p INS/GPS s d ng b l c Kalman 75 3.2 B l c Kalman m r ng cho h th ng d n đ ng tích h p INS/GPS .82 3 Thi t k mơ hình hố h th ng d n đ ng tích h p INS/GPS .84 3.4 Các k t qu th c nghi m 87 3.4.1 Th nghi m 87 3.4.2 Th nghi m 92 K T LU N VÀ KI N NGH 96 DANH M C CÁC CƠNG TRÌNH KHOA H C C A TÁC GI LIÊN QUAN N LU N ÁN 97 DANH M C TÀI LI U THAM KH O 98 iv DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CH T vi t t t VI T T T Ti ng Anh Ti ng Vi t AI Artificial Intelligence Trí tu nhân t o AMR Anisotropic Magneto-Resistive Hi u ng t tr d h Adaptive neural fuzzy information H th ng thơng tin m n -ron system thích nghi ANN Artificial neural networks M ng n -ron nhân t o ECEF Earth-Center Earth-Fixed H t a đ tâm trái đ t EKF Extended Kalman Filter B l c Kalman m r ng ENU East ậ North - Up H t a đ C c đông - C c b c - H ng lên GEO Geostationary Orbit Qu đ o đ a t nh GNSS Global Navigation Satellite System GPS Global Positioning System H th ng đ nh v toàn c u IGSO Inclined Geosynchronous Orbit Qu đ o đ a t nh nghiêng IMU Inertial Measurement Unit Kh i đo quán tính INS Inertial Navigation System H th ng d n đ KF Kalman Filter B l c Kalman MEMS Micro Electro Mechanical System H th ng vi c n t MEO Medium Earth Orbit Qu đ o Trái đ t t m trung NED North-East-Down H t a đ B c ậ ông ậ Xu ng PID Proportional Integral Derivative B u n vi tích phân t l PPS The precise positioning service D ch v đ nh v xác ANFIS v ng H th ng v tinh d n đ ng toàn c u ng quán tính PSD Power Spectral Density M t đ ph công su t SINS Strapdown Inertial Navigation System H d nđ SPS The standard positioning service D ch v đ nh v chu n UKF The Unscented Kalman Filter B l c Kalman không b n ch t vi ng quán tính ki u g n li n