Nghiên cứu tích hợp hệ thống dẫn đường quán tính (DĐQT) trên cơ sở cảm biến vi cơ điện tử phục vụ điều khiển dẫn đường phương tiện chuyển động

Nia^ation System and Global Positioning System: Performance Analysis and Mfecurements, International Conference on Intelligence and Advanced Systems.. Xây dựngmột hệ th[r]

ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

Nghiên cứu tích họp hệ thống dẫn đường quán tính (DĐQT) CO’ s cảm biến vỉ c

điện tử phục vụ điều khiển dẫn đường phương tiện chuyển động

Mã số: QGTĐ - 05 - 09

Chủ nhiệm đề tài: GS T SK H Nguyễn Phú Thuỳ

M Ụ C L Ụ C

1 BẢNG GIẢI THÍCH CÁC CHỪ VIÉT T Ắ T 2

2 DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THAM GIA THỰC HIỆN ĐK T Ả I 3

3 DANH MỤC CÁC BẢNG s ố L IỆ U 4

4 DANH MỰC CÁC HÌNH 5

5 "ĨM TẮT NHỮNG KẾT QUẢ NGHIÊN c ứ u CHÍNH CỬA ĐỀ TÀI 6

6 BÁO CÁO TỐNG K Ế T 8

6.1 Đặt vấn đề 8

6.2 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu 8

6.3 Mục tiêu nội dung nghiên cứu cùa đề t i 10

(.3.1 Các nghiên cứu thuật toán dẫn đư n g 10

(.3.2 Xác định sai số đo đạc qn tính (Í M U ) 11

(.3.3 Tích hợp hệ thống INS vàGPS sử dụng lọc Kalman 12

(.3.4 Viết chương trình thời gian thực xây dựng hệ tích hợp INS/GPS 14

(.3.5 Thử nghiệm hệ thống DĐQT Ihực địa 15

6.4 Địa điểm phương pháp nghiên c ứ u 21

6.5 Kết nghiên c ứ u 22

(.5.1 Các công bố liên quan đến kết cùa đề tài 22

(.5.2 Kết đào tạo cùa đề tài 23

(.5.3 Kết ứng dụng đề tà i 24

6.6 Thảo luận 24

6-7 Kết luận kiến n g h ị 25

6 Tài liệu tham khảo 26

1 B Ả N G G I Ả I T H Í C H C Á C C H Ũ V I É T T Ấ T

1.DĐQT

2 GPS (Global Positioning System)

3 HT DĐQT

4.IMU (Inertial Measurement Unit) 5 INS (Inertial Navigation System)

6 MKMS (MicroRlectroMechanical System) 7 PC-box (Persional Computer box)

8 SINS ^Strapdown Ineit.J Navigation System)

Dần đường quán tính Hệ thống định vị toàn cầu Hệ thống dẫn đường quán tính Bộ đo đạc quán tính

Hệ thống dẫn đường quán tính Hệ vi điện tử

Hộp máy tính cá nhân Hệ dẫn đường kiểu gắn chặt

2 D A N H S Á C H N H Ữ ÌV G N G Ư Ờ I T H A M G I A T H ự C H I Ệ N Đ Ẽ T À I

TT Người thực hiện Cơ quan cơng tác Nhiêm vu• •

1 GS.TSKH Nguyễn Phú

Thu ỳ

Bộ môn Vi điện tử Vi hệ thống

Chủ nhiệm đề tài

2 TSKH Nguyền Dinh Ban Khoa học cơng nghẹ ĐÍIỌG Phó nhiệm dồ

Đức Hà nội tài

3 TS Nguyễn Thăng Long Bộ môn Vi điện tử Vi hệ

thống

Thư ký

4 NCS Ths.Trần Đức Tân Bộ môn Vi điện tử Vi hệ

thống

Thành vicn

5 Cn Lưu Mạnh Hà Bộ môn Vi điện tử Vi hệ

thống

Thành viên

6 NCS Cn Vương Đạo

Nghệ

Bộ môn Vi điện tử Vi hệ thống

't hành viên

7 Các thành viên khác Trường Đại học Công Nghệ Theo hợp đồng

3 DANH MỤC CÁC BẢNG SĨ LIỆU

Bàng : So sánh thơng số hệ DĐQT INS/GPS cùa đề tài xây dựng với chì tiêu ban đầu đặt đăng ký đề tài

Electronics Fngincering (ISRE2007) Oct 24-25 2007 HoChiMinh City Victnam pp - 6

5 T D Tan, L M Ha, N T Long, N D Duc, N p Thuy, Integration o f Ineriial

Navigation System and Global Positioning System: Performance Analysis and Measurements, International Conference on Intelligence and Advanced Systems

ICIAS2007, 25th - 28th November 2007 KL Convcntion Centcr Kuala l.umpur, Malaysia.

6 T D Tan, L.M.Ha, N T Long, N D Duc, N p Thuy, ỈMnd-Vehicle Mems

ỈNS/GPS Positioning During GPS Signa! Blockage Periods, to be published in VNU

Journal of Science No 4, 2007.

Kết phuc vu thực tế

- Xây dựng dược hệ thống dẫn đường quán tính tích hợp gồm IMU GPS la

bàn từ PC-box Hệ thống phục vụ tốt cho việc dần đường vật thể chuyển dộng mặt đất đặc biệt thích hợp cho vật thè bay với tốc độ không cao (cỡ vài trăm km/h).

- Kết hợp với đơn vị bên (Trung tâm Khoa học Công nghệ Quân sự,

BQP) để đưa hệ thống DĐQT xây dựng vào thừ nghiệm thực địa.

Két đào tạo

- Đã có sinh vicn báo vệ khoá luận tốt nghiệp sinh vicn dang thực khoá luận, học viên cao học nghicn cứu sinh thực nghiên cứu theo hướng đề tài.

- Dã thu hút nhiều sinh viên tham gia nghiên cửu khoa học theo hưởng cua dề tài trong số dinh viên giải thướng NCKỈI cấp trường cấp giải thưởng VIFOTECH.

Kết nâng cao tiềm lưc khoa hoc

- n ề tài đã góp phần nâng cấp trang thiết bị cho phịng thí nghiệm MHMS cua Bộ mơn Vi điện tử Vi hẹ thống Sau đề tài kết thúc, thiết bị được khai thác tiếp cho phục vụ nghiên cứu đào tạo.

- Đe tài tăng cường kiến thức cho cán Bộ môn linh kiện MHMS sử dụng cho IMU kiến thức xứ lý tín hiệu (dặc biệt vỏ hộ lọc nhiễu, lọc tối ưu).

6 BÁO CÁO TỒNG KÉT

6.1 Đặt vấn đề

Hiện nay, hoạt động người đòi hỏi định vị dẫn đường vô phong phú Vấn đề định vị dẫn đường cho vật thể chuyển động máy bay tên lửa, ôtô tàu thuyền trở thành nhu cầu cấp thiết nhiều lĩnh vực đời sống an ninh quốc phòng Cho dến thời điềm có nhữn^ hệ thống dẫn đường vệ tinh xây dựng GPS cùa Mỹ, GALII.F-0 cua Châu Âu nước ta, thiết bị dần đường, dịch vụ vệ tinh thiết bị dẫn đường khác dùng cho phương tiện chuyển động thiết bị nhập ngoại hoàn loàn Tuy nhiên, sừ dụng hệ thống thi lệ thuộc vào nước ngồi điều khơng tránh khỏi, có sản phấm cơng nghệ quan trọng mà nước trước không thể chuyển giao cho ta, giá thành sản phẩm chuyển giao lớn Chính vì ngun nhân mà nước ta cần có nghiên cứu độc lập hệ thống dẫn đườne đế phục vụ cho lợi ích qc gia xà hội, giúp cho vừa nẩm vừng bàn chất công nghệ, tận dụng ưu nước sau vừa tiết kiệm ngàn sách quốc gia.

Nghiên cứu hệ thống dẫn đường quán tính INS (Inertial Navigation System) tích hụrp GPS (Global Positioning System) cho vật thê chuycn chuyến dộng the một vấn đề cần thiết cho nước ta có ý nehĩa khoa học cơne nghệ cao.

Dề tài nghiên cứu trọng điểm Đại học Quốc gia ỉlà-nội tài trợ với mã số QGTĐ-D5-09 phê duyệt cho phép triển khai thực với mục tiêu kể trên Trong trình thực đề tài, cán phổi hợp chặt chẽ với Viện Tên lứa thuộc trung tâm KHKT CNQS BQP nhận giúp đờ tận tình nhiều mặt.

6.2 Teng quan vấn đề nghiên cửu

Thời tihiợng cổ người ta định vị bàng cách đánh dấu lên thân vách hang Sau này. con ngư?i dựa vào vị trí đế định vị đặc biệt cho chuyên di Ircn bicn Vào kỳ 17 nhu cẩu định vị dẫn đường trở ncn thiết cường quốc dua nhau xân lấn thuộc địa tranh chấp biển Vào thời lốn xác định vĩ độ (đvợc giải toán xác định kinh độ lại gần vô vọng.

Sau nhờ tiến cúa khoa học mà hệ thong định vị toàn cau bang vệ tinh (GPS) đã xuằt ũện Lúc đầu GPS chi phát triển cho mục đích quân ngày nay đãi cược sử dụng rộng rãi mục đích dân quản lý đicu hành xc taxi, thián hiểm, hàng hải Tuy nhiên GPS lại có nhược điếm khó khẳc phục khi

triển khai thực tế (như khơng the thị góc chúc góc nghiêng vậi thê chuyển động, bị nhiễu bới thời tiết chướng ngại vật), tần số cập nhật cúa GPS Hz trở nên chậm so với phương tiện chuyên động hiện đại với vận tốc cao Một điểm quan trọng GPS phát triển Mỹ nên sự lệ thuộc khơng tránh khỏi Vì lí thiết bị chuyển động đại (ôtô, máy bay, tên lứa) người ta lắp thêm hệ thonọ, dan đirờnẹ độc lập khác Một hệ thống định vị - dẫn đườna loại hệ thonẹ don dicờno quán

tinh (INS) Dày hệ thống có khả hoạt động độc lập cho phcp xác dinh vị tri, vận tốc tư (các góc định hướng) cua vật thẻ cách liên tục Tuy nhicn hệ

thống lại gặp lỗi nghiêm trọng tượng trôi cảm biến gia tốc và vận tốc góc Đe khắc phục nhược điểm hai hệ thống GPS INS, tận dụng ưu điểm chúng, người ta thường kếl nối INS với GPS để sứ dụng GPS hồ trợ cho INS, dùng GPS điều chỉnh cho INS sau khoảng thời gian định Dc thực mục đích này, phải phát triển phần mềm xử lí tín hiệu mà trái tim lọc Kalman để ước lượng lỗi INS thông qua thông tin từ GPS nhằm cập nhật vị trí vật thể cách xác hơn.

Hệ thốnẹ dẫn dưỏnẹ kết hợp INS/GPS có ưu đicm vượt trội vổ tốc dộ xứ lý

kích thước so với hệ thống trước Với phát triển mạnh me cỏna, nghệ vi điện tử vi điện tử (MEMS) cảm biến chip cua hệ GPS INS tích hợp mạch nhỏ hệ kết hợp 1NS/GPS này xây dựng với độ xác cao, kích thước nhỏ giá thành thâp. Hiện nước ta, nhu cầu hệ thống dẫn đường lớn ví dụ ứng dung giao thông vận tải, hệ thống bay qn ứng dụng kicm sốt mơi trường điều khiển lự động Tuy nhiên việc nghiên cứu đê chu dộng chè tạo hệ thống dẫn đường chưa quan tâm nhiều Các hệ thống nhập lừ nước ngoài giá thành thường cao người sử dụng không can thiệp vào hệ thống nên khơng thể mở rộng tính chúng theo ý muốn Vì đồ tài đăng kí với mục đích làm chủ kỹ thuật dần đường đế tiến tới ứng dụng chúng ycu cẩu cụ thể Việt Nam Việc triển khai thực đề tài lạo điều kiện cho cán khoa học tiếp cận vấn đề nghiên cứu có tính thời dại cứa giới khoa học quốc tế, lìm khả ứng dụng thực tiền nước ta Nó tạo diều kiện tẽng cường lực nghiên cứu cho sở tham gia đề tài Đồng thời, việc thực hiện đé tài góp phần quan trọng vào việc đào tạo sinh viên đại học sau đại học về ngh ên cứu khoa học theo hướng này.

6.3 IVU'C tiêu v n ội d u n g n g h iê n cứu đề tài

Để tài ỉặư mục tiêu cụ thê sau:

- A m chủ việc tích hợp hệ thống phần mềm hệ thống dẫn đườne quán tính

HTDĐQT) có hiệu chỉnh bang tín hiệu bên ngồi (GPS, la bàn từ ).

- ' hiết kê chc tạo 01 mẫu hệ thơng dẫn dường qn tính phục vụ cho phươP.e tiện (huyen động (ở ôtô).

- ' ập trung đội ngũ nghiên c ứ u và phát trien hệ thống ứng dụng IỈTDĐQT

(ơng nghiệp, giao thơng quốc phịng.

Dể đạl lược mục tiêu trên, tập thể nghiên cứu đề tài thực nội duna nghiên :ứu trình bày cụ thể mục đây.

6.3.ỉ Các nghiên cứu thuật tốn dẫn đưịng

Hiện ngy có hai cấu trúc dẫn đường quán tính tiêu biểu nhàm xác định góc ơlc từ các cản biến vận tốc góc cẩu trúc gán chặt (strapdown) cáu trúc nôi (ẹimhle) Cấu trú: gắn chặt sử dụng rộng rãi cám hiến eia tốc vận tơcgóc gắn chặt vào vật thể bay.

Trong cịng trình này, nhóm nghiên cứu thực thuật toán dẫn đường kiêu

gắn chậ (Strapdown Inertial Navigation Svstem - SINS) Thuật toán xây dựng

dựa khối tổ hợp cảm biến vi điện tử (MEMS) gồm cảm bien gia lốc cám biến vậr tốc góc.

Ba cambien vận tốc góc cùa hệ thống INS cho phép xác định vận tốc góc nghicng góc chú: góc hướng hệ toạ độ vật thể bay (xem hình hình 2) Ba cảm biến giatốc cho phép xác định gia tốc theo trục cùa hệ toạ độ vật thể bay Các giá trị ga tốc thu từ cảm biến gia tốc hiệu chỉnh với vận tốc quay trái đất /à gia tốc trọng trường nhờ thuật tốn dẫn đường nham xác định vị trí vận tốc xác vật thể.

Hình I: Hệ trục toụ độ dẫn đườìig

ày

Hình 2: Định nghĩa góc nghiêng, chúc vù hưóvg hệ loụ độ gan liền với vật ilìê

Thự tế thử nghiệm phịng thí nghiệm trường cho thấy thuật tốn hồn tồníủ độ tin cậy cần thiết.

Cáccết cùa thuật tốn trình bày chi tiết phần phụ lục 7.1.1 "Nghiên cứu 'ề thuậl toán dần đường”.

6.3.2 Xác định sai sổ đo dạc qn tính (ỈMU)

mẽcúa cơng nghệ vi điện tứ (MIÌMS) cám biến ngày nho gọn giá thàih hạ chất lưựng cao Tuy nhiên, vấn đề chưa khắc phục sư dụng là đ) trôi cám biến gia tốc vận tốc góc gây nên sai số vị trí vận tốc cùavật thể chuyển động Người ta phân loại sai số cùa cảm biến thành hai loại sai số ngẫu nhiên sai số tất định.

Việ: xử lý sai so tát định có the thực dễ dàns, xác định cáci định lượng loại sai số băng việc chuấn thiết bị Đế loại bó sai so

ngai nhiên phải sử dụng lọc tối ưu ví dụ lọc Kalman, song

cần phải xác định thông so rtäw irưng loại sai số ngầu nhicn Ching sử dụng phương phár pnản tích mậl độ phố cơng suất (PSD) phương phá) phân tích phương sa* ulan để xác định sai số ngẫu nhiên cua đo đạc quán tính thương mại loạ' vlICRO-ISU BP3010 Sự kết hợp hai phương pháp trèncùng tập dfr lệu thu cho phép đặc trưng hoá xác sai số khố IMU.

Cácket phân tích nói sử dụng thông số thiết lập cho lọc Kalnan dùng hệ thống tích hợp INS/GPS.

Các kết cúa thuật tốn trình bày phần phụ lục 7.1.2 "Nghicn cứu xác địnl sai số đo đạc quán tính".

6.3.5 Tích hợp hệ thống INS GPS sử dụng lọc Kalman

Nhi trơn nói, hệ thống dẫn đườne qn tính INS có hai ưu điếm bật so sánh với hệ thốne dẫn đường khác khả hoạt động tự trị độ xác cao tron? khoảng thời gian ngẳn Lỗi nghiêm trọng cứa hệ thống INS tượig trơi tín hiệu cảm biến qn tính gây Chính thố ứng dụn' thời gian dài hệ thống INS cần phải sử dụng với hệ thống hỗ trợ khái hệ thống dẫn đường vô tuyển (Loran, Omega Tacan), hệ thống dẫn đường vệ tnh (GPS GI.ONASS Transit), JTIDS DME Các hệ thống hoạt động ồn địnl theo Ihời gian đóng vai trị hỗ trợ cho hệ dẫn đường INS kết

hợpGPS ỈNS sứ dụng để tài xem cách kết hợp lý tướng

hai lệ thống có khả bù trừ hiệu quà.

Tráitim hệ thống tích hợp kết hợp INS GPS lọc tối ưu Kalman |5| Thuật tốr Kalman biểu diễn hình 3.

Đ o k h u e c t ì c ta i K a h l a n Kt - H ‘ẩ' /7t /;.'//,r -Á'f»

C p n h ậ t g u trỊ o c lu n g -i L « k .4 í -

//?rt/7 3: Thuật tốn Kalmun

Bộ lọc Kalman lọc sô nhiều lôi vào nhiêu lối cho phcp ước lượng tối ưu các trạng thái hệ thống theo thời gian thực đầu vào bị nhiễu tác dộne Các trạng thái hệ thống bao gồm: lỗi vận tốc hệ toạ độ dẫn đường (eVN e V | , eVu), độ trôi quay vi (GBX Gby, GBZ) lỗi góc nghiêng (Tn Tc) Tín hiệu từ GPS dùng để ước lượng lỗi INS triệt thối nhiễu tối da Vì người ta gọi hộ thống tích hợp kiểu GPS hỗ trợ INS (viết tát là

Có hai cẩu trúc GPS hồ trợ INS cấu trúc theo kiêu vòng mở (hav cấu trúc

Feedforward) kiêu vịng kín (hay cẩu trúc Feedback) mơ tả hình Cấu trúc vịng mở cho phép thực thi dễ dàng cấu trúc vòng kín lại cho kêt

quả xác [6, Ị. INS/GPS).

NAV NAV

K a lm a n Filter

Kalm an Filter

H ìn h 4: Câu trú c IN S K ÌP S vòng m (hay ccĩu trú c F e e d fu rw a rd )

Hình 5: Câu trúc INS/GPS YÒnị’ kin (huy câu trúc Feedbuck)

hiệr môi trường MATLAB cho thầy chuấn, lắp đặt đàm báo chất lượng cấu trúc tốt cấu trúc Kalman cho ta hệ thống tích hợp chát lượig tốt hản so với cấu trúc INS hay GPS hoạt động Độ xác cùa hệ thống cịn thiện mớ rộng số trạng thái cần ước lượng Tuy nhiên cần lưu ý tính khả thi cùa hệ thống ihời gian thực độ phức tạp ;ủa hệ thống bị tăng lên việc mở rộna số trạng thái hệ thống này.

Các kết nghiên cứu chi tiết vấn đề dược trình bày phụ lục 7.1.3

6.3.4 Viết chưong trình thịi gian thực v xây dựng hệ tích họp INS/GPS

Hệ hống dẫn đường tích hợp xây dựng sau nghiên cứu kĩ tính từnị phận riêng rẽ thực ghép nối chúng theo chương trình SIMULINK chạy trên phần mềm MATLAB Sơ đồ khối ảnh chụp hệ thống mơ tả hình 6.a 'à 6.b Trong hệ thống IMU loại BP3010 GPS HI204EÌ, la bàn từ la bàn có độ xác cao loại Fluxgate, PC-box chun dụng loại ADVANTHCH Viện tên lửa cho mượn.

Thông số đinh vị vị tri, vận tốc, tư

I M U - -♦ P C b o x

-Thuật toán:

G P S ■+

Bù trừ sai số

- - - Dẫn đường quán tinh - • - Lọc Kalman

L a b n t ừ — *

/lình ổu: Sư đồ hệ thống dần đưừng xây dụng

Hĩnh 6b: Anh chụp hệ INS/GPS lắp đặt

Mộ hệ thống thiết bị dẫn đường hoạt dộng độc lập, lăp đặt trcn nhiéu phương tiện chuyên dộng khác nhau.

Để thực việc tích hợp cần viết chương trinh thời gian thực cho hệ sử

dụru ngôn ngừ c và VC++.

Bà toán xử lý thời gian thực tốn phức tạp thực chất hài tốn quản lý tài nguyên phần cứng tối ưu hoá phần mềm cỏng việc phái làm đone thời thu thập dừ liệu từ GPS, INS, la bàn từ thực tính tốn INS thực lọc Kalnan Lưu ý hệ dẫn đường quán tính có tốc độ thu liệu cùa GPS 4800baud, tốc iộ dừ liệu từ khối IMƯ 38400 baud tốc dộ truyền khung INS 64Hz việc thu hập liệu xử lý thách thức lớn Chúng thực q trình chạ-' thử chương trinh phịng thí nghiệm nhiều lần sau mồi lân chương, trình cải tiến để sửa lồi tìm chế độ tối ưu Giao diện chương trinh trinh bày trèn hình 7.

Các kết nghiên cứu chi tiết cúa vấn đề trình bày phụ lục 7.1.4

l ỉ ì n h (H a o d iệ n chưam g tr ìn h D D Ọ T

6.3.f Thử nghiệm hệ ỉhống DĐỌT thực địa

Đe thực thứ nghiệm quỹ đạo ngồi phịng thí nghiệm thi hộ thông DDQT dưự( lắp đặt ôtô Xe chạy sổ quãng đường khác khoáng thời gian dài có quỳ đạo chạy khoảng thời gian gần 40 phút Trước lúc >uất phát ôtô trạng thái nố máy đứng ycn khoảng 100 s Thao tác cho la tập liệu tất dịnh phục vụ cho việc ehuar) vị trí cua INS.

sứ dụng liệu đo gần GPS (tức coi GPS không dối siiôt ] giây) Thao tác hữu ích tình đột ngột tin hiệu từ G PS.

Hình quỹ đạo thử nghiệm với chiều dài khoảng km thành phố Hình và 10 kết so sánh vận tốc GPS (đường đứt nét) ỈITDĐỌT (dườne liền nét) theo hướng ĐÔH2, hướng Bẩc hệ trục toạ độ dẫn đường Từ kết qua ta thấy sự theo bám sát cúa vận tốc HTDĐQT theo vận lốc GPS.

Như nói, HTDĐQT hoạt động hai chế độ vịng kín vịng mở Hình 1 so sánh quỹ đạo HTDĐQT vòng mở (đường liền nét) với GPS (đường đứt nét) Nhận xét quỹ đạo chúng bám sát Lưu V ràng tốc độ cập nhật cùa quỹ đạo GPS ỉ Hz, tốc độ cập nhật IITDDQT 64 II/ Hình 12 kết qua so sánh quỹ đạo HTDĐQT vịng kín (đường liền nét) với GPS (đường đứt nét) Dỗ thấy tình có tín hiệu GPS chất lượng hệ vịng kín tốt hệ vịng mớ.

Hình 8: MỘI quỹ đạo thực thực dịu

Hình 9: So sánh vận tốc theo hướng Đông vật thê chạy theo quv đạo thin: lề

t _ t * t

Hình 10: So sánh vận tóc theo hướng Băc vật thê chạy theo quỹ đạo thực tê

ITtnh I ỉ: So sánh quỹ đạo cúu HTDĐỌT vịng mơ vù ÍÌPS

Hình 12: So sánh quỹ đạo cua HTDDỌT vòng kin VCI CiPS

Troig tình đặc biệt phai loại bó tín hiệu từ GPS mấttín hiệu từ GPS, để đảm bảo sai lỗi vận tốc, vị trí nhở HTDĐQT đưọ- hoạt động dựa chuyển đối tự động hai cấu trúc vịng kín vịng mờ Cụ nể HTDĐQT tín hiệu GPS thi hoạt động cấu trúc vòng mờ, tín liệu GPS khơng bị hệ thống chuyển sang chế vịng kín Hình 13 kết

quả cùa tình vậy: tín hiệu GPS bị khoảng thời gian 70s (từ giâ\ thứ 400 tới 470) Sự kết hợp cấu trúc vịng kín vịng mở cho ta sai số nhị 20

Hỉìni 13: So sánh quỹ đạo cua HTDĐQT vịng kín GPS trường hựp tín hiệu GPS bị mui trong

70.S

Hììni 14 !à kết so sánh vận tốc GPS (đường đứl nct) HTDDỌT (dường liền né:t)theo hướng Đông hướng Bắc hệ trục toạ độ dẫn đường trường hợp tím Hệu GPS bị khoảng thời gian 70s.

time (s)

(a)

time (,)

(b)

Hình 14: So sánh VỘI1 foc rheo hm'rrig Địng (a) Ví) iheo hưửng Bac (b) cua HTDDQT vù (iPS Irong I r u t n i g hợp tín hiệu (ÌPS bị mû! Irong mội khoung ihời ịỉian

Hình 15 kết đo góc chúc góc nghiêng cua vật thể quỹ dạo chuycn động Trên đồ thị cho phép rõ khoảng thời gian 30s mà xe đứng yên gặp đòn tín hiệu giao thơng.

15

- R O L L

time (s) (a)

tra ôn đôc giám sát mội cách có hiệu Trong q trình thực dc lài cán b'ộ hủ trọng kiến thức lí thuyết lẫn kiến thức thực nghiộm dặc biệt lưu ý khínăng ứng dụng Ihực tiền cúa đề tài Các kết nghiên cứu chúng công bố trêicác Hội nghị khoa học tạp chí chuyên ngành nước.

Tie độ thực đề tài chủ yếu thực từ tháng năm 2005 đến tháng năm 2'00 (tổng cộng 24 ĩháng) Tuy nhiên để hoàn tất nội dung báo cáo kinh phí klho học, chủ trì đê tài ĐHQG cho phép kéo dài thời hạn báo cáo đên hết năm 2(0C.

6 K ế t q u ả n g h iê n c u

6,5 Các công bố liên quan đến kết đề (ài

1 'rân Đức Tân, Vũ Ngọc Hùng, Nguyền Thãng Long, Nguyễn Phú Thuỳ, Nghiên

cúnthiết kế mỏ phịng cám biển gia toe áp điện trở có độ nhạv cao Hội nghị toàn

qiuc lần thứ điện tử VCM2006, Hà Nội 12/10/2006 tr 161-167.

2 ran Đuc Tan, Huynh Huu Tuc, Nguyen Thang Long, Nguyen P h u Thuy Nguycn V Chuc, Designing Kalman Filters fo r Integration o f Inertial Navigation System

ancGlobal Positioning System, proceedings of The 10th Biennial Vietnam Conference

om ¡adió «fe Electronics, REV-2006 Hanoi, November 6-7 2006 pp.226-230.

3 LM Ha, T D Tan, N T Long N D Due, N p Thuy Errors Determination o f the

MEAS IMU, VNƯ Journal of Science, Mathematíc-Physics, T.22 No 2006 pp

6-12.

4 '] D Tan, I M Ha, N T Long, H H Fue, N p Thuy Feedforward Structure o f

Kidtian Filters fo r Low Cost Navigation, International Symposium on Klcctrical-

Hllcironics Engineering (ISHK2007), Oct 24-25 2007 HoChiMinh City Vietnam, pp

1 -

5.TD Tan, L M Ha, N T Long N D Due, N p Thuy, integration o f Inertial

Nia^ation System and Global Positioning System: Performance Analysis and Mfecurements, International Conference on Intelligence and Advanced Systems

1CI.S2007, 25th - 28th November 2007 KL Convention Center, Kuala Lumpur, Mla.ysia.

6 T D Tan L.M.Iia N I Long N D Due, N p Thuy, ¡.and-Vehicle Mems

ỈMS3PS Positioning During GPS Signal Blockage Periods, to be published VNU

6,5.2 Kết đào tạo đề tài

Dề tài thu hút dược tham gia nhiều sinh viên khoa ĐTVT có ánh hướng tốt đến phong trào nghiên cứu khoa học đào tạo sinh viên.

Đến có sinh viên hồn thành khố luận tốt nghiệp nhân, có ! thạc SV 2 nghiên cứu sinh thực luận án theo hướng cúa đề tài Một số lượng đáng kế sinh viên năm thứ ba thứ tư tham gia nghiên cứu khoa học có kết qua theo hirớng đề tài QGTĐ-05-09, có cơng trình dạt giai sinh vicn NCK.H cấp trường DHCN năm 2007, giải Ba sinh viên NCK.H Bộ giáo dục đào lạo 2007 giải Ba VIFOTECH 2007 vấn đề khuôn khổ đề tài.

Các kết đào tạo đề tài tống kết bang dây.

Danh mục khoó luận, luận văn cơng trình nghiên cúu khoa học cua sinh viên khuôn khô đề tài QGTĐ-05-09

Họ tên Tình trạng

Vương Đạo Nghệ (K46) Hồng Đức Giang (K47) Đặng Cao Sơn (K47)

Đã bảo vệ

Cứ nhân Lưu Mạnh Ilà (K48D)

Dương Quốc Huy

(K50ĐB) Đang Ihực hiện

Phạm Vãn Hai (K50ĐB)

Thạc sỳ Lưu Mạnh Hà (KI4) Đang thực hiện

Nghiên cứu sinh

Vương Đạo Nghệ Trần Đức Tân

Đang thực hiện

Danh sách sinh viên tham gia nghiên cửu khoa học theo nội dung nghiên cirv cua để tài QGTĐ-05-09

Họ tên Tình trạng

Vương Đạo Nghệ (K46) Giải nhì NCKH trường ĐHCN 2005

Trần Thu Hồng (K46) Giải nhì NCKH trường ĐIICN 2005

Hồng Đức Giang (K47) Giải ba NCKH trường ĐHCN 2006

Sinh viên Lưu Mạnh Hà (K48Đ) và Giải NCKH 2007, giái Ba

Lưu Văn Hoan (K49ĐB) NCK1 { Bộ GD&ĐT và giai

VIPOTHCII 2007 Dương Quốc Huy (K50ĐB)

Phạm Văn Hai (K50ĐB)

Đang thực hiện

6.S.3 Kết ứng dụng đề tài

Xây dựng hệ thống dẫn đường quán tính tích hợp gồm ỈMU, GPS la bàn từ, PC- box Hệ thống phục vụ tốt cho việc dẫn đường cho vật thể chuyển động trcn mặt đất dặc biộl thích hợp cho vật thể bay với tốc độ khône cao (cỡ vài trăm km/h).

Kết hợp với đơn vị bên (Trung tâm Khoa học Kỹ thuật ('ông nghệ Quân sự, BQP) đua hệ thống DĐQT xây dựng vào thử nghiệm thực địa.

6.6 Thảo luận

Các kết chuẩn, đánh giá nhiễu, sai số cúa thiết bị kct qua thư nghiệm thực địa hệ thống, dẫn đường quán tính đc tài tổng két bang

1:

Bảng : So sánh thông số hệ DĐỌT INS/GPS đề tài xây dựng với với các tiêu ban đầu đặt đăng ký đề tài.

STT lèn hạng mục Chỉ tiêu Thưc hiên• • Đánh giá

1 Sai số góc 2-3 0 2-3 0 Đạt tiêu

2 Sai số toạ độ có GPS 1 Om ] Om Dạt chi ticu

3 Sai số toạ độ GFS

2500 m trona thời gian 400 s (Vmax 330 m/s)

2300 in thời eian 40Ü s (Vmax 330 m/s)

Dạt chi ticu

Dải đo

4 Tốc độ góc ±150 °/s ± 150 °/s Đạt chi tiêu

Gia tốc lüg 10g

GĨC ầm (góc chúc = ±90° pitch

Góc cren ±90°

(góc rghiẻng " roll)

Góc hướng (yaw = 0 - 360°

headhg)

±90° +90° 0 - 360°

Từ bảng trêĩ ta thấy so với yêu cầu ban đẩu mà đề tài đặt ra, kết nhận đều đạt yêu cầu, thấy hệ thống DĐQT thích hợp cho phương tiện chuyển lộng mặt đất không, đặc biệt máy bay với tốc độ không quá cao (cỡ làng trăm km/h) Cũng cần nhấn mạnh ràng hệ thống dẫn đường tích hợp INS/GPS mí đề tài xây dựng từ thiết bị riêng lẻ có giá thành thấp hệ thống thương mại có tính nhiều Không việc tự lắp đặt hệ từ thiêt bị riêng lẻ cịn ỊÌúp người thiết kế làm chủ cơng nghệ có the thay đổi cấu hình củehệ (khi cần thiết) tích hợp nhiều tính khác cho hệ (chãrm hạn lắp thêm các cảm biến khác đầu vào) người sừ dụng yêu cầu.

6.7 Kết luin kiến nghị

Có thể tổng lết thành công tập thể đề tài điểm sau :

1 Thực hiệnviệc chuẩn, đánh giá nhiễu sai số cứa IMIJ BP3010.

2 Viết thuật tốn xử lí tín hiệu cho hệ thống tích hợp INS/GPS dựa sớ lọc tối ưu Kalmai chạy thử phần mềm MATLAB để tìm chế độ tối ưu.

3 Xây dựngmột hệ thống dẫn đường quán tính tích hợp bao gồm IMU GPS la hàn từ PC-box Hệ :ó thể hoạt động độc lập.

4 Xây dựngshần mềm thời gian thực cho hệ thống.

5 Thử nghien thực địa, đánh giá sai số khẳng định tính hệ chứng minh tim đáp ứng yêu cầu đề ra.

lỉệ thống D)QT xây dựng cỏ thể phục vụ tốt cho việc dẫn đường vật thể chuyển dộnị mặt đất đặc biệt thích hợp cho vật bay với tốc độ không quá cao (cỡ 'ài trăm km/h).

Trong thời gan tới, sở kết đề tài, Bộ môn vi điện tứ vi hệ thông sẽ cố gắng đ'a sàn phám vào thực tiễn (giao thông vận tải, sản xuât).

Đe nâng cao tính hoạt động hạ giá thành nữa, phương hướng nghiên

cún dây tính đến tuỳ theo tốn cụ thế:

- Tích hợp thict bị thương mại với tính cao (IMIJ chất lượns cao DGPS, vi mạch xử lí tín hiệu I PGA ) đế dược hộ DĐQT hoạt động chính xác hơn.

- Tự ỉẩp ráp phần cứng thiết bị, đặc biệi IMU, GPS ia bàn từ linh kiện riêng lẻ để hạ giá thành sàn phấm.

Nhóm nghiên cứu mong tạo điều kiện đế có Ihế mở rộng hướna nehièn cứu này vai trò ý nghĩa thực tiễn cùa đề tài lớn.

Lời cảm ơn

Các thành viên đề tài bày tỏ lòng cám ơn chân thành tới lãnh đạo Đ1IQGIIN dã quan làm động viên lài Irợ cho đề tài tới Viện Tên lưa thuộc Trung tâm Khoa học Kỹ thuật Công ne.hệ Quân - BQP hợp tác chặt chẽ giúp dỡ nhiệt tình cho các cán đề tài tới lãnh đạo ĐHCN cán cùa Khoa ĐTVT đặc biệt GS Huỳnh Hữu Tuệ PGS Trần Ọuang Vinh quan tâm cổ vũ giúp đỡ cho đề tài.

6.8 Tài liệu tham khảo

11 | Vikas Kumar N Integration o f Inertial Navigation System and Global Positioning

System Using Kalman Filtering, M.Tech Dissertation, Indian Institute Of Technology

Bombav, July 2004.

[2] Oleg S Salychev Applied Inertial Navigation: Problems and Solutions, BMSTU Press, Moscow Russia 2004.

|3| Georey J Bulmcr, In MICRO-1SU BP3010 An OHM Miniature Hybrid Dcerces- Of-Freeiom Inertial Sensor Unit Gyro Symposium Stuttgart J6th-17Ih September 2003.

[4], Petỉr S Maybeck Stochastic models, estimation, and control Academic Press, Vol 994.

15] Waig, J., l.ec, U.K., Rizos, c GPS/INS Integration : A Performance Sensitivity A n a l y s t University of New South Wales, Sydney 2003.

[6], Haying Hou, Modeling inertial sensors errors using Allan variance IJCKGH reports lumber 20201, Master's thesis University of Calgary, September 2004.

[7], wwv.globalpositioningsystems.co.uk

[8], www.bec-nav.de.

[9], Gyro, Accelerometer Panel of the IF.I-H Aerospace, and Klectronic Systems

Society Draft recommended practice for inertial sensor test equipment,

instrumentation, data acquisition and analysis In IEEE Std Working Draft P1554/DI4. [10] Niklas Hjortsmarker, Master’s Thesis: Experimental system for validating

GPS/INS Integation Algorithms, Luea University of Technology, 2005.

Hà Nội, ngày 15 tháng 12 nãm 2007

7 PHỤ LỤC

Mục lục

7.1 Các kết nghiên cứu chi tiết đề tài

7.1.1 Nghiên cứu thuật toán dẫn đường

7.1.2 Nghiên cứu, xác định sai số đo đạc quán tính

7.1.3 Nghiên cứu tích hợp hệ thống INS GPS sử dụng lọc Kalman 7.1.4.v ề việc xây dựng thời gian thực

7.2 Báo cáo tóm tắt

7.3 Bản báo, báo cáo khoa học công bố 7.4 Bản đề cương hợp đồng

7.5 Phiếu tóm tắt kết nghiên cứu

7.6 Phiêu đăng ký kết nghiên cứu khoa học

Q G T Đ 05-09

7.1 Các kết nghiên cứu chi tiết đề tài 7.1.1 Nghiên cứu thuật toán dẫn đường

Thuật tốn Salychev

Tồn thuật tốn chia làm hai phần Phần thứ xứ lý thông tin cua cam biến gia tốc Phần thứ hai xử lý thơng tin cua cam biến vận tốc góc [2], Bộ dừ liệu các cảm biến gia tơc sừ dụng cho việc tính tốn độ lệch cám biến vận tốc góc lỗi tý lệ lồi khời tạo Sau bù lồi thi ta tính độ tăng gia tốc theo cơng thức:

(1.1) * t

Với:

xh,y h,z h - Hệ tọa độ gắn liền.

ứ,(, „ - Dầu cùa cam biến gia tốc.

hNi - Chu kỳ lấy mẫu.

Các trình tương tự sư dụng cho liệu thu từ cám bien vận tốc góc đây, trước hết tất lỗi độ lệch, lỗi tý lệ lỗi khởi tạo bù trừ Độ tăng gia tốc có thể tính theo công thức:

r h" (1-2)

**1 ơ đây: cưíh h là đầu cua cảm biến vận tốc góc.

Thơng thướng ihì tốc độ liệu từ cam biến gia tốc cám biến vận tốc góc có tần số cao, từ 100Hz đến 600Hz ứng dụng thực tế lại khơng cần tần số cao mà vào khoáng 40-601 ỉz nể có thể giảm tần số khune liệu, cần sử dụng tiền tích phân cho liệu từ cảm biến gia tốc cám biến vận lốc góc Ví dụ tien tích phân cám biến gia tốc Gia tốc đối tượng tuyệt đối có thê viết dạng cơng thức lực Coriolis:

dV

cừ ' dt

là đạo hàm tỏng thò vector vận tốc tuyệt dối hệ tọa dộ quán tính, là đạo hàm phần cua vector vận tốc luyệt dôi hộ tọa độ gan liền

ũ)h vân tốc góc tuyệt đối hệ tọa độ găn liên.

- - K + ä hxV (1.3)

,/r

,// I / */» I

l/ l I *

Q G T Đ 05-09

Hình chiếu thành phần riêng lên hệ tọa độ gắn liền có thê coi đàu cam biến gia tốc Do đó, tích phân cùa chúng có thề xem xét tích phân hệ tọa độ gắ;n liên Từ phương trình (1.3) có thê viết dạng đạo hàm phần vận tỗc.

dV dV

dt di

Lấy tí ch phân hai vế với khoảng thời gian /?N3 = 8/?N, ta được:

r

*K:dV 1*1fl’\ d v k

- l ỉ L d t = —~'-h d u

dí J>« dt

*K^dVrh », , d v .

- - - dt = f ~ ± d t +

dt ■•* dí

d 'ỹ-H át 1u >h\ \ civ

- — dt +

di J cit

Hay:

w =w +w a - w a t AW

n xh.k VY x h k - \ ^ r r v h k - \ u : h k r r :h.k \ u vh k rUí Vr \h.k

Ia-M + a w '.m

w kí + AỈV.

H/,1, *'AK'

.»■/>.* r rM

>.Ẩ

■/» Ả

(1.4)

» /» Ắ

i/i Ẩ

với điều kiện ban dầu ^ Wih ■■■■ ^ - 0:

Quá trinh diễn số bước (ớ bước) Tích phàn iheo phưưng pháp như cách văn hoa thi gọi bù lồi vận tốc ( sculling compensation).

Sau trình bù lồi vận tốc ta tính độ tăng vận tốc hệ tọa độ găn liền sau:

AWX - c,:

a w

Với Qvlà ma trận chuyển đổi từ hệ tọa độ gắn liền xh,y h zh sang hệ tọa độ cấp địa phương X , y, z.

Việc xác định ma trận chuyển C*A’ dược thực thuật toán tính tư cua vật thê.

Q G T Đ 05-09

Bước tiêp theo cua thuật toán dẫn đường vê ban xác định ma trận chuyên đôi giữi hệ tọa độ cấp địa phương hệ tọa độ gắn liền Ớ đây, ta cần phai sư dụng phương trim Poisson Nhưng hệ thống thực tế thi cần phái sứ dụng đến kỹ thuậi tính quaemion Đối với thuật tốn cấp địa phương q trình quaternion gồm có hai bước.

Bước xác định quaternion hệ tọa độ gấn liền hệ tọa dộ cấp địa phirrng với điêu kiện hệ tọa độ câp địa phương khơng thay đỏi vị trí tronc suỏt khoang thờ gian lấy mẫu cuối trước dó Điều có nghĩa hệ lọa độ cấp địa phương có thể íược xem xét mộl hệ quy chiếu quán tính suối mẫu Phươne trình quaernion chuyên đỏi từ hệ quy chiếu khơng q tính (hệ tọa độ gắn lien) sang hệ quy^hiếu qn tính có dạng sau:

QL=Q.',M (1-5)

Ở đ;y:

O' quaternion sau ọ r li quaternion trước.

AẢ - AA0 (- A / ự AÁ? ị + A Ẫ,k

Quaernion cùa phép quay nhò dược thỏ dạng vector quay sau. ' A 0n

A/L

AẦ, =

AẲ?

COS

A AO

ACD V ,

■sin

\h

A(p AO ,, AO

sin

sin AO

V T,

t A<ì>^

V /

Bước thứ hai việc chỉnh lại quatemion theo thay đôi cúa hệ tọa độ cấp địa phưcng khơng gian qn tính khoảng thời gian mẫu cuối Việc chinh lỗi nlư có thê xem phép chuyển từ hệ tọa độ quán tính sang hệ tọa cấp địa phương Giá trị quatemion tính sau:

Q L - ^ ' Q l s (1-6)

Với:

Ọ G T Đ 05-09

là quaternion giá trị quay nho giữa hệ tọa độ dịnh vị hệ tọa độ quán tính Điều này cũng mơ ta băng vector quay hộ tọa độ Vector quay trong trường hợp đuợc trinh bày dạng phương trình vi phân sau:

õ - ã) -t -Ị- d> X ¿ỹ' 4- - ("cị> X O X (õ )

2 ’

với cị vận tơc góc quay hai khung. Do ầ m ’ có thè mơ ta sau.

= A m ữ + A m ,/' A m2y + A m -ịk v i

í Oũh ■Ị\ COS —

-l )

- ũ)t ( ( ứh , ^ - sin

-co V 2 J

- ũ j r í (i>h<, ^ — - sin —

co V 2 J

- cư ( ojhk , \

—:~ s i n ———— co V» 2 )

A =

Am] -

Awi ~

với (0^(0Ị .cư hình chiếu cua vận tốc góc tuyệt đối Irong hệ lọa độ cấp địa phương h\y chu kỳ lấy mẫu.

Q trình xem xét có dạng hồi quy đầu cua phương trình (1.6) lối vào cùa phương trình ( 1.5) mẫu tiếp theo.

Việc phân chia tính lốn quaternion làm hai bước có lý cụ thề Thật vậy, phương trình ( 1.5) mơ tá việc chuyến đôi hệ tọa độ gấn liền hệ tọa độ qn tính có thê coi chuyển động quay nhanh Các góc hệ tọa độ có thề có giá lớn Ngược lại chuyen đổi hệ tọa độ quán tính hệ tọa dộ cấp địa phương coi chuyển động quay chậm Rõ ràng việc lính tốn quaternion cơng thức dẫn đến việc cộng eộp hai vận tổc góc có giá trị khác nhau Vận tốc góc có bậc lớn gấp ba lần bốn lần so với vận lốc góc dieu dẫn đếr lỗi máy tính tính tốn Hơn việc phân chia bước tính lốn nhằm mục đích dưa lời giái thích mang tính vật lý rõ ràng cho việc mơ phong máy tính Cu thể, phương trinh (1.5) đưa mô không gian ôn định (không điều khiển được) Phương trinh thứ hai phán ánh điều khiển cua khơng gian ồn định vói mục đính đồng với hệ tọa độ cấp địa phương A m - quaternion có thê

được xtt việc tính ảnh cùa mơ men quay cúa cam biến vận tốc góc.

Q G T Đ 05-09

Phưcmg trình quaternion (1.5) (1.6) viết lại dạng nhân ma trận như

<ỉo ' A / l - AẰ , - A/Ì-, A Ả 1 </«

A À ị > Ị A Ầ Ì A Ả : RỈ

( <7 í A / t , - A /L

<

o

<

<ỉỉ « ' ì -k*\ A Ã , A Ầị - A Ảị A Ã a M ĩ

<70 <ỉa - < ? r - ‘ỉ ì •- <ỉ'ỳ A m n

q ! q '

- <ỉ>

q 'ị - (ịy ‘iu <iỊ'

A

/ \ m (

Ả+l M ' 4 2 • V * tìữ k i 1 A m ,

Dê làm rõ phương trình quaterion (1.5) cân phái tính độ lăng cua vector quay A0> rừ phương trình sai phân góc quay ta có:

( D ::: (O I - O X ( ú f (<t> X X c o )

9 '

với góc quay nho thỉ:

o = ¿ ỹ 4• -Ị- X (õ

2

Tích phân phương trinh với khoang thời gian tích phân hyj ta thu được A Õ - ’ õ i d t - 1"*"' ( ã X i õ ) d t ( )

Thành phần thứ hai xcm ‘‘chỉnh lỗi góc" (coining corection) phán ánh răng bán vector O không trùng với vector ữ

Thuật tốn khác trình bày phương thức chỉnh lồi góc dựa việc tính tốn xấp xi 50 học cùa phương trinh (1.9) Thuật toán gồm có bước cụ thc sau.

Q G T Đ 05-09

AO

t “ Ả J ) 1=1

ị

1

R >

- Ẻ -f- — <

3

a Ẩ ) « , / , ( )

A O ;í, r-41

> -t

(1.1 0)

2

Với:

p =-■

«(/■)

-1

_

1

<

L

> + ữ ,/.(4) JU +

.ữ :„(3) a :h (3)_

0 ããô.-*(/) ô,*(/)

ô:*(/') - « , / ( / ) |; j = 1.2,3,-4

-«,*(./') «,/.(/') 0

«,*(/') độ tăng góc tính theo cơng thức công thức ]

a -Áj)

Do thuật tốn b ố n bước sứ dụng cho vector quay Dề có thề hồ hợp giữa tính tốn góc tính tốn vận tốc với bước h \j - 8/7 y /, mồi a (ị) cần có

giã trị đo lân c ậ n với mầu thời gian lẫy mầu h \ ỉ tức là

a ( i ) - a k(hXỊ) + ữ '(/? ,,)

Sừ dụng giá trị vector quay vừa xác định lính quaternion : AẢ AẨ0 f AẨị/ Ầ? ị f A/Í.,A

Với

( A O n

= COS - í

1 ,

A<t>\h ( AO^Ị

= - - s i n

-AO < 2

AO . ( A & ) — - s i n

-AO) J

AO */>

= — r! s in

AO V 2 J

Chuỗi khai triển xấp xi hàm sin cho ta giá trị cua quarternion:

Q G T Đ 05-09

, AO AO4

A À n = I f —

-8 384

AẮ , = r A O („

A Ả : - M O Ịh ( )

A Ẳ , = rA<t>

1 A O ’ CD;

" 42 3840

Các giá trị quaterion cân phái thoa mãn điều kiện chuản hoá: + VỈ +■ <7 < /0 ■ 1

Trong q trình tính tốn có thề xáy lỗi tính tốn đại lượng xấp xi cần phải chuẩn hố lại quartemion Nếu như:

A = i-(<?0 +<7|2 +q] +qì)> Ao Thì cần tính lại

( l l ) Cịn ncu khơng có lỗi thì:

^.Vtl ;r ÍVI

Xem xct mối liên hệ quaternion ma trận chuyến đối được mỏ ta như

s a u :

C I I -~ỳỉ -ỘỊ

c<2 =2(Ặ,ậj - <ỹ0<7,)

CI.1 ~ + ^0^1) C21 =2(<ỹ,ậ? I </„<?,)

c\2 - i/o + <7i - <ỹ ỉ (1-14)

c„ =2(ặjậ <Mi) í’ji = 2(<Mi •‘M2) <■.12 = 2(ậ,<ỹ, + <Mi)

cn = q l +q l -q I -■</ ?

với cl|.c13,c|1.c1|,í\:,.c\,,c,l,c,2,c11 phần tử cứa ma trân chuyển hệ tọa độ gẳn liền hệ tọa độ cấp địa phương.

Ma trận chuyển đổi giừa hệ tọa độ cố định tâm trái đất hệ tọa độ cấp địa phương:

Q G T Đ 05-09

X h n h n x ,

y = *21 b v A 23 -V, *7

b¡Ị = - sin (pcos / l sin E - sin Ả c o s e

b r s i n ầi>sin .sin Êã COS A C O S Í

bn ~ co s ^ si n r.

/>,, s i n COS Ằ COS £' s i n A s i n £:

b22 = - s i n <ps¡n ẨCOS Í - COS A s i n £ ( 1 )

byy = c o s t p c o s e

Ají - c o s a c o s /I />,, - eos sin Ắ />,, - sin /I

vớ i <p vĩ độ, A k in h đ ộ £ g ó c p h n g vị tín h bơi c ô n g thức: V I .

1 « w

v i Vị v ậ n tốc th e o h n g đ ô n g c ú a h ệ c ấ p đ ịa p h n g s o với trái đất R b án kính trái đ ấ t.G ó c p h n g vị g ó c lệc h g i ữ a trụ c g ó c h n g bẳ c

H ìn h c h iế u c ú a v ậ n tố c c ù a vật th ể s o với trái đ ấ l lên m ặ t p h ă n g c ấ p địa p h n g c ó dạng :

F AH'" f J (k 2ơ k ( q , ♦ 2u,))cil

f (1.1 6)

F, - A w ' f J(K 2 U - V ( n x + 2Ơ, ))dt

ln

AW .AỈV' tố n g c u a độ tă n g v ậ n tốc.

ư ,'J ,U : h in h c h iế u c ù a v e c t o r vậ n tốc g ó c c u a trái đ ấ t lên hệ tọa độ c ấ p địa p h n g Q t ,fì h ìn h c h i ế u c u a v e c t o r v ậ n tốc g ó c c ú a h ệ tọ a đ ộ c ấ p đ ịa p h n g lèn trái đất c ô n g thức n h sau:

Q G T Đ 05-09

(1.17)

- + e -h;, - - -

/?, a{ 2 a ,

e- dộ lệch tâm trái đất; a- bán trục cua trái đất; H- độ cao cúa vật the.

Hình chiếu cùa vận tốc góc tuyệt đối hệ tọa độ cấp địa phương lên trục cua nó có dạng:

u vận tốc góc cùa trái đất.

Dê tính tọa độ vị trí thuật tốn cấp địa phương ta khơng thê lấy tích phản trực tièp vận tốc Nguycn nhân liên quan đèn lượna giá trị lớn nếu

y . . . .

như lây tích phân — trường hợp dộ cao tương đôi lớn Đê giai quyêt vân đẽ

này cần sứ dụng phương trình Puasson.

Xét ma trận chun đơi từ hệ tọa độ cấp địa phương sang hệ tọa độ định tâm trái đất: fí[ Phương trình Puasson dạng ma trận sau:

(1.18)

vờí:

ơ ( - UbỊĩ U t - U b ^ U - Ubyy;

Rcosọ

B'x - B^Acox_t (phươna trình Puasson)

Q G T Đ 05-09

Với A cox ị -0 0 Q

0 0 Q

Ql - Q ,

0

(1.19) dạng hồi quy phương trinh Puasson:

AI3(A-) hr ( N 1) Q , hĩ2(A7 |) /v ,

M ' V ) / > , , ( / V I ) -I í ỉ ( / ? , (a/ i) / 7a ,

bv ( N ) ỏ v - ! ) - ( q , A13(A' - I) - Q , A?2(a/ - )Kv,

hn ( N ) - b tỊ{ N - \ ) - n xbyĩ{V- ' ) K> M N ) r hĩ:, { N - \ ) + n M N - \)hxy

AS,(.Y) l) { í ì h ^ { \ I) Q tb: ĩ {N' l ) K ,

Sau xác định phần từ cúa mâ trận chuyến, ta xác định thịng số vận tốc theo hướng bắc hướng đông cùa trái đất theo c ô n g thức

Ka - V C0S£ \-V s in f

V, sin£• +■ V C0S£' K

-(1.20)

Lưu đồ thuât toán

Lưu đồ thuật toán Salychev trinh bày hỉnh dùng lưu đồ nghi phần phụ lục.

và 1.2 Một số ký hiệu

Q G T Đ 5-09

Hn3

I M U ' G

1

1 xb 1 I •: ỉ G

vb 1: G /b * t

! A

1 V'b 1 ; A ,h 1:

6>v„

r -11

-ŨỈ.J

- 1L "■ 'i _ _ J1 " _ -ĩ l - J

Bù nhiễu cùa tốc góc.

1 -u

-cam biến vận

Chinh lồi góc (C oning)

1f 1

A (&J

r y f

Liên kế

Tính Quaternion

QLx -Q !,m

AẲ,

A/Ìị

A/Ị,

-( A Q '

COS ;

l > A0> ( ts<x>\

— - — s i n

AO V J

<

ế

<

( AO>^ sin • • —

AO l J

AO.,, ^ACDN

■sin

AO) V ,

I qS i vr I ^7

- ụ - ĩ -

¥ -Bù nhiễu cua cam biên gia tơc.

r

Tính độ tăng góc Tính độ tăng vận tốc

h +h\ \ 'i+ V i

a xb,yb.:b — \ ° > x h ^ b d t 'xb,yb.:b ~ f a x h y b z b ^

hwi >k h *NI

A i r ,,\7). BÙ lỗi vận tốc Sculling

h \';,

H' H'*■/»

Tính lại độ tăng vận tổc trong hệ tọa độ cấp địa phương

AH/

A IV1 c :

A w w *

4W„ _

l.iên k | t

A w_

Q G T Đ 05-09

Tính Quaternion -2

Q L =A r n ' Q l , f ( o h , y y

ầm[ = cos

A ■ _ •

Aw = - sin

<y V

Am = -sin

cư

L

A ■ _ ■' ■

Am, = -sin

co

2

2

w/;A,

2

90 q! </> qị

'1 „ !1 r - - 1> Chuẩn hố tham số quatemion

Tính ma trận C’,;v

c.

N3

Tính tốn tư thế a

>9 = a r c l g - ^ \

^ 0

Q = y [ c ĩ + c \ 1

ỵ - a r c t g f

-.13

Cn ơ/ = ứ r c - “

/ ’11

y ¥

t 1F ▼

AW. AW A f ị =

Tính vận tốc Vyv Tính ma trận B[

VK - K c o s í; ỉ Vt sin £•

F, - - K s in c + Kt COSÍ"

/V » */

Hình 1.2 : Thuật ĩoán Sa/ychev h

II

1r 1

QCÌTD 05.09

7 Nghiên cứu, xác định sai số cua đo đạc qn tính

K [M U chịu anh h n g cua hai loại sai số sai s ố tất định sai số ngầu nhiên.

1 Sai sổ tất định

Các loại sai sô tât định cua khối IM U g m c ó độ lệch vận tốc g ó c đ ộ lệch gia toc, lồi ti lệ vận tốc g ó c lồi ti lệ gia tốc lỗi vị trí M hinh sai số dư ợ c m ô ta bơi côn a thức sail f :

r» /) h h h

ố a \ = a , + a vxa\. + , , a , I c t x : a : ờa\ a t I a íKa \ t a n a \ I

<■ h h /> _ /•

oa_ or t a_.vơ' I ÖT-,u, I

A , / ’ A I I / ? , y * ■/ ? , f0hr I ( / ? , „ < , * ♦ / ? „ t ( P ^ u l / ? , , £ / ? /7, < / ' v

p , » / ? , / ' > ! ’ » / * , / « > ? I * ( / ? , , , í / * t / ? , „ « * » / ? , , ( / ) < • / / ' I ( ß , , u ' l i /7, , t/ ' I / ? , c / ’ ) ( ?/ ’ / ? : < / ? ß , co'; I / ? V I ( / ? „ £ , * + ß : n c/ ; ß t a h )(o ‘; I ( / ? „ « : I ò ô * ò , v k o 1;

ơ Su1',S(ú' (i X y 7.) loại sai so cua cảm biến gia tố c cam hiển vận tốc g ó c Irong hộ tọa độ gắn liền vật thê.

a - dộ lệch cua cam biến gia tốc lin/s'1 Ị

a n - lồi tý lệ cua cam bien gia tốc Ikhơng c ó thứ n e u v c n Ị

n :Ị - lỗi c h é o g ia tôc ( / /: / ) [ khơng c ó thứ n g u y ê n ]

ù ' - giá trị g ia tố c hệ tọa độ eẳn liền vật | m / s ?|

ß - độ lệch cua cam biến vận tốc g ó c frad/s I

/?, - lỗi tỳ lộ cua cam bien vận tốc e ó c Ịkhơnạ c ó thứ n g u y ê n ]

/ìẳi -lồi c h é o vận tốc g ó c ( / / / ) ịk h ỏ n g có thứ neuycnỊ

ß nk -độ trơi cúa cam biến vận tốc phụ thuộc v o gia tốc, sai s ổ c h c o kep |m /s"|

(o' -giá trị vận lố c GÓC hệ lọa độ gấn liền với vật th e Ịrad/s].

QCÌTD 05.09

2 Sai sổ ngầu nhiên

C ó thê liệt kê c c loại sai s o ngẫu nhiên tác dộng đến hộ thống dẫn dư ờng quán tính sau:

Ỏ n l u ọ n g tứ : sinh c h u y c n tín hiệu tương tự sang d ạna số N g u y c n nhân cua của n ó s ự sai k h c g iữ a m ứ c lư ợ n g tư s ố biên độ thật cua tín hiệu tương tự Có thẻ hạn c h ế ơn lư ợ n g tư b a n g p h n g pháp mã hỏa thay đỏi tần số lấy mẫu tăng thêm m ứ c l ợ n g tư.

Sai s ố trang : n g u y ủ n nhân g â y lỗi ngẫu nhiên cùa khơi IM U c ó c ô n g suât k h ô n g dô i toàn dai tần Bán chấl cua lồi bước g ó c ngẫu nhiên (dối với cam biến vận toc a ó c ) bư c vận tốc ngẫu nghiên (dối với cam bien gia tốc) dồu xuất phát từ sai s ố trẩng.

Buóc ngẫu nhiên: Đ â y loại sai số khơ n g c ó nguồn g ố c rõ ràng, c ó the thầy

loại sai s ố tă n g t h e o hàm m ũ với kho ả n g tương quan thời gian dài Dối với cam bien vận tốc g ó c c ó b c vận tốc g ó c ngẫu nhiên, dối với cam bien gia tốc có bước g ia tốc ngầu nhiên.

Sai số rung : Sai s ố rung loại sai s ố tần s ố ihấp gây nên ổn định cua dộ lệch, n g u n g ố c cu a loại sai s ô linh kiện điện tư nhạy với rung ngầu nhiên.

V iệ c x lý sai s ố tất định dc d àng dã xá c định m ột cách định lư ợ n g đ ợ c cá c loại sai s ố bàng v iệc chuấn thiết bị Đ c loại bó sai số ngẫu nhiên cần phai sir d ụ n g lọc ưu ví dụ lọc K alm an, s o n g c ũ n g rat cần phai xác định d ự c c c t h ô n g s ố đặc Irưng cua loại sai số ngầu nhiên Trong dồ tài n h ó m tác g ia sú' d ụ n g p h n g pháp phân tích mật độ phơ c n g suất ( P S D ) và ph n g pháp phân tích p h n g sai A llan đò xác định th ò n g s ổ sai số ntíjui nhiên cua khối dần d n g quán tính M ICRO -ISIJ B P I S ự kết hợp cua ca hai p h n g pháp trôn c ù n g tập dừ liệu thu cho pliép c h ú n g ta đặc irư n s hoá chính xác cá c sai lồi cua khối IM U.

Mật dộ phố công suất: Mật d ộ phố c ô n g suấl (P S D ) ch o biết m ứ c dộ lượng

c h o tần số thành phần cua tín hiệu 14 C n g thức tốn học cua P SD bien dõi Fourier cua tín h iệ u tự t n g quan D ây m ột phương pháp c ỏ dien dè phân tích tín hiệu.

Phương sai Allan: P h n g sai A lla n phép phân tích ngẫu nhiên m ô ta tính ổn định cua m ột hệ th ố n a thời gian - tần số f6 | Neu chi sư dụng phân tích P SD thi

Q G T Đ 05.09

ta chi c ó thơ rút d ợ c th ô n g tin độ lệch chuân cua sai s ố trăng S dụng, phư ng sai A lla n cho ta dánh e iá loàn diện tham s o sai s ố khác.

Y tư n g c ban cua phân tích phư ng sai A lla n c h ia m ộ t c h u i dừ liệu dài ihành đoạn nho c ỏ k h o n g thời gian r x lý G ia s c ó m ột c huỗi N phần tư

y k k 0 N - l V i m ỗi n 1 , , M < N / ta c ó m ộ t c h u ỗ i cá c eiá trị trunạ binh:

, y n/ ^ lỉ/ +1 ^ ‘II * II i

X'{n)

n

V i chu kỳ lấy mẫu A /lh ì thời gian cua chi trunạ binh dài n r nM

P h n g sai Allan chuồi trung hình dài n dư ợ c dịnh nahìa:

/ 0.1 N

/7

ơ j r A')

N n

II

]T (A-,,, (/?) / 0

D ố rút tham số sai sơ cần dối ch iếu v i đ n g d ố c từ dó c ó thơ biết đ ợ c, cá c hệ sơ sai sơ (hình Các dường dơc chn cua phương sai Allan). V í dụ nơu c ó hệ số sai s ố trắng, đ n a thăng với độ lộch ( đ ộ d ố c ) - /2 xuất dồ thị lo g -lo g vẽ bậc hai cua p h n g sai A llan Chi tiết cua p h n g pháp đ ợ c trình bày phan sau.

3

3

rlì • gian I ? I

Q G T Đ 05.09

3 Bộ đo đạc quán tinh M ICRO-ÍSU B P 30I0

M ICRO -ISIJ B P khối IM U tích hợp cam bien vận tốc g ó c A D X R 0 , c ả m hiến g ia toc A D X L I K có hù nhiệt theo m hình gắn liền Sáu lối cua cảm biến dư ợ c đưa qua m ột m ạch tích phân sáu đ n g để thu đ ợ c độ tăng v ề R Ó C c/Thx, dThv dThz dộ tăng vận tốc dVx, dVy dVz. Các vi điều khiến khối IM U l ô n g hợp dừ liệu lính C o n in g S c u l li n e g ia o tiếp với bên n g oài qua g ia o diện R S K truyền dừ liệu n goài d ợ c cặp nhật với tốc độ khác H z 16H z, H z Hz, n h n e tốt 6 H z T h ô n g tin chi tiết đ ợ c trình bày trang W e b cua nhà sán xuất BHC N a v ig a tio n S y s te m 17 Ị.

Khối IMU dược chế tạo công nghệ vi cơ diện tứ

* Xác định sai số tất dịnh

Cân chuản c a m b i ê n i a r ó c

N Y

Vị trí cua IM U chuấn lcn x u ố n g

Q G T Đ 05.09

Vê n g u y ê n tăc c ó thỏ dùng gia tơc trọng trường dơ chuân cam biến tiia tôc Trong p h n g pháp khối IM U đặt ih ă n g đ ứ n g c h o Irục / cua khối IM U trùng với trục u cua hệ tọa độ dẫn đ n g , trục Y trùng với trục N trục X thi trùng v i trục F ( xem hình Vị tri cua /MU chuân xuồng)

Với cách đặt v ậ y gia tơc trọng trường chi tác d ộ n s v o trục / cua IM U với giá trị ( ẹ 9 m/s' ) N c u la quay khối IM U m ộ t g ó c 180° quanh trục Y thi cám biến g ia tốc trục / sc đo gia tốc trọng trường âm (- g ).

Khi khối I M U c ó c a m biến gia tốc thứ / đặl theo p h n g cua trục IJ trong hệ tọa đ ộ định vị giá trị gia tốc mà cam biên đo là:

T rong d ó e aia tốc trọng trường Quay khối IMIJ m ộ t g ó c ] 80° x u n g quanh trục thăng đ ứ n g thực phép đo khác ta nhận đ ợ c cá c g iá trị gia tôc cua cảm biến đ o đ ợ c là:

giài h ệ p h n g trình la thu đ ợ c độ lệch cam biên gia tốc lỗi ti lệ cam hiên gia t ố c là:

D liệu cua cam hiến D,ia lốc dược lấy v ò n g iO phút với m i vị trí sau đ ợ c lấy trung bình dê dừ liệu - ' ( < / ) v r ’ ( < / ) T ( ) rút tlươc aiá trị độ lệch lồi tí lệ cu a c a m bién gia tốc Cụ thô theo p h n g z thi dộ lệch 3 m /s 2, lồi ti lệ 0

C â n chuán cam biên vận lỏc %óc

P h n g pháp chuân cam biến vận tốc g ó c s d ụ n e bàn quay Nác và quay cá c vận tốc khác theo hai chiều n g ợ c K hối IMIJ d ợ c đặl trung tâm bàn quay đ ợ c lấy dừ liệu với tịc độ quay nhât Irong 10 phút. G iá trị đầu c a m biến vận tốc g ó c mơ tả theo c n g thức:

v i w là vận lố c g ó c d o d ợ c qua thông số tốc dộ bàn q uay wt [d eg /h rad/s Wjvận tốc g ó c trung binh cua bàn quay đ ối với doạn dừ liệu / |d c g / h rad/s |

wM tố c đ ộ quay cua trái đấl đo [deg/h rad/sI.

/.'( u' ) a ( { a n I Dự

/ : \ u' ) •- a ( a n I l)£

I / /» \ ? / /» \ - (« ) I (tì, )

(X va a

2

vr,,( /3I4 (Pn I- I)(I1'( ị U'., )

Q G T Đ 05.09

ft đ ộ lệch cua c m hiến vận tốc g ó c |d e g /h , rad/sỊ

ß n lỗi ty lệ cua cam bien vận tốc g ó c

Từ ( ) c ó thê rút đ ợ c độ lệch lỗi ti lộ cam hiến vận tốc g ó c là: VI' , vt\.

ß„

M’ " ' „ O - ( M ’ i

( VI', VI', )

— v ò

Si I X ã 1

I VI’, t i r

■)

từ CĨ x c định g iá trị độ lệch lồi ti lệ Cụ thê la với cam bien quay quanh trục / đ ộ lệch 172 s lồi ti lệ - 0

* Sai so ngẫu nhiên

Phản tích mật độ phơ cónẹ st

Số liệu đ ợ c thu thập từ k h ố i ỈM U ] g i dư ợ c phân tích mật dộ phơ c n g suât P S D Hình PSD cua cam biên vận tốc góc X ( o ) là dồ thị lo g -lo g VC PSD cùa c ả m biến vận tốc e ó c trục X cua khối ỉ M U Nhận thấy mật độ phô lần số cao là dày dặc nên ral khó c ó the x c định loại sai số thông s ố lien quan den chúng V ì thế, p h n g pháp trung bỉnh tần số đ ợ c sư dụ n g đế làm trơn đồ thị PSD c h o ta đồ thị (b).

f 'T' Vj.M , t.,1,1

fỵ

P SI) cua cam bien vận tơc góc X Inrớc lây Irung bình (a) sau lấy trung

hình (h )

Mình (b) P S D dối với c m biến vận tốc g ó c trục X khi sư dụng kỹ thuật tần s ố trung bình C ác độ dốc cua đ n g thẳng bao g m -2 c h o thấy ràng số

liệu vận tốc g ó c c ó cá c b c v ậ n tốc g ó c ngẫu nhiên, bước g ó c ngẫu nhicn ồn

lirợng tư g ó c quay T r o n g hình (b) P S D cua cam biến gia tốc Irục X kh n g có dộ dốc

Q G T Đ 05.09

là -1 điêu nghĩa cám biên vận tơc g ó c trục X k hô n g chịu anh h ng bcri sai sô rung.

f " "

P S D trung bình cua cam biến gia tốc /

1 íình PSD trung hình cua cam biến gia lóc z phị P S D dôi với cam hiên fe>ia tốc trục dã sư dụng kỹ thuật tần s ố trung hình Các dộ dốc cua d ng c o n g hao aồm -2 -1 , ch o thấy dừ liệu cua cam biến gia tốc có cá c sai so là bư c gia tốc ngẫu nhiên, sai số rung gia tốc bư c vận tốc ngẫu nhiên ồn lư ợn g tư gia tốc.

T đồ thị P S D sứ d ụ n g c ô n g thức c h u y ê n đỏi | | có thê thu đ ợ c aiá trị sai s ố tráng vận tố c g ó c sai số trắng g ia tốc bang sau.

Bảng Đ ộ lệch chuấn cua sai s ố Irắng trcn cam bién quán tính

X Y z

Sai s ố trắng vận tốc g ó c °/ Jh 0 0 0 6 0 8

Sai s ố trắng eia tốc (m /s )/ Jh 0 0 3 0 0 0 0 0 8

H ãng A n a l o g D e v i c e s cho biết lỗi bước g ó c ngẫu nhiên nằm k h o a n g từ dến 6[)/ Jh đối v i loại cám biến vận tốc g ó c A D X R S 0 đư ợ c dùng MIRCC) ISU B P IM U N ế u s o sánh điều với bána trcn c ó thc thấy ràn m ứ c d ộ cua sai s ố trắng nằm Irong kho a n g giá trị mà nhà san xuất đưa ra.

Phân tích phương sai AI lan.

Các d n g dốc chuẩn cua ph n g sai A llan dối với cam biên vận tơc g ó c gia tốc đư ợ c v ẽ hình Độ /ệch chuân AỈIan cua cam biến vận lóc %óc (a) (b)

Q G T Đ 05.09

dưới d n g dồ thị lo ụ -lo g với s ố liệu thu từ khối IM U I s IJ B P k h o a n g ! giờ.

Đề rút cá c tham s ố sai số cần đối chiếu với đ n g d ố c từ c ó thê biết các hệ s ố sai số.

Dồ thị l o g - l o g cua độ lệch chuân Allan trong hình l.a c h o thấv có ồn lượng,

từ ( đ n g d c -1 ) sai sị trăng vận tốc g ó c (d n g dốc - /2 ) sai số b c vận loe g ó c ngẫu n h iên ( đ n g d ố c 1/2) khơng c ó sai s ố rung vận tốc g ó c (đ n g d ố c 0) Kết quả phù hợp so với đồ thị phô PSD.

a b

Đ ộ lệc h chuân A llan cua cam bien vận tốc g ó c (a) c a m biến ßia tốc (b)

Hinh (b) tư n g ứng với dộ lệch cùa A llan cam biến g ia tốc c h o thấy c ó

ồn lượng từ g ia tốc (đ n g dốc -1 ) sai số trắng gia tốc ( đ n g dốc -1/2) sai số rung

gia tốc (đường d ố c ) bước gia tốc ngẫu nhiên (đ n g d ố c 1/2) g i ố n g đồ thị PSD c ú a c m bien gia tốc ngồi cịn c ó cá sai số g ia tố c hiến đôi ch ậ m (d n u d ố c ) m đ iề u k h ô n g thè thấy đư ợ c đồ thị P S D .

Các hệ số sai s ố trắng nhận b ang cách đ ọ c đ n g d ố c r I ÍXrới dây là m ối quan hệ g iữ a độ lệch chuần A llan mật độ phị c n g suất tham s ố sai s ố kh c nhau.

So sánh phương pháp PSD phương sai Allan

V i ệ c s o sánh độ lệch chuân cua sai sò trăng d ù n e phàn tích p h ư n sai

Allan và phân tích P S D trình bày bang Kct qua thu đ ợ c từ hai

phương pháp sát Các kết quà khẳng định tin cậ y x c cua c c mơ hình sai s ố áp dụng v hệ th ô n g dần đường thực tà.

Q G T D 05.09

Bảng 2 S o sánh p h n g pháp phân tích P S D phư ng sai Allan

r ■

( 'a m biên ựận tốc g ó c C ảm bien gia tốc

1

P S D ( [ u/ V/7 1) A lar>( Ị °/ V/7 ]) PSD(\ m/s/yfh 1) A llan( /77/s-/ V/7 |)

X 0 0 0 0 0 , 0 3 0 0 8

V 0 6 0 2 0 0 0 0.0031

" z 0 8 0 8 0 , 0 8 0 0 6

7 Nghiên cứu việc tích hợp hệ thống INS GPS sử dụng lọc Kalman

H ệ th ô n g IN S g m ba c m bien vận tốc g ó c c h o p h é p x c định vận tố c g ó c n g h i ê n g , g ó c c h ú c g ó c h n g hệ toạ đ ộ vật bay H ệ t h ố n g IN S c ũ n g c ó thể c ó th ê m ba cảm biến g ia tốc c h o p h é p x c định g ia tố c t h e o ba trục củ a hộ toạ đ ộ vật thể bay H iệ n c ó hai cấu trúc dẫn đ n g q u n tính ticu biếu n hằ m x c định c c g ó c l e từ c c c ả m biến vận tốc g ó c cấu trúc gắn chặt câu trúc n ổi Câu trúc e a n chặt đ ợ c s d ụ n g r ộ n g rãi đ ỏ cam biến g ia tốc v ậ n tốc g ó c đ ợ c g ẳ n chật v o vật ba y C c g iá trị e,ia tố c thu đ ợ c từ m b iê n g ia tốc đ ợ c hiệu ch ỉn h v i v ậ n t ố c q u a y cúa trái đất gia tô c trọ n g trư ng n hă m x c định vị trí v ậ n tố c ch ín h x c c ủ a vật thể bay.

Phương trình động học:

C c g ia tốc ax a> a, c ù a vật thể bay d ọ c th e o trục toạ đ ộ vật the bay liên hệ v i v ậ n tố c u V w th e o hệ p h n g Irình sau:

u - a x+v.r w q + g s in ớ

V - a, - u.r + w p - g c o s s in ^ ( )

w ■- a u.q + w.p - g.cosớ.cos^

Ở đ ó p q v r tư n g ứ n g v ậ n lố c e ó c n g h i ê n g , g ó c c h ú c g ó c h n g T h ự c tích phân u , y và w sẽ thu đ ợ c c c vận tốc u, V w Sau đó , đổ i h ệ trục toạ đ ộ n h sử d ụ n g m a trận c o s in trực tiếp D C M đ ể thu đ ợ c vận tố c t h e o h n g bác h n g đ ô n g h n g v ề trái đất ( n g i ta g ọ i đ ó hệ trục toạ đ ộ dẫn đ n g , x e m hình ).

( 2)

cosỡcosụ/ cosớsiniy/ sin #

Û D C M - s in <fis\nOcosụ/ - cosự>sini// sin(ýsinớsin(// + cos^cosự/ sinocos# cos(0sin Ocosụ/ + sin 0sin ụy cos^sin ớsin ụ; sin^cosy/ cosacos # Với ụ/, ß, ộ góc ơle.

Tích phân VN,Vf VD thu vị trí vật thể bay bề mặt trái đất (hệ trục toạ độ dẫn đường) Vĩ độ Ã, kinh độ ỊẦ độ cao H cùa vật thể bay có thể xác định nhờ hệ phương trình sau:

X > v u

Y = V, r DCM V

đuờng cực Cục nam

H ìn h H ệ trục toạ độ dẫn d n a

Nhược diêm cua INS

C ó n h i ề u loạ i sa i s ỏ t ro n g hệ th ố n g I N S chủ y ế u d o c c cảm biến quán tính g â y n ên [3 ] B ả n g liệt kê m ộ t s ố lỗi g â y c c c ả m biến g ia tốc v v ậ n t ố c g ó c

B ả n g I L i g ây bới cảm biến quán tính

Loại

L ỗ i vị trí lắp đặt c ả m b iế n

D ộ lệch ( o f f s e t ) c ủ a c m b iế n g ia t ố c

H iệ n t ợ n g lệ c h v trôi c ủ a c ả m b iế n v ậ n tơ c g ó c ( d o tác đ ộ n g c ủ a n h iệ t độ) N h i ễ u n g ẫ u n h iên

Gày nên sai sơ

G ó c n g h iê n g , g ó c c h ú c v g ó c h n g

Lối c ả m biến g ia tố c s ẽ bị lệch m ộ t g iá trị k h ô n g đổi G iá trị lại thay đổi m ỗ i lất / bật thiết bị.

V ật thê k h ô n g c h u y c n đ ộ n g n g v ầ n c ó vận tố c g ó c k h n g đổi

Lỗi ngẫu nhiên đ o lư n g

N h ữ n g lồi t r o n e đ o g ia tố c vận tốc g ó c s ẽ dẫn tới lồi tã n g dần x c đ ịnh vị trí v vận t ố c c ù a vật bay ( d o v iệ c lấy tích phân) C c lồi tăng dân đ ợ c g ọ i lỗi dẫn đ n g C ó thê nhận thấy c h a c chan rang hộ t h ố n g dẫn đ n g

quán tính k h ô n g the hoạt đ ộ n g tự trị đ ợ c m phải đ ợ c kết h ợ p với m ộ t hộ th ố n a khác.

Hệ thống định vị toàn cầu GPS

H ệ th ô n g đ ịnh vị lo n cầu G P S thu thập cá c t h ô n g tin v ề tọa đ ộ ( v ĩ đ ộ kinh độ), đ ộ c a o tố c đ ộ c ủ a c c vật thể [ J H ệ t h ố n g G P S g m 24 v ệ tinh p h ó n g lên quỹ đ o trái đất ( x e m hình 2) N h ữ n g v ệ tinh bay phía trái đất ớ độ c a o 0 k m , v i t ố c đ ộ c h n g 1 0 k m /h , c ó n h iệ m v ụ truyền tín hiệu v tu y ến tần s ố thấp tới c c thiết bị thu nhận.

Nguyên nhân sai sổ GPS

Sai s ổ cùa p h n g pháp đinh vị G P S y ế u d o n g u y ê n nhân dư ới dây ( k h ô n g kể sai s ố nhân tạo S A đ ợ c tất):

■ D ữ liệu K p h e m e r is ■ Đ n g h vệ tinh ■ Trễ tầ n g đ iệ n ly ■ Trễ tầng đ ối lưu ■ N h iễ u đa đ n g

■ Máy thu ( b a o gồm phần mềm)

V trò ch ín h c ú a G P S đ ó c u n g cấp c h ín h x c c c t h ô n g s ố vị trí vận tốc của vật thể bay G P S c ó thể đ ợ c s d ụ n g để hỗ trợ c h o c c hệ th ố n g dần đ n g khác m tiêu b iể u s ự kết h p G P S / I N S

Hệ thống dẫn đurịng tích họp GPS / INS

H ệ th ố n g dẫn d n g quán tính I N S c ó ưu đ iê m n ối bật s o sánh v i hệ th ố n g dẫn đ n g k h c khả n ă n g hoạt đ ộ n g tự trị đ ộ c h ín h xá c c a o nh ữ n g k h o ả n g thời g ian n g ấ n Lồi n g h i ê m trọ n g c ủ a hệ t h ố n g IN S d o cả m biến quán tính g â y C h ín h vi n h ữ n g ứ n g d ụ n g thời gian dài thì

ỉ lình Q u ỹ đ o b a y cú a c c v ệ tinh G P S

h ệ th ô n g I N S t h n g sử d ụ n g v i c c hệ th ố n g hỗ trợ k h c hệ th ố n g dẫn đ n g v ô tu y ến ( L o r a n , O m e g a T a c a n ), hệ th ố n g dẫn đ n g v ệ tinh ( G P S G L O N A S S T n sit), J T I D S , D M E C c hệ thố ng hoạt đ ộ n g ôn định theo thờ i g ia n v cẩn tích h ợ p IN S cá c hệ th ố n g h Irợ S ự k ế l hợp G P S v IN S lý t n g v ì hai hệ th ố n g c ó khả n ã n g bù trừ hiệu Trái tim c ủ a hệ t h ố n g tích hợp nàv lọc tối ưu K a lm a n [5].

C ó hai cấu trúc G P S h ỗ trợ IN S x lý theo kiểu v ò n g m v ò n g đ ó n g n h m ô tả h ình v c ấ u trúc v ò n g m c h o p h é p thự c thi dễ d n a n h n g cấu trúc v ị n g kín lại c h o kết c h ín h x c 16, ].

Kalm an Filter

H ìn h Cấu trúc G P S / I N S v ò n g m ở

*

INS

NAV

GPS

Kaiman Filter

H ình C ấ u trúc G P S / I N S v ị n e kín

B ộ lọc K a lm a n b ộ l ọ c s ố n h i ề u lối v o nhiều lối ra, c h o p h c p c lư ợ n g tôi ưu trạng thái cúa h ệ t h ố n g t h e o thời gian thực c c đầ u v o bị nhiễu tác đ ộ n g T r o n g b o c c trạng thái c ủ a hệ th ố n g b a o g m : c c lỗi v ậ n tố c hệ toạ độ dẫn đ n g ( e V N, eV p, e V D), đ ộ trôi cùa c c c o n q u a y vi c a ( G B V G b x, G B Z) v cá c lỗi g ó c n g h i ê n g ( T n, T e) T ín hiệu từ G P S đ ợ c d ù n g đ ế c lư ợ n g c c lỗi I N S v triệt thoái cá c n h iễ u tối đa C h ú n g ta s ẽ g ọ i hệ th ố n g tích h ợ p k iể u G P S h ỗ trợ I N S X é t m hình thời g ia n rời rạc:

**♦! (4)

eTn ' 0 0 0 0 0 /?v c l2 hyC n Tn 1 0 0 0 0 0 0 0 wl

eTe 0 0 0 0 0 hs c ĩt hNC 2} a.v c 33 Te 0 1 0 0 0 0 0 0 » 2

eVn 0 - ílvd 0 0 0 0 0 0 Vn 0 0 1 0 0 0 0 0 11'3

eVe dvd 0 0 0 0 0 0 0 Ve

ị 0 0 0 1 0 0 0 0 >(•4

eVd 0 0 0 0 0 0 0 0 Vd 0 0 0 0 1 0 0 0 H'5

e(Jbx 0 0 0 0 0 0 0 0 Gbx 0 0 0 0 0 1 0 0 wố

eGby 0 0 0 0 0 0 0 0 Gby 0 0 0 0 0 0 1i vv7

eGh: 0 0 0 0 0 0 0 0 Gbz 0 0 0 0 0 0 0 1 11'8

ứ đ ó í ) k m a trận c h u y ể n , w k đáp ứ n g cùa tín h iệ u đ iề u khiến thời đ iểm tk+1 g â y n ên n h iễ u Irắng đầu v o k h o ả n g (tk tk, I).

B i v ì k h o ả n g thời gian nhỏ (tức tố c đ ộ cập nhật củ a I N S lớn - đây H z ) , c h ú n g ta c ó thể x ấ p xỉ O k:

Qk = e il-*) * l + FAi ( )

0 0 0 ■Cu h s c Ị2 h s c\y 0 0 21 h\ í n hx c T T

0 - d\d 0 0 0

d\d 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

ị h | s r At~l/64 giây

và m a trận h iệ p p h n g sai ứ n g v i w k là:

Qk =£[w*^, ]*<D*GC?G/ <Dj[A/

ở đó:

Ọ - diag[ơịx Ị Ơ- ơ;n ị x

X é t p h n g trình đ o lường:

z k H k x k + v k ở đó:

(6 )

( )

* /* ( Ạ o | ° u J Rk K[vkv'k \ - diaxịơ,., ơ,] ơ;\, j la ma

- I'ô(,/>ã 1 rL'i\s - Vei.rs

“ K./-.S )

trận hiệp p h n g sai v k.

T r o n g hệ t h ố n g ta coi nhiễu trình w k n h iễ u đ o lư n g v k k h ô n g tư n g quan v i nhau.

H ì n h m tá chi tiết hơ n cấu trúc tích G P S h ỗ trợ I N S s dụng phàn hồi vận tố c.

LNS 6 H z

Độ lọc Kalntaii• ■

8 trạng thái

Vn V e V d G B x G b y G E z T n Te

Hic-U thinh gói- nghiêng, chuc, hướtìir’

p h n hồi - ►)

H ình C ấ u trúc v ị n g kín G P S / I N S s d ụ n g phản hồi vận tốc

Lưu đồ thirc hiên KJF cu thề sau:

k h o i k a l m a n c o l e n h

' ] k x l a v c c t o t r a n g t h a i

k x - - ' Ak * k x ; 't c ậ p n h ậ t v é c t o t r n g t h i 'i k p ma t r a n h i e p p h u o n g s a i c o v a r i a r i

k p - A k * k p *Ak f d i a q ( k s ) * h N ; % d i a g l a ma t r a n d u o n g c h e o

•f h N - - / 4

i k s l a p h u o r i g s a i c h u a C d C b i e n L r d n q Lhc i : è 3

t m p - i n v ( H k * k p * H k ’ t d i a g ( d k n ) * h N ) ;

k w = k p * H k ’ * t m p ; ị s iy e x % kw d o k h e c h d a i k a l m a n

%

ki = [ - V n - v e - v d ] t - V r e f ; 'i k i l a v e c t o d o l u o n g , l i e n h e Hk

k x = - k x + ( kw* ( k i ■■ Hk * k x ) ) * l o s t ; ‘í l o s t b o h i ệ u c ó t i n h i ệ u GPS h a y k h ô n g - b

k p - - ( e y e ( , ) kw' rJlk) * k p ; r h i c u c h i n h v a n t o c

V n - V n t k X ( ) v e - v e t k x ( ? ) v d _ ^ vd+ k X ( )

Thực nghiệm

K h ố i dẫn đ n g q u n tính B P (hình ) khối c m biến quán tính bậc tự d o v i hai n g u n t n g tự nguồn s ô tách biệt, đ ợ c chuân v i dái n h iệ t đ ộ hoạt đ ộ n g từ -4 °c tới t-85°c B P c ó Ihể hoạt đ ộ n g xá c với v ậ n t ố c g ó c lên tới + / - 0 ° / s v g ia tốc + /-1 g

Mình K dẫn đ n g qn tính B P 10 c h ế tạ o c ô n g n g h ệ vi c điện tứ D ầ u cúa B P độ tăng g ó c v đ ộ tã n g b iê n đ ộ c ú a d liệu vớ i k h u n g d ữ liệu nố i tiếp 16 byte v i tần s ố cập nhật c a o đ ợ c lựa c h ọ n 64 H z Khi chê đ ộ hoạt đ ộ n g dừ liệu đ ợ c tự đ ộ n g truyền v ề m áy tính c h u v ê n d ụ n g P C -b o x dc x ứ lý Trong p h ị n g thí n g h i ệ m , c c thử n g h i ệ m B P đ ợ c thực trôn hệ bàn q uay c h iề u c ó đ ộ c h ín h x c c a o ( x c m hình 7).

t

H ình G iá lắp thử n g h i ệ m

T h uật toán dẫn đ n g rời rạc d ợ c thự c thi b n g n g ô n n g lập trinh c I *■ tren m y tính c h u y ê n d ụ n g D ễ thấy rang c h ỉ v i v i ệ c th ự c h iệ n că n c h u ấ n c h o hệ đ ứ n g y ê n mà sai s ố v ề g ó c vận tố c lớn c h ỉ t ro n g g iâ y đẩu (x e m hình 8) T đ ó thấy ràng v iệ c hiệu c h ỉn h tự đ ộ n g c h o B P v ô c ù n g cần thiết H iệ u rõ rệt cùa v i ệ c hiệu c h in h n y đ ợ c th ể h iệ n hình 9.

thoi giari (s) lh0' '3'^r' i:i

H ìn h G ó c h n g bị trôi hệ đ ứ n g Hình G ó c h n g đ ợ c hiệu c h ín h

y ê n khi hệ đ ứ n g y ê n

V i c c h tiến hành h iệ u chỉnh toàn diện tức c h ứ n g ta thự c h iệ n hiệu c h ín h ở đâ u c ủ a c c cảm biến gia tốc s ẽ c h o c h ú n g ta kết qua tốt nhất, c ỏ thê thấy ràng v i ệ c h iệ u c h ỉn h lự đ ộ n g c h o khối dẫn d u n g quán tính v ô c ù n g thiél y ế u tro n g v i ệ c x c định ch ín h xác tư thế, vận tốc vị trí c u a đối t ợ n g c h u y ê n đ ộ n g

D c th ự c h iệ n cá c quỹ đạo ng o i p h ị n g thí n g h i ệ m [8] G P S hộ t h ố n g thu thập d ữ liệ u từ I N S đ ợ c lấp đặt m ột ôtô X e c h y m ột q u ã n g đ n g dài t r o n g k h o ả n g thời gia n gần phút L úc đầu thi ô t ô trạng thái đ ứ n g y ê n , n ố m y tro n g k h o n g 0 s T h a o tác c h o ta tập liệu tất dịnh p h ụ c vụ c h o v i ệ c c ă n chuấn chinh vị trí củ a IN S.

T ố c đ ộ c ậ p nhật từ c c c ả m biến quán tính H z từ G P S I H z từ K a lm a n H z n h m thu đ ợ c kết c ó đ ộ ch ín h x c c a o Tại n h ữ n g thời đ i ể m lọ c K a lm a n hoạt đ ộ n g k h n g c ó tín h iệ u G P S c h ú n g ta phải dự đ oán c c trạng thái lỗi s ứ d ụ n g liệu đo đ ợ c gần cùa G P S (tứ c c o i G P S k h ô n g đổi t r o n g s u ố t g iâ y ) T h a o tác c n e hữu ích tron g n h ữ n g tình h u ố n g đột n g ộ l m ấ t tín hiệu từ G PS.

H ìn h 10 11 s o sảnh vận tốc hệ tích hợp sứ d ụ n g cấu trúc v ò n g m cấu trúc ph ả n hồ i v cùa G P S C ó thể thấy vận t ố c b ộ lọ c K a lm a n sứ d ụ n g cấu trúc p h ả n hồi ( đ n g số 3) c ó thể bám sát vận tố c cúa G P S ( đ n g s ố 2 ) v i lỗi n h ỏ t r o n g c ấ u trúc v ò n g m ( đ n g s ố 1) c h o kết k é m ch ín h xác h n n h iề u

H ình 10 S o sánh v ậ n tố c th e o h n g Đ ô n g vật thể c h y t h e o quỹ đạo thực tc

thoi gian (s)

I lình 11 S o sánh vận tố c th e o h n g B ắ c vật thé c h y t h e o quỳ đ o thực lé Q u ỹ đ o - D đ ợ c trình bày hình 12 quỹ đ o từ đ n g c a o tốc L H o l c v ề đ n g N g u y ề n V ăn H u y ê n cùa G P S hệ th ố n g v ò n g kín Lưu ý

ớ c h ú n g ta k h ô n g trình bày v i thứ n g u y ê n rad c ù a kinh đ ộ , v ĩ độ N g u y c n nhân đ ó tránh s ự m ấ t ổn định tính tốn C ó thể thấy q u ỹ đ o hệ tích h ợ p v ị n g kín b m sát v i quỹ đ o G P S v i lỗi n h ỏ tro n g s u ố t k h o ả n g thời gian k h dài.

H ình 12 S o sánh quỹ đ o thu đ ợ c c c h ệ t h ố n g kh c nhau

N hậi xét: N h ữ n g kết thực n g h i ệ m c h o thấy c c c ă n c h u ẩ n , lấp đặt đà đám b ả o : h ấ t lư ợ n g c ủ a cấu trúc tốt c ấ u trúc K a lm a n s ẽ c h o hệ th ố n g tích h ợ p i h ấ t lư ợ n g tốt hẳn s o v i cấ u trúc IN S hay G P S hoạt đ ộ n g m ột Đ ộ (hình x c c ủ a hộ t h ố n g c ò n c ó thể cải thiện hơ n n ữ a c h ủ n g ta m rộng số trạnị, thái cần c lư ợng T u y nh iên c ũ n g cần lưu ý tính khả thi củ a hệ th ố n g thời gian thực đ ộ phứ c tạp hệ t h ổ n g bị tăng lên d o v i ệ c m r ộ n g s ố trạna thái hệ tlống này.

Tài iệu tham khảo

11 ( o ll in s o n , R P G "Introduction to Avionics”, C h a p m a n and H all, London 1996.

[2Ị Omerbashich “ Integrated I N S / G P S N a v i g a t io n fro m a P o p u la r Perspective".

,purr\al o f Air Transportation. V o l N o ( 0 ) pp - 1

[ | I a n d l e , S.J., H orton M A , " L o w C o s t N a v i g a t io n U s i n g M ic r o M ach in cd l e c h n o l o g y ” , IEEE Intelligent Transportation Systems Conference, 1997. [4] iarkinson, B W , and S p ilk e r J.J.Jr., “ G lo b a l P o s i t i o n i n g S y s t e m : T h eo r y and

/ p p lic a t io n s " V o l ( 9 ) , AIAA, W a s h in g t o n D C

[5 ]C r e w a l, M S , W eill, L R , and A n d r e w s A p , "Kalman Filtering: Theory

O l d Practice using MATLAB". J ohn W ile y and S o n s N e w Y o r k ( 0 1).

[6] V o lf, R., H issfeller, B , H e in G W "A K a lm a n F ilte r for the Integration o f a l o w C o st I N S and an attitude G P S ' \ Institute o f G e o d e s y and N a v ig a tio n

Munich, G er m a n y

[7] Iran D u e Tan, H uy nh IỈUU T u e , N g u y e n T h a n e L o n g N g u y e n Phu Thuy ĩ-guyen Van C h uc D e s i g n i n g K a lm a n Filters for Integration o f Inertial

N a v i g a t i o n S y s t e m a nd G lo b a l P o s it io n in g S y s t e m , The 10th biennial Vietnam Conference on Radio & Electronics, R E V - 0 , ( 0 ) , pp - [8 ] P a n z ie r i, S , P a s c u c c i, F., U l i v i, G., “A n O u td o o r n a v ig a t io n s y s t e m u s in g

Q G TĐ 05.09

7.1.4 việc xây d ự n g chirong trình thời gian thực

Hệ dẫn đ n g qn tính c ó tốc độ thu liệu G P S 0 b a u d , tốc độ dừ liệu tù khối IMIJ 0 baud Lối cua khối B P dộ tăng vận tốc (gia tốc đ-rợ; tích phân m ột khoang thời gian 1/64 s ) độ tâng g ó c (vận tỏc g ó c đ iợ c tích phân Irong khoang l/6 s ) K d liệu lơi g ị m 16 byte với tốc độ Hz' 1// H z/ H z theo chuần TTI tốc độ baud - 0 .

Dưới điều kiện hoạt đ ộ n g đó, k hu ng liệu lần số thấp thi c ó thề bị mát dừ liệu, tức độ tăng g ó c độ tăng v ề vận tốc chi thực hiện c ộ n g lại m ột c c h đơn gián mà thực tế c ó thav đơi tro n s ca chu kỳ mẫu khung Đẻ giảm vân đề mât liệu độ tăng v ề g ó c giá trị độ tăng v ề a ó c đ ợ c bù lồi góc theo thuật tốn tích phân chinh lỗi g ó c bậc T n g tự v ậ y giá trị độ tă ig v ề vận tốc c ũ n g bù lỗi vận tốc theo thuật tốn thích hợp V iệ c chinh lỗi gcc bù lỗi vận tốc đảm bảo ràng khối B P hoạt đ ộ n g lốt ng a y tốc độ cập nhật k hu ng liệu 8H z.

Sau thực bù lỗi g ó c chinh lỗi vận tốc x o n g vi đièu khiịn trung tâm truyén k h u n g liệu Khối B P đ ợ c gắn ban mạch đ iệ n tử Bản m ch thực hiên nhiệm vụ c u n g câp ngu n nuôi thực hiên chuy ên đối dừ liệu sang chuẩn R S

Hnh 4: Bàn mạch giao tiếp ỈHnh 5: Bủn mạch nguồn

Q G T Đ -

quả điện áp lối + V ± V hàng g iờ d ồng hồ hoàn toàn đáp ứ ng c ô n g suất tiêu thụ c h o khối BP3Ữ10.

Chương trinh C:

# Các khai báo hàm thư viện int main(void)

í

(

/* thiết tlập đồ học tham số */ /* hiển thị thông tin */

/* thiêt lập tốc độ thu nhận tín hiệu*/ init_quaternion();

ReadData(FileName); I

//Các Hàm Con Của Chương Trinh void ReadData(const char* strFileName)

í

//đọc dừ liệu từ thu dược từ khối IMU ProcessData(dbA);

ì

i

void ProcessData(double dbAị ]) I

//xử lí liệu đọc từ File

// Truyền vào tham số dTHx, dTHy d l'H z processingO;

\ i

void processing(void) r

i

// in thông sổ cùa dTHx dTHy, d T H z // hình

// Gán :THx - dTHx; THy = dTHy; TU/ dTHz;

// Gọi hàm QINTO; C B N ; RPH(); VELQ: Ị

I

II Cac thuat toan

void init quaternion(void) {

//

void CBN(void) {

// }

void RPH(void)// Roll

Q G T D - 05.09

ATNF(); //'Compute Heading/ }

void ATNF(void)

II

void VEL(void) // void QINT(void)

it

\

i

7.2 Báo cáo tóm tắt

T r o n g thời g ian th ự c đề tài Q G T Đ - - tập thề đề đạt những kết sau đây:

• T ín h toán thiết kế h ệ thống D Đ Q T

• X c định đặc trưng đầu v o cùa cảm biến, xây dự ng m hình sai số.

• T h iế t kế thuật to n , c h n g trình hố tham số c huy ên đ ộ n g đối tư ợ n g s o v i c c hệ toạ độ dẫn đ ng cho chế độ làm v iệc khác ( c ó hiệu v k h n g c ó hiệu chinh).

• T h iế t kê phần x lí tín hiệu, tích hợp thơng tin từ nhiều nguồn tín hiệu,

c h u y ể n thuật toán v o PC -box.

• Trên c s đự ng hệ thống dẫn đ n g qn tính hồn chinh

bí»° ỌI thiết b| » J (Inertial M easu rem ent U n it) thương mại hộ

th ố n g c ó tích h ợ p v i G PS, la ^ từ PC -box.

• T h n g h iệ m hệ th ố n g dẫn đư ờng cua ■ tài tác đ ộ n g m ôi trường khai thác sừ d ụ n g đặt p h ò n g thí ng hiệm '' đối tư ợn g chuyến động. • K et hợp v i m ộ t n vị bên (Trung tâm 'i oa h ọ c Kỹ thuật C ô n g

n g h ệ Q uân sự, B Q P ) đế đưa hệ thống D D Q T xây dựi.^ v o thư nghiệm thực địa.

SUMMARY OF ACHIEVEMENTS OF THE PROJECT

M ain results o f the Q G T D project can he s u m m a r iz e d as follow s: ■ D e s i g n i n g the general s c h e m e o f the I N S / G P S s y s te m

■ D e t e r m in in g the errors o f the input s e n s o r s and co n stru ctin g their no ise m o d e l.

■ C o n str u c tin g algorithm and p r o g r a m m in g the m o v i n g parameters o f the o b je cts in n a v ig a tio n c oordin ation fram e in diffe r en t w o r k in g r e g im es (with and w ith o u t adjustment).

■ D e s i g n i n g the sign al p r o c e s s in g parts w h ic h integrate the information from different sig n a l so u r c es and transfer the a lg o r ith m s to the PC -box.

■ Carrying out the test o f the c o u p le d I N S / G P S s y s te m in the laboratory under d ifferen t sim ula ted factors a c tin g to the m o v i n g object.

■ Carrying out the field test in the c o o rp o tio n with another institute

C o n sid e r a b ly contributing to the research ability o f the Departm ent o i'M l 'MS and M ic r o s y s te m s and w id e n in g their international c o rporation; attracting a great num ber o f under- and post-graduation stu d en ts, g i v i n g them ch a n c e s to take part in research f o ll o w i n g the project direction.

7.3 Bản báo, báo cáo khoa học dã công bố

1 Trần Đ ứ c Tân, V ũ N g ọ c H ùng, N g u y ễ n Thăng L o n g , N g u y ề n Phú Thuỳ

Nghiên cứu thiêt kẻ mô cảm biến gia tốc áp điện trờ có độ nhạy cao

H ội nghị toàn q u ố c lần thứ điện tư V C M 0 Hà N ộ i / /2 0 tr

1 -1

2 Tran D u e Tan, H u y n h Huu T u e, N g u y e n T h a n g L.ong, N g u y e n Phu Thuy

N g u y e n V a n C h u c, Designing Kalman Filters fo r Integration o f Inertial

Navigation System and Global Positioning System, p r o c e e d in g s o f T h e 10th B iennial V ie tn a m C o n fe r e n c e on R adio & E le c tr o n ics R F V - 0 Hanoi N o v e m b e r - , 0 , p p 2 -

3 L M Ha, T D T an , N T L o n g , N D D u e , N p T h u y Errors Determination o f the MEMS IMU, V N U Journal o f S c ie n c e , M a th e m a t ic - P h y s ic s , T 2 , N o 2 0 , pp -

4 T D Tan, L M Iia , N T L o n g , H H T ue, N p T h u y Feedforward Structure o f Kalman Filters f o r Low Cost Navigation. Internationa] S y m p o s iu m on E le c tr ic a l-E le c tr o n ie s E n g in e e r in g (I S E E 0 ) Oct - 0 , H o C h iM in h City, V ie tn a m , pp 1-6

5 T D Tan, L M Ha, N T L o n g , N D D u e , N p T h u y , Integration o f Inertial Navigation System and Global Positioning Svstem: Performance Analysis and Measurements, International C o n fe r e n c e on In tellig e n c e and A d v a n c c S y stem s I C I A S 0 , 25th - th N o v e m b e r 0 KL C o n v e n tio n C enter K uala Lumpur, M alaysia.

6 T D Tan, L M H a , N T L o n g , N D D u e, N p T h u y , Land-Vehicle ME MS IMS/GPS Positioning During GPS Signal Blockage Periods, to be p ub lished to V N U Journal o f S c i e n c e , N o 4, 0

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÕNG NGHỆ VIỆT NAM Bộ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

Bộ CÔNG NGHIỆP Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VCM2006

TUYỂN TẬP HỘI NGHỊ TOÀN QUỐC LẦN THỨ VÈ ■ ■ ■

Cơ ĐIỆN Từ■

Hà Nội, ngày 12 tháng 10 năm 2006

Biên tập

Nguyễn Khoa Sơn Phạm Thượng Cát Phạm Anh Tuấn

Nghiên cứu thiết kế mô cảm biến gia tốc áp điện trỏ’ có độ nhạy cao

Trần Đức Tân Trường Đại học Công Nghệ

Tóm tắ::

Cơng nịhệ vi điện từ (M E M S ) tạo thay đơi mang tính cách rrnng chê tạo linh kiện biên kích thước micrơ, ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp, điện tử dân dụng, quân Bài báo trình bày một số cêt mô cấu trúc cảm biến gia tốc áp điện trờ nhiều bậc tự do Các cảm biên thiết kê c ó kích thước 1.5x1.5 m m 2, áp điện tro được câ' dâm tạo thành mạch cầu Wheaston cho phcp xác định gia tơc nột cách xác Kêt q nghiên cứu giai quyêl vân đề tăng độ nhạy tiêu hình hố cấu trúc cảm biến, đáp ứng yêu cầu ứng dụng đặ: biệt.

Giói thiệu v

cám biến gia tốc chế tạo dựa cô n g nghệ vi c điện tứ vi hệ thống thâm ) cách rrạnh mẽ hâu hêt lĩnh vực y sinh [1 2] công nghiệp ôtô điện tư dân

ị, khoa học kiông g ia n H iệ n nay, vê c bán có ba loại cảm biến gia tốc cám biến gia tốc tụ [3, |, ápđiện áp điện trở Nhìn chung cà ba loại cảm biến có ưu nhược 1 riêng nhưnị cảm biến gia tốc kiều áp trở thông dụng bời un điểm vượt trội độ ' cao giá thàỉh ré, mạch xứ lý tín hiệu đơn giản [5] Với ứng dụng ngày trờ nên tinh i yêu cầu cám biến gia tốc độ nhạy cao, kích thước nhỏ đặt Bài báo tập

Ị trình bày cấu trúc cảm biến gia tốc kiều áp điện trờ ba bậc tự cho phép xác định gia ịnh tiên th eo ba chiêu với kích thước nhỏ c ỡ 1.5x1.5 mrrT Kêt thiêt kc mô phong hướng cho v ệ c chế tạo cám biến dựa sở công nghệ vi c khối sứ dụng phicn SOI thích cho ứng (ụng đo gia tốc tĩnh gia tốc động có tần số làm việc nhó 200 IỈ7.

Nguyên tác hoạt động

2 ỉ Hiệu 'tng áp điện trở

tượng thay (ối điện trớ cúa vật liệu tinh thể tác dụng cua ứng suất gọi hiệu áp điện trớ [6 7], N gu n nhân đặc tính dị hướng cùa dộ phân giai mức nâng lượng Irong g gian tinh Trong silíc chi tồn ba hệ số áp điện trớ không phụ thuộc vào iên hệ dọc) r,2 (liên hệ ngang) 7ĨU (cho liên hệ trượt) Đối với silíc đơn tinh có mậl độ ẫn thấp ó thể coi hệ số áp điện trở 7Tj!, n n 7Ỉ4Ị hầng số Người ta ứng vật liệu biếndạng c màng m ỏng hay cấu trúc dầm Đ ề đạt độ dãn ngang (chiều à chiều r ộ n g l n thi cần chiều dày nhó có the bó qua ứng suất dọc Lúc phan lư ện trớ ấ y vật biến dạng c a mạch điện xứ lý thiét kc cách

ứng.

2.2 Cảm tiến gia tốc áp điện trở

'ị cảm biei gia tốc áp điện trở độ dịch chuycn cúa khối gia trọng làm dầm biốn Điện trở đưrc cấy dam biến đôi tý lệ thuận với gia tốc tác dụng lên khối gia Các cảin bitn loại thường chế tạo theo công nghệ vi khối mật c ắ u trúc thanh

im khối gia trọng tạo hình bầng ăn mòn nhiều bước Việc cấy tạp chất nồng độ cao sẽ ra ápi điện trờ cấu trúc dầm treo vật nặng.

êu cẩui khắt khe cam biến nhiều bậc tự (irong báo ba bậc tụ do) dộ yến tính lớn ành hường mode hoạt động (người ta gọi dộ nhạy pháp tuyến) phai lò M ặt khác, cám biến phai đáp ứng yêu cầu độ nhạy cao Ihco hưởng lịnh tiỏn Đc oá mãin tiêu chi trên, cơng trình mội cấu trúc c ó kích thước 1.5*1.5*0.5 mm ' em hình 1) bao gồm khối gia trọng treo bời hệ thống dầm chù’ chi dã đề lất K íc h thước dầm x * 10 u m 3.

Hình l Cảm biến áp điện trở chiều nhìn từ trẽn xuống

li cámi biến chịu tác dụng gia tốc tịnh tiến theo phương (hình 2.a) thỉ khối gia trọng sc uyến đ ộ n g lên xuống Khi cảm biến chịu tác dụng cùa gia tốc tịnh tiến theo phương ngang ình b ) thi khối gia trọng bị lệch theo X Y Đ ộ lệch cúa dầm chịu tác dụng gia : gâ’.y nên ứng suất tuyến tính.

ic áp đ i ệ n trở thiêt kê áp điện trớ loại p có điện trớ thay chịu sức căng Sự ay đối điện trở biến đổi thành tín hiệu điện nhờ sừ dụng mạch điện xứ lý bên ạch cầiu Wheaston Trong thiết kế này, 12 áp điện trơ loại p cấy dầm theo các rớng tirnh thể < 10> <1 0> silíc (1 0 ) nhờ trình khuếch tán.

/»

jN «

Az

11

(Ty • Ax, A r I

Hình Dó dịch chun cùa cáu trúc tác dụng cua gia lốc tuyến linh

Thiết kế m ô p h ỏ n g

íc thơnig số hình học cứa cám biến gia tốc định tới thông số quan trọng độ nhạy

IC số dao động tự nhiên Hiện tại, có hai phương pháp đê thiết ke mơ phong m biếm vi điện từ phương pháp phần từ nút (S U G A R ) phương pháp phan tư hữu hạn .NSYSỈ) Trong báo chúng tơi thực mơ phong bang chương trình A N S Y S [81 thịng .a hình thức lập trinh Tư tương phương pháp phàn tư hữu hạn (FKM) nói chung A N S Y S i riêng; chia cấu trúc thành tập hữu hạn miên liền không liên kêt

3àn toàn với khăp mặt biên cúa chúng Dộ dịch chuyên vị trí, biến dạng, ứng suất

xạc x c định miền Mồi m iền gọi phần tư hữu hạn

lơ hình phan tứ hữu hạn (1'liM) cua cảm bicn chia hrới dày đặc dầm nhăm xác nh chí nh xác phân bõ ứng suất (xem hình 3) Điêu có ý nghĩa lớn quycl định tới vị trí iy áp điện trở c h o tín hiệu đưa lớn Một lưu ý quan irọng vị trí iy áp điện trờ phái đảm bảo cho gia tốc pháp tuyến nhỏ Kết mô phong thê ên hinih phân bố sức căng dầm.

ó nhiều phương pháp đề xác định m o d e dao động thiết kế ta sử dụng thuật toán lock_Ị„anczos Các tần số cộng hưởng mode dao động theo trục X Y 7 liệt kê ong bả^ng 1.

Hình P hát sin h lư i thích ứng cấu trúc cam hiến

Hình Phún bổ ứng suất cúc dầm theo trục X y chịu tác dụng bời gia lốc lịnh liến Az

Bàng l Các mude cộng hường cùa cam biến gia tóc

Mode Tân sô (H z) Ghi chú

ì 0 Dao động theo trục 7.

2 ~ 9 0 Dao đ ộ n j theo trục X

3 9 0 Dao dộng theo trục Y

ình kết phân bố úng suất dầm thứ chịu tác dụng gia tốc tịnh tiến

z. Nhịận xét ứng suất dọc theo dầm đóng vai trị định so với ứng st pháp

/ến ứng suất trượt Mình cho ta kết qua phân bố ứng suấl dọc tất dám ịu tác dụng gia tốc tịnh tiến A x , Ay Az Điều có ý nghĩa định tới hoạt động a cám biến.

P0IT1 IT Ơ * IV» n T lf C * l PAT* vtơr

AN

Hình Phân bổ ứng suất dầm thứ nhắt chịu túc dụng bời gia tốc tịnh tiến Az

K hoảng cách (mn)

Hĩnh Phân bố ứng suất dục cúc dầm chịu túc dụng hưi cúc gia tóc tịnh tiến Ax, Ay Az

dữ liệu thu ¿ược từ hình 6, ta c ó thể xây dựng báng thay đối trớ kháng ứng với cá trường hợp : gia tốc tịnh tiến A x , A y A z tác dụng Kết từ báng sử dụng trực tiếp cho lính n vị trí đặt 12 áp điện trớ dâm.

Ban? Bàng thay đổi trờ kháng cùa áp diện tro có gia tốc túc dụng

ARxl/R ARỉi/K ARxì/R ARx4/R ARyl/R ARy2/R ARyJ/R ARy4ÀR ARzl/R ARy2/R AKz3/R A R 7-ị'Tỉ

K b -b b - c l -c2 cl c2 -b b -b b

/ -cl -c2 cl c2 b -b -b b -b b -h b

1 a -» a -a a -a a -a -a a a -a

ĩó < c l < cl « b (khoảng 100 lẩn)

I KJ|«I '.liu I J\ liit u n I

Hình Xác định vị trí đặt áp điện trờ trẽn dam

khi xác định phân bố ứng suất dầm, điều quan trọng dó xác vị trí đặt áp điện trờ cho khuếch đại tối đa tín hiệu m o n g muốn, đảm bảo tính đối xứng nạ ch cầu giảm thiểu tín hiệu gia tốc pháp tuyến Hình 7(a) m tả vị trí đặt áp điện trờ

7(b) kết cụ cùa chư ng trinh tính tốn xác định vị trí này.

r X -H

y

Kỵ I

_ r~] R»l

F -1

Fi _.ỵ' 1r K»?

Ị i-' ■■■

•' ỉ — J •

trinh s Sơ dồ mạch điện cua cầu Wheasion cam hiến

ố thề xác định độ thay dôi trở kháng tương đối áp điện trớ theo c ô n g ihức sau:

M (1.)

/Tị ịơị + / r , , , + ĩĩịỊƠỊ + /ĩl4 T4 f K|Sr -I ĩĩuJ b K

I ơ ( ir= 1,2,3) ứng suất pháp tuyến r, (i ) ứng suấl trượt Các hệ số n\'

.6) hệ số áp điện trớ theo hệ trục bất kỳ.

hững thảo luận phần 2.1 ta thấy ràng n\y, 7ĨU , 7ĩ\ị 7t\h hàng Từ kết qua

l hình trình bày, ta thấy ràng ứng suất cr2 vàƠT nhò so với ơ! Hiện tượng có inh h ng đôi chút tới độ nhạy cùa cảm biến Cụ thể cần tránh đặt áp điện trớ gần :ủa dầm (xem hình 5) Vì thế, phương trình (1) có thề viết lại sau:

^ ~ n \\ơ \ ^ (2)

1 xét với phương trình thu chí cịn hàng số áp điện trơ 7t'n đóng vai trị t định Bản chất 7Ĩ11 hệ số áp điện trở song so ng với v e c tơ cư ng độ điện trường lật độ d òng điện, vi ký hiệu n ứ Và tương tụ cịn c ó hệ số áp điện trờ

Ig góc n n. T heo hướng < 10> <1 10> hai hệ số biếu diễn sau:

*n = “ (*1

: mạch câu W heaslon sứ dụng đế xác định thay đối trơ kháng cua áp điện trớ cảm biến Mười hai áp điện trờ nối với đê tạo thành ba mạch cầu (A x Ay A/.) 1 bốn dầm m ô tá hình Khi cám biến hoạt đ ộ n g điều kiện lý tướng, điện I băng người ta gọi cầu cân bang Khi ứng suất thay đồi mạch cầu trở nên cân Ig gâ) điện xác định lối Các điện xác định sau:

V r

-y 2=

'ARxì

, Rx\ \R y \ Ry\ ARz\ ầRx2 Rx &Ry2 Ry2 ARz2 ARx3 Rx3 ARy3 Ry3 ARz3 /\Rx4'

f Rx

ARy4) + ~Ry4~

ARz4

( )

y LS.KZ1 A K z l IxKZi A Kzq

~ V Rz\ ~Rz2 ~ R z + ~Rz4 ~;

i cám biển chịu tác dụng cùa gia tốc Az ta xác định điện lối nhờ bang hình hư sau:

Y,= — V„ Rz\

V = 0 V r 0

= a

\ cám biến chịu tác dụng cùa gia tốc Ax:

V I - b V = ( c - c l) /2 0

V - 0 jna tự cám biến chịu tác dụng cùa gia tốc Ay:

VI - (c2-c )/2 -ỳ V2 = b V3 - 0 Ket luận

háo thiết kế m ô thành công cám biến gia tốc áp điện trờ ba chiều với kích thước I 1.5* 1.5 X0.5 m m J Hiệu ứng áp điện trở ứng dụng để xác định gia tốc tác động v 1 biến Ngơn ngữ lập trình A N S Y S đóng vai trị định v iệc xây dụng cấu trúc r vị trí cay áp điện trờ Chương trinh thiết kế mask L-F.DIT sử dụng để thiết ké ỉk đế chế tạo thành c ô n g cám biến Dài hoạt động cùa cảm biến I 5g dái tần hoại động 00 IIz Bớ; nên cảm biến thích hợp với ứng dụng đặc biệt xác định ngôn ngừ rời câm điếc đặt cảm biến găng tay nhằm xác định chuyến đ ộng tay ngón

liệu tham khảo

J.C.Lotters, J.Schipper P.H.Veltink, W.Olthuis P.B ergveld Procedure for in-use calibration

ricixial accelerometers in medical applications, Sensors and Actuators A , pp22 ] -228 1998. L c Spangler, C.J K em p, “Integrated silicon automotive accelerometer". Sens Actuators, ị, (1996), pp. -5

Tran Du: Tan N g u y e n Thang Long, N g u y en Phu Thuy, Mechanical and Electronic Design o f lacitive Accelerometers. International Conference on M echatronics T e c h n o lo g y (IC M T 0 ) laysia, 2005.

F.Rudol:', A Jom od, J.Bergqvist, H.Leuthold, “ Precision accelerom eter with J i g resolution”, s Actuator A /A , (1 9 ), pp 29 -3

Dxung Viet Dao, Toshiyuki Toriyama, John W ells and Susu m u Sugiyam a Silicon 'zoresistive Six-Degree o f Freedom Force-Moment Micro Sensor, Sensors and Materials Vol

N o.3, pp 113-135, 0

C.S.Smith, Piezoresistance Effect in Germanium und Silicon, Physical Rev V0I.94.N0.I

42-49, 1962.

O.N Tufte, E.L Stelzer Piezoresistive properties o f silicon diffused layers, J Appl Phys

.34 N0.2 pp.3 -3 , 1962 ’

ww w.m ece.ualberta.ca/tutorials/ansvs.

ovwnber 6-7, 2006 Hanoi, VIetn

- Ể' r»- «

/:■ ' i ! ‘ r r i n i ; ; ; Ä

IEEE

COMMUNICATIONS

D esigning Kalman Filters for Integration o f Inertial Navigation System and Global Positioning System

T D Tana, H H Tue*'c, N T Long*, N p Thuy*b, N V Chucd

a Faculty o f Electronics and Telecommunication, College o f Technology, VNU, Hanoi b International Training Institute fo r Materials Science (ITIMS), HUT, Hanoi

c Laval University, Canada

d Center f o r Military Technique and Technology

A bstract— Due to the stron g grow th of M EM S

technology, the Inertial N avigation System (INS) is w idely ap p lied to n avigation and guidance of aircraft m ovem en ts H o w ev er, th ere are existing errors in the accelero m eter and g y ro sco p e signals that cause u n accep tab le d rifts T o m inim ize these effects o n th e INS sy stem , a G PS is usually em ployed sim u ltan eou sly w ith an IN S in order to increase the d im en sion o f the system ; the desired p aram eters are estim ated by the K alm an filtering technique applied to th e en larged system In this paper, vve p resen t a structure sistin g o f a K alm an Filter (K F) o f w hich th e in p u t is the difference b etw een the noisy INS ou u t and the noisy G PS output; th e outp u t o f K F is finally introduced into the u n aid ed INS system In this

structure, IN S errors are com p en sated by a

feedforw ard and a feed b ack loop The overall

p erform ance o f the system is analyzed by

sim ulation; and results show th at this technique substantially im p roves th e quality o f th e navigation and guidance system s.

1 IN T R O D U C T IO N

The d em and o f n av ig a tio n a n d g u id a n c e has been urgent for m a n y y ea rs In fact, G P S have been em p lo y ed w id ely in m an y a p p lic a tio n s w hile INS are d aily used in c o n tro llin g flig h t dynam ics N ow adays, w ith the stro n g g ro w th o f M icro- E le ctro -M ec h an ic al-S y stem (M E M S ) technology, there appears a new tren d in n av ig atio n and g u idance d o m ain [5 ]: it c o n sists o f th e integration o f IN S and G P S alto g eth er In te g tin g these tw o m ethods can im prove the p e rfo rm a n c e o f the sy stem and red u c e c o n c u rre n tly th e disad v an tag es o f b oth INS an d G PS [1],

II INS and GPS

A In e rtia l N avigation System (INS)

An INS often co n sists o f th ree ac ce le ro m e ters and three g y ro sco p es in o rd er to m easure the accelerations in th ree d im e n sio n s an d the rotation rates aro u n d th ree axes T h e stro n g ly developm ent o f M E M S tech n o lo g y h as b ee n a stim ulus to w iden the ap p licatio n are a o f IN S T oday, an

Inertial M e a su re m e n t U nit (IM U ) even has got o nly one tri-ax ia l g y ro sco p e and one tri-axial a c ce le ro m e te r [6 ], [7].

T here are tw o ty p ic al INS system s: g im ble system an d strap d o w n sy stem [3] T he strap d o w n INS sy stem has b ee n u se d m ore p o p u la r th an gim ble sy stem T h e strap d o w n sy stem is m o stly based on the M E M S te c h n o lo g y that is rela tiv e ly in e x p en siv e an d com p act In stra p d o w n system , a c ce le ro m e ters and g y ro sco p e s are fixed to body fram e o f th e airc ft S ignals from th ese sensors are p ro c e sse d in o rder to o b ta in th re e Euler angles T h e resu lts are co rrec ted b y gravity a c c e le tio n and E arth ro tation v elo city

T h e o rie n ta tio n o f the airc ft is d eterm in e d by th ree E u ler a n g les 6 , <f> ( s e e F ig 1) T h e

f o llo w in g e q u a t i o n s h o w s th e r e la tio n b e t w e e n v e l o c it ie s o f r o ll, p itc h , y a w (p , q a n d r) a n d t h r e e E u le r a n g le s :

- - ~

ệ ' \ sin <f> tan COS Ộ tan 0^ P

9 = COS^ - ú n ệ <7

V sin ệsec 6 COS 0sec ff y r

- _ _ _

T hen, w e in te g rate Equ (1) to o b ta in th re e E uler angles

X

Figure I Three Euler angles

T hree a c c e le tio n s (a „ a y a n d az) a lo n g th re e axes o f body fra m e relate to th re e v e lo c itie s (U , V and W ) in th e E arth fix ed fram e by fo llo w in g equation:

U - a x + V r - W q + g.siné? V - ay ~ U r + W p - g.cos#.sin(tf

W = a, - U.q + W p - g.cos^.cos^

(2)

A fter in te g ratin g Equ (2 ), w e can o b ta in U, V and W By u sin g D irect C o s in e M atrix (D C M ), w e can convert th e m o v e m e n t fro m E arth fix ed fram e to n av ig atio n fram e:

(3)

X V u

Y = VE = D C M r V

Z w

- _

W here:

DCM =

c o i cos y ' c o s t f s i n y ' - i \ n d s in # a in # c o s p '- c o s ^ s in p ' tin ^ n n s i nr + c o i ^ c o t ^ s in # c o s d c o s ^ s in lc o s p ' + sin ^ sin ^ cos ^ sin 8%inp - s in f^ c o s ^ cos (i c o t 8 W e can p o sitio n the a irc ft b y in te g tin g the Equ (3) T h en , w e c a n o b ta in th e la titu d e , longitude and heig h t o f th e a irc ft b y fo llo w in g equations:

X =

-' earth R ,ar,h C O S A

H = - V n (4)

T here are m an y k inds o f e rro rs in the IN S M ost o f the errors in the IN S are c a u se d b y se n so r im perfections M ost c o m m o n erro rs in stra p d o w n INS ca n be su m m arized in T a b le

Table Common e rrors in the IN S

A lignm ent Roll, pitch, yaw

G yroscope B ias, drift and scale factor errors A ccelerom eter Bias, scale factor erTor Random n oise Random error

A d isc re te IN S a lg o rith m w as developed in our lab in o rd e r to d ev e lo p a co m pleted Inertial M e a su re m e n t U n it (IM U ) The detail o f this d isc re te alg o rith m w ill not be presen ted in this paper

B G lo ba l P o sition ing System (GPS)

T h e G P S co n sists o f 24 satellites w h ich fly above the su rfa c e o f the E arth at the height 19.200 km in o rd e r to a c q u ire the p o sitio n o f the aircraft (la titu d e , lo n g itu d e and h eig h t) [2], R adio signals o ften h a rd ly tra n sm it o v er solid buildings, tu n n e ls T o g et th e corTecr position o f the airc ft; it re q u ire s at least fo u r satellites They can se p a te the G P S into th ree segm ents (see Fig 3):

S p ace se g m en t: c o n sists o f 24 satellites C o n tro l se g m en t: gro u n d control

U se r se g m en t: r e te iv e r (civil and m ilitary p u rp o se s)

L _ ln p g _ Errors

F igu re Structure o f the GPS

E rrors in the G P S m o stly cau sed by six follow ing factors (n o t in c lu d in g S ele ctiv e A v ailability en-or):

E p h e m e ris d ata S ate llite clo ck M u ltip a th re fle c tio n A tm o sp h e ric delay

R a n d o m m e asu re m e n t noise R e c e iv e r (in c lu d e softw are)

III IN T E G R A T IO N O F INS A N D G PS USIN G K A L M A N F IL T E R IN G

T he IN S sy ste m h as tw o m ain advantages when co m p a rin g w ith o th e r n av ig atio n system : self- c o n ta in e d a b ility a n d h ig h accu rac y for short term n av ig atio n T h e se rio u s p roblem o f the INS caused by a c c u m u la tio n o f g y roscope and

a c c e le ro m e te r erro rs T herefo re, in long-term n a v ig a tio n a p p lic a tio n s, the INS w orks w ith the aid o f o th e r sy ste m s su ch as radio navigation sy ste m s (L o n , T a c a n ), satellite navigation s y ste m s (G P S , G L O N A S S ) The im portant a d v a n ta g e o f th e se sy ste m s is stable perform ance C o n s e q u e n tly , th e re is a g rea t need for integration o f IN S a n d one o f th e se system s The integration o f IN S and G P S is co n sid ered an optim al c o m b in a tio n T h e h e a rt o f integrated system is K a lm a n a lg o rith m [4]

T h e K a lm a n filte r is a m ultiple input, m ultiple o u u t d ig ita l filte r th a t c a n optim ally estim ate in real tim e the sta te s o f th e system based on its n o isy o u u ts T h e se sta te s are position errors (la titu d e , lo n g itu d e, h e ig h t) and velocity erro rs (V N, V E, V D) o f th e IN S T h e G PS output is used as a tool to estim a te th e e rro r in the INS and to c o rre c t the e rro r as m u c h as possible W e call this is the G P S -a id e d IN S s y ste m configuration [8], 9] L o o k in g at the sta te sp a c e m odel:

x = Fx + Gu

Where:

(5)

F = F„

F„ G =

0 ( ) ( x J )

0( » )

u =

w h ere f*1 is the a c c e le tio n o f the aircraft in the b o d y fram e, F is th e d y n a m ic m atrix (obtained by partial d eriv a tiv e s), x is th e state vector, G is the d esig n m atrix a n d u is th e fo rcin g function B e c a u se o u r n a v ig a tio n sy stem w orks in real tim e m ode, w e co n v e rt e q u a tio n to its discrete tim e form :

+ w k (6)

w h ere <Dk is the sta te tra n sitio n m atrix, w k is the d riv en resp o n se a t tk+l d u e to the presence o f input w h ite n o ise d u rin g tim e interval (tk, tk+1)

B e c a u se this tim e in te rv al is sh o rt (it m eans that the u p d a te rate o f th e IN S is high), w e can a p p ro x im ate O k as:

= e (fA,> * l + F A t (7)

and th e co v arian ce m a trix asso ciated with w k is

Qk = £ [w i w [ ] * O t G!3GrO[A/ (8)

w here

Q = d i a g { a l a ]y a ] , a I a l a

L o o k in g at the o b se rv a tio n equation:

z k = H k x k + v k (9) w here

’ ^ k ~ (-^3-j 3, 3103><3 ) and

v " i n s ~ ^ g p s )

Ri = £'[v*vi }=diag[ a \ a), <7¡ ] is the c o v a rian c e m atrix for v k

In this system , w e assum e th at the p ro ce ss noise w k and the m e a su re m e n t n o ise v k are u n co rrela te d F ig u re sh o w s the K F loop im p lem e n te d after w e im itate the estim a tes o f the state v ec to r and the c o v a rian c e m atrix

Prior M ini«»

\ fr

A , =

T, - + A’, ( - , - H , i

V Crop irte tc«»w

loi uffiimt, e u m w t

rk- ( ! - KkHk\p;

F igu re Kalm an F ilte r loop

Fig illu strate s an o pen loop (o r fee d fo rw ard ) c o n fig u ratio n Its ad v a n ta g e is that p ro v id e s a rap id filte r resp o n se A lte rn a tiv e ly , the c o n fig u ratio n in F ig is a c lo sed loop one T his c o n fig u ratio n is m o re com p lex than the o p en loop o ne b u t it ca n p ro v id e b etter p e rfo rm a n c e in th e ex ist o f n o n lin e a r effects In o u r p ro jec t, the fee d fo rw ard co n fig u tio n is ch o sen in o rd er to p ro v id e fast p erfo rm an ce

INS v e la c ty IN S e rro r ^ ^

♦

< >

C o rre c te d o u u t

T rue p M N » rv v tlo c tfjr ♦ CPS error

Figure Feedforw ard configuration

INS

T rue p o rtio n ,

vc to e ty ♦ IN S error C o rre c te d o u u t

GPS

L i te n d ía n o f IN S error True p*ntiorv ~"

« « lo e fy ♦ CPS error

K a lm a n F ilt e r

F igure Feedback configuration

IV S IM U L A T IO N R E S U L T S

As m e n tio n e d ab o v e , six states w e re c o n sid e re d and K alm an filter w as u sed to e s tim a te the IN S errors The IN S can g iv e out c o rre c t v a lu e s o f the po sitio n by su b tra c tin g the n o isy IN S to the estim ation o f the IN S errors

T he traje c to ry m e n tio n e d in th is p a p e r w as obtain ed by A ero sim B lo ck se t, w h ic h is o n e o f F light D y n am ic C o n tro l (F D C ) p ro g m s T he standard d ev iatio n o f th e se n so rs c h o s e n w as 30 m G al The sta n d a rd d ev iatio n o f th e G P S w as 20 m T h e sim u latio n tim e is 100 s, th e IN S u p d ate period is 0.02 s, the G P S u p d a te p e rio d is s and the K alm an filter tak es 0.5 s to u p d ate the estim ated results

F igure 7-9 sh o w the o u u t o f o u r p ro g m s Fig and Fig sh o w th e p o sitio n o f th e a irc ft alo n g N orth and E ast d ire c tio n on th e E arth in stea d o f the latitude a n d the lo n g itu d e T h e re a so n is that w e can p re v e n t n u m e ric a l in sta b ilitie s in calculating th e K alm an gain

Figure Distance a long N orth

Figure Distance alo ng East

Figure Altitude o f the a ircraft

W e can see th a t the un-aided INS dev iates from th e ideal trajecto ry by a large distance The K alm an filter can trace the ideal trajecto ry quite w ell b u t it is n o t m uch b etter than the G PS But in c a se the SA is introduced o r the aircraft is flying in d ifficu lt en v iro n m en ts, the accu racy o f the K a lm a n is still b e tte r than the G PS (see Fig 10) O b v io u sly , the K alm an could not provide the a c c u c y as it can p erform before

F igu re ¡0 A ltitude o f the a irc ft in case deviation o f the GPS is increased.

V C O N C L U S IO N S

In th is paper, a six state K alm an filter was p ro p o se d to be u sed in o rd er to enhance the q u a lity o f a c o m b in ed G PS 'a n d INS system S im u la tio n results show that this p ro p o sed system w o rk s q u ite w ell for several different en v iro n m en ts In fact, the K alm an filter trem en d o u sly im proves accu racies com pared to th e G P S and IN S w hen o p erating alone as in d iv id u al navig atio n system s T he accuracy o f e s tim a te d param eters is im proved by increasing the dim en sio n o f the s y s te m s ’ states space O b v io u sly , by its sim plicity, this m odel can be e m b e d d e d easily into a real tim e system

Acknowledgements: This work was supported by the QGTD0509 project.

VI R E F E R E N C E S

Periodicals:

[1] Omertmshich, “ Integrated [N S/G PS N avigation from a Popular Perspective", Journal o f Air Transportation, V ol 7, No I, 2002, pp 103-1 19

Books

[2] Parkinson, B W , and Spilker, J.J.Jr., “G lobal Positioning System : Theory and A pplications”, V olum e 1, AlAA,

W ashington D C , 1996.

[3] C ollinson, R P G , “ Introduction to A v io n ic s”, Chapman and Hall, London, 1996.

[4] Grewal, M S., W eill, L R , and Andrew s, A P , “Kalman Filtering: Theory and Practice using M A T L A B ", John WHey and Sons, N ew York, 2001.

Papers from Conference Proceedings

[5] Randle, S.J., Horton, M A , “Low Cost Navigation U sing M icro - M achined T ech n ology” , IEEE Intelligent Transportation Systems Conference, 1997.

[6] H T Urn, J W Song, J G L ee and Y K Kim, “A Few deg/hr R esolvable L ow N o ise Lateral M icro gyroscope",

Fifteenth IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, 2002, pp 627-630.

[7] T.M ineta, S K obayashi, Y W atanabe, S.Kanauchi, I.Nagakawa, E.Suganuma, M E sashi, “T hree-axis capacitive accelerom eter w ith uniform axial se n sitiv ities”, Transducer 95 Srokholm Sweden, 1995, pp 4-577.

[8J Panzieri, S., Pascucci, F., U livi, G , “An Outdoor navigation system using G PS and Inertial Platform”, IEEE ASM E Transactions on Mechatronics, V ol 7, N o 2, June

2002

[9] W olf, R., E issfeller, B., H ein, G.W , “A Kalman Filter for the Integration o f a Low C ost INS and an attitude G PS” ,

Institute of Geodesy and Navigation, M unich, Germany.

VIETNAM NATIONAL UNIVCflSITV, HANOI JOUnNHLOF SCICNCC M A T H E M A T IC S - PH YSIC S

T X X I I , N - 0 6

CONTENTS

1 Nguyen Dlnh Due Nguyen Tien Dac, Determining the plane strain

bulk modulus of the composite material reinforced by aligned fibre Luu Manli Ha Tran Due Tan, Nguyen Tliang Long,

Nguyen Dinli Due, Nguyen Phu Tliuy, Errors determination of the

Mcms ¡mu (i

3 Nguyen Xuan Han, Quantization of axial vector field 15

4 Nguyen Vu Luong, Sharpening mean-form and cyclic inequality 21 Nguyen Trung Tinli, Searching for photonuclcar reaction on

natural Ti with 65 McV bremsstrahlung 29

6 Tuan DoTrung, Tao NguyenVan, Watermarking model in

database systems 33

7 Do TrungTuan, Nguyen Thi ThanhDuyen, Deductive model for

active database systems 42

8 Nguyen Quang Bau, Quantum theory of the absorption of a weak clctromagnetic wave by the free carriers in two dimensional

Errors Determination o f the M em s IMU

E R R O R S D E T E R M IN A T IO N O F T H E M E M S IM U

L uu M a n h H a T n D ue T a n ", N g u y en T h a n g Long *, N guyen D in h D ue b a n d N g u y en P h u T h u y

° F acu lty o f E lectronics a nd Telecommunications, College o f Technology, Vietnam N a tio n a l

University, H anoi

‘‘D epartm ent o f Science a nd Technology, Vietnam N a tio n a l U niversity, Hanoi.

1 I n t r o d u c t i o n

N o w ad ay s, n a v ig a tio n a n d g u id a n c e a re v ery im p o rta n t p ro b le m s for m a rin e , a e ro n a u tic s a n d sp a ce te ch n o lo g y I n su c h s y s te m s , I n e r tia l M e a su re m e n t U n its (IM U s) a r e w idely u se d a s the core of th e I n e r tia l N a v ig a tio n S y s te m s (IN S) [1] In p rinciple, a n IM U c o n s ists of gyroscopes and ac c e le ro m e te rs w h ich m e a s u r e a n g u la r velo cities a n d ac c e le tio n s in th r e e d im e n sio n s R ecently, t h a n k to th e d e v e lo p m e n t of M E M S te chnology, th e IM U s becom e s m a lle r, c h e a p e r a n d m ore precise H ow ever, th e r e a re s till p ro b le m s w ith M E M S b ased th e IM U s w h ich a r e n e c e s sa ry to be solved T he p o sitio n e r ro r of a n IN S in c re a s e s p id ly w ith n a v ig a tio n d u e to th e in te g r a tio n of m e a s u r e m e n t e r r o r s in th e g y ro sco p e s a n d a c c e le ro m e te rs In o rd e r to m a k e th e c o rre c tio n s, th e e r ro rs are c la ssifie d in to d e te rm in istic e r r o r s a n d stochastic e rro rs [2],

To e lim in a te th e d e te r m in is tic e rro rs, we ca n specify th e m q u a n tita tiv e ly by c a lib tin g th e device I t is, h o w ev er, m o re com p lex in d e te rm in a tio n of th e sto c h a stic e r r o rs .An o p tim a l filte r such a s K a lm a n one is o fte n u se d I n th is case, th e p a m e te rs of th o se s to c h a s tic e r r o rs m u s t n e c e s sa ry to b e specified In t h i s p a p e r, w e h a v e d e te rm in e d noise p a r a m e te r s of b o th d e te r m in is tic and s to c h a s tic e r ro rs of M E M S b a s e d th e IM U s F o r th e d e te rm in is tic e r ro rs , a p re c is e r a te ta b le h as b e e n u sed a s a c a lib r a tio n device F o r th e sto c h a stic e rro rs, we h a v e tr ie d tw o d iffe r e n t m e th o d s PSD a n d A lla n v a ria n c e T h e P S D is k n o w n a s a c lassica l m ethod to a n a ly z e sig n a l, w h ile A lla n v a ria n c e is a n ew m e th o d w h ic h c a n show m o re in fo rm a tio n th a n th e PSD C o m b in in g th e s e tw o m e th o d s will give u s a re lia b le n o ise m o d e l t h a t is ap p lie d d ire c tly to th e N oise E lim in a tin g Block (NEB )

2 M e a s u r e m e n t a n d c h a r a c t e r i z a t i o n

In th is stu d y , w e u s e d th e M IC R O -IS U B P 3010 w hich c o n sists o f th re e A D X R S300 gyros an d th r e e h e a t c o m p e n s a te d A D X L E a c c e le ro m e te rs [3] T h e m e a s u re m e n ts a r e s y n th e s iz e d by IM U ’s m ic ro -c o n tro lle rs a n d tr a n s m itte d o u t via R S 232 in te rfa ce T h e u n i t tr a n s m its o u u t d a t a as a n g u la r in c re m e n ta l a n d velo city in c re m e n ta l d a ta in se ria l fra m e s of 16 b y te s a t one of th e user- se le c ta b le fre q u e n c ie s o f H z, 32 H z, 16 H z o r Hz

F ig u re 1: T h e M IC R O -IS U B P 3010 - A M E M S u n it

2.1 D e te r m in is tic e r r o r s

Ernrs Determination o f the M em s IM U

Whe-e ( i = x, y, z) a r e a c c e le ro m e te r a n d gyroscope e r ro rs e x p re sse d io th e body fram e

a - V ccelerom eter b ia se s [m /s2].

a j; - A ccelerom eter sc ale fac to r [ u n it less],

a - - A ccelerom eter in s ta lla tio n e r r o r ( / * j ) [u n it less]. a ■ V ccelerom eter o u u t in b ody f m e c o o rd in a te s [m/s2] /?, - jy ro b ia se s [rad/s]

P n - Gyro sc ale fac to r [ u n it less].

P Gyro in s ta lla tio n e rro r ( i & j ) [u n it less]

p.JkGyro d rift d e p e n d in g on a c c e le tio n , fle x u re e rro r [m /s2]

<2/ -Gyro o u u t in body fra m e c o o rd in a te s [rad/s].

In th is p a p e r, all i n s t a ll a tio n e r r o r s a n d flexure e rr o rs w ill be n eg le c te d b ec a u se th e y a re very sm all All of r e m a in in g d e te r m in is tic e r r o r s a re d e te rm in e d by th e a c c e le ro m e te r a n d gyroscope calibrations

a) Accelerometer c a lib tio n

In th e c a lib tio n p ro c e d u re of th e a c c e le ro m e te rs, th e e a r th g v ity h a s been used In th is m ethod, th e IM U is in itia lly p o s itio n e d so t h a t th e Z-axis of th e IM U alig n e d w ith th e lo cation level fram ss U-axis, th e Y -axis of t h e IM U a lig n e d w ith th e N -ax is an d th e X -axis a lig n e d w ith th e E -a x is (Fig.2) It m e an s t h a t th e g v ity c o m p o n e n t w ill affect o nly th e a c c e le ro m e te r alo n g Z-axis by a n

w ï

E rnrs Determination o f the Ments IM U

a m o in t of +g (g = 9.8 m /s2) If th e IM U is th e n ro ta te d 180° a ro u n d th e Y -axis, a n e w m e a s u r e m e n t coulc be ta k e n w h en th e a c c e le ro m e te r alo n g Z-axis se n se s th e n e g a tiv e g v ity (-g ).

W h e i th e IM U w ith th e i ‘h a c c e le ro m e te r alig n ed w ith th e U -axis in th e n a v ig a tio n fra m e , th e o u u t of th ; a c c e le ro m e te r is:

z ' ( a ) = a ; + ( a u + l ) g (2)

R otating th e IM U 180° a ro u n d p e r p e n d ic u la r axis a n d m a k in g a n o th e r m e a s u r e m e n t will give the folloving o u u t of th e a c c e le ro m e ter:

z2( o ‘ ) = a , — (a„ + l ) g (3)

S olv n g s e t of e q u a tio n s (2) an d (3) above, w e can e s tim a te of th e a c c e le ro m e te r b ia s a n d sc a le factor: z ' ( a 4) + z 2(a‘}) zl( a * ) - z 2(a*)

a , = - a n d a,., = -1 (4)

2 g

T h e collecting d a ta p ro ce ss is p e rfo rm e d for a b o u t 10 m in u te s for ea c h p o sitio n , th e n th e d a ta is a v e n g e d to give z '( a * ) a n d z J ( a * ) S e t of e q u a tio n s (4) is fin ally u se d to e x tra c t th e a c c e le ro m e te r b ia s a n d sc a le factor C a lib tio n r e s u lts show ed t h a t th e a c c e le ro m e te r alo n g Z -axis h a s b ia s of 0.13)0 m /s2 a n d scale fa c to r of 0.0041

b) G’roscope ca lib tio n

T h e m eth o d is a c a lib r a tio n p ro c e d u re t h a t u ses a p recise r a te ta b le w h ich c o n ta in s se q u e n c e of different r a te s for e a ch d im e n sio n h a s b e e n m ade u se T h e IM U is in itia lly p o sitio n e d in c e n te r of r a te table a n d each r a t e is ru n a p p ro x im a te ly for 10 m in u te s

T h e ¡rro r m odel e q u a tio n of th e gyro is:

w,i = + ( A + l) ( w y + ) (5)

W he-e is n o m in a l gyro a n g u la r r a te a t ta b le a n g u la r r a te Wj [deg/h, rad /s].

Wj iv erag e ta b le a n g u la r te for d a ta se g m e n t j [deg/h, rad/s]

ii»„ ien se d co m p o n e n t of e a r th r o ta tio n r a te [deg/h, rad/s], /? - tyro b ia s [deg/h, rad /s).

-?yro sc a le factor F ro n (5), we have:

A (> ,„d + (6)

( w t - w ) 2

W e ian th e n e s tim a te gyro b ia s sc a le fa c to r b ased on Eq.6 R e su lts sh o w ed t h a t th e Z -axis gyro h a s b ia so f 0.3172 °/s a n d sc a le fac to r of -0.0070

2.2 Stochastic IMU errors

Som ! sto c h a stic e rro rs t h a t a ffec t th e I n itia l N av ig a tio n S y ste m s a re lis te d a s follow s

• Q u a n tiz a tio n n o is e

Q u a itiz a tio n noise is m a d e from en c o d in g th e an a lo g sig n a l into d ig ita l form T h is n o ise is c a u se d by th e im ali d ifference b e tw e e n th e a c tu a l a m p litu d e s of th e sa m p le d s ig n a l a n d b it re s o lu tio n o f A-D C o n 'e rte r W e can r e d u c e q u a n tiz a tio n n o ise s by im p ro v in g encode m e th o d s, a d ju s tin g sa m p le te , o r increasing b it re so lu tio n

• V h ite n o is e

W h ie noise ca n be a m a jo r so u rc e of th e IM U e rro rs a n d it h a s a c o n s ta n t p o w er s p e c tru m over w h o e freq u en cy ax is A ngle n d o m w alk (for gyroscope) a n d velocity r a n d o m w alk (for a c c e e ro m e te r) a re c a u s e d by th e w h ite noise

Errors Determ ination o f the Mems IMU

T h is is th e n d o m p ro cess o f u n c e r ta in origin, possib le of a lim itin g case of a n e x p o n e n tia lly c o rre la te d n o ise w ith long c o rre la tio n tim e T he gyroscopes a re affected by a n g u l a r r a te ran d o m w alk , w h ile th e a c c e le ro m e te rs a re affected by acce le tio n n d o m w alk

• F lic k e r n o is e

F lick e r n o ise is lo w -freq u e n cy noise te rm th a t show s as b ia s flu c tu a tio n s in d a ta T h is noise is c a u se d by th e e le c tro n ic s o r o th e r co m p o n en ts t h a t a re su sc e p tib le to n d o m flic k erin g

In o rd e r to a n a ly z e s to c h a s tic IM U e rro rs, we h av e u se d th e follow ing m e th o d s:

a) Power spectral density analysis

T he P o w e r S p e c tra l D e n s ity A n aly sis (PSD) describes how th e p o w er is a llo tte d alo n g th e fre q u en c y axis [4], T h e o u u t d a t a o f th e IM U, w hich is collected d u rin g a n h o u r, is a n a ly z e d to give th e PSD F ig sh o w s a log-log p lo t of th e PSD of th e X-axis gyro W e n o te t h a t th e re is a b u n c h in g o f h igh fre q u e n c y a re a I t is d iffic u lt to id e n tify th e noise te rm s a n d th e p a r a m e te r s a s s o c ia te d w ith them T h u s, th e fre q u e n c y a v e g in g te c h n iq u e [5] h as b een u sed to sm o o th th e P SD plot

P o w s r S p » c tm J D > n tü y P o w » r S p c c t a l D e n if ty u » A varm gm g F r t q u a n c y T s c h n iq u *

10' 10’ 10' 10’

F r e q u e n c y (H z) F r e q u e n c y (Hz)

a b

F i g u r e T h e P S D p lo t o f th e X -axis gyro (a) a n d th e P SD p lo t o b ta in e d by th e fre q u e n c y a v e g in g te ch n iq u e (b)

Errors Determination o f the M em s IM U 10

F i g u r e T h e P S D of a c c e le ro m e te r z o b ta in e d by fre q u e n c y a v e g in g technique.

Fig sh o w s th e P S D p lo t of Z -a x is a c c e le ro m e te r o b ta in e d by u s in g th e frequency a v e rag in g te ch n iq u e T h e slopes of t h e c u r v e c o m p rise -2, -1, 0, a n d T h is cu rv e in d ic a te s th a t accelerom eter d a ta in c lu d e s a c c e le tio n n d o m w a lk , a c c e le tio n flic k e r noise, velocity ran d o m w alk, and a c c e le tio n q u a n tiz a tio n n o ise

By u sin g th e c o n v e rtin g f o rm u la in [6], w e o b ta in from th e P S D p lo t th e a n g u la r r a te w h ite noise and th e a c c e le tio n w h ite n o ise a s lis te d in T a b l

T a b l e E s tim a te d w h ite n o ise in th e in e rtia l se n so rs

N o ise te rm X Y Z

A n g u la r r a t e w h ite n o ise °/ yfh ,0 0,0486 0,0578 A c c e le tio n w h ite n o ise ( m /s ) /-Jh ,0 3 0,0030 0,0028

A nalog D evice s ta te s t h a t a n g u l a r r a n d o m w a lk h a s v a lu e s fro m to 6° /-Jh for th e ADXLS300 gyros u sed in th e M IR C O IS U B P IM U I f w e c o m p a re i t to T a b le 1, we c a n see th a t th e w h ite noise level in d e e d lie s w ith in th e lim it of t h e m a n u f a c tu r e r

b) A lla n variance analysis

T h e A lla n v a r ia n c e is s ta tis t ic a l m e a s u r e to c h a r a c te r iz e th e s ta b ility of a tim e-freq u en cy sy stem [7], T h e PSD c a n o nly e x t r a c t w h ite n o ise s t a n d a r d d e v ia tio n I n c o n tra s t, u sin g th e A llan v aria n ce , se v e l o th e r e r r o r p a r a m e te r s c a n be c o m p re h e n s iv e ly d e riv e d

T h e b asic id e a o f th e A lla n v a r ia n c e is to t a k e a lo n g d a ta se q u e n c e a n d div id e it into seg m en ts based on a n a v e g in g t i m e r to p ro c e s s L e t g iv e a s e q u e n c e w ith N e l e m e n t s ^ , k - ,1 , , N - l T h en , we d efin e for ea c h n = l,2 ,3 , ,M < N / a n e w s e q u e n c e o f a v e g e s o f su b se q u e n c e w ith le n g th n:

y ni + y m* i + •••+ y nJ*n-\

j - N - 1 (7) If th e s a m p lin g tim e is A t , th e tim e s p a n w ith in a n a v e r a g e d se q u e n c e o f le n g th n is T = nAt The A lla n v a ria n c e , for a g iv e n s u b s e q u e n c e le n g th n, is d efin e d as:

i 111

<*1 (r N) = - /

' N

2 - >

\ n J

(■xj * \ ( ” ) - Xj (n)) (8)

T h e typical slo p e s of th e A lla n v a r ia n c e for t h e g y ro sco p e a n d th e a c c e le ro m e te rs in log-log plot are sh o w n in F ig w ith d a t a c o lle c te d fro m th e IM U IS U B P d u r in g a n h o u r

Errors Determination o f the Mems IMU

C

o

s

s

S -o s

VI s

F ig u re T h e s ta n d a r d slopes of th e A llan s t a n d a r d d e v ia tio n

T h e log-log p lo t of th e A lla n s ta n d a r d deviation in F ig 6.a in d ic a te s th e p re s e n c e of a n g u l a r r a te q u a n tiz a tio n noise (slope -1), a n g u la r r a te w h ite noise (slope -1/2), a n g u l a r r a te r a n d o m w a lk (slo p e 1/2), w hile a n g u la r r a t e flic k e r noise (slope 0) is a b s e n t T h is r e s u l t is fu lly c o n s is te n t w ith t h a t o b ta in e d by th e PSD p lot

F i g u r e T h e A lla n s ta n d a r d deviation of gyro X (a) a n d of a c c e le ro m e te r Z (b)

F ig u re 6b sh o w s th e log-log plot of th e A llan s ta n d a r d d e v ia tio n for th e a c c e le ro m e te r T h is sh o w s th e p re se n c e of a c c e le ro m e te r q u a n tiz a tio n noise (slope -1), a c c e le ro m e te r w h ite n o is e (slo p e -1/2), a c c e le ro m e te r flick er n o ise (slope 0), a n d acce le tio n n d o m w a lk (slo p e 1/2) T h is r e s u lt is g a in w ell c o n s iste n t w ith t h a t from th e PSD plot In a d d itio n , th is sh o w s th e p r e s e n c e of a c c e le tio n tr e n d (slope 1) t h a t is u n a b le to be in d ic ated by only u sin g th e P S D plot

T h e w h ite noise coefficient is o b ta in e d by fittin g th e slope lin e a t r = B elow th e ta b le s h o w s th e e s tim a te d noise co efficien ts for th e gyros a n d th e ac ce le ro m e ters

T a b l e Id e n tifie d Noise C oefficients, u s in g A lla n v a ria n c e

Gyros Q,( r a d )

(Q u a n tiz a tio n noise) Q (rad/-Js ) (w hite noise)

B (ra d /s)

(F lick e r noise) K ( d /s / -Js ) (ra n d o m w alk )

R ( r a d / s 2) ( tr e n d )

X 1,504*10* ,368*106 X ,6 * X

Errors Determ ination o f the Mems IMU 12

z ,6 * 1,535*10 5 ,5 * ,8 * ’ X

w

A cc e le ro m e te rs Q ,(m /s) Q (m /s/ -Js ) B (m /sJ) K (m /s2/ yfs ) R (m /s3)

X ,3 * ,7 * ,1 5 * ,1 * X y ,4 0 * ,1 * ,7 * ,5 8 * 6 * ’

z ,3 * 5,688 * '6 ,0 * ,1 * ' * ’ C h a r a c te r X m e a n s t h a t th e s e n s o r la ck s th e e r r o r o r th is one is m uch s m a lle r th a n th e o th e rs

c) Com parison between PSD and A lla n variance

T ab le sh o w s th e c o m p a riso n b e tw e e n th e P S D a n d A llan v a ria n c e in e x tra c tin g w h ite n o ise coefficients T h e r e s u lt s o b ta in e d by th e tw o m e th o d s a re m uch closed w ith each o th e r w hich co n firm e d a s s e r t th e r e lia b ility a n d th e a c c u c y of th e e r ro r m odel a p p lie d to th e p c tic a l In e rtia l N a v ig a tio n S y ste m s

T a b l e T h e c o m p a riso n b e tw e e n th e PSD an d th e A lla n v a ria n c e

G yros A cc ele ro m ete rs

P S D ([°/V A ]) A l l a n ]) P S D ([m I s / yfh ]) A l la n ( [ m /s / yfh ])

X ,0 0 0470 ,0033 0,0028

Y ,0 0.0522 ,0030 0,0031

Z ,0 0.0528 0,0028 0.0026

3 C o n c l u s i o n

T h is p a p e r h a s su c c e e d e d in sp e cify in g th e p a r a m e te r s of th e IM U e rro rs, w hich is a n e c e s sa ry ste p w h e n a p p ly in g e rro r-p ro c e s s in g a lg o rith m s for th e IN S E s tim a tio n of th e sto c h a stic e rr o rs is m ore c o m p lic a te d t h a n for th e d e te rm in is tic ones B oth of th e tw o m e th o d s, PSD a n d A llan v a ria n c e , h a v e b e e n u s e d h e re to e s tim a te th e s to c h a s tic e rr o rs of th e IM U I t is sh o w n t h a t th e A llan v a ria n c e is th e m o re c o m p re h e n siv e m e th o d T h e e x tra c te d r e s u lts w ill be used a s th e p a r a m e te r s in K a lm a n filte r fo r th e IN S -G P S in te g r a te d sy stem

A c k n o w l e d g e m e n t s T h is w o rk is su p p o rte d by th e V N U p ro g m Q G T D 0509

4 R e f e r e n c e

1 V ik a s K u m a r N, In te g tio n o f In e rtia l N a vig a tio n System and Global P ositioning System Using

K a lm a n F ilte rin g , M T ech D is s e rta tio n , I n d ia n I n s titu t e of Technology, B om bay, J u ly 2004.

2 O leg S S aly c h ev , A p p lie d In e rtia l N a vig a tio n : Problems and Solutions, B M STU P re ss, Moscow R u s sia , 2004

3 G eo rey J B u lm e r , I n M IC R O -IS U BP3010 A n O E M M in ia tu re H y b rid Degrees-Of-Freedom

In e rtia l Sensor U nit Gyro Sym posium , S t u t t g a r t 16,h-17‘h S ep tem b er, 2003.

4 P e te r S M aybeck, Stochastic models, estim ation, a n d control, A cadem ic P re s s , Vol 1, 1994.

5 I E E E S td 1293-1998, Ie e e s t a n d a r d sp e c ific a tio n fo rm a t guide a n d t e s t p ro c e d u re for sin g le - a x is in te rfe ro m e tric fib e r o p tic gyros

6 W ang, J , Lee, H K , R izos, C., G P S /IN S In te g tio n : A Performance S e nsitivity Analysis, U n iv e rs ity o f N ew S o u th W a le s, S ydney

7. H a iy in g H ou, M od eling in e rtia l sensors errors using A lla n variance, U C E G E re p o rts n u m b e r 20201, M a s te r ’s th e s is , U n iv e rs ity of C a lg a ry , S e p te m b e r 2004

THE 10th CONFERENCE ON SCIENCE AND TECHNOLOGY

THE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ELECTRICAL - ELECTRONICS ENGINEERING

ISEE 2007

A U T O M A T IC CO NTRO L ELEC TR O N IC S &

T E LE C O M M U N IC A TIO N S PO W E R ENG INEERING

O r g a n i z e d b y

Ho Chi Minh City University of Technology Faculty of Electrical and Electronics Engineering

Track 1: AUTOMATIC CONTROL

FEEDFORWARD STRUCTURE OF KALMAN FILTERS FOR LOW COST NAVIGATION

T D T an', L.M Ha", N T Long*, H.H.Tue, c , N p Thuy*'11

■ Faculty o f Electronics and Telecom m unication, College o f Technology, VNU, Hanoi b International Training Institute for M aterials Science (ITIMS), HUT, Hanoi

c Laval University, Canada

A B S T R A C T

Nowadays, navigation and guidance arc very important problems for marine, aeronautics and space technology In such systems, Inertial M easurem ent Units (IMUs) are widely used as the core o f the Inertial Navigation Systems However, there are existing errors in the accelerometer and gyroscope signals that cause unacceptable drifts To eliminate the deterministic errors, we can specify them quantitatively by calibrating the device It is, however, more complex in determination o f the stochastic errors Thus, an optimal filter such as Kalman one is often used to minimize these errors on the INS system In this paper, we present a feed forward Kalman Filter (K J) o f which the noisy INS output is com bined with the noisy GPS output in im proving the quality o f the navigation and guidance systems

1 IN T R O D U C T IO N

The demand o f navigation and guidance has been urgent for m any years [1] In fact, GPS have been employed widely in many applications while INS is daily used in controlling flight dynamics In principle, an 1MU consists o f gyroscopes and accelerometers that measure angular velocities and accelerations in three dim ensions Recently, thank to the development o f MEMS technology, the IMUs become smaller, cheaper and more precise However, there are still problem s with MEMS based the IMUs which are necessary to be solved The position error o f an INS increases rapidly with navigation due to the integration o f measurement errors in the gyroscopes and accelerometers In order to m ake the corrections, there appears a new trend in navigation and guidance domain [2]: it consists o f the integration o f INS and GPS altogether Integrating these two methods can improve the performance o f the system and reduce concurrently the disadvantages o f both INS and GPS

2 INS A N D G PS

2.1 Inertial N avigation S ystem (fN S )

An INS often consists o f three accelerometers and three gyroscopes in order to m easure the accelerations in three dimensions and the rotation rates around three axes [3] There are two typical INS systems: gimble system and strapdown system The strapdown INS system has been used more popular than gimble system The strapdown system is m estly based on the MEMS technology that is relatively inexpensive and compact In strapdown system, accelerometers and gyroscopes are fixed to body frame o f the aircraft Signals from these sensors are processed in order to obtain three Euler angles The results are corrected by gravity acceleration and Earth rotation velocity

Three accelerations (a,, a,, and a j along three axes o f body frame relate to three velocities (U, V and W) in the Earth fixed frame by following equation:

U = o , + K.r - W.q + g.sin#

V - ay - U r + W.p - g cos^.sin^ (2)

W = a, - U.q + W.p - g.cos#.cos0

Where p, q, and r are velocities o f roll, pitch, and yaw, respectively

-1-Track 1: A UTOM ATIC CONTROL

To convert the m ovem ent from body frame to navigation frame (see Fig 1), we could use D irect Cosine Matrix (DCM):

X u

Y = = d c m t V (3)

Z Vo w

Then, we can obtain the latitude, longitude and height o f the aircraft by following equations:

R. cos A H = -V n (4)

There are many kinds o f errors in the INS Most o f the errors in the INS are caused by sensor imperfections that are necessary to be solved The position error o f an INS increases rapidly with navigation due to the integration of measurement errors in the gyroscopes and accelerometers In order to make the corrections, the errors are often classified into deterministic errors and stochastic errors We have succeeded in specifying the param eters o f the IMU errors, which is a necessary step when applying error- processing algorithms for the INS A discrete INS algorithm was developed in our lab in order to develop a com pleted Inertial Measurement Unit (IMU) (see Fig 2) The detail o f this discrete algorithm w ill not be presented in this paper

Figure The discrete INS algorithm

2.2 G lobal P ositioning System (G P S)

The GPS consists of 24 satellites that fly above the surface o f the Earth at the height 19.200 km in order to acquire the position o f the aircraft (latitude, longitude and height) [4], Radio signals often hardly transmit over solid buildings, tunnels T o get the correct position of the aircraft; it requires at least four satellites They can separate the GPS into three segments (see Fig 3):

• Space segment: consists o f 24 satellites • Control segment: ground control • User segment: receiver

Sp*“ t b <•

s e p n e o t

, ^

♦ *

* *

♦ *

; X ?«er < e fm e r> t ’ C o n t r o l i c f r n e n i '

Figure Structure o f the GPS

Errors in the GPS mostly caused following factors (not including Availability error):

• Ephemeris data • Satellite clock • Multipath reflection • Atmospheric delay

• Random m easurem ent noise • Receiver (include software)

by six Selective

-2-Track 1: AUTOMATIC CONTROL

3 IN T E G R A T IO N O F IN S A N D G PS

U S IN G K A L M A N F IL T E R IN G

The FNS system has two main advantages when com paring with other navigation system : self- contained ability and high accuracy for short­ term navigation In long-term navigation applications, the rNS should w orks w ith the aid o f the GPS system The integration o f INS and GPS is considered an optim al com bination The heart o f integrated system is Kalm an algorithm

[5].

Fig illustrates a feedforward configuration Its advantage is that provides a rapid filter response A lternatively, the configuration in Fig is a feedback one This configuration is more com plex than the open loop one but it can provide better perform ance in the exist o f nonlinear effects In our project, the feedforward configuration is chosen in order to provide fast perform ance [6, 7],

Uncorrected Corrected

G PS/INS Kalman Fitter

Figure Feedforward configuration

Figure Feedback configuration

The Kalman filter is a m ultiple input, multiple output digital filter that can optim ally estimate in real time the states o f the system based on its noisy outputs These states are velocity errors (eV N, eVE, eVD), drift terms (G B Gb,,, GB,) and attitude errors (T„, Te) The GPS output is used as a tool to estimate the error in the INS and to correct the error as much as possible We call

this is the GPS-aided INS system configuration Looking at the discrete model:

(5)

Where <Dk is the state transition matrix, wk is the driven response at tk«.| due to the presence o f input white noise during time interval (tk, tk»i)

Because this time interval is short (it means that the update rate o f the INS is high), we can approximate <I>k as:

0> k = e{F<u) = + F&t (6)

and the covariance matrix associated with wk is

Qk = £ [w 1w : ] = O t G C r <DjA/ (7)

Where

Q = d ia g [a l o \, a ], c r l a I e r^ ]

Looking at the observation equation:

zk= H k xk+ v k (8)

where

'Vn,„s-vnGN'

= Ve IMS ~ Ve GPS

INS — VdCPS )

£ [v ,v [ ]=diag[

Hk = ( / 3ol°3.i) and

the covariance matrix for vk

In this system, we assume that the process noise wk and the measurement noise vk are uncorrelated

Figure shows the more detail o f the feedforward KF implementation

11m w - M tu tm t

a l H i

Figure The states feedforward structure

-3-Track : A U TO M A T IC C O N T R O L

4 E X P E R R IM E T A L RESU LTS

In this study, we used the MICRO-ISU BP3010 which consists o f three ADXRS300 gyros and

three heat compensated ADXL210E

accelerometers The measurements are synthesized by IM U 's micro-controllers and transmitted out via RS232 interface The unit transmits output data as angular incremental and velocity increm ental data in serial frames o f 16 bytes at 64 Hz

Figure The BP3010 - A MEMS unit

After a calibration procedure, the experiment system is placed on precise rate table which contains sequence o f different rates for each dimension has been made use The IMU is initially positioned in center of rate table and each rate is run approximately for 10 minutes

As mentioned above, eight states were considered and Kalman filter was used to estimate the INS errors The INS can give out correct values o f the velocities by subtracting the noisy INS to the estimation of the INS errors The standard deviation of the sensors chosen was 30 mGal The standard deviation of the GPS was 20 m

To point out the usefulness o f the KF, look at the Fig and Fig that are illustrate the heading o f INS while standing still in the case without KF and with KF

Figure The drift o f heading (without KF)

t i m e (s)

Figure The heading with the present o f KF

W hile the INS is in rotation at the rate 10 °/s, the integration system w ith KF can provide the exactly the heading as shown in Fig

Figure The heading with the present o f KF at the rate 10 °/s

International Sym posium on Electrical & Electronics Engineering 2007 - O ct 24, 25 2007 - HCM City, V ietnam

-4-Track 1: AUTOMATIC CON TR OL

Figure 10 The north velocity o f the stand still IMU in two cases: with and without KF

Com e back to stand still case and look at the north velocities in two cases: with and without KF The graphs for velocity computed and corrected by the Kalman filter are given in Fig 10 W e can see that the un-aided INS deviates from the ideal velocity by a large quantity If the integration system is supported by KF, the output V„ is around m/s It is mean that our KF could give the exact correction in feedforward configuration

The update from the INS was taken every 0.015625s, the GPS update was taken every Is and the KF w as run every 0.5s to achieve better accuracy Every alternate 0.5s instant, when the GPS update is not available; we have to predict the error state by using the most recent GPS update as the measurement, i.e the GPS update is taken constant for that whole one second This also comes in use when there are GPS outages

For the experim ent o f the LMU on road [8], GPS and the data acquisition system were installed in a vehicle The vehicle was driven for 12 minutes in a km trajectory Initially the vehicle was at rest, with the engine on, for about 45 seconds This stationary data was used for calibration and alignm ent purposes

Fig II and 12 present the velocity o f KF com pared with the values measured with the GPS u n it It can be seen outputs o f KF, black, follows the GPS velocities with small error for approximately 15 minutes

E atl »«locrty

lim « ( t )

Figure 11 Com parison o f East velocities

North «tlocny

IXTH (»)

Figure 12 Com parison o f North velocities

The 2-D trajectory is presented in Fig 13 This figure shows the position o f the vehicle along North and East direction on the Earth instead o f the latitude and the longitude The reason is that we can prevent numerical instabilities in calculating the Kalman gain It can be seen the INS/GPS trajectory supported by KF follows the GPS one (dot curve) w ith small error for a quite long trip

-5-Track 1: AUTOMATIC CONTROL

Figure 13 C o m p a ris o n o f trajectory

In land vehicle applications the errors in roll and pitch can be catastrophic since they are mainly responsible for the gravity vector compensation The selection o f the roll and pitch gyros should contem plate the terrain type since it will be responsible for the m axim um rate measured by these gyros

5 C O N C L U S IO N S

In this paper, an eight state Kalman filter was proposed to be used in order to enhance the quality o f a com bined GPS and INS system The experimental results have show n that the initial calibration and alignm ent is accurate enough to allow navigation with IMU sensors for extended period o f time w ith low dead reckoning errors In fact, the ICalman filter trem endously improves accuracies com pared to the GPS and INS when operating alone as individual navigation systems The accuracy o f estim ated parameters is improved by increasing the dimension o f the system s’ states space Obviously, by its simplicity, this m odel can be em bedded easily into a real time system Future work will investigate in-flight calibration and alignment algorithms extending the error models o f the INS system

Acknowledgements: This work was supported by the QGTD0509project

R E F E R E N C E S

1 Collinson, R.P.G., “Introduction to Avionics”, Chapm an and Hall, London, 1996

2 Omerbashich, “Integrated INS/GPS Navigation from a Popular Perspective", Journal o f A ir Transportation, Vol 7, No (2002), pp 103-119

3 Randle, S.J., Horton, M.A., “Low Cost Navigation Using Micro - Machined Technology” , IEEE Intelligent Transportation System s Conference, 1997 Parkinson, B.W., and Spilker, J.JJr.,

“Global Positioning System: Theory and Applications” , Vol 1(1996), A1AA, Washington DC

5 Grewal, M.S., W eill, L.R., and Andrews, A.P., “Kalman Filtering: Theory and Practice using M A TLA B”, John Wiley and Sons, New York, (2001)

6 Wolf, R., Eissfelier, B., Hein, G.W., “A Kalman Filter for the Integration o f a Low Cost INS and an attitude GPS”, Institute o f Geodesy and Navigation, Munich, Germany

7 Tran Due Tan, Huynh Huu Tue, Nguyen Thang Long, Nguyfcn Phu Thuy, Nguyen Van Chuc, D esigning Kalman Filters for Integration o f Inertial Navigation System and Global Positioning System, The 10th biennial Vietnam Conference on Radio & Electronics, REV-2006, (2006), pp 76-80 Panzieri, S., Pascucci, F., Ulivi, G., "An

Outdoor navigation system using GPS and Inertial Platform ", IEEE ASME Transactions on Mechatronics, Vol 7.(2002)

-6-i n Ỵ o í ị ụ ) * • • ' p j i \ ( \

PROCEEDINGS

IEEE Catalog Number: E X 852 ISBN: 1-4244-1355-9

i g ^ t p r o m o t i b h ^

m m g ••• v :

-sleioK redistribution to ¿aryers&v^

l e n t o f t h i s w o r k i n o t h e r ^ ^ K ^ /

ki! ' ' • “ * ' £ '.- tV*' ^'.V r ■■

tUNivEmin

TEKNOLOCi] P E T R O N A S

O rg a n ise d by:

Integration of Inertial Navigation System and Global Positioning System: Performance analysis

and measurements

T D Tan*, L M H a’, N T Long*, N D D u c \ N p Thuy*

'F a c u lty o f Electronics and Telecommunication, College o f Technology, VNU, Hanoi b Vietnam National University - Hanoi

Abstract- Navigation and guidance are very im portant problems Tor marine, aeronautics and space technology In such systems, Inertial M easurem ent Units (IMUs) are widely used as the core of the In ertial Navigation Systems (INS) Due to the strong grow th of M EM S technology, the INS is widely applied to navigation and guidance of aircraft movements However, th e re are existing erro rs in the accelerometer and gyroscope signals th at cause unacceptable drifts In this paper, we have determ ined noise p aram eters of both deterministic and stochastic erro rs of M EM S based the IMUs For the determ inistic errors, the calibration process is not quite difficult For the stochastic e rro rs, we have tried two different methods PSD and Allan variance The PSD is known as a classical method to analyze signal, while Allan variance is a new method which can show more inform ation than the PSD Combining these two m ethods will give us a reliable noise model that is applied directly to the K alm an Filtering Block (KFB) In the case the random noise drifts that can not be compensated for are to be taken into account while perform ing an error analysis, this p ap er also presents a in motion alignment evaluation

I In t r o d u c t i o n

The demand o f navigation and guidance has been urgent for many years [1] In fact, GPS have been employed widely in many applications while INS is daily used in controlling flight dynamics In principle, an IMU consists o f gyroscopes and accelerometers that measure angular velocities and accelerations in three dimensions Recently, thank to the development of MEMS technology, the IMUs become smaller, cheaper and more precise However, there are still problems with MEMS based the IMUs which are necessary to be solved In principle, an IMU consists of gyroscopes and accelerometers which measure angular velocities and accelerations in three dimensions However, there are existing errors in the accelerometer and gyroscope signals that cause unacceptable drifts and bias These errors are classified into deterministic errors and stochastic errors [2],

An optimal filter such as Kalman one is often used for integrating Inertial Navigation System sensors with GPS measurements In this case, the parameters of those errors must necessary to be specified To eliminate the deterministic enors, we can specify them quantitatively by calibrating the device It is, however, more complex in determination of the stochastic errors In this paper, we have determined noise parameters o f both deterministic and stochastic errors of MEMS based the IMUs For the deterministic errors, the calibration process is not quite difficult For the stochastic errors, we have tried two different methods PSD and Allan variance The PSD is

known as a classical method to analyze signal, while Allan variance is a new method which can show more information than the PSD Combining these two methods will give us a reliable noise model that is applied directly to the Kalman Filtering Block (KFB)

The GPS is usually employed simultaneously with an INS in order to increase the dimension of the Strapdown inertial navigation systems (SINS) mounted on a land vehicle The desired parameters are estimated by the Kalman filtering technique applied to the enlarged system In this paper, we present a structure consisting of a Kalman Filter (KF) of which the input is the difference between the noisy INS output and the noisy GPS output; the output of KF is finally introduced into the unaided INS system In this structure, INS errors are compensated by a feedforward and a feedback loop

In the case the random noise drifts that can not be compensated for are to be taken into account while performing an error analysis, this paper also presents an in­ motion alignment evaluation This js possible because an accurate determination of the vehicle motion is available based on measurem ents obtained from GPS and some constraints derived from vehicle kinematics model

II IMU E r r o r s

In this study, we used the MICRO-ISU BP3010 which consists of three ADXRS300 gyros and three temperature compensated ADXL210E accelerometers The measurements are synthesized by its micro-controllers and transmitted out via RS232 interface The unit transmits output data as angular incremental and velocity incremental data in serial frames of 16 bytes at 64 Hz

A Deterministic IM U errors

In the calibration procedure o f the accelerometers, the earth gravity has been used In the calibration procedure of the Gyroscope, a precise rate table which contains sequence o f different rates for each dimension has been made use The IMU is initially positioned in center o f rate table and each rate is run approxim ately for 10 minutes

B Stochastic IM U errors Power spectra! density analysis

echnique The slopes of the curve comprise -2, and It neans that the gyro data includes the angular rate random jvalk, the angle random walk and the quantization noise The PSD o f the X-axis gyro (see Fig lb) doesn't have the nclination o f - , which means that the Z-axis gyro lacks the ingular rate flicker noise

J !

F ig u re T h e P S D p lo t o f the X -a x is g y r o (a) a n d Ihe P S D plot o b ta in e d by the fre q u e n c y a v e n g i n g te c h n iq u e (b)

Allan variance analysis

The Allan variance is statistical measure to characterize he stability o f a time-frequency system [4] The PSD can >nly extract white noise standard deviation In contrast, ising the Allan variance, several other error parameters can >e com prehensively derived

The basic idea o f the Allan variance is to take a long data equence and divide it into segments based on an averaging im e r to process Let give a sequence with N e le m e n ts ^ , := 0, I N -l

Then, we define for each n = l, 2, J M < N /2 a new equence of averages of subsequence with length n:

* , > ) =

y n j I y n ) + n ~

1)

W h ere j = ,1 , , -

If the sampling time is A t , the time span within an veraged sequence o f length n is T = n A t The Allan 'ariance, for a given subsequence length n, is defined as:

( Ỵ

7=0

(2)

The log-log plot of the Allan standard deviation in Fig.2.a ndicates the presence o f angular rate quantization noise slope -I), angular rate white noise (slope -1/2), angular rate

random walk (slope 1/2), while angular rate flicker noise (slope 0) is absent This result is fully consistent with that obtained by the PSD plot

Figure 2b shows the log-log plot o f the Allan standard deviation for the accelerometer This shows the presence of accelerometer quantization noise (slope -I), accelerometer white noise (slope -1/2), accelerometer flicker noise (slope 0), and acceleration random walk (slope 1/2) This result is gain well consistent with that from the PSD plot In addition, this shows the presence o f acceleration trend (slope 1) that is unable to be indicated by only using the PSD plot

F ig u re T h e A lla n s ta n d a rd d e v ia tio n o f gyro X an d o f a c c e le ro m e te r Z

Below the table shows the estimated noise coefficients for the gyros and the accelerometers

T A B L E I

ID E N T IF IE D N O IS E C O E F F IC IE N T S

Gyro« Q,(r.d) B (rad/i) K(r*d/i/«"’) R (r«d/sJ)

X 1,50’ I O’* 1,37*10’ X 5,62*10 ' X

Y 1.65*10- 1,52*10° 5.31*I0* X X

Z 1.66*10-* 1,53*10’ 5,56*101 4,89*10 ' X

Accel Q^rrv-.) Q(m/i/«0’) K {rnli'l 1" ’) R(m/i’) X 1,35*10° 4,73*10 ’ 4,15*10’ 1,16*10’ X

Y 1,40*10" 5.17* 10 ^ 4.71*10’ 7.58* 10* 5.07*10 ' Z 1,34*101 5,69*10’ 4,02*10'’ 9,19*10"* 7.40*10 '

III I n t e g r a t i o n Of INS And GPS U s i n g K a l m a n F i l t e r i n g

F ig u re T h e in te g tio n c o n f ig u r a tio n

The Kaiman filter is a m ultiple input, multiple output ligital filter that can optimally estimate in real time the tates of the system based on its noisy outputs These states re velocity errors (eVN, eVE> eV D), drift terms (G, G,., Gz) nd attitude errors (T„, T e).The GPS output is used as a tool

o estimate the error in the INS and to correct the error as nuch as possible It is called the GPS-aided [NS system

onfiguration [5, 6],

For the experiment o f the IMU on road (see Fig 4) [7], ]PS and the data acquisition system were installed in a vehicle The vehicle was driven for 12 minutes in a km rajectory Initially the vehicle was at rest, with the engine in, for about 45 seconds Fig 5.a and 5.b present the 'elocities of KF compared with the values measured with he GPS unit It can be seen outputs of KF, black, follows he GPS velocities with small error for approximately 15 ninutes

F ig u re T je c to ry o f th e e x p e rim e n ta l v eh icle

The update from the FNS was taken every 0.015625s, the jPS update was taken every Is and the KF was run every i.5s to achieve better accuracy Every alternate 0.5s instant, /hen the GPS update is not available; we have to predict the rror state by using the most recent GPS update as the leasurement, i.e the GPS update is taken constant for that /hole one second This also comes in use when there are IPS outages

E a s t v e lo city

time (s)

North velocity

tim e (s)

F ig u re C o m p a ris o n o f E ast v elo city (a) and N o rih o n e (b)

The 2-D trajectory is presented in Fig This figure shows the position of the vehicle along North and East direction on the Earth instead of the latitude and the longitude The reason is that we can prevent numerical instabilities in calculating the Kalman gain It can be seen the [NS/GPS trajectory supported by KF follows the GPS one (dot curve) with small error for a'quite long trip

I V Co n c l u s i o n s Re f e r e n c e s In this paper, an eight state Kalman filter was proposed to

x used in order to enhance the quality o f a combined GPS

ind IN S system The experimental results have shown that he initial calibration and alignment is accurate enough to illow navigation with IMU sensors for extended period of ime with low dead reckoning errors In fact, the Kalman Titer tremendously improves accuracies compared to the 3PS and IN S when operating alone as individual navigation systems The accuracy o f estimated parameters is improved jy increasing the dimension o f the systems’ states space Dbviously, by its simplicity, this model can be embedded :asily into a real time system Future work will investigate n-flight calibration and alignment algorithms extending the :rror models o f the rNS system

A c k n o w l e d g m e n t

This work is supported by the VNU program QGTD0509

[1] O m c rb a s h ic h , ' ‘In te g te d F N S /G P S N a v ig a tio n from a P o p u lar P e rs p e c tiv e " , Jo u rn a l o f A ir T r a n s p o r ta tio n , V ol 7, N o I, 0 , pp 03-119

[2] O le g S S a ly c h e v , A p p lie d In e rtia l N a v ig a tio n P ro b le m s an d S o lu tio n s, B M S T U P re ss, M o s c o w R u s sia , 0

[3] P e te r S M a y b e c k , S to c h a s tic m o d e ls , e s tim a tio n , an d co n tro l, A c a d e m ic P re ss, V o l 1, 9

[4] H aiy in g H o u , M o d e lin g in e rtia l s e n s o rs e rro rs u sin g A lla n v arian ce, U C E G E rep o rts n u m b e r 2 , M a s te r's th e s is , U n iv e rsity o f C alg ary , S e p te m b e r 0

[5] P an zieri, S., P a s c u c c i, F , U liv i, G , “ A n O u td o o r n a v ig a tio n sy stem u s in g G P S an d I n e rtia l P la tf o r m ” , IE E E A S M E T n sa c tio n s on M e c h a tro n ic s , V o l 7, N o , J u n e 0

[5] P an zieri, S., P a s c u c c i, F , U liv i, G , “ A n O u td o o r n a v ig a tio n sy stem u sin g G P S an d I n e rtia l P la tf o r m ” , IE E E A S M E T r a n sa c tio n s on M e c h a tro n ic s , V o l 7, N o , J u n e 0

[6] W o l t R , E iss fe lle r, B „ H e in , G W , “ A K alm an F ilte r fo r th e In te g ratio n o f a L o w C o s t IN S a n d an a ttitu d e G P S " , In stitu te o f G e o d e s y an d N a v ig a tio n , M u n ic h , G e r m a n y

To be p u b li s h e d in VNU J o u r n a l o f Science, A o 0 7

LAM D-VEH IC LE M EM S IN S /G P S PO SIT IO N IN G D U R IN G G P S SIG N A L BLO CK AG E P E R IO D S

T D Tan", L.M.Ha", N T Long", N D Due” N P Thuy'

“ F aculty o f Electronics a n d Telecom munications, College o f Technology, Vietnam N a tional University, Hanoi

''D epartm ent o f Science a n d Technology, Vietnam N ational University, Hanoi

1 In t r o d u c t io n

In the last decade, the demand for accurate land-vehicle navigation in several applications has grown rapidly [1], With the strong growth of Micro-Electro-Mechanical-System (MEMS) technology, there appears a new trend in navigation and guidance domain: it consists of the integration of INS and GPS altogether [2], Integrating these two navigation methods can improve the performance of the system and reduce concurrently the disadvantages of both INS and GPS The Kalman filter (KF) is utilized to estimate the system errors in order to improve the accuracy of the overall system [3], In the case of the GPS signal blockage, positioning is provided by the IMS until GPS signals are reacquired During such periods, navigation errors increase rapidly with time due to the time-dependent INS error behavior For accurate positioning in these cases, some solutions should be used to improve navigation information In this paper, a flexible configuration of KF will be used for the INS/GPS integration The land-vehicle kinematics data set is also used with induced GPS outages Bv using these methods, the results showed remarkable improvement of position errors.

2 I n te g r a tio n o f I N S a n d G P S u s in g L in e a r iz e d K alm an F ilte r

The INS system has two main advantages when comparing with other navigation system: self-contained ability and high accuracy for short term navigation The serious problem of the INS caused by accumulation of gyroscope and accelerometer errors Therefore, in long-term navigation applications, the INS works with the aid of other systems such as radio navigation systems (Loran Tacan), satellite navigation systems (GPS GLONASS) The important advantage of these systems is stable performance Consequently, there is a great need for integration of INS with one of these systems The integration of INS and GPS is considered an optimal combination The heart of integrated system is Kalman algorithm.

The Kalman filter is a multiple input, multiple output digital filter that can optimally estimate in real time the states of the system based on its noisy outputs Some of the most successful applications of Kalman filtering is that it can deal with non-linear measurement relationships The principle approach in such cases is to linearize the non-linear model first and then apply the standard Kalman filter to obtain the state of the system There are eight such states which consist of velocity errors (eVN eV,;, eVn), drift terms (Gx, Gy, Gz) and attitude errors (Tn Te) The GPS output is used as a tool to estimate the error in the INS and to correct the error as much as possible It is called the GPS-aided INS system configuration 14] Looking at the state space model:

,v - Fx + Gu (1)

where F is the dynamic matrix (obtained by partial derivatives), x is the state vector G i.s the design matrix and u is the forcing function.

Because our navigation system works in real time mode, we convert equation to its discrete time form:

**>1 = <^l,Xk wt M

where <t>w is the state transition matrix, wk is the driven response at tk., due to the presence of input white noise during time interval (tk, tk,,).

Because this time interval is short (it means that the update rate of the INS is high), we can

=e(FtJ) * / + FM (3)

and the covariance matrix associated with wk is

f t = E { ^ l } * < b kG Q G T<brk At (4)

lere Q = d i a g ^ a 2^ a ] a 2m <j2m cr^]. Looking at the observation equation:

z k = H k X k + v k (5)

here

Rk = E\yk v Jk ]= diag]^ a \ a cr2h ] is the covariance matrix for vk.

In this system, we assume that the process noise wk and the measurement noise vk are ncorrelated.

Fig illustrates an open loop (or feedforward) configuration Its advantage is that provides a apid filter response Alternatively, the configuration in Fig is a closed loop one This configuration s more complex than the open loop one but it can provide better performance in the existance of lonlinear effects.

Figure Feedforward (open-loop) configuration

Figure Feedback (closed-loop) configuration

3 V e h ic le M o tio n C o n s t r a i n t s

It is obvious that the performance of the INS will degrade in the absence of GPS signal The reason is that the low cost MEMS IMUs consists of low quality sensors which provide large errors and noises In these cases, we sometime utilized land vehicle motion attributes to prevent INS error accumulation The equation derived from behavior of a land vehicle will compensate the GPS’s measurement In this paper, we mention to velocity and height constraints.

3.1 Velocity C o n s t in ts

Figure Land vehicle velocity constraints

The strain ts are:

Eq, can be transformed to the navigation frame:

1

1

f v blT X

- r n - v by

1 i

< N er

i

This equation can provide the virtual velocity measurements to aid the IMU When a GPS nal is lost, a complementary Kalman filter is used to combine the INS and virtual velocity asurements in order to reduce the position and velocity errors (see Fig 4).

Figure Velocity constrained navigation block He i gh t C o n s t r a i n t s

This constraint is derived from the fact that the height does not change much in land licular situation, especially in short time periods It not only improves the height solution, but 0 the overall horizontal solution accuracy during GPS outage However, a realistic measurement :ertainty value must be chosen for these measurements, because any errors in the height solution 1 ultimately skew the horizontal solution.

E x t e r n a l H e a d in g A i d in g

To take the in-motion alignment of the navigation system, we use the heading from GPS or external heading measurements such as magnetometer into the attitude computations The iding error is an importance parameter because of its relation to the system error states The iding error is derived based on the following heading computation equation which can be nsformed to the navigation frame:

J c ; ( i ,2p

<// = tan b

c£ (2,2)

(8) E x p e r i m e n t a t io n R e s u l t s

transmits output data as angular incremental and velocity incremental data in serial frames of ytes at the frequency of 64 Hz.

Figure The IMU BP3010 - A MEMS unit used in our INS/GPS system

The integrated navigation system implements both open loop and closed loop configurations. : error compensation module utilizes the vehicle motion constraints and the magnetometer isurement during GPS outages The logic switches in the VC++ software allows the filter to tch between various filter designs, depending on GPS availability.

After characterizing the IMU errors [5], the information of these noises is applied to the KF ed MEMS-INS/GPS integration module in order to estimate the velocities, positions and attitude he object.

To see the usefulness of the KF, look at the Fig and Fig that illustrate the heading of

3 while standing still in the case without KF and with KF, respectively.

time (s)

Figure The drift of heading (without KF)

tim e(s)

Figure The heading with the present of KF Note that the difference in scale of the graphs in

For the experiment of the IMU on road [6], GPS and the data acquisition system were tailed in a vehicle The vehicle was driven for 12 minutes in a km trajectory Initially the vehicle

3 at rest, with the engine on, for about 60 seconds in order to estimate the determined errors.

The update from the INS was taken every 0.015625s, the GPS update was taken every Is 1 the KF was run every 0.5s to achieve better accuracy The field test 2-D trajectory is presented 7ig

8-F ig u re Trajectory of th e exp erim en tal v eh icle

In the case that the GPS loses its signal as in an experiment in Fig 9, the INS continues to -npute the position during the period of lost GPS signal (from the 400th to the 470th seconds, in the ijectory in Fig 9) It can be seen that the INS/GPS trajectory (solid curve) supported by KF follows

2 GPS one (dot curve) with small error for quite a long trip In this combined structure, the closed

ip KF is utilized when the GPS signal is available and the open loop KF is applied when GPS is tage We note that this figure shows the position of the vehicle along North and East direction on e Earth instead of the latitude and the longitude The reason is that we can prevent numerical stabilities in calculating the Kalman gain.

Distance in the North (m)

Mgure Trajectory of the land vehicle in the case of GPS outage The insert shows the time time interval where the GPS signal is blockaged.

or for quite a long trip In case of the GPS signal outtage, the accuracy is affected as we can see m the graphs But once the new GPS values are read by the program, the KF takes very less time settle down towards the actual values.

(a)

(b)

Figure 10 Velocities in the navigation frame: in the North (a) and in the East (b)

' S ' 5

4>

a

o

•o

-5

-10

-15.

200 400 600

time (s)

(a)

- ROLL standing still

J i é f

moving

. -

1 -1 -800

400 600

time (s) (b)

800 1000

Figure 11 Roll (a) and pitch (b) angles of the integrated navigation system

C o n c lu s io n s

In this paper, an eight state Kalman filter was proposed to be used in order to enhance the ality of a combined GPS and INS system The vehicle motion constraints and magnetometer ¡asurements are utilized to reduce the INS error degradation during the periods of GPS availability The experimental results have shown that the initial calibration and alignment is :urate enough to allow navigation with IMU sensors for extended period of time with low dead :koning errors In fact, the Kalman filter tremendously improves accuracies compared to the GPS d INS when operating alone as individual navigation systems The accuracy of estimated rameters is improved by increasing the dimension of the system s’ states space Obviously, by its iplicity, this model can be embedded easily into a real time system Future work will investigate flight calibration and alignment algorithms extending the error models of the INS system.

k n o w le d g m e n t

is work is supported by the VNU program QGTD0509.

M ensur O m erbashich, “I n te g r a te d I N S / G P S N a v ig a tio n from a P o p u la r Perspective", J o u r n a l o f Air T ransportation, Vol 7, No 1, 20 02, pp 103-119.

O leg S Salychev, A p p l i e d I n ertia l N a v ig a t i o n : P ro b lem s a n d Solutions", BMSTU Press, Moscow R ussia, 2004.

P eter S M aybeck, “S to c h a s tic Models, E s ti m a t i o n , a n d Control", Academ ic Press, Vol 1, 1994 Robert Wolf, G ynter W H ein , Bernd E ifeller, “A K a l m a n F ilter for the Integration o f a L ow Cost

I N S a n d a n a t t it u d e G P S ”, In stitu te o f G eod esy and N avigation , M unich, G erm any

H aiying Hou, "Modeling I n ertia l S e n s o r s E r r o r s U sing A l la n Variance",, UCEGE reports num ber 20201, M aster's th esis, U n iv ersity o f C algary, S ep tem b er 2004.

S Panzieriy, F P ascu cciz, G U liviy, "An O u td o o r N a v ig a tio n S ystem Using GPS A n d Inertial

Đ ịnh vị dẫn đường cho vậ t th ể chuyển động trở th àn h m ột nhu cầu h ết sức cấp th iết g nhiểu lĩnh vực đời sông Với phát triển m ạnh mẽ công n g h ệ vi đ iện tử (MEMS) lệ thống dẫn đường có th ể xây dựng k ết hợp n h iều vi cảm b iến Vấn đề định vị ẫn đường trờ n ên h iệ u nhờ việc k ết hợp hệ thông dẫn đường quán tín h IN S với hệ thống , vị toàn cầu G PS đê th u thơng tin xác v ị trí, vận tốc góc định hướng Ìg hệ thơng dẫn đường tích hợp n ày lọc K alm an sử dụng đ ể ưóc lượng lỗi hệ thông, nhiên, v ấ n đê' nảy sin h hoạt động h iện tượng m ất tín h iệu G PS nhiều nguyên a khác B ài báo n y để x u ấ t s ố phương pháp nhằm n â n g c tính ch ín h xác tồn ệ thơng m ất tín h iệ u GPS K ết thực nghiệrr k iểm ch ứ n g tín h h iệ u ơng pháp này.

t r a c t

The dem and o f veh icle n avigation and guidance has b een u rg en t for m any years T he idea of grating m u ltisen so r n a vig ation sy stem s w a s im p lem en ted The m o st efficien t m ultisen sor 'iguration is th e sy stem in teg tin g an inertial n av iga tion sy stem (IN S) co n sistin g of MEMS

2d micro sen sors and a global p osition in g sy stem (GPS) In such sy stem , th e G PS is used for /idin g position and velo city w h ereas th e INS for providing orien tation T he estim a tio n of th e ,em errors is perform ed by a K alm an filter (KF) A seriou s problem occurs in th e IN S /G P S system lication th at is cau sed by th e accid en tal GPS sig n a l blockages In th is paper, th e m ain objective is mprove th e accuracy of th e obtained n avigation p aram eters d urin g periods of G P S sig n a l ou tages lg different m ethods T he overall perform ance of th e sy stem have b een analyzed by erim entation data; and resu lts show th at th ese m eth ods in d eed im prove th e q uality of the igation and gu id an ce sy stem s.

I t t

và tên tác giả chịu trách nhiệm : Trần Đức Tân

chỉ: Phòng 312, N hà G 2, 144 Xuân Thuỷ, Cầu Giấy, Hà Nội diện thoại: D i động: 0 18 23 89

C ố định: 0 54 77 09

ĐẠI H Ọ C Q U Ổ C GIA HÀ NỘI T R Ừ Ờ N G ĐẠI HỌC C Ơ N G NCỈHỆ• • •

V n g Đ ạo N ghệ

NGHIÊN c ứ u s DỤNG CẢM BIẾN VẬN TÓC GÓC TRONG VIỆC DẰN ĐƯỜNG

K H Ó A L U Ậ N T Ố T N G H I Ệ P Đ Ạ I H Ọ C H Ệ C I Ĩ Í N H Q U Y• • • • • V

N g n h : Đ iện t - V i ễ n thông

C n b ộ h n g dẫn: G S T S K H N guyễn Phú T h u ỳ

DẠI HỌC Ọ l ó c GIA HÀ NỘĨ T R l Ì Ờ N G DẠI HỌC CƠNG NGIIỆ

Hồng Đức G iang

NGHIÊN CỨU XÂY DựNG MỌDULE ĐO

QUÁNTÍNH CHIÈƯ s DỤNG CẢM BIÉN MEMS

K I I Ỏ A [.H Ậ N T Ố T N G H I Ệ P Đ Ạ I M Ọ C H Ệ C H Í N I I Q U Y Ngành: Điện Tủ - Viễn Thông

C n Bộ H iró ìig Dan : TS Nguyễn Văn C h ú c

C n Bộ Đồng H irớ n g Dẩn : TS Nguyễn T h ăn g Long

0 ^ e>3

ĐẠI H Ọ C Q U Ó C G I A H À N Ộ I T R Ư Ờ N G ĐẠI H Ọ C C Ô N G N G H Ệ

Đ ặn g C a o Sơn

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG VI ĐIÊU KHIẾN dsPIC7 •

TRONG BÀI TỐN DÂN ĐƯỜNG

K H Ó A L U Ậ N T Ố T N G H I Ệ P Đ Ạ I H Ọ C H Ệ C H Í N I l Q U Y• • • • • V

N gành: Đ iệ n tử viễn thông

C n h n g dẫn: T S N guyễn T h ă n g ỉ,o n g C n đồng h irớ n g dẫn: T h s T r ầ n Đ ứ c T â n

Trường Đại Học Công Nghệ Đại Học Quốc Gia Hà Nội

CƠ NG iTRÌNH D ự M

GIẢI THỞSG “S C SH VÊ N N G H EN C ÍlL KHKHỌC” N Ă M 2007

NGHIÊN CỨU HỆ DẪN ĐƯỜNG INS/GPS

Khoa:

I ỉọ tôn sinh vicn: Lớp:

D iện tứ - Viễn thông ỉ.ưu Mạnh ỉ

K Đ

N am /N : Nam N ă m thứ: 4/4

Lớp:

Lưu Văn í loan K Đ B

N am /N : Nam N ă m thứ: 3/4

Khoa: Đ iện tư v iền thông Dân tộc: Kinh

< OM, H O \ \ Ã H Ộ I CHI NGMIV MKTNA.M

»)«.< I áp - T Do - H anlt Phúc

Ọl !Ỹ x HÒ TRỰ SÁNG TẠO KỸ THUẬT VIỆT NAM • • • • VIFOTEC)

y Ọ J i i f

BA N G KHEN

tÀ /íạ tìÁ ù t

#

Đại học Quốc gia Hà Nội, Trường Đại học Công nghệ Đ Ạ T G IẢ I B A

( Ị ì t í i ^ ĩ h i t ó t t ụ s ú t ỉ t ị t a o ~ K tị t h u ậ t r ỉ ) i ê t ( ì ỉ u m V I F O T E C n m 0 7

(2ổà- CYlỘ4, n ^à y ĨO tAá*Ỷ 0? nảm< 200%

TỊC H

I l ộ í D Ỏ N G B À Í > T K Ọ Q l V V IK O T E C

• f t n A

BỘ TRƯỞNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẶNG

r iẠ n Lưu Mạnh Hà, Lưu Vởn Hoanm *

Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội

^ íO a / / ử /

Giải thường "Sinh viên nghiên CÚÌJ khoa học”năm 2007

Hà Nội n g v Hr£ y .t h i m / - n ă m 2(X)Z

7.4 Bản dề cưomg họrp đồng

/

+ Thứ n g h iệm hệ t h ô n g d i tác đ ộ n g cùa m ôi trường khai thác, sử d ụ n g p h ò n g thí n g h iệm v đ ổ i tượng.

+ N g h iê n cứu khả n ă n g tíc h hợ p H T D Đ Q T với n g u n t h ô n g tin khác (đ o c a o k h í áp, đo ca o v ô tu y ến , th ô n g tin hình ảnh )

N g h iê n cừu che tạo hệ t h ố n g dẫn đ n g quán tính th eo yêu cầu tính đặt ch o m ột lớp đôi tư ợ n g

+ Thứ n g h iệm sản p h ẩ m d i tác đ ộ n g m ôi trường khai thác sử dụ ng đặt tr o n g p h ò n g thí n g h iệm v đối tư ợ n g ch u y ển động.

Điếu 2: Bên B nộp c h o bên A sản phẩm khoa h ọ c th eo nội d u n g tiến đ ộ thực hiện đề tài th e o đợt: đạt (trước n g y /9 /2 0 ) đơt (trước n g y

1 /9 /2 0 )

Đợi 1: Bỏ tài liệu v ề c c thuật tốn dẫn đường, m ỏ hình kết đo sai s ố c ủ a các cảm biến vi c đ iện tử

Đợt 2: Mõt hệ th ố n g dẫn đường quán tính, tài liệu hướn g dẫn phần c ứ n g phần m ểm , báo c o cá c kết thử n gh iệm

Điếu 3: Kinh phí c ủ a đ ề tài:

- K inh phí n ăm 0 : 0 0 0 đ ổ n g (hai trăm triệu đ n g ) - K inh phí n ăm 0 : 0 0 0 0 đ ổ n g (m ộ t trăm triệu đ ổ n g )

Số kinh phí nàv chủ trì đ ề tài nhận P h òn g Tài vụ, V ăn p h ò n g Đ H Q G H N

Điều 4: Bên B c ó trách nhiệm chi tiêu kinh phí cấp th eo đ ú n g m u c đ íc h , đ ú n g c h ế đ ộ tài h iệ n hàn h q u yết tốn với P h ịn g Tài vụ, Văn p h ò n g Đ H Q G H N thành đợt theo n ă m tài chính: đợt (trước ngày / / 0 ) đạt (trước n g y 2 / / 0 ) Sau kin h phí đợt tốn x o n g , chủ trì đề tài s ẽ đ ợ c nhận kinh phí đợt 2.

Điều 5: Hai bên c a m k ết thực cá c điều kh oản ghi h ợ p đổn g Trong trinh thực hợp đ ổn g, hai bên phải th ô n g b o c h o n h ữ n g vấn đ ề nảy sinh c ù n g bàn bạc giải quyết.

/

ĐAI DIỆN BÊN B

GS.TSKH Nguyễn Phú Thuỳ

Hà N ộ i , n g y , / / t h n g ổj n ă m 0

Đ Ạ I D IỆ N B Ê N A

TRUÒNG BAN KHOA HOC - CƠNG NGHÉ CHÁNH VÃN PHỊNG

J L

Đ A i H Ọ C Q U Ố C G I A H À NƠI C Ồ N G HỒ X Ả HỘI C H Ủ N G H Ĩ A VI ỆT N A M

— - Độc lâp - Tự - Hanh phúc

B I Ê N B Ả N KIỂM T R A TIẾN Đ Ộ T H Ự C H IỆN Đ Ể TÀI T R O N G Đ I Ể M /Đ Ặ C BIỆT C Ấ P Đ H Q G H N

Tén để tài: Nghiên cứu tích hợp hệ thống dẫn đường quán tính trén sở cám biến VI điện tử phục vụ điêu khiển dẫn đường phương tiện chuyển dộng Mã số: Q G T Đ 9

Chủ n h i ệ m đ ể tài: GS.TSKH Nẹuvễn Phú Thuỳ Cơ qu an c h ủ trì: Trường Đ ại học Cơng nghệ

Thời gian, thực h iệ n để tài: 9/2005 - 9/2007

2 N g y k i ể m tra tiến độ: 17/11/2006

Đ ịa đ iể m : CAjDC> '&\JLn (Áxh Ị

3 T h àn h v iê n đ o n k i ể m tra: V ể phía Đ i h ọ c Q u ố c g ia H Nội:

- T S K H N g u y ễ n Đ ìn h Đ ứ c , Trưởng Ban Khoa h ọ c - C ô n g n gh ệ - ThS Lê Y ê n D u n g , c h u y ê n viên Ban Khoa học - C ô n g n g h ệ

- f Ư ụ ĩ L i H ritA , ỈỴ ^C C -; F h j o ỹ 7 c u ƯL(

V ề phía T r n g Đ i h ọ c C ô n g nghê:

P Q S 7T T h i ' , T r ù ỉ y P k o ^ ỹ f c r t C / ự

4 Đ o n k iể m tra đ ã n g h e c h ủ trì đề tài trình bày tóm tắt tiên d ộ triển khai thực h iệ n , n ộ i d u n g , k ế t q u ả đạt từ tháng / 0 đ ế n tháng 1 /2 0 , tình hìn h k in h phí, k h ó k h ă n thuận lợi thực hiên.

- ệ í l c ù h ủ i - l u ữ t í í o đ u ý ể i ã k ỳ / l ỳ '

'ư>oủ , đ c '}ã o -ku> s < * a * ỹ đ a lia t- fM

^ , < ¿ ^ : u ^ * n * b

ị t í h d ị ¿ ’ ' M ự c c '

¡ f v - ỉ ' ^

~ 'ỳ ữ r n k ĩ a t p n a ^ i c?-õor Ỉ C Ĩ ' 'ĩr<£.u 't ì v p ^ ị Ỷ c -ric ỳ

5 Đ ánh giá kết luận c ủ a đ o n k jếm tra:

J ) ĩ { c u đ o i m é ầ o r ũ - vtt v ặ ' k í ^ c f o -fẤ u >

H N ộ i, n g v / ^ tháng 11 năm 0 6

Đại h ọ c Q u ốc gia Hà N ộ i

Trường Đ i h ọ c C ô n g n g h ệ

Ịợ~ Chủ n h iệ m đề tài

Ị

/ ■

B i l l : M A I : OK/KI l ( ' \ 1)1 l( H I I l \

( Kc m theo 11 irony dan so / k l IC N ngáv 19/03/2007 cua Ciiam dỏc i ) l l ( J ( i l l \ )

Ạ1 I K K Q l ( ) ( ( ¿ I A H À N Ộ I

IỎN v ị : DẠI n ọ c C Ò N G N G H I ;

PHỈÉU ĐÈ NGHỊ

[ MA Y DÕI TRONC! Q U Ả T R Ì N H TI lực IIIKN DI" TÀI K I I C N C U A DIIỌCil IN

I l'Cn dè tỏi: "Nghiên cứu tích liọp hệ thơn« (lẩn i l ịn ” quán tình ( l) DỌT) trên CO' sỏ cám hiến vi co diện tử phục vụ diều khiên iliìn đuòn<j p h i m n g tiện c h i n e n ilộnj>”

2 Mã sỏ dề tài: Q c m

ì Họ \ tên học vị c h ức da n h khoa học cua chu nhiệm dô lài: G S T S k ! I Ng uy c n I’hú I lui\ ( 0' quan chu ui: Dại học C ô n g nghệ - D II Q( i Nội

5 Nluìng ihiiN đôi tic nLihị vổ nội d u n g nghiên cứu tôn dè tài: không

() M u ì n g tha\ dùi vê liên (Jộ thời gian n g l n ũi cứu: Vi ¡V lio súc khoe tịi mniH’ niLiịn thiiN

dơi thời gian két thúc t hực đề tài từ t háne / 20 07 sang t hán» 0

7 N hữ ng ihay dơi Vi} d ự t ốn kinh phí: khơng N h ữ ng thay dôi khác: k h ô ng

Y ự í í U ' ih ú in Ị^' IIŨIII 2(J<)~

C o q u a n c h ú q u ả n d u y ệ t

T I „ G I Á M I K K

) ẠI n ọ c QI JÓC ( ;i a H À N Ộ I

THƯ Ở NG BAN K H C N

f t

p

.VịỉìiY ":thciniỊ - nám J()()~ X m i/niiìư, ■ nìini ?(>(>

Co' q u a n c h ủ trì C l n i n h i ệ m tic t ài

í K \ l e n t

Đ Ạ I H Ọ C Q U Ô C G I A H A N Ộ I - - - 0

ĐỂ CƯƠNG ĐỂ TẠI TRỌNG ĐĩỂM NCKH CẤP ĐHQGHN

•iển khai thực th o ả th u ậ n hợp tác khoa học Đ ại H o c Q u ố c Gia ĩ l a Nội và T r u n g T m K H K T -C N Q S Bộ Q u ố c P h ò n g

t i : “Nghiên cứu tích hợp hệ thống dẫn đường quán tính (D Đ O T ) trên sở cảm biến vi co điện tủ phục vụ diêu khiển dẫn dường

phương tiện chuyển động"

h o c Q n ỏ c gia H ả N ô i

Đ È C Ư O N G

Đ È T Ả I T R Ọ N G Đ I Ê M K H C N C Á P Đ H Q G H N

ên đề tà i n s V iệt

hiên cún tích hợp hệ thong dẫn đirỏnơ q u n tinh (H TD Đ Q T) sở

n biên vi CO' điên t p h ụ c v ụ đ i ê u khiên dán đ n g p h n g t i ệ n chuyên 'g

P.S A nh

estig a tio n o f Inertial N a v i g a t i o n S y s t e m Iníergration b a s e d on M E M S isors for V e h i c a l N a v i g a t i o n

h ò i g ia n t h c h iên : o • • 2 tháns,’

đầu từ th n e năm 0 đ ế n th n g năm 0 7V— »—'

) ề tài t h u ộ c l ĩ n h v ự c u t i ê n• ■

tài trọns, đ iể m cẩp Đ H Q G triển khai thực T hồ thuận lìọp tác khoa : c ô n g n e h ệ k ý g iữ a Đ i h ọ c Q u ố c G ia Hà \ ộ i T ru n g T â m K hoa : K ỹ T h u ật C ô n g N g h ệ Q u â n S ự - BQ P.

C h ủ trì đ ê tài

-lọ tên: N g u y ễ n Phú Thuỳ N a m N ữ □

'lãm sinh: 946

Thuyên m ô n đào tạo: Vật lý

i ọ c hàm, h ọ c vị: G S T S K H ?hírc vụ: Chủ n h iệm khoa

) n vị c ô n o tác: K hoa Đ iệ n T V iễn T h ô n g , tr n s Đ i H ọ c C ô n ° N g h ệ , H Q G H N '

) ịa chì liên hệ: nhà G , 144 X u ân T huỷ, c ầ u G iấ y , H n ộ i

;ổ điện thoại: 3 Fax: 7 E m a il: t h u y n p @ v n u e d u vn

óm tắt hoạt động n gh iên cứu chủ t r ì đề tài

ác ch n g trình, đề tài n g h iên cứu kh oa h ọ c tham s i a

hời gian ỉ T ên đề t i/c n g trình 1 T c c h ị th am gia

i C â p quản ị lý,'nơi c ô n g bo Ì95 I N g h iê n cứu CO' c h ế vi m ô dẫn đ ế ! C h ủ trì

j hình thành c c tính chất Vật lý c ù a 1 vât liêu từ c ứ n s từ m cm m ã s ố

K T 04 3.3.6

C â p nhà nước

I

ỉ m ! N g h iê n cứu dị hướng từ, tương tác ị C h ủ tri

từ v ẩn để liên quan cù a vật liệu từ đất h iế m -k im loại c h u y ển tiếp m ã s ố K T 04 3.3.6

C âp nhà nước Ị Ị 1 i i 1 1 m Các tính chất từ chất rán - M ã ! Chủ trì

số: 2

C âp nhà n c ! • 599 Tính chất c m n g C h ủ trì

m o n o từ đ o n lớp đa lớp - M ã số: / 9

C â p nhà nước ị ị 1 ị m N g h iê n cứu vật liệu đất h iếm k im j Chủ trì

loại c h u y ể n tiếp c ó hiệu ứng từ g iả o lớn ÚT12, du ng c h ú n g - ị M ã số: B 9 - - '

1 1

c ấ p bô

)00 N g h iê n cứu từ tính m ột s ố vật Ị Chù trì liêu từ h iê n đai - M ã số: B - - !

T Đ -0 i

c ấ p bộ

0 0 C h ế tạo n gh iên cún c c vật liệu c ó hiệu ứ n a từ nhiệt khổnii lổ ( G M C E ) d ù n o tro n s thiết bị l m lanh từ th ế m ới - M ã số: Q G T Đ - 0 -0 1

C'hu í ri câp Dại H ọ c Q u ô c Gia

ỉ

0 - N g h i ê n c ứ u ú n g duns; linh C hù trì C âp nhả n c

0 6 k iệ n vi c điện tử điện tử và 1 t

v i ê n th ô n g , mã sô 1 4 1

iC c n g trình c n g bổ liên quan tơi phu'0'n« h n a đề tài

P h an L ê K im , N g u y ễ n T h an h N s ọ c , N g u y ễ n Phú T h u ỷ , Đ in h H ù n s M n h , M ộ t s ỏ n g h i ê n c ứ u v ê c ả m b i ế n g ó c c h í n h x c s d u n g h iê u ứ n g H a l l g iả , K ỷ y ếu hội thảo kh oa h o c "Đào tao n s h i ê n cứu ứnc d ụ n g k h o a h ọ c v c ô n s n2hệ vật liệu", H u ế , thánn - 0 , tran" 201 - 210

V ũ N s ọ c H ù n g , Trịnh Q u a n s T h ô n g , Đ in h Văn D ũ n g , N g u v c n Thăn;: L o n g , N g u y ễ n Phú T h u ỳ , N g u y ễ n Đ ứ c C h iế n , S e n s o r p tr k iể u b ó n đ i ệ n c ự c v ứ n g d ụ n g , K ỷ y ếu hội th ảo k h o a hoc "Đ tạo, n g h ic n a và ứng d ụ n g v ề k h o a h ọ c v c ô n s n g h ệ vật liệu", H u ế , th n s - 0 ,

trans -

> P h an L e K im , N g u y e n P h u T huv, P h u o n g L e M in h D in h H u n g M anh N a r r o w r a n g e a n g l e s e n s o r b a s e d o n n i g g l e s in a n g u l a r d e p e n d e n c e o f p s e u d o - H a l l e f f e c t , S e n s o r s and A c tu a to r s, A - ( 0 ) - 17

r V u N g o c H u n " C hu D u e Trinh, N e u y e n Thi M in h H a n s , N s u v e n Phil T h u y , N g u y e n D u e C h ie n , A s i m p l e a p p r o a c h in f a b r i c a t i o n o f c a p a c i t i v e a c c e l e r a t i o n s e n s o r b a s e d o n b u l k m i c r o m a c h i n i n g , s lh International C o n f e r e n c e o n M e c h a t r o n ic s , N o v e m b e r 8-1 2, 0 H a n o i V ie t n a m , p 3 - 3 9

I C h Đ ứ c Trình, N g u y ễ n Phú T h u ỳ , V ũ N a ọc Hùn«! Đ in h V ă n D ũ n » BÙI T h a n h T ù n g , Trân Đ ứ c Tân Vũ V iệ t Hùric, ú n g d ụ n o củ a c m b iê n ÌY1EMS t r o n g th iế t bị V tế đ iệ n tử, bao cáo hội n ah ị Cơ D iên T T h n h Ph ố H Chí M in h , th iis - 0 4

C hu D u e Trinh, N s u y e n P h u T h u y , V u N ỵ o c H u n e D in h V a n D u n a and B u i Thanh T u n s , A p p lic a t io n o f 'M E M S p re ssu re sensors in the m e d icin e e le ctro n ic devices, P r o c e e d in g o f the |K V ie t n a m e s e s - G erm an sem in a r on P h y s i c s and E ngin eerin g, H a lo n g B a r M arch. 2 0 , p - 4

V u N g o c H u n s , N a u y e n D u e C h ie n , N g u y e n Phu T h u y , Trinh Oil an a T h o n g , D in h V a n D u n g and N g u y e n Thi M in h H a n s S i l i c o n

m ic ro m a c h in e d g y ro sco p e based on c a p a citiv e e f f e c t P r o c e e d in g o f the th V i e t n a m c s e s - G e r m a n sem in a r on P h y sic s and E n g in ee r in g H a l o n c B a v , M a rch , 0 , p 2 - 2

Trần Đ ứ c Tân, N s u y ễ n P h ú T h u ỷ ^ C h Đ ứ c Trinh, N g u y ễ n Thăng L o n g V ũ N g ọ c H ù n , C ả m biến gia tốc M E M S k iể u tụ: So sánh k êt q u a m ô phỏn g v th ự c ngh iêm , K ỷ yếu hội 11 iihị V I C A , thãni» 5-2 0 , Hà nội, V iệ t N a m

0 Phạm D u y HUT12, Trần Q u a n g V in h , N g u y ễ n Phú T h u ỳ , N g u y ề n Thăng L o n g , Trần T hu H o n s Đặn«, C a o S o n ư n g dụ n g cảm biển gia tỏc M E M S để đo góc n g h iên g r o ll p itch m áy bay, K.V yếu hộ! thảo toàn q u ốc “C h ọ c khí cụ bay có điều k h iê n ” lần thử nhất, 0 / 0 , tr - 7

1 W d y e n Thị M in h Hầns,, V ũ N g ọ c H ù n s, N g u y ễ n Phú T h u ỳ , Trịnh Q u a n g T h ô n g , Đ in h V ãn D ũ n a , C ả m biến vận tốc góc D p p e r: C ô n g nghệ chế tạo g iao diện điện tử, K ỷ yếu hội th ảo toàn q u ốc “C h ọ c vắ khí cụ b a v c ó đ iề u k h i ể n ” lần thứ nhất, / 0 tr -1 8

/ >

1 tă í h o t đ ộ n s đào tạo sau đ i học chủ trì đê tài tro n g năm trở• • o • • • o lây

oi s ia n T ên rm hiên u sin h : S ò lư n c h o c v iê n cao hoc

1 ■ • ị

02 Trân M ậu D anh 1

03 Phan Thị Lê M in h 1 1

04 C h Đ ứ c Trinh ỉ

05 N s u ỵ ê n Thi M in h Hãns, ~)

Co q u a n p h ố i h ọ p cộng tác viên c h ín h cua đề tà i (a h i rõ n vi cá n h â n đ ợ c m i nhận lời m i tham e ia đê tài )

T C ộ n g tác v iê n chính

ị 1

1 Đ H Q G Hà n ộ i ị

T S K H N e u y ễ n Đ ìn h Đ ứ c i P h ó chù nhiệm : đe tài

! Đ H C N , Đ H Q G Hà n ộ i T S Trần Q u a n g V in h 1 T h ản h viên Đ H C N , Đ H Q G H n ộ i T S N g u y ê n T h ă n g L o n g T h ký Đ H C N , Đ H Q G H n ộ i T S Lê V ũ H à ị Thành viên Đ H C N , Đ H Q G H n ội T h s Trần Đ ứ c Tân ' Thành viên Đ H C N , Đ H Ọ G H n ộ i Cn Bùi T h an h T u n c T h a n h ién : Đ H C N , Đ H Q G H n ộ i ị M ộ t sô n g h iên cứu s in h v Thành viên

1 h ọ c v iên c a o h ọ c

rT

C quan p h ố i h ọ p

ì i V iệ n Tên lửa, Trung

' tâm kh oa h ọ c kỹ thuật ■ c ô n g n g h ệ quân sự

T S N q u v ê n V â n C h ú c : T h n h V'.0-’Ì

ị

! P h ị n g T M - K H , T ru n g tâm K H K T - C N Q S

P G S T S N e u v ê n M i n h' w

r p Á

l u â n

T h ả n h v iê n i

Ị

i 1 V iệ n T ên lử a

i

G S T S K H N g u y ê n Đ ứ c C n c

T h n h v iên

; V iện T ên lửa PG S TS Trân Đ ứ c T h u ậ n T h n h viên

Ị

1 V iê n T ên lửa T S N g ô T rọ n g M ai T h n h v iên

1 V iên Tên lửa T S Lê A n h Tuân T h n h v iê n

V iê n T ên lử a Th s N g u y ê n Phú T h ă n g T h n h v iên

T h u y ế t m in h s ự cần th iế t h ìn h th àn h d ự án

ác h ệ t h ô n g dần đ ò n g la cân thiẻt CcỉC p h c n ũ u ệ n c h u y ê n đõ na lư m y b a y , tên lửa c c thiết bị tự hành D ê c ó thể điều k h iển đ ợ c ji tư ọn s, c h u v ê n đ ộ n s th eo q u v đạo m o n g m u ô n cân phai c ó thơno, tin ve ạ đ ộ dài ( x , y , z ) toạ đ ộ g ó c ( g ó c hư ớn g, gó c ch ú c, g ó c c ren ) cua ban ân đ ôi t ợ n s c h u y ê n đ ộ n g s o với hệ quán tính (t h ò n g t h n2 c ó thẻ coi hè ạ đ ộ găn v ó i d iê m xuàt phát ià hệ toạ đị qn lính bị qua c h u y ê n độnii jav Q u ả Đất').

H ệ i h ó n g dẫn đ n qu án tinh ( H T D Đ Q T ) :a hệ ihốp.o s ù ụ rì ca::' ên q u án lín h (c o n q u a y , a ia tòc k ẻ) đẻ đưa toạ độ dài vả 10,1 độ kõ: la cá c đỏi t ợ n g c h u y ê n đ ộ n g so vớ i h ệ toạ độ quán tính T rư c giá ành c h ê tạo c a o c h o n ê n H T D Đ Q T chi đ ợ c ứ n g d ụ n g c c m av IV đăt ti én, v ê tinh v tàu vũ trụ N g y nay, giá thành g iả m tính ÍH2 kỳ thuật đ ợ c nan s’ c a o , H T D Đ Ọ T m ột h ệ thüim kh ón s, th ê thiếu DH2, v iệ c đ iề u k h iên c h u y ê n đ ộ n g th eo quỷ đạo rnonLi m u o n vá c ỏ mặt '.ren iu hết cá c tên lừa h iện đại ( lé n lừa phịny k h n g t m n e tâm , tên lira đoi hai, n lửa đất đ ô i đ ấ t ) m y ba)' h iệ n đại H ơn nữa, g iá thành hạ, 1C H T D Đ Q T đ a n a b c đầu đ ợ c ứ n g d ụ n g rộ n g rãi tron g p h n g tiện ìn dụna,.

H T D Đ Q T trước thưỊTis, c ó phàn oịá dỡ (p la tíb m ) đ ợ c n dinh Tr 5n<_1 l ô n s gian quán tính n h c o n quay diện ba bậc lự T rên p ìa t íb n ĩì c\ì p đật o ía tốc k ế c h o p h ép đo gia tòc cua đối t ọ n s c.huvển d ộ n g s o vơ: Ị toạ đ ộ qn tính thơns; qua m ch tích phân c ó thẻ x c định

c đ ộ toạ đ ộ dài cù a đ ố i tư ợ n g.

V i p h t triển m n h m ẽ cônư n g h ệ th ô n g tin, n a ày n a y từ cảm ến g ó c ( c o n q u a y hai bậc tự d o ) gia tốc kế người ta c ó thể sử d ụ nu máy "ih k h o a n » đ ê x lý trực tiếp tín hiệu nói đỏ dẫn đ n a mà lơ n íỉ cần c ó platform ổ n đ ịn h tron« k h n g Q,ian qn tính C c H T D D Q T Iir ih ế đ ợ c g ọ i H T D Đ Q T khôns, platform (tiến g A n h : str a p -d o w n

ertial n a v ig a t io n s y s t e m , tiế n g N g a : b e x p la t f o m e n n a y a in e r tx ia n a y a • iv ig a t x io n a n y a s is t e m a - B I N S ) B ê n cạnh đó, irong thời g ia n g â n đây, lát i ề n cá c c ả m b iế n vi c đ iện tử (V IE M S ) kết hợp vớ i m y tính c h o lé p tạo H T D Đ Ọ T khôns platform c ó độ til! cậ y c a o , kích th c nh ỏ gọn ì g iá thành rẻ V ỉ v ậ y cá c H T D Đ Q T khóno, platform í,ừ d ụ n ẹ c c cùm

ế n vi Cữ đ iệ n tử n a y ứn2 d ụ n g rộng rãi cà c c loại t h i ế t bị

• hàn h từ cá c x e tự h àn h đán thiẽt bị hay Các H T Đ Đ Q T k h ô n g

atform sử d ụ n g cá c c ả m biến vi CO' điện tử thưừna đ ợ c c h ế tạ c thành m ột l ố i vi c ò n g ọ i k h ố i đ o quán tính (IM l'-in er tia l m e a s u r e m e n t unit).

hệt h ô n g đ ị n h vị t o n câu h ay hệ tỉìổim đ ị n h vị vệ i GP S (G lo b a l

P o s itio n in g S y s t e m ) Khi kết hcrp ca hai hệ thônLL r ' độ c h ín h xá c tă n s 'ất đ n g kể M ặt khác, n h biết, hệ t h ố n ” CiPS (h oặc hệ t h ố n G L O K A S S :ủ a Ne,a) dẻ d n g bị dây n h iêu , kiii kết hợp với I.MU thi khả n ă n ° chống, i h i ễ u h ệ ihốno, c ũ n đ ợ c tăng lên.w • í—

V án đê n g h iê n cứu tim thuật toán dan đ n a quán tính u: r - v 'mí1, d ụ n g khỏi IM U kct h ợ o v í G PS nhằm giam sai sơ nói m ộ i Yấr, í ê b ứ c th iẽt, tao tiên dè c ô n g n ẹ h ệ ch o v iệ c ứng dụ na hệ thốn LI dẫn ỉ n g quán tính rrons n h iê u lĩnh v ự c, từ c ô n g im h iệp, ũ ia o t h ô n g đến quốc nhịng.

■Lý cỉo chọn đề tài

-Tính thời cua đê tài

Í-Iiện n a y n c ta, nhu cầu v ề hệ th ố n g dẫn đ n g rấi lớn, ví d ụ nh u'

.rong ú n g d ụ n g v ề quàn sự, ứ n g dụ na v ề k iể m s o t m ô ; trương, ti:v Thiên v iệ c n g h iê n c ú n v ê hệ th ố n a dẫn đưừĩìg chưa đirợc q u a n tàm i h i ề u C c h ệ th ố n g cùa n c n g o ả i ữiá thành th ờn ? c a o v n li ười sử đụ nt’ c h ó n a can th iệp sâu đ ợ c vào h ệ th o n s Vi đề lãi n ả y đ c ù ưa \ Ớ1 n ụ c đ íc h m chù k ỹ thuật dân đ n g đè tiên tới ứ n s d ụ n g tron g yêu cai; :ụ thê ỏ' V iệ t N a m

-Tính cáp thièt đáp ímg nhu câu phát triêrt kinh tê-xã hội

Đe tài n g h iên c ứ u p h ụ c vụ c h o ứ n a d ụ n ° c ô n s n g h i ệ p , 2120 h ô n g , m ôi trường, quân

De tài thực theo Tỉioii thuận hợp tác Đ H Q G H \ Trunx Tâm Khoa Học Kỹ Thuật Công Nghệ -BOP Tông kỉnh p h i thực nhiệm yụ :ỉning 700 triệu, Đ H Q G H N cẩp 300 triệu, Trung râm

KHKTCNOS -B Q P cấp 400 triệu (xem phụ lụ c ).

ì Đ ịa bàn tiến hàn h n g h iê n u (x ã , huyện, tỉn h, vùng) Hiểu biết thực tế tác giả địa nghiên cứu

Dịa bàn n s h i ê n c ú n tập tru n s Hà N ộ i cỏ thể m r ộ n g toàn q u ốc. ■Tỉnh đai diện địa bàn nghiên cínt

-ĩà n ộ i lả nơi tập trunổ, c s c ô n s rmhiệp g ia o th ô n e , qu ân đội cỏ khả lăn g áp d ụ n g kết củ a đê tài

L m chu v iê c tích h ọ p phần cứĩiìi phần m ồm hệ th ố n g dẫn đ n e qn ìh c ó h iệu chinh bãiìLL tín hiệu bên ngồi (G P S (lộ c a o

T h iê t k ê c h ẻ tạo 01 m au hệ thons, ùẩn đườns qu án [inh p h ụ c vu ch>> l n g tiện c h u y ê n đ ộ n a (ơ tỏ, m v bav, thiet bị bav khóna, rì£;ưị'i lai .) Tập tru n a đ ội ngũ n g h iê n cứu phái triẻn imỵ d ụ n g H T D Đ Q T tro na CÔ'IC, Ị h iệ p an ninh q u ơc p h ị n g

3.T ó m tắt nội d u n g n gh iên u cua đề tai

Tính lốn ihiết k ế h ệ t h ố n s

XàC đ ịn h đặc irưncr đâu vào cùa câm bié?; X àv d ự n s niu ỉiini: ST s ậc trụ n g p h ị sai sơ.

■Tỉiiêl kẽ ihuật toán, ohirơna trinh toái ỉ thinn số c h u v e n Cl.;": C-M rạniị s o với cac hệ tòa ci ộ dap đirờr.g ch o che dô làm \ iụv !vu ;'ic nhai: c ỏ lêu chinh., k h ô n g h iệ u c h in h ).

Ti li é ĩ kc- phần xù K iín hiệu, tích h ợ p íhơnạ, tin từ n h iều ngu hiỘL! hu v e n thuật toán '.ào cnÍD điện tù chuyOn dùng.

Thừ ní.h iệni hệ thống, tiưới tác đ ộ n e cùa m ô i Trirờng kiìr.i th c .»:.r í !!'.•: GìVi p h ị n s thí n a h iệ in trẽn đối tirợmi.

"Nỉ;’'ri ỒM cứu-kha n a n g s ữ d n g ngân hàng th n g tin địa lý (G Í S ; cua Việ" íam v tram phát lại tín h iệ u vệ tinh tồn câu ( Đ G P S ) c h ê đ ộ bù s a ’ sô ã cỏ t i' V i ệ t N am ( T r u n s tâm địa giớ i Q u ô c G ia' B ộ tài n e u y ê n m ỏi

ườn V

Nựhiiên cứu c h ế tạo h ệ th ố/m cỉẫn d u ũ g quan tính th eo y ê u c â u ùr.h Víánu ST Tir c h ò if.jp 'đỏi tư ợ n c

T h riạhiộm’sả n 'phâìĩì rác đ ộ n s m ỏ i iruàrui'khai th ac s ủ d i ì g đậi o n g p h ị n g thí n h iệm v trên đ ô i'iư ự n g ch u y ỏ n độn?,

- — - r q u a v vi C O ' J

q ua y

- ! j gia rốc kế vi i <

1 L_ t

í

c vr

r #

í C a m biên từ

j I ! •

t r n g — *1 1 ii c â m biếrt nhiệt

đò'

C P U Thuật toán

- S ú ¡ V s ố

+ B u t r Sai s ỏ

+ Lọc K a l m s n ■’■Định vị, dẫ n

điròr.ạ

R S H Oi ao

1 di ện

ị v o ị

! bồ j I x u n c j _

I "

—

M y thu G PS Ñ a u e n

T h a m số đ ịn h vị

dẫn

d n

ki ểm tra

à r z len G PS

Đi ện a;: vào

_*! Xác dinh mặt p h ả n a n g a ng

_ J Xác đ ị nh p hươ ng vị

K h ó i c ả m biên í q u n t ính r

1 Hiệu chinh dỏ trôi q ua y i _

I 1 Thuài toan (lan d n'2

»ỉ * 1

i ị ■

I Hi chỉnh tốc đô ịịỊ1 :

1

: Ị

i

t , i , XciPii ị 1

1

1 ! V

ị ị

- ^ ỉ

Hi ệu c hinh toạ đô ị i

!

* í K S V

y c L !1\S ị i í i ị Hmc

\ |.\'S ' V V 0’

Hins

i '

Hi ệ u chình

“ óc tám , góc xoãn

V 1V IMS

ỴCINS

1

_ v T

r

i Hi chình iícINS I'

I ỉ

góc h n í

i _ J

_ T ^ _ì _ _ l

[inh 2: S đô thuật t o n hệ th ô n g dân đ n g quán tính h iệu chỉnh b a n s tín iệu đ o đ ộ c a o v ô t u y ế n tín hiệu GPS

Hiẹu ch in h số tr;jị

'ì-1 - đ ộ rhuãV "P la iío rm ; ! i

11 C c c h u y ê n d ê n g h i c n c u d ự k iê n c u a đ c tùi ('tên nội duna, chinh c ủ a c h u y ê n đ ê)

N h ’rdfi trinh bày, c c hệ t h o n g dàn đưỜPg í.\n tính â m Liĩict p-o;:.-: !' tẻ T uv n h iên đ è c o ih é n g h i ê n cưu chi tiẻí v ê j a c í [ Ĩ D Đ Ọ T cầ n phi'.: iruriL kiến thuc cùa n h iêu ITììh vực V ì vậv v i ệ c h ọ p lac: n e h iẻ ;: cử u k í hier

Kho;: đ iệ n từ v iè n thôn II tỉ n a đạ! h ọ c c ụ n n u h ỗ I Ọ G íà m ộ i '.V

k in h n d iiệ r n đào tạo n g h i ê n u troi 12 iĩnh v ự c đ iệ n tử cá c hè v: xư ì'ý ẹân d ây d a n g phát trien h n s n ^ h ièn cửu v ề c c Ị ì”.; ' ::iệr \ ! t: r đ iệ n tứ m ô n vi Cữ đ iệ n từ v vi h ệ t h o n s T u y n h i ê n c a c c s i\ t.huyêt thực n s h i ệ m v ê c c h ệ t h o n s dẫn đ u n o m ộ t lĩn h v ự c r n ứ i m e đ ỏi VỚI khoa T r o n g đ ó V i ệ n T e n lử a ÚUIÒG trur.il íâ m k h o a h ọ c kv tìUiiii cơnr; n g h è ừìột c o s cú k i n n n ỗ b j ê m đ o lạ o v n ẹ h i è n c u \ ề kV ti'Liâ- dẫn đường.' Trên c sỏ' dó, v i ệ c c ộ r c lác erữa ha) CO' s k h o a -học sẽ ạ?ủp vho v iệ õ ĩíg h ĩê iV c ú u c d c H T D Đ Q T trờ nèrs ili-'u a li ủ hcvi

c ì 11 úèt cùa v i ệ c h ọ p rác n g h iê n cửu đu ực !hé h i ệ n u a c c c h u > ê ii (lê : ; ij.v lẻo cih: sa ứ dầy:

l'hijvèn ‘i'ỉ : Tín:* ì> ihiế; kố hí: t h ị n g đ ụ ! caí: Vi;: nem:

V iệ n ten lửa đạt v è u câu v è độ c h ín h x c cá n th iêt c h o m ộ t i i 1'DĐQ'Ì xị: t m h / r d ụ a s c h c m ộ t đôi tư ợ n c CỤ’thê B é n c n h đ ỏ , v i ệ n tên !'Va r’m !J• ê

ácrĩhiiộtỉtộãn d ’.’.'-'Tg va v e thỉểt bị thu G PS.

B ô m on vi cứ ‘MỊn lư v vi h ẹ thòng.'ti iTi hiâi: cá c k h ỏ i đ o (jüârj

làiYU p h a n u J ? h ¿p -V) c hè - í ộ ó h i ' ë n c ó i r ê t t íhị I P :; C ~ d è t ũ r : •••:: c u ; ■

lựp với c : y è cat: v ề đ ộ -chính xác đ ộ ỏ n đị:.?hv ẸÌậ th n h N g o i

[.m ilieu v ê cá c khối Vỉ x u lý th ích h ọ p c h o v i ệ c x lý dẫn đ x n g ílit.'i gian hue.

rỉai bịĩỊ ôau ti-y; iii s c c ự n ỗ íÍTỉh lốn :hièt k ế đ ê đ ira i mo ninh hệ liona để c ó thê đại đ ợ c c h í tiêu kỹ thuật m o n g m u ô n

■huvèirđí» 2: N gh i én J'ju lý -th u y ế t, xây đ ự n g c-ic Ihuật lo ụ T n u ậ t toán định ¡vụ kênh

T h u ậ t toán dẫn đ n g k ên h ÍTluiảPtOáỉvxãe định g iá t r ị b a n đểu. Thuật’toán bù , sai'S ố c ả m b iế n

Hìuật tối> tịeb h ợp LNS vợi tín hiệu ;\S

liu l o a n hộ liiốn g

'ức đ fu V iệ n T ên Lứa c u n g cấp kiốri thức c ban vé c c thuật loan ìh V Ị dán đ n g n ! rên Trên c sở dó, bị m ó n vi d iệ n tư SC nam ; phan CỐI y ế u cú a cú c thuật toan từ dó phát tri én c c th uâl toán VJ K c biệt iiơn \ j du n h thuật toán bù sai sổ cho càm b iến vi c điện í V

Iiivên d é 3: rhìr n g h i ệ m x c định m ỏ hình sa: sị c ả m b iế n q u án tfII í ác đị<ìh Ï& số tính hộ s ố ĩỷ !ệ ?. quav 2Ìa tốc kê.

í ác uịnh ánh h ón g cù a nh iệt độ đổi tín hiệu cùa c o n q u a y oul tốc . u c dịnh ánh huứriii g iữ a c c kênh

íiệ u chỉnh c h ỉ s ố c ù a Lhiẹt bị đo véc tơ lừ trưừns trái đấi.

ơ hình sai s ố c c c ả m b iến quán tính x c địn h V i ệ n T ên Lửa a trér c c th iết bi đ o c ó đ ộ xá c cao T ro n c trinh thực: hiện, cúc hiên cứu v iê n củ a b ộ m ò n vi c điện tử tham cia đ ế c ó thê làm chu k;:: iật đo đạc.

I.uvcn đ é : G h ép nôi cá;' m o d u le cơ, vi c điặn tư đ iệ n UÏ (!ế di'irr* b<iì> i u CÍUI khai th ác sứ.ciụna.

'\ệ.i chưởíìẹ; ịrình d ieu h n h , phối gh ép hệ thống c h ế đ ộ ■ • : 'huv bộ n:ión vi c o chon iủ.t!ỉực h iệ n

i-'ict phún n ĩé m thực iìịện c c Ihuậ! toán lièn kêi d i u v n đ ế 2: Di» ;•••;' !■•.Tỉ cơ diẹn lừ v iện tên lửa c u n g thực hiện

Chai thác CO' sở liê u địa lý GIS hệ thông D G P S cỉể p h ụ c vu h i tinin ìh vi dan đ n c P h iíơ n p h áp thu xử lý !ín hiệu G PS D G PS : D o môn c diện tử viện ìè n lửa c ự n ỗ thc hiờn

J.ia c ú n g chi tiết h ộ p m y gá c h u y ê n dùng tron ự láp a h c p , k iể m D.'- ệ il l e n Lửa Ịhực hiện.

Ĩ1 iêí ]<ố„ c h ế tạo c c m c h đ iệ n tử : D o m ỏn Ihực hiên

.áp rạp t h n íih iệ m rièn ụ phần: D o viên,T on L a c.ur>_! tivẠ’ hi ã ! 'hử n g h iệm tồn b ị thiết bị: D o hộ m n viên T èn Lửa c ù n g Ihực hiựn

2.C ấ u trú c d ự k iế n báo cáo kết quà đề tài (chi tiết h o c c ch n g

l ụ c) :

5ng quan vé h ệ th ố n g ác m ổ hình lý th u y ế t

ác thiết k ế c h i tiết c ù a hệ th ố n g ết quà ihử n a h iệ n i thảo lũ ậ n

-Hợp tác có (tên tơ chức vù vân dà hợp ícid

-Đại học t ô n2, h ọ p L a \ a!, Canada hợp tác vấn đề xử ]ý tín hiệu

1 C c h o t đ ô ĩ i g n ^ l ì i e n c ứ u c ủ a d ê í n i

■Nvỉhiên u ịv th u y ế t .;r1

Đ iê u tra \ h o sái .

•Xâv đự.n.ị ¡nơ hình thừ n g h iệ m 'O

•Biên soạn I.ai liệu Ijj

■V iết bao c o khoa h ọ c ¡li

■Hội tháo khoa học ũ

•Tập

C-Tac ỉ'.iV.it í lộ n.2 ivhác dJ

!H. K i;t iỴtiả d ự kiên

' ẤÌcl khoa học

D ự kiến n h ữ n g ù ố n u s ỏ p cứa đẻ tài: Đ ưa cá c n d u ê n cứu \ : o ỉẫn đ n s giãi ph áp tích hợp phán c ứ n g c h o hệ thong đẫr: du-r; ;

Sổ bcíì báo Sach, háu c o khoa học íkr kiên :-x- đưo\: c ’".: hố: '•

18.2 h ế t q u k h o a h ọ c , c ô n n g h ệ YĨỈn c í ìĩi k h u a h ọ c VÓI s /.‘

ỌCác sản phárn cịnc, rmhệ:

Bộ lài liệu vê thuật.tồn dẫn đư n g quán tính CO' sỏ ứng d ụ n g -v n quay i c ó hiệu chinh b â n g G P S

-B ộ ch ươn Li trinh Í20m : Đ iể u hanh hệ th ố n g

Tính tốn lọ c c c thỏm?, tin dan đ n g

-Mau hệ thóne, dẫn đ n g qn tính k h n g p la t ío m c s ứrm dụng ám b iến vi c điên tử c ó khả kết h ọ p v i G PS:

Dưa đ ợ c tọa đ ộ dài tọa độ g ó c so v i hệ toạ đ ộ xuất phát, tốc độ lài tốc đ ộ g ó c c ủ a dôi tư ợ n g ch u y ên động.

Đưa t h ô n tin B ộ loạ độ ( X ,Y ,Z ) ;ronạ hệ íoạ độ dan đ n e toạ độ g ó c 'ả toạ độ đ ối tư ợ n g

- C ó G P S ± I Om

- K h ô n g c o G P S 0 m thòi gian 40C)s ( T ố c độ đối t ợ n s k h ô n g đ i)

- D ã ; đ o

T c độ Rỏc: • ũ? ± I ¿0" s G i a tốc r I Og

Cĩóc tầir: 90°

G ó c crcỉTi :t 180° G ó c h n u - ?60°

>)Khà n ă m i ứ n s d ụ n g thực tê kồt quả: U n g d ụ n g tronr côns; n g h iệp , :iao th ô n ẹ vân tá! t;n": ki é m CỨ1! hộ, Liiiàn sự.

8.3 K i’ỉ qua đáo rạo

S e củ iin được' đ o lạo kiiuôn khơ dè lài: S thac đ ợ c đào tạo tr o n2, k h u ôn k h ô cùa đê tài; S ô N C S iiirợc đào tạo tron? khuôn kh ô d ẻ iài: 1

8 Kết ÍỊI v ề tù n ụ cường tiềm lực c h o dơn 17

[•v ét q u a b i dưịr iG c n h ộ

3Ổ x u n g k iến thức c h o cán v ê lĩnh vự c dần đirờng va cảm b ; in

Ổ xu n g thiết bị -dần- đ n g p h ụ c vụ c h o c ò n g tác đào tạo c ủ a m ô n V I c ìện t v vi h ệ th n g

r ■» *

d un g tiên độ th ự c đ ê tài (các c ô n ? v iệ c cân Lriên kha;.

• • • • k—?

ơi hận ’thực v sàn p h ẩ m đạt đ ợ c)

r H o t đ ộ n g n g h iê n cửu Ị Thời Liian thực hiện

Ị Từ th ! Đ e n thang

Sản phâm k h o a học

I X ả y d ự n g dề c O T i g I 9 / 0 5 ỴThu thập v iô t Lôiiiỉ I / 0

1 quan lài liệu

! ' / 0 j Đ ẽ c o n g chi Ị f 1 '2005 ”’ị S đô rhuyễl 1 ; ị m in h , tính .Ị

t o n _j

20 P h â n bổ kinI) T T I N ộ i d u no

* K in h p h í

X ă m tlrV ỉ N ă m t h ứ 2

ỉ X â v d ụ n « iĩê c in v n g ch i tiết ! 5.00 !;0 0 - T h u t h ậ p v C! l n g q u a n

1 tài liệ u

5 0 0 0

ị 5 0 ) 0 '

Ị T hu t h ậ p t liệu ( m u a , t h u ê ) Ị (XX 000 2 0 0 0 ! D ịc h tài iiệu t h a m k h ả o (sò ' 0 0 0 ' O 0 0

íra n ẹ X đon p i ả )

1 \ ìet 10 ì'ii-/ LỊUiiỉi tu [CU ị l o o o u o o ! 0 0 0 *■>

3 Đ i ê u tr a , k h ả o s t , thí ! n g h i ệ m , ÍỈUI t h p s ố liệu.

1 4 0 0 0

1 ! 0 0 0

n g h i ê n c u ,

ị Chi phi tàu x e , c n g tác phí , 10.000.1)00 V' 1 i 0 0 .■ ! C hi phí thuê m ướn í 0 0 1 ĩ 0 0 0

Chi phí ỉiúítt c h u y ê n Ị 0 0 0 ! 23 0 0 0

I m ó n i

J

; T h u ê , m u a s m í ru nu ỉ b i ó í 1 0 0 0 0 3 0 0 0 Ị b i n g u y ê n v ậ t liệu ỉ

:

Ị T h u ê tianụ, íh i e i bị "ỉ ■ ■

1 0 0 0 ' i

2 0 0 0

! M ua tranu íhiêt bị 1 0 0 ''/: ,

f> : M ề í hái) c o k h o a h ọ c , : n g h i ệ m th u

1 0 0 0 0

' ị 0 0 0

I V iề t b o cá o 3 0 0 0 1 0 0 0

ị H ội thào 7 0 0 0 7 0 0 ^

■ _j N c h i ệ m ibu 5 0 0 0

) i CĨTi k h c ì 0 0 0 ’ ! 0 0 0

i M u a v ắ n piìịnạ; ph ầm '

1 In ân, p h o io c p ỵ 2 0 0 0 2 0 0 0

1 Q uản iý phí o ' o 1 o ! o o o

0 0 0

1 Ị T n g kinh phí 2 0 0 0 0 1 0 0 0 1

l l T i liệu t h a m k h a o đ ể v iế t đ ề cư íi^

N s u v ẻ n Vãn Chúc Tr án Tien Dạt, Lê Anh 1'uãn

Xu h u n a phát triển ứna d u n g c ả m biẻn qu ầ n tính vi co điện tử T u v ể n tâp hội nghị toàn q uốc lán ] vê co diện tử Hà nội 00

Ng uy ẻ n Vã n Chúc, Lẽ A n h Tuấn, N g u y ễ n Phú Thãng

Đ i n h ai á ng ưỡ n g độ nliậv cùa q u a v vi c t uvến tap hoi nghị tồn q u ý c lấn VC cơ

đ i ệ n từ T P Hổ Chí M i n h 8/2004

- ĩ i l i ê u ti e n >?, Ann

A iia 'i:n Tiv-;r!0CïM il OCMÍKI n ro e K T ỉip o s a n n « b t'u 'iC M A H 984

n p o r p e u J r u ' - c T T i l'il ĩ ! c r p I ' poBCi inioM H h e p u n a T i * H - ci ! • Ï H HKOBCH cHCTf' -n r o p ’i e m a i i H K H

HaBHranHH no;iBH>Kiioi (,'õ'óiKra.

JInnKHH H A CnvTHHKOBbie HaBHrauHOHHbie CHcre.MM VlocKBa 2001

Vi ka s k u m a r x Inter ¿ rat ion o f Inertial N av i ga ti o n Svs tem and G l o b a l Pos it ioni ng Sys tem Us ing K al ma n Filter B o m b a y 00

Sa lv eh e v o s

/ r ?

í gày '/ ’ tháng ' năm 0 : N « v / thán» năiĩi 0 5

:h ủ t r ì đ è t a i C H Ù NTỈIỆM K H O A

/ ; / i T :

i \ j ỉ I i Ị i / V

/

í ỵ i /, t'

íg y thám năm 0 5

'H Ủ T R Ư Ở N G Đ Ơ N VỊ tý tên, dóng dấu) /! I li"

\

Ệ _ ''

N g y t h n g nă:i' 0

P H Ê D U Y Ệ T C Ủ A Đ H Q G H N

NGHĨ-T R U N G NGHĨ-T Â M K H K NGHĨ-T & C N Q S V I Ê N T Ê N L ƯA

o o o

THUYẾT MINH ĐỂ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

HOP TÁC NGHIÊN cứu G I Ũ A TRUNG TÂM KHKT-CNQS VÀ TRƯỜNt;

ĐA ĩ HÓC' ụuổc G I A H À \ộ)

II đ ế t i : "N "h iê n cưu lích hợp hệ th o n g dẫn dư ờng q u n tin h (D Đ Q T ) tren sở cảm biến vi điên t p h ụ c VII diêu k h iể n d ẩ n đ n g

p h n g tiện chuvếrt d o n s ''

Bl - TM vT T H U Y Ế T M I N H Đ Ể T À I N í ỉ H I Ê N c ú K H O \ H O C

VÀ P H Á T T R I É N O Ỏ N í , NCỈHK T h õ n s tin c h u n g vẽ đ ẽ tài:

ìn d e l : N g h i c n c ứ u tíc h h ợ p h ệ t h ú n g d ẩ n d n ° 2 M ã số uin ¡111 h ( D Đ Q f ) t r ẽ n co sỏ' càin biến vi c đ iể n t

ì tu vụ Jlé il k h i ế n d ẫ n d i iò n q p h u n a tiện c h u y ể n ị f ! Ợ* *■»

T h o i iíian t h ự c h i ê n : thãngT " o í p q u a n lỵ:

T r u n g t â m K H K T - C N Q S đ h ụ g húi nói

Ị

K i n h p hí : 0 0 0 đon': ị'ỉ’d\' írũm trica Hỷ) "ị n u o c ('huoTiCỊ t r ì n h Cnẽu có),

tác n e h i ¿ n cữu

t

Ch'-. : ¡ v!;0 i!i dt- t i: D o n c n h iê n

ỉ Jh:ii t r u n g t m K H K T - C X O S :

Chủ ni )íỈT' TS Nr.ilvịn Vã n C h ú c Nahi ẽỉi cứu viên c;io cáp - Phùn viỗn Ărrciisớ

ớ ; li."' cl\ nhiJ'in POS T S Nu li;-, ¿ n M i n h Tuân - Phú P h ụ n ỗ T \ I - K H T r ũ n c t am KHI' í ■> ■i ci : ‘ 1' o q u a n : Sú ! n P h ổ H o n « Sám - Cầu giây - Hà Nội.

!'n'.a Đ a i h o c Q u ố c g ia H N ộ i

Chù ni liệm G.c T S K H N e u y ẻ n Phú T b u ỳ - T r n s k h o a Đi ên tử - Vi ễn t f ' D r hạc Cór¡i:^ - * ± J I • i I-ÌC

Pli "V d ú i n h iệ m T S K H N g u y e n Đ ì n h Đức - Tr ườn a ban K h o a hoc - C òn nợ hố/Đại hoc Qi*-.;«: ?M Nội

1 chi c u u a n : N h L3 - 44 X u â n T hu ỳ- Cáu Gi - Hà Nội Cư q u a n c h u t ri tté t i : Vi ện T ê n lửa đai hoc c ố n g nghệ

’lén T ê n L ùa

ỉn'!hoại: ^ F a x - 6 mail:

I chi: V i ệ n Tê n lửa sỗ 17 P h ố H o n s Sâm - Cẩu Gi ấ v - Hà Nội

Đ ại h ọ c q u ố c RÍa H nội

ệ n t h o i : 2 F a x :

mail ihuvnp íS' u eđ u

]] N ñ i d u n g K H & C N I'll a d é tài:

9 M ụ c t iè u c ù a để t ài :

+ Là m chù tích hợp p h n cứng, phần m c m hè thốn,” dan đ n s q u n tính cỏ hiẻu chình bàng tín hiêu bẽn n s o i (GPS, đ o cao )

+ Thiót c chè tạo 01 m ẫ u hệ t hốn a dan đ u n s qu:=.n tinh phuc vu c h o ph ươ n g tu:n chiiV'.'r; đ.''!)!1 'ổ lò r rá y bay, thiết bi ba v k h ỏ n.;Ị nsười lái ';

- 'Táp trun đói nẽ n g h iên cứu tích hợp phr.it ỉ n e n • vù iir-1 ] i T i ) Đ Q T It', r;!.-!.' •; n:nh yu¡¿t_phóng

]{) T ì n h h ì n h n g h i ê n c ứ u t r o n ” n g o i n ó c h Tình ‘r a n ” đề lái Mói

Tàng q u a n tinh h ìn h ttỊỊÌùèn cứu th u ọ c lĩnh vực c ù a dè tài:

Dổ -:o i hể diet! fchien d ợ c c c d oi tirựrig c h u v ẩ n done; ( nu í v b a y :òu lira, bi-ir ' :c.i

m i n h .) ! h- q u ỹ đ o mone m u ố n ca n phài c ó t h ố n g tin 'vé toa d ỏ d ài (X.v./.'i vít t< - 1 dỏ 8óc ( ii'.k'

! Krone a ốc c h ú c no ó c , c ó c c r e n ) c ủ a b n t hâ n đối t ợ n g c h u y ê n đ ộ n g so với toạ đ<"' qu ír tính ú h ù n ẹ ỉhirừní! c ó thể COI l v i oa đ ộ g ắ n với đ i ể m x u ấ t p h t Jà bị ioa lộ quAr !ír:h nẽ-.i !>•■ :’U.Ì ch;.' r ĩ ’

ni'.jv ,'i'a Quà Đất)

’ dẫ n t i l ụ Cịiỉ.i!- tính ( H T D Đ Ọ T i L: hị íhơĩiu -ứ d ụ n £: !'••■ I:

I.; : !ĨC k:/! d í đ ưa iiì • -K' ‘.oa d ó dùi toa đ -cõi: cu;; c :,í ’ :!õi iLĩ;tT'• • «.'nü'-vi'

> C i i t i n h Trước k:a d o uiã t h ành c h ế tao c ao ch'., né n H T D D í )T r h ; '-1ili’C ' • -P :r::iv hav đa! trử:: tình \ tàu vũ trụ \ i i l y n a v HT D D Q T Ị m ỏ t hô t'V'-pv k:i<

đ k ‘U i/i’ iy or í ’ó íiü íđec- GUV đạo m on i; n iiố n , co UÒT1 h ¿ r ho I I;;:; h:.'r ; ’j; : : ;•i-.ịng i:hcr¡¡; ‘Mm t runc , t i u lửa íỉối hùi ten ỉửa đất tiói díu ) V;i n ấ u h ế t ;:;)<• n'.av 1:i •! 0,y

: -T! >ĐQT I rước iluròn £ c ó pl at fum dược ổn định t r o n2 k h n « g ia n cn:.:;¡ i::!;I P!v ỉ • !ụ u irén pki tl om c ó lắp dật aia lịe kv c h o p h é p đ o • a i'.Vc cùa J:ÌỊ ỉ Li u v : • ÜÓ!;\ vớ: hệ toạ đ ộ q u a n tinh, t h ỏ nu qua m c h tích phan c ó thê xác nh dược (ốc (.!;:■ V:.i toa ciá: đối t ượns

Vórị SƯ pỉt t i i ề n m a n h : nẽ c ù a c õ n g n g h ệ t h ỏ r.2 Tin ĩ VỊ y n a v t ."¿p:ỉ ^ ‘.-V :■<> >:•••

qua v ha; bàc lự d o; ai.t Lốc íCẽ* ngtrời la có the sử d u n g m \ l ính k ho a n» Ml tín hiệu nói irẽn đê dá n đ n s m ichona call có p l a t i b m ổn đ ị n h tron kbơnsĩ ù,ì:u\ qẫR : i' ■- ' T D Đ Q T n h t h ế '20! ià Í^ỈTDĐQT k h n g p l at f om (tiếng Anh; sirap-do-.vr iricĩiÌMi " ôớ'ã len ớCr\J Nga: bcxplui.Hớienriaya m e r t x i a ì n a y a n u ’-ieatx.' onnaya s is íc i• li: BINS' Ca:

V: Cú diện iử ( M E M S'1 kct h n p VƠI rr.áv tính c ho n p tạo H T O Đ Ọ T khói ig platforn Jv t :Iì „r: is ích thước n hò g o n giá thàph rè Vi vậv H T D Đ Q T k h ô n p h u f c i i sử ',ĨU:VT cá; : V'n \ ! c? (.¡tên lừ r ụ v na v đirợv ứng cỉuna rộng rãi tren c â loại b o m J n c ó đ l â i kh:ó:’ Cav

Ỉ Í T U Ũ Q I Áhóí-.c pi uil bai sử J i m s , c c c ả m biến VI c diên lữ I h n g ÜUO’C i:c i.ir ¡iiã! : v:

vậy 2Ọ1 ỉ ã khối q uá n tinh ( I M U -inertial measurej r; ent unit)

Tuy nhiên I M U t hườ ne c ó sai số tích ldỹ t heo thời gian IÕÌ1 vi vj\

lan í! <jộ xác cùa vũ khí có ều khiển, iron thố siới dã ứ n c dụiiỉi ) 'C thỏ:ia cĩần 'ỳ.ờnỵ t:'nh kế', hợp gi "ra Ỉ M U vù G P S (Gl obal Pos iti oning Svr>!em H ệ lì lịn ÌZ dir.h \ Íí)tn câu c<;n ;ã’ t’.icns đị nh vị \ õ tinh; Khi kết hợp cá hai hệ thóp.a náv đ ị c h í n h xá- tần« ici, :;i» d ar Si kc M 1 '.'lár, dii biết-, hổ t h ố n ụ G : ’S (hoặc hệ thơiĩíị GLC'NA.SS c u a N ú ' \ ' dc dồ no b; ì", k;:! 1ỚỊ) vó'i I> 11 khả 1’ăiií! c h o n n n hi ễu c ù a cà hệ t h o n ¿ f'ct IH'T dưưc tĩĩn.ũ !on I.ĩán-J k• í c t <■' ■ L _

\ ứi’ ¿6 n s h i ẽ n a h i tirn i h u ã t t c n d ẫ n đuờr.ii ü u n n : ínlì t r ê n c.: ứr,;: (].;?:• V !; VI

c h o việc ứris d ụ n ẹ hộ r h n s d a n đưịnạ; q n tính tronc c ác tên lừa vũ kh<‘ :ó íTiêii k hi en k i ì

-+ L iệ t k ẽ d a n h m ụ c c c CÚIỈÍỊ t r i n h n ° h i é n c ứ u CO liê n q u a n ;

Ị N u v ỗ n V ãn Chúc, Tr án Ti ến Đạ t Ló An h Tu.Vi!

X'J lurứna phái triển ứn <2 t ỉ ụ n s c m bien quan tính ú J u n lử Tu ven tạp hụi n:;ÌM K'JTÏ -JC lap i \ c cìiộn tử Ha nói 2002

2 N s u y ổ n V ă n Cỉiúc, L.í A n h Tu ấn N g u y ề n Phú 'Íliầrií!

u n h ¿i nụưỡns; nh a y c o n q u a v vi tu Ven lạp hội n s h ị toàn ụ u v ó c ỉ.in vê Lì' đ i Ị n tứ T P Ho Chí M i n h 8/2004-

\ y u y e n V a n Chili.: L e Aí ih Ti.ian, N e u Ven Phu T h a n "

I 'Mentation a l g o r i t h m s of J s tr a p - d o w n inertial na viga tion s ’, stem

üS'ii:; H.’IV.:! t on p a i a m o t e r s u p ch.: kill in h ọ c '.oán \ 'át l \ T X I X Y

-! A ü: ui )3 t ü h h o c t ; ; II ociioưbi npocKTHpoBaHHH Í Ỉ H C M A H 1984

S.npOrpeUlHOCTH HHTCrpnpOBâHHOH HHepUHaJlbHO-CnVTHHKOBOß c n c r c M b i o;>H<íHTaiiK:-i I*

HaKiiraiiHH no.iBHVKHoro 0ốT>iíKTa

*■ ,T!;riK>-iH -1 A *J.n\ rmiKo&fcit Haswr aunoHKti e CIÍCTC.VW '.iocKHa f i !

7 V;k.is !-.u;na:.N Ime ri ifJ ti on o f Irurrtial Na vi ga ti on Sys tem a n d Glob.'! I

.*i >:ai: i'ijier Bom V 2004

r S.1Ỵvchov o s

ỉiì-írtic»! Svs; e; ns i> Na v ig a ti o n a n d Ge o ph vs i ks Bau.ir.itp V1STU Press M o s c o w t ,u>s i i ( Yii h tii'p c n , p h l i o n s p h i i p n p h i ê n c ứu , k ỹ t h u ậ t s d u n g :

■T \ ẽ u củ.! c h i e n k v * I’ ll.'it c ủ a đ ố i t n g (Tôn lùa), x v d ự r s c t v u a c ä u >:Ý ti : ■■■"

bio'll q u n t ính ¡'con q m \ iu t ố c k ế ) p h ẩ n c i m a l iên q u a n b a n s phuY-Tií' í>:if

I.ÜOU k"hier»

- Sừ du n g cúc L i l i e; bị k;c;n ira t h n nh i ê m hiệu chình s a i sổ cárr biên

• Đ n h giá k i ể m vliúniĩ với c c hệ t hống D Đ Q T d a n s dư ợc sử d u n ỗ I r i n b:

+ X c đ i n h đ ặ c t r n s đ u v o c ủ a c c c m b i ế n Xây d ự n s ’TIỏ h ì n h sai s ố , đ ặ c t r u nu plir sai số

+ Th iế t k ế t h t tốn, c h n g trình t oán c ác t ham s ố c h u y ế n đ ộ n2 c ủ a đối tượng so ới hệ

1 đ ộ d n đ n a c h o c h ế đ ộ l m việc k há c (có hiên c h ỉ n h , k h n g có hiệu chỉnh

1- Thi ết k ế p h ầ n xử K lín hiệu, tích hợ p t h n c Un từ n!ìu:u n s u ổ n tín hÌL-11 O u : ' - T

111 s a o c ac c hi p đ i ện lừ chuYÓI1 đùn£

+ T h n g h i ệ m hộ t h ống tác đ ộ n g c ùa rnũi frườr,ịỊ khai tháo, s dụr:-r !■: riv •liệm đối i ượnạ

- N:-h'ên cứu k h n â n g s dụ n a n â n 'r.ùní! thon ti:; đị a K ( G ; S ) „ủ;- Vic! Nu:t :;I - 1' íra~; ;i' <->I :i:i 'liti.u vệ íiuli t oàn c ầ u ( D G P S ) c h ế đ ộ b:> sai s ố dã c ó Việl Vi:r: ■ 1:1:1 Tár ‘v ’

iị'c !ú Bơ tá! n ẹ u v e n m ỏ i t r n ô )

ã Ni ;h: ún c i r ; ihiế? kẽ chõ' tạo hè t h ô n ' Ị d n đưòTii! q uá ĩ : t í n h t h e o yé;i Jấ l: iir;!: ịMỉ:n ¡ạI d a i c h o rnôt l p đối t ợ n g

+ T h n s h i ệ m s ả n p h ẩ m tác đ ộ n s mõi Irườnr khai t hác sử đu ne đ;;t p ' l ự !;•: hiộin va irẽn đối t ương c h u y ê n d ô n s

Sơ d o kiiối c h ú c n ù n s c ù a h ệ t h ố n ° d ẫ n đ n g q u n t í n h x e m h ì n h

Thiiại t ốn hệ t h ố n g d â n đ n g q u n tính t rì nh bàv hình vẽ

Nịi d u n » n g h i e n cứu:

:> con q u a v Vi

co q u a y vi c > Ịiia tửc ke

VI c

! —

ỉ Đ o véc tơ tù

1 rường

_J

CP U E P R O M ! T h u â t toán: Ị + Sừ lý s ố “►ị + Bù trừ sai sổ

I + L ọ c K a l ma n Ị + Đị n h vị, dẫn I dườnư

"• ì l i T " - V

I • v; i*‘i

*n ’ :•* n ‘i

* G i a o d:õn

1 v o r;i hổ xun?

ỉ

i - x -I

r \n: ;: > G r

c m biến nhiệt

độ M v ihu GPS \ £ u o n ị •.Jỉi ;iĩ?

K hố i c ả m bi ến q u n tính

T h ố n c tin b é n n g o i

G P S ( D G P S )

X c d i n h m ãi p h n ” n g a n g

X c đ i n h p h n g vi

H i ệ u c h ì n h đ ộ trũi c o n q u a v

a,fc?ỵí| zb - I— _

I I coxb.vạ zb L-H

T h u ậ t t o n d ầ n d ướ n a

1 Vgps ị

f

ị

I I

I I

I Xũĩ-S

j ỉ

H

V f N S

;

Ft

i

ị H i ệ u c h ì n h t h a m sô tra ■ỉ đ ộ chu,'ỉn " P la t f o r m tin]'

U/án"

H i ệ u c h i n h tốc đọ

Xgps

Ị '

I

ỉ !

I "Ị Ị

- * r - - -7 -T

j H i ẹ u c h ì n h toạ đ ộ I

V|NS, Ỵins ô,

i H i ẽ u c h ỉ n h g ó c t ầ m g ó c xo ắ n H!NS

MC

H i ỡ u c h O n l g c h - ín ỵ

/ / n p tác q u ố c té

T ê n đổi tác nơp tác

Nội d u n g h o p tác kiến h op tác

T i en đô th ực hi en

C c n ộ i d u n g , cón g việc

7, * S ả n p h ẩ m

t h ự ( ' h i é n c h u v é n >an p n a m T h i g i a n p h ả ỉ đ a t Í B Đ - K T f lic m ó c chinh g ỳ t chằJ_vỗu)

Ngi ii 00 q u a n f!)ưc n i ê n

ciiii :<L\ A i n ? c a u (linh Sơ đổ pnấri cứn ! t huv êl m i n h

- L.áp l u â n c h i m a c h o n C4U h ì n h ;

, ' p - • ! t i n h t oán,

p h ân c ứ u i I

- 'iTnr.r kè’ s o t ích hợp

;"ití!,i¿':r »:iri>- irictĩ k h a i thuật I Thuặ? tốn, ¡(.'.ill, cinrcatự trinđ II en muy tinh I Bộ c h n g

c i n h â n ị trình i

Ị.À.V ũ t ỊU c coiiu chi nốt ; Ca e khối

pi'?.!] cirñj» _ '

T h u lỉíỉiìiện đá u vả o c c k hố i , í Bien bả n :

í’ l-jh Tịù hi::h sỏ

Ị -xu họ*-) nhỉM! c ù ^iiãn ; M ar ke t ĩìiiim I !

N g h l ỉ n v"ứu '.rien k i u i p h n m é m i :í:ời 2Ìar t h ụ c trêra nuiv tính P C :

¡.04 _ J _ _

L a p ráp 'cinq die ' K h ố i D Đ Q T ■

: I

■'h'T n g h i ệ m U’Oi’-i' p h ị n g thí ! B i ê n b n

n ỵl ìi ệm Ị t h n g h i m

-Th ự n u h i ỗ m lác dọr-g c họ c m ỏ i ị ; in-rứric _ _ _ I - i

T h n g h i ệ m hệ ÌCCĨÌ thiết bị ; Bi ên bàn c h u y ể n đ ò ng

7 9-20G5

!-.1005

$ - 0 ì2 - 00

T T Õ Õ

3 - 0 - 0 6 ^ ) 6 - 0 " ! - 0

:■ ũo tìii

f,> lú fi:

! > !•> ; I

1- - 0 12 - 0 ' Ï Û '

- 0 ĩ - i o c r ' - 0

Bó tài liêu ' n i c h i n h hổ sơ đ ế tài

r Ñ g h i ¿ m thư c ấ c c ấ p ~ B iên ban

jK-út qua cùa_dc_ỵài

'>qạg k ế t qtiảdu kiến c ù a đ ể tai:

V

6 - 0 - 00 S - 200 - 0 - 0 —4

* 'ì * •

J ;! •

TỒ đ ẽ rít; T ỏ đ : iì.i T Ỉ Clé Kì!

1'Uiu í'Modü! niakei • '■:ì\ n m

Ọ u v Irình củ nu pghc Phư' TPŨ ph:ÍP

• S ị n

Vậ t l ièu • Tiêu c hu ẩ n • B a o cáo p h n tích * Th i ết bi m y m ó c Ị • Q u y pham ; • Tài liệu d báo

D ây c h u y ề n c ô n g ng h ê ! • Đ é án, qu y hoạch trien

G i ố n g trồng ' khai

G i ó n yia súc * Lu n ch Ún k'.nil to - k'.' ị 'ihnat nụhi én cini k!i i

* C h r s trìtĩh !ììờ\ h'fi'r

ỉ ì h c iVt/c bài bão d ti:o

: X C S , S’V r ’f , Yên c ấ u khoa_ hoc đội vói sản p h m la o {dạng kếi q u ả ỉ l vá I I ì)

í T n s n p h a n : Yt"d cẩ!! k h o a h ọ c < hi: h*.-n

" l ị ~ ~ T - ^

tài liệu vé thuật loán dần ị -Trình bày rõ ràna N c u dươc UìZ mạ-, SUIT Ị đ u r i í q u n tính trẽn c sờ Ị + Tổ ng qu a n hộ t h ố n s -Jar cĩuờní.' ứ n a d u n s qua y vi c có I qu n lính

h i ệu c h ỉn h b ă n g GPS i -KThuật ' c án ũãr; d ườ ng q u n tính khón«; B ộ ciìirong trinii gổ;n: ; pl phom ' rên co sờ UTIỊĨ d ụ n g COI! qu *.v - -Điêu h n h h ệ t h ố n ií I c có hiệu c hỉnh bẳiiịi GPS

Tir.h t o án loe Iliơris ' urn 1-iilìl L Ư u

Y'.-u ¿ ¿ u k V t k u ắ ỉ , chi til'll chất lương đỏi vói s ản p h ẩ m tạo ( d a n r k ‘U ijiifi ì

1 T ì - n :-;ãn p ỉ i ẩ r n Y é i i Gồ l ì - k ĩ t h u ậ ỉ

! Ví .Ui t h ỏ n g đ ả h đơưTK’ ạuár: t ính' - Đua đưọc toa đ ộ dài ĩ‘"sa vi'.' £• k he n a pí at ío nì trẽn c sờ Ú712 Ị so VỞ! hệ toạ độ xuấi phát

; d\:ivj earn biên vi co diêu tử có • - Đưa t h ô n s tin Bộ toa đ ộ ' X Y : non • k h n n2 kết h ợp với GPS Ị hệ toạ đỏ đẫn dường ? toa dỏ 5ĨC v3 10«:

! ; cùa dơi tượnạ

- S:ji s ố v ổ g ó c ?

I /

-; •• Sai số toa đó:

Có GPS ± lOOrn

ị Khơng có GPS 23.50m i r o n s ¡hoi ụia.; i ' !' 400:; (Tức đ ó dối rưọrti; k h õ n g ' đ ' i )

ị - Dải đo

[ _ _ _ UQC

P h n g thúc c h u y ể n giao kếi q u ả n g h iê n cứu: Các iỉitc <!:>!’!' cù a ĩỉết 7n n g h iê n cứu:

Tốc độ ” ỏc ± % Gin tốc ± iOg G ó t tầm ± 90 G ó c Cr ca X ISO" Góc hướng 360°

:¡r-C c tổ c h ứ c / c n h ã n t h a m gia t h c h i ệ n đ ể tài

Hoạt dóng cac tổ chức phơi hợp tham qia thực đê tài

T c n tó c h ứ c

V ; e n Corụ: :i‘ihc' • - V • ,I ỉ h o n ^ ụ n

0 " ỵiã !a ■

> ; “ I

A*

i s n Ả.- I'ơi s n x iíá t 1 rỉừ i s ó ỉ ỉ g

Đ i a c h ỉ H o t đ ỏ n g / đ ó n i ĩ c ó p rh_c;_đị i;

Đi-I\n b.-iO p h í r »r^rr:

• í ) m b o p h p r:ff.pí: !*' • Y,:ny ’1; s nhõ*i_.e!i_cj> Ún hiýu GF >

r ; ' i h ^ c j ì ị é ì i d ẻ t a i

H o va l è n Ch ủ aiìicT de tã;:

r s N a ụ v è n V ă n QjLỊC; Cì ĩì b o tbw}nj °-j_a n ^ h i e n c ứu

-*SKK Níniyr-: Đ ’>: s 1 ( ) U u \ J X l r ì l i 11

1" T s j - Ỉ A ijh T ự ì

: T h ^ N’íiuVÍr P hú Th un «

• , So t h n g l ã m

C q u a n c ỏ n q t c ' ề>

n & c h o de tai V i ệ n T c n lửa

\ j t.;ì_Tê_n [ữa_ \ -*1 I V i i I u 11 ; ¿1p' HH' I i’r *ị _ V ic n _ J cn Ịù_a

_ Y ị £ n 7/ện _!ửa

Vièn_rẻn _!_ửa

V i ê n r è n l ửa

f“:S TSis ;•! Nải-vền Phụ Thu;

TS.J : I ; : i i \ v nịỳ\<'h i -Ớ0

TíỊỊ T n Q uang \ in n

TS NiìUVen Th*.í\ụ Lotir:

f > i T ỵ ỵ ~ ' TÌ1.S lYụvĐíicTv

ò : f: u ? r h h n h

Đ H C ô n g Iìizl)è Đ H Q u ố c ọ iu í'ỉ n ị ị

_ j_ C ộ J - £i <ĩh ệ

Đ H C c i j ,T n.cz!]ệ Đ j K Y ì n a , ¿'¿hơ Đ H Conív n^hê Đ H ' C ổ lĩ SI rĩ«!hẻ

>4

V Kinh phí t hưc hien đẽ tai nguỏn kinh phí

23 K inh p h í th c h i ê/ d ể tài p h n t h e o k h oản chi

T í n h

t oan \ ' : : u ổ n k i n h p h í

Tổp.2 kin h p h í Tronsi đó: N g â n sá ch T r u n s tâm K H K Ĩ C N Q S C ác n s u ổ n v ố n khác:

D M Q G

r u n g số I í r ú'11

đỏní i i

T r o n " đ ó

Thue .Npny,.n

klioáỉi v;ji li cư. Thict hi

chuVtn nân" m :l • •

mỏii li:uiu I tri cu

(triộu I t r i ó d íl I ;1 ịi I

đổri|>j đón«)

.1

¥ 5 6

700

4 0 288,5

5 0 10

34,73 286,4.

X Ị' fì:iriỊỊ

■'7.1 (

• i r T !I

D ự TRÙ KINH PHÍ ĐỂ TÀI

(T h e o củ n g văn h n g dẫn c h ỉ tiêu sở 128 r.ỊỊÙ'j 01/03/2002 L ỉé n C ụ c 7’í K H C N & M T )

Khiĩi 1: Th khốn chun mơn.

]■ ■ T h h ' N g u n s on

T í Nịi d u n g t h u ê k h o n I ;T° n * p • T T K U K T - ' Đ Ĩ I Ọ '

Ị _ j (T r ii“ ^ nsl : c : N s ‘ _ _ _

:\ IVãV dựntỊ dê cư n q tò n g kết 6,5 3.5

n ghiêm Ihu Ị Ị

‘ Xảy d ự n s đc e n s c h i tiết Ị 0,5 r X ả v d u n g để c n n « k ế ho ạc h tổnsỉ ị 0,5 ’

LỊiiát I ;

Ị- Xet (iu)et va t u y ến c h o n đé cươnọ ; 2,0 !- Báo cáo tổng kết n g h i ê m '.hu. Ị_ ?’J> E Ịỉo a i d ô n g n g h iê n c u _

bầu VỚI p h ầ n cứntí p h a n m ể m

2 N gh i ê n c ứu lý t huyết, xây d n g Ịhuât toán:

T h u ậ t t o n d i n h vi kênh - T h u ậ t t o n đ;ìn dườnsí kênh

■T h u â t to:; n xtíc d i n h ‘7lá tr; ba n đầu

Th u ật i oán bu sai iổ c n biõii

- tlit t ốn tích hợ p INS VỚI tín hiệũ

GPS

- T h ’.iâỵ t o án tích hợp Í NS vớ) thiét bị : hi p h n g bằn*’ t ả : n biên từ trường - l l i u ộ t ì ốn tích hợp I NS với thiết bị -:hi phirơnạ bầr.s c m bien lừ t rue na Cìps, ca o võ tuven

• Thuật t ốn hệ t h ốns

‘iTiỉr n g h i ệ m xác đinh m ỏ h ì nh sai số L\ú: cùm bi ến qu a n tính,

r Xác dị ph >í;i lố :J: h hệ sô tỷ iè cùa

¡.'011 q ua y, íúa lốc kế

: \ ¡ k - ú: ’ìh ảnh h ườ n« r ù a nhiệt đù dổi u n hitHi c.'ia ọuay, uiu t ố t kẽ

X c (i.nli àni' h ườ n« k ênh ' Hi cu c h ình chí sơ thiẽi bi đo véc

1.7 ù r í r ì i e I r a i d a !

39 39 Ị n J.5 29 24 10

4 [Nghiên cứu thiết k ế kết cáu e h é p nối

pơ điện từ J e đ m bà o yêu cẩu ;;úa khai thác sử dụng

5 Viêì phan m ề m c h u y ê n d ụ n s Chưoní? trình đ:ổu ỉùr.iit, phối ghép hệ t h ốn ? t r o o e c h thũi ôi a n thc ;ã Phán m é m thực t huật toán h ê n kết p há n

6 k h a ; thác c o sò d ữ liêu địa lý GI S hệ t h ố n2 DG P S dế p hụ c vụ toán dinh vị d ã n đườna Phương p h p thu sử iv tín hióu GPS, DGPS

7 ĩ h u ê gia c ô n s chi tiết >- ỉ lộp m áy

■ Gá c h u y ê n d ùn g troníĩ ỉáp ghép, ki ểm tra

3 - Thiết kê c hè iạo m c h d iện tứ - L ắ p ráp t n g h i ệ m l iê ng phần

Viết báo c o xây d ự n e tài liệu thiết kẽ mô tã kỹ ihiuiĩ, í iướns dẫn SỪ

dung.

- Tà: liệu tính tốn til ici kê 100 tran ' M ô tá kỹ :h;út , hướrm d ã n sừ dung

n i n g h i êm I 49 24 19

Ị T h n gh i êm

■ T h n q h i ê m t r o n a phịng thí nghi êm Ị (ác d ô n g c c h oc mói trườn", chức > Ịiăna

- T h n g h i ệ m Irên thiết hi bay

ĩ ó'nạ câníỉ_kJiồnJ_

K h o a n 2 N g i i v è n v ậ t íiộu, n ă n g l ưon». I Đon ; Sỏ Ị

1

, vi ! I n s i ỉ V ;i li', ỉ nọ, "

' 60 tran".

30

_ J 7:ịĩ _ L _ UP.

Đon : Sỏ I Đor N g u ổ n vỏn vị đo ị l n g gi T h n h ị T T í Đ H Q G

tiền K H K T

-vậi tư iroñ'j" quý ị i ! is'ũ

l n h l ãp r p Iron'2 I

KTN G I C c p '

ÙUIVén ilr.n g

: ? D ụ n g cụ lắp ráp p h ụ ị ' 4,0 ! 2, 7] 1.20 I tún?

C N Q S

t n

i

'NVtna iương: Điị*n ' Kw/h i 00 ' ^ 6.0 VU',) rách t’ti: I ! ó , 73 [•- i;

■ ; ị V / , ,

I > ;

'~ọ>vrẽ ■ ■ 3 , 7 ~ t ~ í é j j " T Ĩ ~ Ì 9

K h o a n I I JVĨá> m ó c , t hi bị c h u y ê n d ù n g i

' Đ n vi So Đ o n iá Ị

T h n h t i c n

N g n u ñ v ori " r ị Õ w > ! '! Nvii ảỉins*

1

du l ượ ng í l ' S D : ( T r r l c n L p ív ■ ! K : Í.'.NV»

Cae khối c ù a hệ i hốnc 1 134-14 ■ ' M I

Khối c ác c ả m biến quán Cái 01 00 ; tính Ĩ M U (3 quav J ẹiá

¡± 0 s: ± ¡ 0g) BP3CM0 Kh ỏi d ả ’j cỉ'ior.0 qn lỉínìi mãi: Bi.-INA-óOO cùa Cái

1 1

01 10P

1

r \ • Ti i

Ị h B1 C NLvluation I System •

i Càm bien véc ' tù

ị trườn?! irái dát (3 trục) Cái 01 i 442, 7.04 i ■’ OI• H-¡ A ü l o C o m p 1000

ị-í Cat d ,AD í b í , 16 kênh,

i D M Uiii 01 “l ^ ] 7.Ĩ i 3.2:' o r đ '.lili ÜPS Cái 01 j i _ o S K - G P S I Í Í R

ĩ s M y tính PC 104 chuẩn; Bổ

Ị quân s ự I D A N 101 svs 120 Ị Moriul nhó' I Bỏ I i Bổ nối ghép Modulị Cái

PC 104

'11 Modu] n g u n c trên! I r ^ : ' k h o a n g ( Vinput - 16-.5Ợ

VDC)

> J Ơ ! , Ì Ị C U p h t t n ế r p h ẩ i i i

rp.eiù

; Kháu h a o thiếí b ị Thuê thiết bị ; - Do phổ tin hiệu ! - M v thu D G P S chuẩn

La bàn q u a y (hiệu

h ỉ / h ':JL I v ỉ i i í ĩ ĩ ; : \ :>.p •huyên

C ú n " k h o a n 3

Bỏ ị' Oi ! -i '•>0.-0 ’ sr:'-!3

Bỏ 04 150 11 2,38 2,38

Cá! ; 01 450

1 7,15 7,15

Cái i

01 I

2 000 ' 1

.> [ 78

ị

Bỏ ! ii 1 i1 0 ] I Ị 1 915 14,54 8,74 14.54

: 8,74

Cái Ị 01 I 150 2.38 2 38

Cái 01 1 2 0 3,18 X ỉ ?

Cái I n i no ,V!S ĩ

2X6,4?. ^ J Ẩ 1 ỉ2M L :

Khoản s Chi kliác

i 1

T T Nội d u n g K i n h p hí

Nu lùm Yt r f ! D H Q G " K H K T

-CNQ.S :

5.1 ; Công tác phỉ 22, 10,4 12

! Nơi c ông tác: T h a n h p h ố Hồ C hí Mi nh

ị f Ti ền tàu x e (5 riHiĩời X l ầ n X triệu) 20 ’ + Phụ c ấ p l ưu ti ú

(4 X 30 n g y X 0,02 tr) 2,4

5.2 ! Quản iý cùa cỉưn VỊ chù trì (2 dơ n vị) 20 10 i u 5.3 Chi p h í k i ế m lia, thử n g h i ệ m 21, 6

11,6 10 Chi phí k i ể m tra thủ n g h i ệ m 20 0

+ X ã n g c ò n g tííc t h n g h i ệ m (l.OOGKm X 20 Ị lú)

5.4 ị T ổn g kết n g h i ê m íhu

- Bảo vệ c ấp c s ù ( ,2 x lần) + Chù tịch H Đ

+ ỷ viên, thư ký H Đ ( 8x ,0 /n g ườ i) -r Phản biện (2 xG.UVngười)

Ị-*- Khách mời ( 10x0 ,04 ) - Sáo vệ c h ín h ihức !•(■ Chú tích H Đ

: 1' Uy viên, i h k v ỉ i Đ !,8x0,09/ngưừi) ị + Phàn biện (2 xO I 8/ncưừi)

Ị + Khách mòi (10x0, 05 )

1,6 4,18 2,46 0,09 0,43 0, 26 0,40

ỉ , 72

0,14 0.72

0 ,

0,5

: o Chi kllấc

' + Hôi t háo nôi 1 l n

+ Hỏi nahi

1+ Dịch tài liệu ( 0 trang tác giả) + Văn p h ò n g p h ẩ m

5,r P hu c ấ p c h ủ nhi cni để tài

C ò n » k h o ả n _

20,0 6.0 2.0

8^0 4.0

2 , 6

Y Õ J Ĩ

10

2,16

> C o n str u c tin g algorith m and p r o g r a m m in g the m o v in g parameters o f the o b jec ts in n a v ig a t io n c o o r d in a tio n fram e in different w o r k in g r eg im es (w ith and w ith o u t adjustm ent).

> D e s i g n i n g the sign al p r o c e s s in g parts w h ic h integrate the inform ation from d iffe re n t sign al s o u r c e s and transfer the a lg o rith m s to the P C -b ox. > C arryin g ou t the test o f the c o u p le d I N S /G P S sy ste m in the laboratory

under d iffe re n t sim u la ted factors a c tin g to the m o v i n g objcct.

r C arrying out the field test in the co o rp o tio n w ith another institute.

D A M IOC Ụ l ()( ( li \ I ỈA NO I I K I O N Í HẠI H Ọ C c m ; \ ( , I I Ị

I C! dỏ lai:

N g h i ê n c ứ u t í c h h ọ p hộ t h ố n « d ẫ n ( Ỉ I I Ò I I U q u i í n t í n h ( H T I M ) Ọ T ) t r ê n co so c a m h i ế n \ i co đ i ệ n tII p h ụ c v ụ đ i c y k h i ê n d ẫ n d u ò n ị » p h u o i i ị » t i ệ n c h u y ê n đ ộ n g

M sò: Ọ ( i ['D.o.s ov

1 riìời uian bát dâ u : *■) 0 I hời tiian kếl t húc: I 2 0

T ê n cán b ộ phôi h ọ p n gl i i è n c ứu :

Ị - C h u tri dè lài: ( i s S K I I N g u y ề n Phủ Tlius

Ị - N h ữ n g nạ ir i t h a m ¡.lia: P í i S T S K I I N m n v n D i n h l ) u v I s N m i s c n Thă nt ! I otiíĩ i NC'S I hs I r n l ) c I n C'n I.iru M n h I la N C S C'n Vư Hi D o N i i h ệ \ m ộ t sò

1 ih a n h \ iẽn k h c u I k o h ợ p d ò n g )

l o q u a n q u a n IV (.lê lài: Dạ i h ọ c Ọ u ò c e i a I la Nội

! I)ịa e h 1: I 14 d i r n e X u â n T l u n C u ( i i ũ \ - l i Nội M 93 30

! D i ệ n thoại:

C q u a n c h u trì (.lè lài: I r i r n ụ Dại h ọ c C ò n g ntihệ 1)1 ỉ ( ) ( i l IN

I ô n u chi phi l h ụ c c hi: ỈOO.OOO.OOO (.1

i r o n g dó: - T n g â n s c h N h n c 0 0 0 đ - N a i i ò n k h c : tl

1’hời i an n u h i c n c u : y 0 đ è n 0 d ợ c 1)1 K K i c h o p h é p k é o dái tiên p ~!()()7

Sô dăiiLi k\ d è tài S ố c h ứ i m n h ậ n t lăim k \ K( ) N C ! H a o m ậ t

! A P h ò b i è n rộ nu rãi H P h ò b i ên n c hè t M a o mậ l

T ó m lãt kèt q u n h i ê n c ứ u :

1 ro-nu thòi ẹ i a n t h ự c h i ệ n d ê tài Ọ ( ì ỉ D l ậ p t h è dô tài d ã d t d ợ c n h ữ n g kết q u a c h í n h v ề k h o a h ọ c s a u đ â y :

• T í n h t o n t h iế t k c h ệ t h ố n g D D Q T

• X c đ ị n h d ặ c t r n a d u v o c u a c ả m b i ê n , x â y d ự r m m h ì n h sai sơ

• riiièt kè thuật tốn, chưcna trình hố tham số chuyên ílộnạ cua dổi lirợna

so với c c hộ l o đ ộ d ẫ n d n e c h o c c c h ẽ d ộ l m \ iệc k h c n h a u ( c ó hi ệu c h í n h k h ô n g c ỏ h i ệ u c h ỉ n h )

• I hict k c p h â n x lí tín h i ệ u , t íc h h ợ p t h n g tin t n h i ề u n g u n t ín hiệu, c h u y ê n

thuật tốn vào PC-box.

• T r ê n CO' SO' d ó đ ã x â y d ự n g m ộ t hộ t h ỏ n a d ầ n đ n g q u n t í n h h o n c h i n h b a o a i n m ộ t t h i ế t bị 1MLJ ( I n er t i a) M e a s u r e m e n t U n i t ) t h n ọ m i h ệ t h ố n g c ỏ tích h ợ p với G P S la h n t v P C - b o x

Thui' n g h i ệ m h ệ t h o n í ĩ d ẫ n d n g c u a dồ lài d i t c đ ộ n 9, m ô i t r n g k h a i t h c s d ụ i ng đ ặ t r a i r o n g p h ò n g thí n c h i ê m v t r ê n đ ôi t ợ n g c h u y ể n đ ộ n s

k i ế n n a h ị v ê q u y m ô v đ ối t ợ n g p d ụ n a kốl q u ả n g h i ê n c ứ u :

I lộ t h ố n g d ẫ n d n ụ q u n t í n h d o đ tài xâv d ự n g c ó t h ê p h ụ c v ụ t ối c h o v i ệ c d ẫ n đ t n n g c c vậl t hè c h u y ế n d ộ n g tròn m ặ t d ẩ l v d ặ c b i ệ t t h í c h h ợ p c h o c c v ậ t thị ba_\

vớii tốc dộ khơna q cao (cỡ vài trăm km/h) í)è nghị DI 1QG1 IN cho phép dê tài dược

phíát tricn t h e o h n g d a c c kct q u ả v o ứ n ẹ d ụ n g t h ự c t i ễ n v n â n g c a o l í n h n ă n thiiết bị

Clhức vụ

llcọ ten H o c vị

C h u n h i ệ m d c lài Thu trưởng quan chủ trì đề

, tài _

n £ t¡ T ĩu iỹ /ý ịc tu õ ì'

âs rs /c jf W s rs

('hu tịch hội đồng đánh e,iá

chinh thức

T h ủ t r n a c q u a n q u a n lý d ê

TRUỞNG ban ( H O A H Ọ C - C Ò N G N G H

T i i H l E U TRƯƠNG

TRƯỞNG PHON(Ị}

D A dt a o s a u đ a i h o c

)<óru dâu

www.bec-nav.de.