CHƯƠNG III HỆ THỐNG TÍCH HỢP INS/GPS
3.3 Kết quả mô phỏng
Với mô hình tích hợp INS/GPS sử dụng bộ lọc Kalman mà tôi đưa ra, kết quả mô phỏng hệ thống INS/GPS bao gồm các thông tin vị trí của GPS và của hệ INS/GPS; tốc độ của hệ thống GPS và của hệ INS/GPS; góc hướng của GPS và các góc tư thế của hệ INS/GPS. Với cách sử dụng 2 bộ lọc Kalman song song như mô hình trước đây nhưng số trạng thái trong KF1 tăng lên véc tơ 9 trạng thái, đồng thời véc tơ đo lường cũng tăng lên, do đó chế độ lọc Kalman chính xác lên, cụ thể.
(a) (b)
(c)
Hình 13.Quỹ đạo GPS (a), INS/GPS (b), khoảng cách d (c).
Để đánh giá khả năng ước lượng chính xác của hệ thống INS/GPS so với GPS, tác giả so sánh vị trí tại từng thời điểm thông qua thông số khoảng cách giữa 2 điểm tại cùng 1 thời điểm √ . Hình 13 (c) mô tả sai lệch tại từng thời điểm của 2 hệ thống GPS và INS/GPS. Bảng 2 cho ta thấy, vị trí INS/GPS bám quanh giá trị GPS với phương sai nhỏ.
Min (m) Max (m) Mean (m) Cov(m2)
d 0 7.74 1.11 1.05
Đối với vận tốc theo các phương, kết quả mô phỏng thu được như sau.
Hình 14.Vận tốc Vn của hệ INS/GPS, Vn của GPS và sai số tuyêt đối của vận tốc.
Min (m/s) Max (m/s)
Sai số tuyệt đối của Vn 0 0.007
Hình 15. Vận tốc Ve của hệ INS/GPS, Ve của GPS, và sai số tuyệt đối.
Min (m/s) Max (m/s) Sai số tuyệt đối của Ve 0 0.003
Bảng 4. Sai số tuyệt đối của vận tốc theo phương Bắc.
So sánh vận tốc Vn, Ve của hệ INS/GPS tại lối ra của bộ lọc Kalman và vận tốc của GPS được mô tả trong Hình 14 và Hình 15. Kết quả so sánh sai số vận tốc tuyệt đối (Bảng 3, Bảng 4) giữa hệ INS/GPS và GPS là rất nhỏ, điều này cho thấy vận tốc vận tốc của bộ lọc Kalman luôn bám sát theo vận tốc đo được của đầu thu GPS.
Góc hướng là một trong số thông tin quan trọng của phương tiện chuyển động. Thông tin góc hướng của INS/GPS (đường đỏ) luôn bám sát theo thông tin chỉ góc hướng của GPS (đường xanh) (xem Hình 16).
Hình 16. So sánh góc hướng INS/GPS và GPS.
Ngoài ra, với mô hình bộ lọc Kalman véc tơ 9 trạng thái đưa ra, ta còn có thể ước lượng được giá trị các góc lệch E,N,Up,sai lệch giữa các trục của 2 hệ tọa độ p-frame và N-frame (xem Hình 17).
Hình 18. Độ trôi của cảm biến vận tốc góc Gbx, Gby.
Đặc thù của góc hướng luôn có sự thay đổi đột ngột, do đó việc ước lượng độ trôi của góc hướng bằng bộ lọc Kalman tuyến tính thường cho kết quả không ổn định (Hình 18).
Hình 19 là các góc ngiêng và góc chúc của hệ thống sau khi đã được tính toán và hiệu chỉnh nhờ bộ lọc Kalman.
Min Max Mean Cov Góc Chúc -13.70 13.71 -0.02 3.25
Roll -15.40 11.34 -0.48 4.81
Bảng 5. Các trung vị và phương sai của góc chúc và góc nghiêng.
Ở đây tác giả sử dụng dữ liệu của IMU, được gắn trên ô tô. Thực tế, khi xe chuyển động trên mặt đất thì góc nghiêng và góc chúc thay đổi trong khoảng nhỏ, dao động xung quanh vị trí 0. Ở mô phỏng ta cũng thu được kết quả như vậy (Bảng 5). Điều này phù hợp mô phỏng với thực tế.