Bên cạnh những kết quả đạt được ở trên, Hình 2. 22 cũng chỉ ra những đóng góp về việc nâng cao chất lượng trong việc xác định góc hướng của xe trong điều kiện mất tín hiệu GPS với thời gian và quãng đường như đã đề cập ở trên. Trong hình vẽ này, đường nét chấm màu xanh là đường biểu diễn góc hướng do hệ thống tích hợp tính toán khi không dùng thuật toán STA; đường nét đứt màu đỏ là góc hướng do GPS cung cấp (được coi là dữ liệu chuẩn, dùng để tham chiếu); còn lại là đường nét đứt màu đen là góc hướng do hệ thống xác định được khi áp dụng thuật toán STA. Với kết quả này chỉ ra rằng khi không có thuật toán STA thì hệ thống cung cấp thông tin về góc hướng với sai số lớn. Còn khi có thuật toán thì góc hướng bám rất sát dữ liệu của GPS cung cấp mặc dù cũng còn có những thăng giáng nhất định ở một số điểm. Hiện tượng này có thể giảm được khi tăng số lượng các điểm tham chiếu trên quỹ đạo chuyển động.
Nghiên cứu sinh tiến hành so sánh với hai công trình tiêu biểu cùng sử dụng INS/GPS/Bản đồ số để làm rõ hơn chất lượng của hệ thống đề xuất như sau:
Trong công trình [46], nhóm tác giả sử dụng phần cứng gồm 1 bộ thu GPS, 1 cảm biến đo vận tốc và 1 cảm biến vận tốc góc. Thuật toán kết hợp bản đồ được đề xuất ở đây là sử dụng một hàm Q và mạng mờ thích nghi nhằm xác định con đường mà xe đang chạy rồi từ đó hiệu chỉnh vị trí của xe. Do việc phải mở rộng tính năng xác định con đường mà xe chạy nên sai số vị trí được nhóm tác giả công bố là lớn, từ 20 tới 40 m khi mất GPS (trang 632).
Trong công trình [84], nhóm tác giả sử dụng phần cứng là một thiết bị đo vận tốc, cảm biến vận tốc góc, một bộ thu GPS. Giải thuật định vị sử dụng một bộ lọc Kalman Nơron – Mờ (Neuro-Fuzzy KF) kết hợp với giải thuật bản đồ số đề xuất mà trọng tâm là dùng phép chiếu trực giao. Sai số trung bình được công bố là 10 m (trang 16).
2.4 Kết luận
Trong chương này tác giả luận án đi sâu vào nghiên cứu các thuật toán thông minh giúp cải thiện chất lượng làm việc của hệ tích hợp giữa INS và GPS. Cụ thể ở đây tác giả đưa ra thuật toán bám đường (STA) và bản đồ số. Để chứng minh hiệu quả của các thuật toán này một hệ tích hợp phần cứng INS/GPS đã được xây dựng và cho chạy thực nghiệm tại hiện trường. Kết quả mô phỏng trên dữ liệu thực nghiệm đã chứng minh được rằng: Khi hệ thống dùng thuật toán STA sai số định vị trung bình là 5 mét và lỗi vận tốc trung bình là 3,2 m/s khi tín hiệu GPS bị mất trong vòng 200 giây với quãng đường di chuyển là 1870 mét. Ngoài cải thiện độ chính xác về vị trí, vận tốc, thuật toán STA đề xuất còn cho phép cải thiện cả về góc hướng của xe.
Liên quan đến các nội dung của chương này tác giả đã có 5 công trình nghiên cứu khoa học được đăng trên các hội nghị/tạp chí trong và ngoài nước. Cụ thể là các công trình từ (1) đến (5) trong danh mục các công trình nghiên cứu khoa học.
Chương 3: CẤU TRÚC CẢM BIẾN ĐO VẬN TỐC GÓC KIỂU VI SAI
Để kết hợp hai hệ riêng lẻ INS và GPS thành hệ tích hợp INS/GPS cần có bộ xử lý định vị (thường là bộ lọc Kalman) kết hợp với các thuật toán hỗ trợ. Với việc tìm ra thuật toán STA kết hợp với bản đồ số đã trực tiếp làm nâng cao hiệu quả làm việc của hệ tích hợp. Đóng góp mới này đã được trình bày trong Chương 2. Đóng góp thứ 2 của luận án cũng đóng vai trò nâng cao chất lượng làm việc của hệ tích hợp INS/GPS nhưng không trực tiếp như thuật toán STA mà lại gián tiếp thông qua việc nâng cao chất lượng của hệ dẫn đường quán tính INS. Cụ thể, luận án đề xuất thiết kế một cảm biến đo vận tốc góc kiểu vi sai. Đó chính là đóng góp mới thứ hai được trình bày trong chương này của luận án. Việc thiết kế “cảm biến đo vận tốc góc kiểu vi sai” đã cho thấy nó có khả năng bù lệch pha cho hai tín hiệu kích thích đầu vào, loại bỏ đáng kể nhiễu/tín hiệu đồng pha.
Ý nghĩa của việc thiết kế, chế tạo cảm biến đo vận tốc góc kiểu vi sai sử dụng trong hệ INS/GPS là: Cảm biến vận tốc góc thông thường hoạt động cần sử dụng hai tín hiệu ngược nga nhau 180o. Việc này yêu cầu mạch điện tử tạo tín hiệu phải hoạt động rất chính xác. Tuy nhiên, các thiết bị điện tử không thể tránh khỏi việc tác động của nhiễu hay các tác nhân khác làm cho sự khác biệt pha có lúc không phải chính xác 180o. Vì thế, mục tiêu chương này hướng tới thiết kế và mô phỏng một cảm biến đo vận tốc góc mới vẫn có khả năng hoạt động tốt trong trường hợp hai tín hiệu có sự lệch pha xê dịch quanh 180o.
3.1. Cảm biến đo vận tốc góc và ý tưởng thiết kế cảm biến đo vận tốc góc kiểu vi sai vi sai
3.1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến đo vận tốc góc
Như đã được đề cập trong phần tổng quan: Con quay hồi chuyển dùng trong đo đạc, điều khiển thông thường được chia thành 3 nhóm chính: Con quay cơ học thông thường; Con quay quang học: laser vòng, sợi quang học và Con quay dao động: hệ vi cơ điện tử (MEMS), áp điện (piezoelectric)…
Trong khuôn khổ nghiên cứu của luận án này, tác giả đi sâu vào nghiên cứu và thiết kế con quay vi cơ điện tử (còn gọi là cảm biến đo vận tốc góc công nghệ MEMS).
Sơ đồ cảm biến đo vận tốc góc MEMS 2D được trình bày trong Hình 3. 1. Mô hình 3D của cảm biến vận tốc góc được chỉ ra trong Hình 3. 2 [6].