Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ DẪN ĐƯỜNG TÍCH HỢP INS/GPS
1.3. Hệ thống dẫn đường quán tính INS
1.3.3. Các sai số của hệ dẫn đường quán tính INS
Vì hệ thống INS là một hệ thống dẫn đường dự đoán, các trạng thái dẫn đường ở thời điểm hiện tại phụ thuộc rất nhiều vào việc xác định của trạng thái trước đó và các phép đo chuyển động. Hệ thống INS bị ảnh hưởng bởi ba loại sai số: sai số căn chỉnh ban đầu, sai số cảm biến quán tính và sai số tính tốn [59]. Những sai số này được tích lũy cho ước lượng kế tiếp, điều này dẫn đến các sai số dẫn đường tăng dần
theo thời gian. Do đó, sự hiểu biết đặc trưng của các sai số này và phát triển các phương pháp bù chúng trong tính tốn dẫn đường là rất cần thiết.
1.3.3.1. Sai số căn chỉnh ban đầu
Căn chỉnh ban đầu là quá trình mà các tư thế ban đầu, vận tốc và vị trí của hệ thống dẫn đường quán tính được xác định dựa trên các giá trị đo được từ các cảm biến quán tính và các cảm biến bên ngồi. Như vậy, độ chính xác của căn chỉnh chủ yếu được giới hạn bởi các tác động của sai số cảm biến. Sai số căn chỉnh ban đầu không thể đánh giá và hiệu chỉnh được bởi vì chúng khơng quan sát được. Sai số vị trí ban đầu gây ra độ trơi vị trí khơng đổi, trong khi sai số về vận tốc và tư thế ban đầu dẫn đến sai số vị trí tương ứng tỷ lệ theo thời gian và bình phương của thời gian [61].
1.3.3.2. Sai số cảm biến quán tính
Các cảm biến quán tính thường chịu ảnh hưởng của nhiều sai số khác nhau và trở nên phức tạp hơn đối với các cảm biến giá rẻ. Các sai số cảm biến sẽ hạn chế độ chính xác của các quan sát đo được.
Sai số của các cảm biến vận tốc góc sẽ gây ra sai số trong ma trận chuyển giữa hệ tọa độ vật thể và hệ tọa độ dẫn đường, sai số của các cảm biến gia tốc sẽ dẫn đến sai số trong tích phân vận tốc và vị trí. Bởi vì hiệu chỉnh sẽ làm tăng đáng kể chi phí sản xuất nên các cảm biến quán tính giá rẻ ít khi được hiệu chỉnh bởi các nhà sản xuất [56]. Do đó sai số cảm biến cần phải được mơ hình trong véc tơ trạng thái của bộ lọc dẫn đường cùng với sai số vị trí, vận tốc và các góc hướng. Các nguồn sai số chính cho cảm biến quán tính bao gồm: độ lệch, sai số hệ số tỷ lệ, sai số không trực giao và nhiễu ngẫu nhiên.
Độ trôi của cảm biến là giá trị đo lường ở đầu ra của cảm biến khi đầu vào bằng không. Đánh giá độ trôi của cảm biến khi hoạt động cần xây dựng mơ hình thuận tiện (bước ngẫu nhiên hoặc quá trình Gauss-Markov bậc một).
hoạt động, đặc biệt là đối với những IMU giá rẻ. Do đó nó cũng cần phải được mơ hình với một q trình ngẫu nhiên thích hợp.
Sai số không trực giao là kết quả của lỗi căn thẳng các trục cảm biến trong việc xây dựng lắp ráp cảm biến. Hầu hết các hệ thống INS thực hiện hiệu chỉnh bằng cosin của góc định hướng cho giai đoạn ban đầu [19]. Tuy nhiên ta có thể thực hiện hiệu chỉnh với sự trợ giúp của hệ thống GPS. Khi đó độ lệch trục được mơ hình hóa như là một phần của phương trình động học sai số của hệ thống INS.
Sai số ngẫu nhiên có thể do chính các cảm biến hoặc thiết bị điện tử khác tác động vào tín hiệu đầu ra được đo. Nó thường được mơ hình bằng nhiễu trắng Gauss.
1.3.3.3. Sai số tính tốn
Trong tính tốn các góc định hướng, sự cập nhật của các ma trận chuyển được thực hiện bằng cách xấp xỉ các phương trình dẫn đường để xây dựng các thuật tốn có thể thực hiện trong thời gian thực. Sự loại bỏ các số hạng bậc cao là nguyên nhân gây ra sai số trong tính tốn định hướng. Để giảm thiểu sai số tính tốn cần lựa chọn các thuật tốn phù hợp với hệ thống.