4. Đề xuất cỏc giải phỏp mới, nội dung và phƣơng phỏp nghiờn cứu
1.2.5.Sai số và quỏ trỡnh căn chỉnh ban đầu
Cú nhiều loại sai số trong cỏc hệ thống INS, chủ yếu là do cỏc cảm biến quỏn tớnh gõy nờn. Cỏc sai số này bao gồm: sai số độ lệch (Bias), hệ số tỉ lệ (Scale factor), độ ổn định đầu ra (Output stability), độ nhạy nhiệt (Thermal sensitivity), độ nhạy với từ tớnh (Magnetic sensitivity), ảnh hƣởng của lực ly tõm (Centrifuge), sai số do khả năng chịu va đập (Shock survivability) [1, 36]. Thụng thƣờng trong hệ INS Strapdown ta quan tõm tới một số lỗi gõy ra bởi cỏc cảm biến gia tốc và vận tốc gúc nhƣ đƣợc trỡnh bày trong bảng 2.
Bảng 2: Cỏc lỗi chớnh của hệ strapdown
Loại Gõy nờn sai số
Lỗi vị trớ khi lắp đặt cảm biến Gúc nghiờng, gúc chỳc và gúc hƣớng
Độ lệch (offset) của cảm biến gia tốc Đầu ra cảm biến gia tốc sẽ bị lệch đi một giỏ trị khụng đổi. Giỏ trị này lại thay đổi mỗi khi tắt/bật thiết bị. Hiện tƣợng lệch và trụi của cảm biến
vận tốc gúc (do tỏc động của nhiệt độ)
Vật thể khụng chuyển động nhƣng vẫn cú vận tốc gúc thay đổi
Hai sai số cơ bản là Drift (độ trụi) và Bias (độ lệch), là những thay đổi trong cỏc khoảng thời gian khỏc nhau gõy ra cỏc nhiễu cho phộp đo. Điều này dẫn đến tỡnh huống cảm biến sẽ cho cỏc thụng số khỏc nhau trong cỏc thời điểm khỏc nhau ngay cả khi đối tƣợng chuyển động hoàn toàn tƣơng tự nhau trong mỗi thời điểm. Xử lý đƣợc hai thụng số này là một trong những yếu tố quyết định nõng cao chất lƣợng cho hệ thống INS. Khi tớnh toỏn với cỏc hệ thống INS đơn trục trƣớc đõy, hai tham số này thƣờng bị bỏ qua.
Những sai số của hệ thống INS trong đo gia tốc và vận tốc gúc sẽ dẫn tới cỏc sai số của cỏc phần tử trong ma trận quay, từ đú gõy sai số cho cỏc gúc quay roll, pitch và yaw ở bƣớc tớnh toỏn tiếp theo. Điều này gõy sai số tăng dần khi xỏc định vị trớ và vận tốc của vật thể do việc lấy tớch phõn, gọi là sai số dẫn đƣờng. Vỡ vậy xử lý chống trụi dữ liệu INS là một vấn đề mang tớnh quyết định cho chất lƣợng của hệ thống INS. Đõy là lý do mà cỏc hệ thống INS rẻ tiền khụng thể hoạt động độc lập trong khoảng thời gian dài đƣợc. Trƣớc khi hệ INS đi vào hoạt động cần phải thiết lập một số điều kiện cho hệ thống (quỏ trỡnh Calib), và phải xỏc định cỏc giỏ trị ban đầu về cỏc thụng số giới hạn đƣa ra theo cỏc trục. Ngoài ra cũng cần phải xỏc định đƣợc vị trớ đầu của phƣơng tiện, thƣờng đƣợc xỏc định từ GPS, từ đú tớnh toỏn ra cỏc vị trớ tiếp theo tạo ra quỹ đạo chuyển động của đối tƣợng.
Khi triển khai thực tế, cỏc sai lệch của hệ thống tớch hợp chủ yếu do cỏc yếu tố sau quyết định:
- Sai số do đối tƣợng và đặc điểm chuyển động, trong đú vấn đề vi phạm điều kiện bờ (banking angles) là một trong cỏc yếu tố chớnh gõy sai lệch kết quả đo. Khi đối tƣợng lờn tục đảo chiều quay nhanh quanh trục của gúc yaw sẽ gõy sai lệch gúc pitch. Up-deflection là độ lệch đứng cần hiệu chỉnh, là giỏ trị khụng đo đƣợc trực tiếp, tớnh toỏn phụ thuộc vào giới hạn gúc banking angles. Với giải phỏp tự động chống trụi ma trận quay trong luận ỏn xử lý triệt để cả vấn đề này.
- Sai số do đặc điểm cấu tạo của INS, chủ yếu do Gyro gõy ra bao gồm: Lỗi số (Numerrical errors); Trụi dữ liệu Gyro (Gyro drift); và Sai lệch offset của Gyro (Gyro offset).
- Sai số do vi xử lý và phƣơng phỏp tớnh toỏn gõy ra, bao gồm: Sai số tớch hợp (Integration errors), phụ thuộc vào phƣơng phỏp tớnh toỏn, bƣớc thời gian khỏc
nhau; và sai số lƣợng tử húa (Quantization errors) do cỏch sử dụng, làm trũn cỏc biến, giỏ trị, chuyển đổi ADC/DAC hay hiện tƣợng xử lý bị tràn dữ liệu.
Những sai số này phụ thuộc vào hệ INS lựa chọn trong thiết kế, đặc trƣng cho hiệu suất của INS đú. Ngoài ra cũn cú ảnh hƣởng sai số do nhiệt độ, độ trễ từ và trễ nhiệt (magnetic – thermal hysteresis), sự chấn động (vibration). Khi nhiệt độ của cỏc IMU thay đổi, sự ảnh hƣởng của Drift và Bias sẽ thay đổi theo, cho đến khi nhiệt độ đạt đến trạng thỏi ổn định hoặc đƣợc giữ nguyờn. Với vật thể bay khi thay đổi độ cao sẽ cú thay đổi lớn về nhiệt độ nờn cần đặc biệt chỳ ý tới tham số này. Ngoài cỏc yếu tố chớnh về trụi cỏc tớn hiệu đầu ra của INS dẫn đến sai lệch tớnh toỏn cỏc phần tử của ma trận quay R, đõy cũng là những yếu tố gõy ra sai số cho hệ INS strapdown gắn trờn vật thể chuyển động, đặc biệt là khi cú hiện tƣợng trƣợt văng.