Download miễn phí Đề tài Áp dụng bộ lọc Kalman (hai bộ lọc Kalman) vào bài toán dẫn đường
TÓM TẮT NỘI DUNG
Nhu cầu sử dụng hệ thống định vị và dẫn đường đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu trong cuộc sống ngày nay. Tuy nhiên hệ thống không thể đạt được sự chính xác tuyệt đối. Vì vậy cần làm tăng độ chính xác của hệ thống định vị toàn cầu. Bằng cách khắc phục được sai số của hệ thống dẫn đường (GPS) và hệ thống dẫn đường quán tính (INS) .
Hệ thống dẫn đường quán tính INS có 2 ưu điểm nổi bật khi so sánh với các hệ thống dẫn đường khác là khả năng hoạt động tự trị và độ chính xác cao trong những khoảng thời gian ngắn. Lỗi nghiêm trọng nhất của hệ thống INS là do các cảm biến quán tính gây ra. Chính vì thế trong những ứng dụng thời gian dài thì hệ thống INS thường sử dụng với các hệ thống hỗ trợ khác như hệ thống dẫn đường vô tuyến (Loran, Omega và Tacan), hệ thống dẫn đường vệ tinh (GPS, GLONASS và Transit), JTIDS, DME Các hệ thống này hoạt động ổn định theo thời gian và vì thế cần tích hợp INS và các hệ thống hỗ trợ này. Sự kết hợp GPS và INS là lý tưởng nhất vì hai hệ thống này có khả năng bù trừ nhau hiệu quả. Trái tim của hệ thống tích hợp này chính là bộ lọc tối ưu Kalman.
Bộ lọc Kalman rất hiệu quả và linh hoạt trong việc kết hợp đầu ra bị nhiễu của cảm biến quán tính để ước lượng trạng thái của hệ thống. Luận án này đã đề xuất một cấu trúc lọc Kalman cải tiến bao gồm hai bộ lọc song song nhằm cải thiện độ chính xác và tốc độ đáp ứng của hệ thống, Ngoài ra, hệ thống này còn có thể hoạt động linh hoạt giữa hai chế độ vòng kín và vòng hở, rất hữu ích trong những tình huống mất tín hiệu từ GPS.
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN 1
TÓM TẮT NỘI DUNG 2
Bảng giải thích các chữ viết tắt 3
MỤC LỤC 4
Chương 1: Tổng quan về hệ thống dẫn đường quán tính (INS) và hệ thống định vị toàn cầu (GPS). 6
1.1. Hệ thống định vị toàn cầu (GPS). 6
1.1.1. Cấu trúc của hệ thống định vi toàn cầu. 7
1.1.2. Thành phần của hệ thống định vị toàn cầu. 8
1.1.3. Hoạt động của hệ thống định vị toàn cầu. 8
1.1.4. Ứng dụng của hệ thống định vị toàn cầu. 9
1.1.5. Mã trong hệ thống định vị toàn cầu. 11
1.1.6. Hoạt động 11
1.2. Hệ thống dẫn đường quán tính (INS). 13
1.2.1. Phương trình động học. 14
1.2.2. Ưu điểm và nhược điểm của INS 17
Chương 2: Lý thuyết hệ thống dẫn đường tích hợp GPS/INS 19
2.1 Giới thiệu về hệ dẫn đường quán tính. 19
2.2 Các hệ tọa độ 20
2.2.1 Hệ tọa độ quán tính (Inertial Frame). 20
2.2.2 Hệ tọa độ cố định tâm trái đất (The Earth Fixed Frame) 20
2.2.3 Hệ tọa độ định vị (Navigation frame) 20
2.2.4 Hệ tọa độ gắn liền vật thể (Body frame). 21
2.3 Phương trình định vị. 21
2.4 Hệ Phương trình định vị trong hệ tọa độ cố định tâm trái đât (e-frame). 22
2.5. Tổng quan về hệ cảm nhận quán tính IMU. 23
2.6 Thuật toán dẫn đường quán tính. 24
Các ký hiệu trong lưu đồ: 24
2.7. Các loại nhiễu ảnh hưởng đến khối IMU. 28
2.7.1. Nhiễu tất định 28
2.7.2 Nhiễu thống kê 28
Chương 3: Áp dụng bộ lọc Kalman (hai bộ lọc Kalman) vào bài toán dẫn đường 28
3.1. Bộ lọc Kalman. 28
3.1.1.Bản chất tính toán của bộ lọc. 28
3.1.2. Bản chất thống kê của bộ lọc. 28
3.2. Xây dựng bộ lọc Kalman cải tiến. 28
3.2.1. Hệ thống dẫn đường tích hợp GPS / INS. 28
3.2.2. Bộ loc kalman cải tiến. 28
Chương 4: Các kết qủa thực nghiệm. 28
4.1 Thiết bị phần cứng. 28
4.1.1 Khối dẫn đường quán tính MICRO-ISU BP3010. 28
4.1.2 Thiết bị thu GPS 28
4.2. Kết quả thực nghiệm. 28
4.2.1. Xây dựng hệ tích hợp INS/GPS theo thời gian thực. 28
4.2.2. Kết quả. 28
KẾT LUẬN 28
Tài liệu tham khảo. 28
1.1.2. Thành phần của hệ thống định vị toàn cầu.
Hệ thống GPS gồm có các vệ tinh, các máy thu và các hệ thống điều khiển dưới đất. Các vệ tinh phát các tín hiệu ở tần số 1575,42 MHz để các máy thu GPS dưới mặt đất có thể tách ra được. Các máy thu này có thể được lắp đặt trên các con tầu, các máy bay và các xe ô tô để cung cấp thông tin định vị chính xác bất kể điều kiện thời tiết như thế nào. Chúng phát hiện, giải mã và xử lý các tín hiệu vệ tinh GPS để xác định vị trí chính xác của người dùng.
Đoạn điều khiển (hay đoạn mặt đất) của GPS gồm có 5 trạm giám sát không người điều khiển đặt tại Hawaii, Kwajalein ở Thái Bình Dương, Diago Garcia ở ấn Độ Dương, Ascension Island ở Đại Tây Dương và Colorado Springs ở Solo. Còn có một Trạm mặt đất chính đặt tại Falcon AFB ở Colorado Springs, và 4 trạm mặt đất an-ten lớn để phát quảng bá các tín hiệu lên các vệ tinh. Các trạm này cũng bám theo và giám sát các vệ tinh GPS.
1.1.3. Hoạt động của hệ thống định vị toàn cầu.
Với GPS, các tín hiệu từ các vệ tinh sẽ đi tới các vị trí chính xác của người dùng và được đo theo phép tam giác đạc. Để thực hiện phép tam giác đạc, GPS đo khoảng cách thông qua thời gian hành trình của bản tin vô tuyến từ vệ tinh tới một máy thu mặt đất. Để đo thời gian hành trình, GPS sử dụng các đồng hồ rất chính xác trên các vệ tinh. Một khi khoảng cách tới vệ tinh đã được đo thì việc biết trước về vị trí vệ tinh trong không gian sẽ được sử dụng để hoàn thành tính toán. Các máy thu GPS trên mặt đất có một “cuốn niên giám” được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính của chúng để chỉ thị mỗi vệ tinh sẽ có mặt nơi nào trên bầu trời vào bất kỳ thời điểm nào. Các máy thu GPS sẽ tính toán các thời gian trễ qua tầng đối lưu và khí quyển để tiếp tục làm chính xác hơn phép đo vị trí.
Để bảo đảm chắc chắn vệ tinh và máy thu đồng bộ với nhau, mỗi vệ tinh có bốn đồng hồ nguyên tử chỉ thời gian chính xác tới 3 ns, tức ba phần tỷ giây. Nhằm tiết kiệm chi phí, các đồng hồ trong các máy thu dưới đất được làm ít chính xác hơn đôi chút. Bù lại, một phép đo tầm hoạt động vệ tinh được trang bị thêm. Phép đo lượng giác chỉ ra rằng, nếu ba số đo chính xác định vị được vị trí một điểm trong không gian ba chiều thì một phép đo thứ tư có thể loại bỏ mọi độ chênh lệch thời gian nào đó. Phép đo thứ tư này chỉnh lại sự đồng bộ hoá không hoàn hảo của máy thu.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
TÓM TẮT NỘI DUNG
Nhu cầu sử dụng hệ thống định vị và dẫn đường đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu trong cuộc sống ngày nay. Tuy nhiên hệ thống không thể đạt được sự chính xác tuyệt đối. Vì vậy cần làm tăng độ chính xác của hệ thống định vị toàn cầu. Bằng cách khắc phục được sai số của hệ thống dẫn đường (GPS) và hệ thống dẫn đường quán tính (INS) .
Hệ thống dẫn đường quán tính INS có 2 ưu điểm nổi bật khi so sánh với các hệ thống dẫn đường khác là khả năng hoạt động tự trị và độ chính xác cao trong những khoảng thời gian ngắn. Lỗi nghiêm trọng nhất của hệ thống INS là do các cảm biến quán tính gây ra. Chính vì thế trong những ứng dụng thời gian dài thì hệ thống INS thường sử dụng với các hệ thống hỗ trợ khác như hệ thống dẫn đường vô tuyến (Loran, Omega và Tacan), hệ thống dẫn đường vệ tinh (GPS, GLONASS và Transit), JTIDS, DME Các hệ thống này hoạt động ổn định theo thời gian và vì thế cần tích hợp INS và các hệ thống hỗ trợ này. Sự kết hợp GPS và INS là lý tưởng nhất vì hai hệ thống này có khả năng bù trừ nhau hiệu quả. Trái tim của hệ thống tích hợp này chính là bộ lọc tối ưu Kalman.
Bộ lọc Kalman rất hiệu quả và linh hoạt trong việc kết hợp đầu ra bị nhiễu của cảm biến quán tính để ước lượng trạng thái của hệ thống. Luận án này đã đề xuất một cấu trúc lọc Kalman cải tiến bao gồm hai bộ lọc song song nhằm cải thiện độ chính xác và tốc độ đáp ứng của hệ thống, Ngoài ra, hệ thống này còn có thể hoạt động linh hoạt giữa hai chế độ vòng kín và vòng hở, rất hữu ích trong những tình huống mất tín hiệu từ GPS.
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN 1
TÓM TẮT NỘI DUNG 2
Bảng giải thích các chữ viết tắt 3
MỤC LỤC 4
Chương 1: Tổng quan về hệ thống dẫn đường quán tính (INS) và hệ thống định vị toàn cầu (GPS). 6
1.1. Hệ thống định vị toàn cầu (GPS). 6
1.1.1. Cấu trúc của hệ thống định vi toàn cầu. 7
1.1.2. Thành phần của hệ thống định vị toàn cầu. 8
1.1.3. Hoạt động của hệ thống định vị toàn cầu. 8
1.1.4. Ứng dụng của hệ thống định vị toàn cầu. 9
1.1.5. Mã trong hệ thống định vị toàn cầu. 11
1.1.6. Hoạt động 11
1.2. Hệ thống dẫn đường quán tính (INS). 13
1.2.1. Phương trình động học. 14
1.2.2. Ưu điểm và nhược điểm của INS 17
Chương 2: Lý thuyết hệ thống dẫn đường tích hợp GPS/INS 19
2.1 Giới thiệu về hệ dẫn đường quán tính. 19
2.2 Các hệ tọa độ 20
2.2.1 Hệ tọa độ quán tính (Inertial Frame). 20
2.2.2 Hệ tọa độ cố định tâm trái đất (The Earth Fixed Frame) 20
2.2.3 Hệ tọa độ định vị (Navigation frame) 20
2.2.4 Hệ tọa độ gắn liền vật thể (Body frame). 21
2.3 Phương trình định vị. 21
2.4 Hệ Phương trình định vị trong hệ tọa độ cố định tâm trái đât (e-frame). 22
2.5. Tổng quan về hệ cảm nhận quán tính IMU. 23
2.6 Thuật toán dẫn đường quán tính. 24
Các ký hiệu trong lưu đồ: 24
2.7. Các loại nhiễu ảnh hưởng đến khối IMU. 28
2.7.1. Nhiễu tất định 28
2.7.2 Nhiễu thống kê 28
Chương 3: Áp dụng bộ lọc Kalman (hai bộ lọc Kalman) vào bài toán dẫn đường 28
3.1. Bộ lọc Kalman. 28
3.1.1.Bản chất tính toán của bộ lọc. 28
3.1.2. Bản chất thống kê của bộ lọc. 28
3.2. Xây dựng bộ lọc Kalman cải tiến. 28
3.2.1. Hệ thống dẫn đường tích hợp GPS / INS. 28
3.2.2. Bộ loc kalman cải tiến. 28
Chương 4: Các kết qủa thực nghiệm. 28
4.1 Thiết bị phần cứng. 28
4.1.1 Khối dẫn đường quán tính MICRO-ISU BP3010. 28
4.1.2 Thiết bị thu GPS 28
4.2. Kết quả thực nghiệm. 28
4.2.1. Xây dựng hệ tích hợp INS/GPS theo thời gian thực. 28
4.2.2. Kết quả. 28
KẾT LUẬN 28
Tài liệu tham khảo. 28
1.1.2. Thành phần của hệ thống định vị toàn cầu.
Hệ thống GPS gồm có các vệ tinh, các máy thu và các hệ thống điều khiển dưới đất. Các vệ tinh phát các tín hiệu ở tần số 1575,42 MHz để các máy thu GPS dưới mặt đất có thể tách ra được. Các máy thu này có thể được lắp đặt trên các con tầu, các máy bay và các xe ô tô để cung cấp thông tin định vị chính xác bất kể điều kiện thời tiết như thế nào. Chúng phát hiện, giải mã và xử lý các tín hiệu vệ tinh GPS để xác định vị trí chính xác của người dùng.
Đoạn điều khiển (hay đoạn mặt đất) của GPS gồm có 5 trạm giám sát không người điều khiển đặt tại Hawaii, Kwajalein ở Thái Bình Dương, Diago Garcia ở ấn Độ Dương, Ascension Island ở Đại Tây Dương và Colorado Springs ở Solo. Còn có một Trạm mặt đất chính đặt tại Falcon AFB ở Colorado Springs, và 4 trạm mặt đất an-ten lớn để phát quảng bá các tín hiệu lên các vệ tinh. Các trạm này cũng bám theo và giám sát các vệ tinh GPS.
1.1.3. Hoạt động của hệ thống định vị toàn cầu.
Với GPS, các tín hiệu từ các vệ tinh sẽ đi tới các vị trí chính xác của người dùng và được đo theo phép tam giác đạc. Để thực hiện phép tam giác đạc, GPS đo khoảng cách thông qua thời gian hành trình của bản tin vô tuyến từ vệ tinh tới một máy thu mặt đất. Để đo thời gian hành trình, GPS sử dụng các đồng hồ rất chính xác trên các vệ tinh. Một khi khoảng cách tới vệ tinh đã được đo thì việc biết trước về vị trí vệ tinh trong không gian sẽ được sử dụng để hoàn thành tính toán. Các máy thu GPS trên mặt đất có một “cuốn niên giám” được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính của chúng để chỉ thị mỗi vệ tinh sẽ có mặt nơi nào trên bầu trời vào bất kỳ thời điểm nào. Các máy thu GPS sẽ tính toán các thời gian trễ qua tầng đối lưu và khí quyển để tiếp tục làm chính xác hơn phép đo vị trí.
Để bảo đảm chắc chắn vệ tinh và máy thu đồng bộ với nhau, mỗi vệ tinh có bốn đồng hồ nguyên tử chỉ thời gian chính xác tới 3 ns, tức ba phần tỷ giây. Nhằm tiết kiệm chi phí, các đồng hồ trong các máy thu dưới đất được làm ít chính xác hơn đôi chút. Bù lại, một phép đo tầm hoạt động vệ tinh được trang bị thêm. Phép đo lượng giác chỉ ra rằng, nếu ba số đo chính xác định vị được vị trí một điểm trong không gian ba chiều thì một phép đo thứ tư có thể loại bỏ mọi độ chênh lệch thời gian nào đó. Phép đo thứ tư này chỉnh lại sự đồng bộ hoá không hoàn hảo của máy thu.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links