Skip to main content
SUPERVISOR
Asghar Gholami,Mohamadreza Taban
اصغر غلامی (استاد راهنما) محمدرضا تابان (استاد مشاور)
 
STUDENT
Narjes Davari
نرجس داوری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1390

TITLE

Decreasing Error of Integrated Navigation System and Auxiliary Sensors for Underwater Vehicles
This study considers a multi-rate multi-sensor data integration problem in the linear state space model with time-varying and unknown measurement noise. The designed navigation system is composed of a high-rate strapdown inertial navigation system along with low-rate auxiliary sensors with different sampling rates. The auxiliary sensors consist of a global positioning system, a Doppler velocity log, a depthmeter, and an inclinometer. Using sensors with different sampling rates requires the design of multi-rate integration algorithms. To improve the performance of multi-rate error state Kalman filter (MESKF) for marine navigation system, a multi-rate adaptive error state Kalman filter (MAESKF) and a variational Bayesian approximation based MAESKF (VB-MAESKF) are proposed. Performance of the proposed algorithm is investigated using real measurements. Results of two experimental tests show that the average relative root mean square error (RMSE) of the position estimated by VB-MAESKF can be decreased approximately 57% and 36% when compared to that of MESKF and MAESKF algorithms, respectively. Key Words Strapdown Inertial Navigation System, Multirate Integrated Navigation System, Adaptive Kalman Filter.
سیستم ناوبری اینرسی به‌عنوان یک سیستم ناوبری مستقل از محیط خارج همیشه مورد توجه بوده است. اما به دلیل مشخصات ذاتی و عوامل خارجی، خطای این سیستم به‌صورت نامحدود با زمان افزایش پیدا می‌کند. بنابراین، برای محدود کردن خطای تخمین در این سیستم، از حس‌گرهای کمکی و روش‌های ناوبری تلفیقی مناسب استفاده می‌شود. هدف این پژوهش طراحی و پیاده‌سازی روش‌هایی در جهت کاهش خطای سیستم ناوبری تلفیقی برای شناورهای زیرسطحی می‌باشد. این سیستم شامل یک واحد اندازه‌گیری اینرسی و یک پردازنده به‌منظور انجام محاسبات می‌باشد. حس‌گرهای کمک ناوبری که مورد استفاده قرارگرفته است شامل، سیستم موقعیت‌یاب جهانی، سرعت‌سنج داپلری (DVL)، عمق سنج و قطب‌نما می‌باشد. این سیستم قادر است خروجی‌های مختلفی همچون مکان شناور برحسب طول جغرافیایی، عرض جغرافیایی و عمق از سطح، سرعت شناور در راستای شمال، شرق و قائم، موقعیت زاویه‌ای شناور برحسب زوایای رول، پیچ و هدینگ و همچنین خطای تخمین هر کدام از این خروجی‌ها را در اختیار کاربر قرار دهد. صحت عملکرد سیستم طراحی شده با استفاده از آزمون‌های عملی ارزیابی شده است. تنظیم پارامترهای الگوریتم تلفیق بسیار زمان‌بر و دشوار است. همچنین، داده‌های دورافتاده که در لحظه‌های زمانی غیرقابل پیش‌بینی ظاهر می‌شوند، تخمین مقدار دقیق پارامترهای الگوریتم تلفیق را مشکل می‌کند. استفاده از حس‌گرهایی با نرخ نمونه‌برداری مختلف، مستلزم طراحی الگوریتم‌های تلفیق چندنرخی می‌باشد. بنابراین در این پژوهش، از روش‌های مناسب تلفیق داده که با دینامیک حرکت و شرایط محیطی منطبق باشند، مانند فیلترهای تطبیقی بهره گرفته شده است. همچنین، الگوریتم‌هایی برای تلفیق تطبیقی چندین حس‌گر با نرخ نمونه‌برداری مختلف بر اساس دنباله نوآوری و تقریب تغییراتی به بیزین (MAESKF، MAEKF و VB-MAESKF) پیشنهاد و پیاده‌سازی شده است. در دو الگوریتم MAESKF و MAEKF، برای محاسبه بردار و ماتریس کوواریانس دنباله نوآوری، و ماتریس کوواریانس نویز اندازه‌گیری برای حسگرهای چندنرخی تغییراتی اعمال می‌شود. برای الگوریتم VB-MAESKF، با استفاده از بردار و ماتریس اندازه‌گیری و بردار ضرایب مربوط به داده حس‌گرها در گام‌های زمانی مختلف، ماتریس کوواریانس نویز اندازه‌گیری و بهره کالمن تخمین زده می‌شوند. در این پژوهش، با استفاده از آزمون‌های عملی نشان داده شده که الگوریتم تلفیق تطبیقی چندنرخی پیشنهادی براساس تقریب بیزین در مقابل داده‌های دورافتاده حس‌گرهای کمکی (به‌خصوص DVL) مقاوم است و به الگوریتم‌های جداگانه شناسایی و حذف این نوع داده‌ها‌ نیاز ندارد؛ و ناوبری با دقت بالا را در مقایسه با روش‌های دیگر ایجاد می‌کند. در انتها، الگوریتمی جدید برای تشخیص و حذف داده‌های دورافتاده‌ی حس‌گرهای کمکی بر اساس پارامترهای آماری داده، ارائه شده است. در این روش، با فرض تبعیت هر پنجره از داده‌ها از تابع چگالی احتمال گوسی، گشتاورهای آماری محاسبه شده و محدوده‌ای برای رد و یا پذیرش داده‌ها ارائه شده است. عملکرد این الگوریتم در آزمون‌های عملی مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین در این پژوهش، شرایط پایداری تخمین در الگوریتم تلفیق براساس فیلتر کالمن حالت خطا بر پایه محدود کردن مربع خطا، ارائه شده است. واژگان کلیدی : سیستم ناوبری اینرسی متصل به بدنه، ناوبری تلفیقی چندنرخی، فیلتر کالمن تطبیقی، داده‌های دورافتاده

ارتقاء امنیت وب با وف بومی