Inertial measurement unit (IMU) and Global Positioning System (GPS)

3,534 views

Published on

เทคโนโลยีที่นำมาใช้ในระบบ Navigation เช่น GPS, IMU และ Kalman Filter
ที่มา จากการแปลและรวบรวมข้อมูลจาก reserch ต่างๆ

Published in: Technology
0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
3,534
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
8
Actions
Shares
0
Downloads
60
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Inertial measurement unit (IMU) and Global Positioning System (GPS)

  1. 1. Inertial Measurement Unit (IMU) เซนเซอรหรืออุปกรณที่ใชใน INS (Inertial Navigation System) ถูกเรียกวา Inertial Measurement Units (IMU) ซึ่งเปนสวนประกอบหลักของ INSs ที่ใชในเครื่องบิน, ยานอวกาศ และ เรือ เชนเดียวกับจรวดขีปนาวุธ IMU ประกอบดวย 2 สวนหลักคือ accelerometers 3 ทิศทาง และ gyroscopes 3 ทิศทาง ซึ่งรับความเรงยานพาหนะและความเร็วเชิงมุมตามลําดับ โปรดทราบวา mechanic gyroscope และ accelerometer ถูกนํามากลาว ณ ที่นี้เพียงเพื่อ แสดงหลักการพื้นฐานของ IMU สําหรับ MEMS นั้น จะไมกลาวถึงอุปกรณ mechanic gyroscope และ accelerometer แตจะขึ้นอยูกับระบบ nanoelectromechanical และนาโนเทคโนโลยี เซนเซอรใน IMU • Gyroscope เปนอุปกรณสําหรับการวัด หรือการรักษาการปรับทิศทาง ขึ้นอยูกับหลักการของ การอนุรักษโมเมนตัมเชิงมุม ภาพที่ 1 Mechanic gyroscope ซึ่งมี two-degree of freedom (TDF) • Accelerometer เปนอุปกรณที่ใชวัดความเรงตามแนวแกนที่เฉพาะเจาะจง ตั้งขอสังเกตไดวา accelerometers ใน IMU รับเพียง specific forces แนวคิดนี้เปนสิ่งสําคัญใน inertial navigation หรือระบบนําทางอาศัยแรงเฉื่อย ภาพที่ 2 โครงสรางของ Accelerometer
  2. 2. ภาพที่ 3 IMU วัดความเร็ว ทิศทาง และแรงโนมถวง ใชการรวมกันของ accelerometer และ gyroscope ดวย เทคโนโลยี Micro Electrical Mechanical Sensors (MEMS) ทําใหงายตอการผลิตใหมีขนาดเล็กและ ราคาถูก Global Positioning System (GPS) ภาพที่ 4 การใชงานของ GPS GPS เปนระบบนําทางผานดาวเทียมที่ใหขอมูลสถานที่และเวลา ดําเนินการโดยสหรัฐอเมริกาและ สามารถใชไดกับทุกคนที่มีอุปกรณรับสัญญาณ GPS ขอมูลตําแหนงที่ถูกคํานวณโดยขอมูลที่ไดรับจาก ดาวเทียมมีขอผิดพลาดบางอยางเนื่องจากขอจํากัดโดยธรรมชาติเชน atmospheric effects, multipath effects, ephemeris และ clock errors GPS เปนการวัดที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด ใชไดในสภาพแวดลอมกลางแจงเพราะมันใหขอมูล ตําแหนงที่แนนอน มันเกือบจะเปนไปไมไดที่จะไดรับขอมูลที่แนนอนในสภาพแวดลอมในรม แมจะมีจุดที่ แข็งแกรงของ GPS แตการใชงานกอคอนขางจํากัด ปญหาที่รุนแรงที่สุดคือการถูกบล็อคและการสะทอน
  3. 3. ของสัญญาณ GPS จากดาวเทียม การหยุดชะงักของสัญญาณ GPS นี้เกิดขึ้นโดยตนไม อาคาร และ อุปสรรคอื่น ๆ มันจึงมีขอจํากัดที่สําคัญอยางยิ่งตอการใช GPS ในสภาพแวดลอมในเมือง ภาพที่ 5 GPS module with antenna ระบบ GPS ไดรับความนิยมมากที่สุด แมแหลงที่มาจะมีสัญญาณรบกวนอยางมีนัยสําคัญ เชน multipath effect การคลาดเคลื่อนของวงโคจรดาวเทียม และ clock errors แตก็มักจะมี sampling rate (อัตราการสุมตัวอยาง) ต่ํากวา 10 Hz วิธีการที่แตกตางกันถูกเสนอเพื่อที่จะรวม GPS เขากับ Inertial Measurement Unit (IMU) ที่มี sampling rate สูงกวา อยางไรก็ตามในแผน Extended Kalman Filter (EKF) sampling rates ที่แตกตางกันมักนําไปสูการลดระดับของประสิทธิภาพการ ทํางาน และอาจทําใหเกิดปญหาดานเสถียรภาพ Kalman filter Kalman filter คือชุดสมการหลักที่ดําเนินการ ทํานาย-แกไข ประเมินการลดลงที่เหมาะสมของ ความแปรปรวนผิดพลาด (predictor-corrector type estimator optimally minimizing the estimated error covariance) ในเวลานี้ Kalman filter เปนเปาหมายของการวิจัยและการประยุกต โดยเฉพาะในระบบนําทางอัตโนมัติ หรือระบบชวยนําทาง ทั้ง GPS และ INS จะผาน Kalman filter สําหรับการประมวลผลของขอมูลดิบที่ไดรับ ตําแหนง ความเร็วและเวลา มันคืออัลกอริทึมหลักของระบบนําทาง เปนตัวกรองที่เราหวังวามันจะถูกตองและ ทนทาน ความทนทานของระบบคือความสามารถในการกําจัดคาผิดปกติ เพื่อหลีกเลี่ยงอิทธิพลของคาผิดปกติ น้ําหนักเทียบเทาจะถูกนําไปใชกับ Kalman filter พรอมดวย ขอจํากัดทางจลนศาสตรที่จะใหน้ําหนักราบรื่นสําหรับขอผิดพลาดการวัด ดวยวิธีนี้คาผิดปกติสามารถถูก กําจัดและการใหผลของการวัดดวยขอผิดพลาดใหญจะถูกระงับเพื่อหลีกเลี่ยงสาเหตุของการเพิ่มขึ้นอยางมี นัยสําคัญของความผิดพลาดมาตรฐาน

×