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

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. 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. 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