استفاده از حسگرهاي افزونه در ساختار IMU به‌منظور افزايش صحت و دقت حسگرهاي مبنا

كارشناسي ارشد

اگرچه با ظهور فنّاوري MEMS حجم، وزن، قيمت و توان مصرفي در حسگرهاي اينرسي كاهش پيداكرده است و اين فنّاوري سهم قابل‌توجهي از فروش بازار را به خود اختصاص داده اما دقت و صحت اين حسگرها هنوز مناسب نيستند به‌طوري‌كه حسگرهاي اينرسي دقيق و گران‌قيمت، هنوز تنها انتخاب ناوبري دقيق هستند. هدف از اين پايان‌نامه افزايش دقت به‌وسيله افزونگي سخت‌افزاري و بهبود صحت با ارائه روشي جديد براي كاليبراسيون كامل حسگرهاي اينرسي است. اين روش براي حسگرهاي MEMS مناسب‌تر است چراكه داراي حجم، وزن، قيمت و توان مصرفي كم‌ هستند. به‌منظور حذف خطاي تصادفي و افزايش دقت، روشي جديد بر مبناي حداقل مربعات با قيد خطي و با بروز رساني پارامترهاي تخمين، براي حسگرهاي افزونه پيشنهادشده است. در اين روش براي اولين بار مدل‌سازي جديدي براي حسگرهاي افزونه به‌صورت قيد خطي بكار رفته است. برخلاف روش‌هاي معمول مدل‌سازي در اين زمينه، كه فقط براي مدل‌سازي حسگرهاي اينرسي است، مدل حسگر افزونه پيشنهادي، مي‌تواند براي حسگرهاي افزونه نوع ديگر مانند فشار و دما بكار برده ‌شود. اين مدل، در يك فرم حداقل مربعات به همراه به‌روزرساني ضرايب به‌منظور تركيب داده حسگرهاي اينرسي افزونه بكار رفته است. به‌صورت كاملا تحليلي جواب حداقل مربعات با قيد خطي و به‌روزرساني ضرايب به‌دست‌آمده‌ و اثبات‌شده‌ تخمينگر پيشنهادي بي‌باياس است. افزايش دقت در اين تخمينگر نيز، با تحليل ماتريس كوواريانس نشان داده‌شده است. به‌منظور بهبود صحت، روش جديدي براي كاليبراسيون چند وضعيتي حسگرهاي اينرسي، با استفاده از تعميم حداقل مربعات به همراه به‌روزرساني ضرايب ارائه‌شده است. روش‌هاي قبلي محدوديت‌هايي مانند نيازمندي به داده‌هاي فقط شش يا دوازده وضعيت، و قرارگيري تنها در راستا و يا خلاف راستاي بردار شتاب گرانش و تخمين تعداد محدودي از ضرايب كاليبراسيون را دارند. اما درروش پيشنهادي به‌صورت كاملاً تحليلي نشان داده‌شده است به اطلاعات اندازه‌گيري حداقل در چهار وضعيت نياز است و قيدي در قرارگيري در جهت خاص ندارد. بااين‌وجود تمام ضرايب كاليبراسيون شامل باياس، ضريب مقياس، عدم تعامد و عدم هم‌راستايي را تخمين مي‌زند. علاوه بر آن، در روش پيشنهادي قابليت استفاده از پنج، شش و يا تعداد دلخواه بيشتري وضعيت مختلف به‌منظور تخمين بهتر ضرايب كاليبراسيون وجود دارد. به‌عنوان كاربرد، روش تخمين پيشنهادي، در الگوريتم‌ تعيين وضعيت با استفاده از شتاب‌سنج و مغناطيس‌سنج بكار گرفته‌شده است. نتايج، بهبود صحت و دقت در تعيين وضعيت را نشان مي‌دهد.

191031

دانشگاه علم و صنعت ايران

كنترل

دكتر سعيد عبادالهي