بهبود دقت سامانه تلفيقي INS و GPS ارزان‌قيمت مبتني بر روشهاي يادگيري ماشيني در كاربردهاي هوايي

دكترا

تلفيق دو سامانه موقعيت‌ياب جهاني GPS و سامانه ناوبري اينرسي INS از روش‌هاي كاربردي براي ناوبري دقيق‌تر، مقاوم‌تر و پيوسته‌تر نسبت به هر يك از سامانه‌ها به‌تنهايي مي‌باشد. هدف از اين رساله، بهبود دقت سامانه تلفيق GPS و حسگرهاي ارزان‌قيمت INS با فنّاوري ساخت MEMS به‌منظور دستيابي به راه‌حل مكان‌يابي دقيق و كم‌هزينه حتي در زمان‌هاي قطعي سيگنال GPS مي‌باشد. شرايط چالشي در اين تحقيق استفاده از حس‌گرهاي اينرسي ارزان‌قيمت، سرعت‌120 كيلومتر بر ساعت وسيله نقليه، درصد بالايي از نويزهاي تصادفي حاصل از واقعي بودن داده، بلادرنگ بودن سامانه و چندين مورد قطعي بلند-مدت سيگنال GPS در طول فرآيند پرواز مي‌باشد. ازآنجايي‌كه دامنه خطاي مكان‌يابي سامانه تلفيقي به كيفيت حس‌گرهاي اينرسي انتخاب‌شده، طول بازه قطعي سيگنال GPS، سرعت وسيله پرنده و كارآيي الگوريتم به‌كار رفته جهت پيش‌بيني خطاي مكان‌يابي بستگي دارد، در اين تحقيق دو رويكرد، طراحي و به كار گرفته‌شده است. در ابتدا، باهدف كاهش تأثير مخرب عدم قطعيت‌ها و نويزهاي بالاي موجود در اندازه‌گيري‌هاي خام حس‌گرهاي ارزان‌قيمت اينرسي در سامانه ناوبري تلفيقي و درنتيجه آموزش بهتر سامانه هوشمند، الگوريتم‌¬هايي جديد با ويژگي¬هاي منحصر به فرد به‌عنوان پيش‌پردازش اندازه‌گيري‌ها ارائه مي‌شود. سپس در رويكرد اول در بازه¬هاي قطعي سيگنال GPS، الگوريتم‌هايي مبتني بر هوش مصنوعي براي پيش‌بيني خطاي INS طراحي شده است كه كارآيي بالايي در مدل كردن عدم قطعيت‌هاي پيچيده شرايط موجود داشته باشد. در اين الگوريتم‌ها مصالحه‌ي بين سرعت و دقت لحاظ شده است تا مناسب كاربرد بلادرنگ باشد. در رويكرد دوم گام فراتر رفته است و در هر دو بازه قطعي و حضور سيگنال GPS، دقت و عملكرد سامانه تلفيقي بهبود يافته است. بدين‌صورت كه در بازه حضور GPS، با طراحي فيلتر جديد كالمن كرونتروپي متمركز غيرمستقيم بهينه‌شده با به‌كارگيري روش‌هاي مبتني بر هوش مصنوعي، علاوه بر اينكه نواقص روش‌هاي فيلتر كالمني را برطرف كرده است، ويژگي‌هاي منحصربه‌فردي را به سامانه تلفيقي اضافه كرده است. همچنين در بازه قطعي GPS با طراحي الگوريتم¬هاي هوشمند مناسب، ناوبري پيوسته و دقيقي را فراهم آورده است. عملكرد و دقت بالا به¬خصوص در برابر نويزهاي اندازه¬گيري غيرگوسي GPS، مانورهاي ديناميكي وسيله پروازي در طول مسير، نويزهاي حسگرهاي اينرسي و قطعي-هاي بلندمدت سيگنال GPS از جمله ويژگي‌هاي متمايز اين الگوريتم مي¬باشد. الگوريتم¬هاي پيشنهادي موفق شده¬اند نتايج را نسبت به آخرين دستاوردهاي موجود در اين حوزه دست¬كم 20 درصد بهبود بخشند.

208551

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي برق- الكترونيك

سيد محمدرضا موسوي ميركلائي