پیاده سازی سخت افزاری الگوریتم طرح لیفتینگ برای نویززدایی حسگرهای ژیروسکوپ و شتابسنج

سامانه ناوبری اینرسی (INS) ابزاری توسعه یافته برای تخمین موقعیت جغرافیایی، سرعت و اطلاعات حالت وسیله نقلیه است. با این حال، دقت INS با گذشت زمان به دلیل نویزهای جمع شونده ناشی از ژیروسکوپ و شتابسنج، کاهش می یابد. بنابراین، استفاده از یک الگوریتم کمکی حذف نویز برای بهبود دقت INS امری حیاتی است. الگوریتم طرح لیفتینگ (موجک نسل دوم) یکی از روش های حذف نویز است که می تواند در این سامانه ها به کار رفته و به دلیل پایین بودن بار محاسباتی قابل پیاده سازی است. هدف از این مقاله، پیاده سازی سخت افزاری الگوریتم طرح لیفتینگ با استفاده از سخت افزار FPGA برای حسگرهای ارزان قیمت INS، به منظور بهبود عملکرد این نوع حسگرها است. استفاده از فناوری FPGA موجب سرعت بالای توابع منطقی در پردازش، کاهش سخت افزار مورد نیاز، کاهش حجم مدار، کاهش چشم گیر توان مصرفی و اتلاف توان می شود. در این مقاله، با توجه به موازی سازی های انجام شده در طراحی زیرماژول های این سامانه، حداکثر تاخیر انتشار برابر ۳۵ چرخه زمانی بوده که با توجه به نرخ بهروزرسانی حسگرها و همچنین سرعت بالای محاسباتی سخت افزار FPGA، پیاده سازی طرح لیفتینگ به عنوان یک الگوریتم حذف نویز قابل اجرا و قابل توجیه است. برای این کار، ۶ دسته ورودی، شامل ۳ دسته داده های شتاب سنج و ۳ دسته داده های ژیروسکوپ که هر کدام برای سه محور هستند، به صورت سریال اعمال شده است. در نهایت، داده های خروجی ذخیره شده تا با توجه به داده های ورودی، میزان اثر بخشی آن در کاهش نویز سیگنال ورودی با استفاده از واریانس آلن نمایان شود. در همین راستا، برای دو سطح تجزیه، بهبود حدودا ۱۷ درصدی برای شتاب سنج و ۱۶ درصدی برای ژیروسکوپ محقق شده است.

کلیدواژه ها:

FPGA ، شتاب&rlm ، سنج ، ژیروسکوپ ، تبدیل موجک گسسته ، طرح لیفتینگ ، واریانس آلن