افزایش دقت ناوبری اینرسی با استفاده از سنسورهای اینرسی دقت پایین به روش تلفیق داده ها

سامانه های ناوبری اینرسی مورد استفاده در کاربردهای تاکتیکی سامانه های نسبتا دقیقی هستند که میتوان از آنها در موشکهای کوتاهبرد استفاده کرد. این سامانه ها اغلب دارای قیمت بسیار زیادی میباشند. اما اخیرا تحقیقات بر روی سامانه های ناوبری اینرسی نشان داده که می توان با استفاده از تعدادی سنسور رده تجاری و با بکارگیری فیلترینگ مناسب جهت تلفیق داده های آنها به عملکرد بهتری دست یافت تا بتوان از آنها در موشکهای تاکتیکی استفاده نمود.هدف از انجام این مقاله در وهله ی اول استفاده از آرایهای از سنسورهای اینرسی رده تجاری و تلفیق داده های آنها با استفاده از فیلتر کالمن میباشد. بنابراین با استفاده از تعدادی سنسور رده تجاری سامانه ای طراحی میگردد که از لحاظ عملکردی برابر و یا نزدیک به سامانه های ناوبری اینرسی مشتمل بر سنسورهای رده ی تاکتیکی میباشد. در قسمت اول فیلتر کالمن داده های خام را اصلاح کرده و هدف آن به حداقل رساندن واریانس نویز سنسورهای اینرسی میباشد.در قسمت دوم نیز از یک فیلتر مکمل برای تلفیق داده ها در بخش تعیین وضعیت استفاده می شود. در روشهای مرسوم ناوبری بخصوص در تعیین وضعیت، تنها از ژیروسکوپ برای تعیین وضعیت و از شتابسنج برای تعیین موقعیت استفاده میگردد. که این عمل باعث میگردد تا کیفیت ساخت سنسور تاثیر بسزایی در نتیجه ی نهایی ناوبری داشته باشد. بدین مفهوم که تقریبا استفاده از سنسورهای رده تجاری به تنهای برای ناوبری کافی نبوده و سامانه نیازمند ابزارهایی نظیر سامانه موقعیت یابی جهانی (GPS) میباشد. اما در ناوبری تلفیقی در مرحله تعیین وضعیت از شتاب سنج و سنسورهای دیگری نظیر مغناطیس سنج استفاده میگردد. که این اقدام باعث میشود تا بتوان از رانش بایاس ژیروسکوپ جلوگیری کرد و بایاس آن را بصورت هوشمند تخمین زد تا خطا کاهش یابد.در این سامانه ی پیشنهادی از مغناطیس سنج و ارتفاع سنج نیز استفاده می شود تا بتوان اندازه گیری زاویه سمت را به صورت مطلق انجام داد و همچنین از ناپایداری کانال ارتفاع نیز جلوگیری کرد. البته این اقدامات نیز باچالشهایی روبروست و برای فائق آمدن بر این مشکلات )اختلالات مغناطیسی و شتاب های غیر گرانشی( بایستی از روشهای بهینه سازی و فیلترینگ استفاده کرد.در نهایت محصول نهایی این مقاله یک سیستم ناوبری اینرسی میباشد که با دریافت داده های سنسورهایی نظیرژیروسکوپ، شتاب سنج، مغناطیس سنج و بارومتر و بکارگیری فیلترهای نوین، ناوبری قابل قبولی برای صنایع وسامانه های نظامی در مدت مشخص انجام دهد. بنابراین ابتدا با سناریوهای متفاوتی داده برداری از سنسورها انجام شده و در محیط شبیه سازی کارکرد فیلترها نشان داده میشود. سپس نرم افزار تایید شده بر روی سخت افزارطراحی شده پیاده سازی میگردد.