ניווט אינרציאלי באמצעות
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 25

ניווט אינרציאלי באמצעות UKF PowerPoint PPT Presentation


  • 78 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

ניווט אינרציאלי באמצעות UKF. ניווט אינרציאלי באמצעות Unscented Kalman Filter מגישים ניר בן זריהם גיא רוזנטל מנחה ד"ר גבי דוידוב תאריך: 7.11.10 אביב תש"ע. ניווט אינרציאלי באמצעות UKF. הצגת הבעיה. בהיעדר אמצעי ניווט חיצוני ( GPS ) ניתן לנווט בעזרת מערכת

Download Presentation

ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

ניווט אינרציאלי באמצעות

Unscented Kalman Filter

מגישים

ניר בן זריהם גיא רוזנטל

מנחה ד"ר גבי דוידוב

תאריך: 7.11.10

אביב תש"ע


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

הצגת הבעיה

בהיעדר אמצעי ניווט חיצוני (GPS) ניתן לנווט בעזרת מערכת

ניווט עצמונית (IMU) המותקנת על כלי הרכב

  • מערכת זו כוללת:

    • 3 מדי תאוצה

    • 3 מדי מהירות זוויתית (GYRO)

    • Odometer – מד מהירות גלגלים

  • מתוך מדידות אלו וידיעת המיקום ההתחלתי ניתן לשערך את מיקום הרכב בכל זמן


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

ניווט אינרציאלי - איך זה עובד?

הנחה: בהינתן תאוצות בצירי הניווט ((NED ניתן לחשב ע"י אינטגרציה אחת את המהירויות באותם צירים, וע"י אינטגרציה נוספת לשערך את המיקום במרחב

בעיה: התאוצות הנמדדות ע"י ה- IMU נתונות בצירי גוף, לכן יש צורך להעבירן לצירי ניווט


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

טרנספורמציית הסיבוב

המצב הזוויתי מגדיר את סיבוב הגוף ביחס למערכת צירי הניווט ע"י טרנספורמציית הסיבוב:


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

לאחר שהומרו התאוצות לצירי ניווט, אינטגרציה כפולה עליהם תיתן את המיקום במרחב

Body frame

To Navigation frame


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

ניווט אינרציאלי – סכימת בלוקים

rotation

IMU

Attitude

Calculation


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

משוואות ניווט

כל מערכות הניווט האינרציאלי צומחות מתוך סט המשוואות הבא:

NED accelerations

Earth-NED rotation

Downward velocity

NED-BODY rotation


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

השפעות כדור הארץ

המצב הזוויתי של הרכב נמדד ע"י 3 סביבונים. סביבונים אלו מושפעים מסיבוב כדה"א.

מידול כדה"א כספירה אליפטית מסתובבת גורר יחס תלוי מיקום בין מערכת צירי הגוף למערכת צירי ניווט.

יש לתקן את מדידת הסביבונים תוך התייחסות למיקום הגיאוגרפי על פני כדה"א

לכן בווקטור המצב נשמרות קואורדינאטות המיקום על כדור הארץ

1. האורך הגיאוגרפי

2. הרוחב הגיאוגרפי

3. גובה מעל פני הים


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

תיקוני השפעת כדה"א

ערוץ הסביבונים


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

תיקוני השפעת כדה"א

ערוץ מדי התאוצה

* - radius of curvature in the prime vertical


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

  • בעיית הרעש

  • הנחה: במצב של כניסות אידיאליות, ניתן לחשב במדויק את מסלול הגוף ע"י שימוש במודל הפיזיקאלי

  • בעיה: בגלל שהמדידות טבולות ברעשים, המסלול שיחושב בעזרת המודל הפיזיקאלי יתבדר במהירות בהשוואה למסלול האמיתי

  • פתרון: כדי לקבל תוצאות נאמנות למציאות יש להכניס אמצעי בקרה לאלגוריתם, לכן משתמשים ב Kalman Filter


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

  • Kalman Filter

  • Kalman Filter הוא משערך הנעזר במדידות חיצוניות (אובזרבלים) כדי להעריך את שגיאת החיזוי שלו ולעדכן את ווקטור המצב בהתאם

  • בגלל שהטרנספורמציה לחישוב המצב הבא אינה ליניארית, יש להשתמש במסנן מתאים:

Extended Kalman Filter - קידום ווקטור המצב נעשה בצורה אנליטית, ע"י ליניאריזציה מסדר ראשון של המערכת

Unscented Kalman Filter (UKF)- מבצע שערוך סטטיסטי של המודל עד סדר שני (מתבסס על ההנחה שקל יותר לשערך התפלגות הסתברותית מאשר לשערך מודל לא ליניארי)


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

חיזוי המצב הבא


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

חיזוי האובזרוול


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

תיקון החיזוי ע"י מדידת האובזרוול


Old state

Create sigma points

ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

Propagate each sigma point through the nonlinear model

Create prediction for next state

Fix prediction in accordance to extra measurement

Next state

UKF - סכימת בלוקים


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

שלבי הפרויקט

א. בניית סימולטור1: חישוב תפוקות אידיאליות (מדי תאוצה וסביבונים) מתוך הזויות שמצייר גוף המתקדם במרחב ומהירותו הקרקעית

simulator1


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

שלבי הפרויקט

ב. בניית הסימולטור ההפוך: מבוסס על הטרנספורמציות ההפוכות מסימולטור1.

מחשב מסלול התקדמות מתוך תפוקות ה-IMU (מדי תאוצה וסביבונים)

simulator1

Reverse

simulation


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

שלבי הפרויקט

ג. הרעשת התפוקות של סימולטור 1. בשלב זה רואים כי הסימולטור ההפוך נכשל במשימת הניווט- יש צורך בסינון

simulator1

Reverse

simulation


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

שלבי הפרויקט

ד. שיפור תוצאות ע"י הכנסת המסנן במקום הסימולטור ההפוך

simulator1

Reverse

simulation

UKF


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

  • תוצאות

  • כחול- מסלול אמיתי

  • אדום- מסלול משוערך עם UKF

  • ירוק- מסלול ללא סינון רעשים


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

תוצאות


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

תוצאות

חסינות לרעש

שחור –מסלול אמיתי

כחול- רעש מסדר גודל של הכניסה

אדום- רעש מסדר גודל של מהכניסה

ירוק- רעש מסדר גודל של מהכניסה


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

מסקנות

  • אלגוריתם ה- UKF הוכיח את יעילותו

  • האלגוריתם גמיש ומאפשר כיול עדין בהתאם לסוג הבעיה

  • מודל כדה"א לא הראה שיפור משמעותי עבור המסלולים הנתונים

  • מודל כד"הא הראה חסינות רבה לרעשים


ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

הצעות למחקר נוסף

  • הוספת אובזרוול מד גובה ברומטרי

  • עדכון עצירה מוחלטת

  • בדיקת האלגוריתם עבור מסלול עם טווח השתנות בקנה מידה ארצי


  • Login