1 / 25

ניווט אינרציאלי באמצעות UKF

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

fitzgerald-hahn
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. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 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

  2. 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

  3. 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

  4. ניווט אינרציאלי באמצעות UKF טרנספורמציית הסיבוב המצב הזוויתי מגדיר את סיבוב הגוף ביחס למערכת צירי הניווט ע"י טרנספורמציית הסיבוב:

  5. ניווט אינרציאלי באמצעות UKF לאחר שהומרו התאוצות לצירי ניווט, אינטגרציה כפולה עליהם תיתן את המיקום במרחב Body frame To Navigation frame

  6. ניווט אינרציאלי באמצעות UKF ניווט אינרציאלי – סכימת בלוקים rotation IMU Attitude Calculation

  7. 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

  8. 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

  9. ניווט אינרציאלי באמצעות UKF תיקוני השפעת כדה"א ערוץ הסביבונים

  10. ניווט אינרציאלי באמצעות UKF תיקוני השפעת כדה"א ערוץ מדי התאוצה * - radius of curvature in the prime vertical

  11. 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

  12. 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)

  13. ניווט אינרציאלי באמצעות UKF חיזוי המצב הבא

  14. ניווט אינרציאלי באמצעות UKF חיזוי האובזרוול

  15. ניווט אינרציאלי באמצעות UKF תיקון החיזוי ע"י מדידת האובזרוול

  16. 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

  17. ניווט אינרציאלי באמצעות UKF שלבי הפרויקט א. בניית סימולטור1: חישוב תפוקות אידיאליות (מדי תאוצה וסביבונים) מתוך הזויות שמצייר גוף המתקדם במרחב ומהירותו הקרקעית simulator1

  18. 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

  19. 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

  20. ניווט אינרציאלי באמצעות UKF שלבי הפרויקט ד. שיפור תוצאות ע"י הכנסת המסנן במקום הסימולטור ההפוך simulator1 Reverse simulation UKF

  21. ניווט אינרציאלי באמצעות UKF • תוצאות • כחול- מסלול אמיתי • אדום- מסלול משוערך עם UKF • ירוק- מסלול ללא סינון רעשים

  22. ניווט אינרציאלי באמצעות UKF תוצאות

  23. 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

  24. 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

  25. 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

More Related