Barometric Altimeter & INS/GPS

Barometric Altimeter & INS/GPS Jean M.S.C Yabarrena – J.A.F. Herrera 17 de Abril de 2009 Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

Plataforma de desenvolvimento • Foi escolhida a Plataforma de simulação MatLab/Simulink <---> FlighGear (X-Plane se encontra em processo de teste) Flight Gear Simulator UDP 5500 Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

UnidadeBarometrica • Recomendação do filtropasabaixaanálógico 650Hz. • Recomendação de filtro Butterworth 2do ordenfc= 10Hz? • Programação do filtro digital interno do TI ADS1255. • O filtro digital interno TI trabalhaaté 32KSPS • A resposta do MPXA4115 = 1ms. • Filtro Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

UnidadeBarometrica • No modelo foi considerada a função de transferencia do datasheet. Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

AltimetroBarometrico • Testeda US Standard Atmosphere 1976 • Logo de verificaroslimitesdafunção no Wolfram Mathematicaparaacharoscoeficientesdaequação: • Unidades SI; • TROPOSPHERE 0 11 Km; • dTH=-0.0065; • R=287.052; • g= 9.80665; • T0=288.15; • P0=101325; • a=T0/-dTH • b=-dTH*R/g • 44330.8 • 0.190263 • h[p_]=a (1- (p/P0)b) • 44330.76923076923` (1-0.11158343153792875` p0.19026252593903117`) • 44330.8 (1-0.111583 p0.190263) • h[0] • h[101325] • 44330.8 • 0. Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

RoC Rate of Climb • As dificuldades na derivação da altitude para achar a RoC fazerm necessário a escolha de um filtro. • Foi escolhido o filtro Washout Roc[s]=s/((1+T1s)(1+T2s)) fa <1/T1 e 1/T2 < N (largura de banda do ruido do sensor) Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

IAS (Indicated Airspeed) • Foram estudadas as equaçoes e relação de IAS, CAS, EAS e TAS. • Foram estudiados os filtros de Media Ponderada Móvel e algoritmo de Savitsky-Golay. • A melhor metodologia proposta é fazer a FFT do sinal e fazer o corte das frequências espúreas, logo fazer a FFT Inversa. Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

EASExemplo Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

GPS/INS complementary characteristics Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

Dificuldades • Definir os passos de propagação e atualização.(asíncrono ou síncrono) Exemplo 85Hz propagação e 20Hz atualização. • O algoritmo de inversão de matrizes (erros por determinantes muito pequenos, precisão) Exemplo: Gauss Jordan • Desempenho esperado: Attitude , Latitude, Longitude e Altura. Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

Dificuldades • Erros de integração fixed-step, fazemdivergerrapidamente o INS semKF. • Definiçãodaarquitetura do filtro (centralizado, desacoplado). • Definição do vetor de estados. • Definição do tipo de filtro: KF Linear, EKF, UKF, CKF. • No caso de usar um EKF, avaliar o metodoBierman-Thornton. Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

Descentralized GPS/INS integration 2000 Inertial navigation systems with geodetic applications Por Christopher Jekeli Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

Difference between INS and GPS Descentralized processing Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

Centralized GPS/INS integration 2000 Inertial navigation systems with geodetic applications Por Christopher Jekeli Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

Cycle Ambiguaty Detection INS/GPS Centralized Integartion Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

Cascata Tress-Stage INS/GPS 2006 Eldredge Thesis IMPROVED STATE ESTIMATION FOR MINIATURE AIR VEHICLES Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

Dificuldades(Calibração Vs. (Re-) Inicialização) 2008 Jay A. Farrell AIDEDNAVIGATION GPS with High Rate Sensors • Specification of the initial error covariance matrix P is often a cause of difficulties. Being careless in the definition of P, especially the portions of P related to the attitude errors, can have serious detrimental effects on the performance of the system. It is often best to use the sensor readings during a short period at the start of operation to initialize the state vector. Based on the statistics of the sensor measurements and the initialization period duration, the error covariance matrix P can be specified reasonably. Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

EquaçõesdaUnidadeInercialPaso 1 - Equações Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

INS Paso 1 - Modelo Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

INS Paso 2 Equações Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

Paso 2A Modelo World Geodetic System 1984 Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

INS Paso 3 Equaçoes Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

INS Paso 4 Equaçoes Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

Integration of INS and GPS System Using Kalman Filtering Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

GPS + Ruido Barometric Altimeter & Inertial Navigation System & GPS - J.S.C. Yabarrena - J.A.F. Herrera

Desenvolvimento no MATLAB/Simulink Perfil Simulado Digital Clock (fixed-step) Statechart (controle de eventos) Lab. Mecatrônica

Perfil da Trajetória Lab. Mecatrônica

Statechart com eventos de I/O Estados concorrentes Lab. Mecatrônica

Mudança do controle Mudança da Atitude Lab. Mecatrônica

Geração de Código Ajuste de acordo com a resolução do uP Lab. Mecatrônica

Geração de Código Lab. Mecatrônica

Verificação do Código e DO-178B Suporte para DO-178B Lab. Mecatrônica

Unidade Barométrica (Rev. B) Lab. Mecatrônica

Aplicação de Filtros Ajuste dos Filtros Lab. Mecatrônica

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