ВИКОРИСТАННЯ ВЕЙВЛЕТ ПЕРЕТВОРЕННЯ ПРИ АВТОНОМНОМУ ВИЗНАЧЕННІ ШИРОТИ МІСЦЕПОЛОЖЕННЯ
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.63(1).2022.260617Ключові слова:
гіроскопи, акселерометри, інерціальний вимірювальний модуль, широта, вейвлет-перетворенняАнотація
Автономне визначення широти місцеположення рухомих та нерухомих об’єктів являє собою або самостійну задачу, або частину задачі визначення початкового значення широти для роботи як платформних, так і безплатформних інерціальних навігаційних систем. Для вирішення цих задач необхідно мати інерціальний вимірювальний модуль (ІВМ) із принаймні трьома гіроскопами і трьома акселерометрами. При використанні ІВМ, виконаних за МЕМС технологією, вихідні сигнали мікромеханічних гіроскопів та акселерометрів мають значні шумові складові. Для фільтрації таких сигналів зазвичай використовують фільтри Калмана. Однак для цього необхідно знати, окрім точної математичної моделі чутливих елементів, ще багато їх апріорних випадкових характеристик.
У статті були проведені дослідження з метою вивчення можливості використання вейвлет-перетворення для фільтрації вихідних сигналів мікромеханічних гіроскопів і акселерометрів ІВМ при автономному визначенні широти місцеположення. Особливістю використання вейвлет-перетворення для зашумлених неоднорідних сигналів є те, що в зв'язку зі зміною масштабу, вейвлети здатні виявити відмінність у характеристиках процесу на різних шкалах, а за допомогою зсуву можна проаналізувати властивості процесу в різних точках у всьому досліджуваному інтервалі. Саме завдяки властивості повноти цієї системи, можна здійснити відновлення процесу за допомогою зворотного вейвлет-перетворення. Експериментально підтверджено працездатність розробленого методу підвищення точності автономного визначення широти з ІВМ на основі мікромеханічних гіроскопів та акселерометрів. Проєкції кутової швидкості обертання Землі та гравітаційного прискорення були отримані з ІВМ, виконаного за МЕМС технологією. Після цього сигнали гіроскопів та акселерометрів ІВМ були відфільтровані, використовуючи вейвлети сімейства Добеші 10-го рівня, й усереднені. Ці сигнали було використано в обчислювальному алгоритмі для визначення широти місцеположення. Результати показали, що, на відміну від відомого фільтру Калмана, який майже не підвищував точність визначення широти, завдяки вейвлет-перетворенню й подальшому усередненню його результатів вдалося зменшити похибки визначення широти місцеположення майже вдвічі.
Посилання
M. S. Grewal, V. D. Henderson, R. S. Miysako, “Application of Kalman filtering to the calibration and alignment of inertial navigation systems”, in IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 36, pp. 3-13, 1991.
C. Hide, T. Moore, M. Smith, “Adaptive Kalman filtering for low-cost INS/GPS”, The Journal of Navigation, vol. 56, pp. 143-152, 2003.
N. Nikbakht, M. Mazlom, and A. Khayatian, “Evaluation of solid-state accelerometer for positioning of vehicle”, in Proceeding of the IEEE International Conference on Industrial Technology, Hong Kong, 2005, pp. 729-733.
G. Pang, H. Liu, “Evaluation of a low-cost MEMS accelerometer for distance measurement”, The Journal of Intelligent and Robotic Systems, vol. 30, pp. 249-265, 2001.
O. A. Stepanov, Y. B. Chelpanov, A. V. Motoryn, “O tochnosty otsenyvanyia postoiannoi sostavliaiushchei pohreshnosty datchykov y ee sviazy s varyatsyei Allana”, in XXII Mezhdunarodnaia konferentsyia po yntehryrovannym navyhatsyonnym systemam. HNTs RF TsNYY «Эlektroprybor». SPb., 2015. pp.485-491. (in Russian)
J. Gaysse, “A low cost absolute position calculation system”, in Proceeding of SICE-ICASE International Joint Conference, Busan, Korea, 2006, pp. 5658-5661.
A. El-Rabbany, M. El-Diasty, “An efficient neural modal for denoising of MEMS-based inertial data”, The Journal of Navigation, vol. 57, pp. 407-415, 2004.
H. Wang, W. Tian, “Modeling the random drift of micro-machined gyroscope with neural network”, Neural Processing Letters, vol. 22, pp. 235-247, 2005.
A. N. Yakovlev, Vvedenye v veivlet-preobrazovanyia: Uchebnoe posobye. Novosybyrsk, RF: Yzdatelstvo NHTU, 2003. (in Russian)
Y. Dobeshy Desiat lektsyi po veivletam. Moskva-Yzhevsk, RF: NYTs «Rehuliarnaia y khaotycheskaia dynamyka», 2001. (in Russian)
N. I. Burau ta inshi. Metody tsyfrovoi obrobky syhnaliv dlia vibratsiinoi diahnostyky aviatsiinykh dvyhuniv. Kyiv, Ukraine: NAU, 2012. (in Ukrainian)
N. El-Sheimy, S. Nassar and A. Noureldin, “Wavelet De-noising for IMU Alignment,” IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, October 2004, pp. 32-39.
Sheng-Chih Shen, Chia-Jung Chen, Hsin-Jung Huang, “A new calibration method for low cost MEMS inertial sensor module”, Journal of Marine Science and Technology, vol. 18, no. 6, pp. 819-824, 2010.
S. V. Holovach, “Eksperymentalnoe yssledovanye kharakterystyk lazernoho hyroskopa”, Visnyk NTUU «KPI», Seriia pryladobuduvannia, is. 40, pp. 33–38, 2014. (in Russian)
V. V. Avrutov, “Avtonomnoe opredelenye nachalnoi shyroty s pomoshchiu ynertsyalno-yzmerytelnoho modulia”, Prykl. Mekhanyka, 54, №5, pp. 116-122, 2018. (in Russian)
V. V. Avrutov, “Sposib vyznachennia shyroty mistsia”, Patent Ukrainy na korysnu model № 123355, MPK G01C 19/00, 26.02.2018. (in Ukrainian)
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 CC BY 4.0
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторське право на публікацію залишається за авторами.
Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» як на видавця.
Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.
Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.
Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.
