تخمین وضعیت یک جسم پرنده با استفاده از خروجیهای IMU و ارتفاع‌سنج در حرکتهای شتابدار

Abstract

در این مقاله یک روش نوین برای تخمین وضعیت چرخشی یک وسیله پرنده با استفاده از اطلاعات واحد اندازه گیری اینرسی (IMU) و ارتفاع‌سنج درحرکتهای شتاب‌دار آمده است. معمولاً تعیین زوایای رول و پیچ با استفاده از یک IMU در حرکات نزدیک به پرواز کروز (بدون شتاب) امکان پذیر می‌باشد، ولی زمانی که پرواز از حالت کروز فاصله می‌گیرد خطاهای بسیار زیادی در تعیین وضعیت از خروجیهای IMU بوجود می‌آید. در این مقاله برای پایدار‌سازی خطای تخمین وضعیت از تلفیق اطلاعات IMU و یک ارتفاع سنج بارومتری استفاده ‌شده ‌است. خروجی ارتفاع‌سنج به دلیل موثر بودن از شتاب جاذبه‌ زمین و تصویر شتاب مخصوص در راستای قائم بر زمین، حاوی اطلاعات کمی درباره وضعیت می‌باشد. از آنجا که شتاب مخصوص قائم تابعی از زوایای رول و پیچ وسیله پرنده می‌باشد، اگر این زوایا به دلیلی دارای خطا باشند، تصاویر آن که توسط شتابسنج‌ها اندازه گیری شده است، دچار خطا شده و پیرو آن سرعت قائم و ارتفاع محاسبه شده دارای خطا خواهند بود. همین طور باید توجه نمود که مشاهده پذیری ضعیفی بین خروجی ارتفاع سنج و زوایای اویلر (فقط رول و پیچ) وجود دارد. به همین دلیل برای داشتن خطای کمتر در تخمین، سعی شده است که معادلات وضعیت را به شکل خطی در آورده تا بتوان از فیلتر کالمن خطی استفاده نمود. در چنین حالتی برای خطی ماندن معادلات دینامیکی از المانهای ماتریس کسینوسهای‌هادی بین دو دستگاه ناوبری و بدنی استفاده شده است که خود به خود باعث افزایش تعداد معادلات دیفرانسیل مربوط به وضعیت می‌گردد، ضمن آن که یک قید اضافی نیز به وجود می‌آید. درپایان نتایج فیلتر کالمن خطی جدید و فیلتر غیر‌خطی مرتبه دوم مقایسه گردیده‌اند. شبیه سازی‌ها نشان می‌دهند که فیلتر خطی جدید ارائه شده برای مسئله مورد نظر دارای کارائی بهتری نسبت به فیلتر غیر‌خطی مرتبه دوم می‌باشد.