مدل سازی و شبیه سازی الگوریتم های سامانه های ناوبری اینرسی در دستگاه‌های مختصات Inertial، ECEF و NED

Abstract

سامانه­های ناوبری اینرسی از مهم­ترین سامانه­ها جهت تعیین موقعیت، سرعت و وضعیت وسایل متحرکی مانند کشتی­ها، هواپیماها، موشک­ها و .... می­باشد. پایه این علم، قوانین نیوتن است. در این سامانه ها، سه حسگر شتاب­سنج و سه حسگر ژیروسکوپ به ترتیب نقش اندازه­گیری شتاب­های خطی و سرعت­های زاویه­ای وسیله را برعهده دارند. با استفاده از داده ­های خروجی این سنسورها، و الگوریتم­های خاص ناوبری، موقعیت، سرعت و وضعیت وسیله انجام می­پذیرد. در این مقاله، ابتدا دستگاه­های مختصات مختلف مانند بدنی، اینرسی، زمینی و جغرافیایی به طور کامل و با بیانی مناسب و شیوا معرفی می­شوند. سپس در ادامه، الگوریتم­های ناوبری اینرسی در هر کدام از دستگاه­های مختصات مذکور، بیان شده و دیاگرام کلی ناوبری هر دستگاه به طور مجزا ارائه ­خواهند شد. در ادامه، شبیه­سازی­ های مربوط به ناوبری اینرسی در دستگاه ­های مختصات اینرسی، زمینی دکارتی و NED به کمک نرم­افزار سیمولینک انجام می­شود. جهت این کار سه سناریوی حرکتی مختلف در مختصات دوبعدی و سه ­بعدی، بررسی و نتایج شبیه­سازی آن­ها آورده خواهند شد. نتایج شبیه­سازی نشان می­دهد که الگوریتم­ه ای ناوبری اینرسی در دستگاه ­های مختصات مختلف از کارآیی و دقت مناسب جهت ناوبری برخوردار می­باشد و برای هر نوع شبیه­سازی دیگری نیز کافی است داده­های شتاب­سنج­ها و ژیروسکوپ­ها به عنوان داده­های ورودی به این شبیه ­ساز وارد شده و ناوبری و موقعیت­ یابی وسیله انجام پذیرد. در پایان مقاله به موضوع ارزیابی عملکرد سامانه ناوبری اینرسی، مدل خطای حسگرهای اینرسی و تلفیق سامانه ناوبری اینرسی و سامانه موقعیت یاب جهانی یا GPS به کمک فیلتر کالمن اشاره خواهد شد.