مروری بر روش‌های تلفیق سیستم ناوبری اینرسی و موقعیت یاب جهانی و بررسی رویکردهای نو در این زمینه

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

یکی از روش­های مهم کاهش خطای ناوبری اجسام در حال حرکت اعم از زمینی، دریایی و هوایی تلفیق سیستم­ ناوبری اینرسی و سیستم موقعیت‌یاب جهانیاست. این تحقیق شامل مقدمه‌ای بر سیستم­ ناوبری اینرسی، سیستم موقعیت­یاب جهانی و روش‌های تلفیق دو سیستم و مسائل مهم در زمینه تلفیق است. به این منظور مهم‌ترین تحقیقات انجام‌شده توسط محققین داخلی و خارجی مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه بر طرح مباحثی نظیر استفاده از فیلتر کالمن، فیلتر کالمن توسعه­یافته، فیلتر ذره­ای و روش­های دیگر بر پایه­ی فیلتر کالمن و ذره­ای در تلفیق، رویکردهای نو در این زمینه بررسی شده­اند. نتایج بررسی نشان می­دهد به‌کارگیری هوش مصنوعی در تلفیق، مسئله قطع یا انسداد سیگنال GPS در تلفیق و استفاده از حس‌گرهای ناوبری اینرسی ارزان‌قیمت در تلفیق ازجمله زمینه­های تحقیقاتی موردتوجه محققین در این زمینه هستند.

کلیدواژه‌ها


[1]  قنبرپوراصل حبیب، تلفیق GPS/INS با استفاده از فیلترهای غیرخطی تطبیقی، پایان‌نامه دکتری، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، 1386.
[2]  Hasan A. M., Samsudin K., Ramli A. R., Azmir. and Ismaeel S. A., A Review of Navigation Systems ( Integration and Algorithms ), Vol. 3, No. 2, pp. 943–959, 2009.
[3]  نصراللهی بروجنی سعید و قهرمانی نعمت الله، تلفیق اطلاعات موقعیتی و سرعتی GPS با اطلاعات سیستم ناوبری اینرسی به کمک فیلتر کالمن برای افزایش دقت ناوبری یک جسم پرنده، سیزدهمین کنفرانس دانشجویی برق ایران، 1389.
[4]  جعفری مهدی، سنگری آرش، روشنیان جعفر، تلفیق ناوبری اینرسی با سیستم موقعیت­یاب جهانی جهت افزایش دقت ناوبری در ماژول مداری،  دهمین همایش انجمن هوافضای ایران، 1389.
[5]  روستایی سعید، قره داغی بابک، تلفیق بهینه اطلاعات INS/GPS با فیلتر کالمن توسعه­یافته، اولین همایش ملی مهندسی برق و کامپیوتر در شمال کشور، 1393.
[6]  نورمحمدی حسین، ثابت محمدتقی، عنایتی جواد، زرینی لاریمی مصطفی، طراحی سیستم ناوبری اینرسی تلفیقی INS/GPS با استفاده از فیلتر تخمین‌زن EKF و صحه­گذاری آن براساس نتایج تجربی، هفدهمین همایش صنایع دریایی، 1394.
[7]  حسینپور علی، غلامی اصغر، زارعی نادعلی، استفاده از فیلتر کالمن توسعه­یافته حالت خطا برای سیستم ناوبری تلفیقی INS/GPS  Loosely coupled  ، همایش یافته­های نوین در هوافضا و علوم وابسته، 1394.
[8]  Stančić R., Graovac S., Stani R. and Graovac S., The integration of strap-down INS and GPS based on adaptive error damping, Rob. Auton. Syst., Vol. 58, No. 10, pp. 1117–1129, 2010.
[9]  ع. اسدیان علی، مشیری بهزاد، بهبود دقت ناوبری در سیستم تلفیقی GPS/INS توسط فیلتر ذره­ای فازی، چهاردهمین کنفرانس مهندسی برق ایران، 1385.
[10]         شریفیان مهتاب السادات، محمددادی غلامرضا، پریز ناصر، تطبیق وزن­های فیلتر ذره­ای درسیستم ناوبری GPS/INS، پنجمین کنفرانس ملی مهندسی برق و الکترونیک ایران، 1392.
[11]         رفیعی مصطفی، تلفیق سیستم ناوبری اینرسی متصل به بدنه و سیستم موقعیت­یاب جهانی با استفاده از فیلتر ذره­ای تطبیقی فازی، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی شیراز، 1392.
[12]         هاونگی رمضان، تلفیق GPS/INS و بهبود عملکرد آن با فیلتر کالمن تطبیقی فازی، پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، 1381.
[13]         ع. رمضانی, بهبود عملکرد سیستم ناوبری اینرسی با استفاده از فیلترهای کالمن خنثی و مکعبی, دانشگاه صنعتی شیراز, 1392.
[14]         زارعی جعفر، رمضانی عبدالرحمان، بهبود عملکرد سیستم ناوبری تلفیقی GPS/INS  با بهره­گیری از فیلترکالمن مکعبی، پنجمین کنفرانس ملی مهندسی برق و الکترونیک ایران، 1392.
[15]         رفعت نیا صدرا، هم محورسازی در حین حرکت سیستم ترکیبی INS/GPS  با استفاده از الگوریتم‌های تخمین بهینه و مقاوم، پایان ­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی برق و الکترونیک، دانشگاه تبریز، 1393.
[16]         وارسته محمد، تلفیق GPS/INS با استفاده از فیلتر کالمن فازی تطبیقی، پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه تبریز، 1394.
[17]         Ali J., Ushaq M. and Payerle G., A consistent and robust Kalman filter design for in-motion alignment of inertial navigation system, Meas. J. Int. Meas. Confed., Vol. 42, No. 4, pp. 577–582, 2009.
[18]         Ali J., Mirza M. R. U. B. and Team R. C., Performance comparison among some nonlinear filters for a low cost SINS/GPS integrated solution, Nonlinear Dyn., Vol. 61, No. 3, pp. 491–502, 2010.
[19]         Leung K. T., Whidborne J. F., Purdy D. and Barber P., Road vehicle state estimation using low-cost GPS/INS, Mech. Syst. Signal Process., Vol. 25, No. 6, pp. 1988–2004, Aug. 2011.
[20]         Georgy J., Karamat T., Iqbal U. and Noureldin A., Enhanced MEMS-IMU/odometer/GPS integration using mixture particle filter, GPS Solut., Vol. 15, No. 3, pp. 239–252, 2011.
[21]         Rigatos G. G., Nonlinear Kalman filters and particle filters for integrated navigation of unmanned aerial vehicles, Rob. Auton. Syst., Vol. 60, No. 7, pp. 978–995, 2012.
[22]         J. N. Gross, Y. Gu, M. B. Rhudy, S. Gururajan, and M. R. Napolitano, Flight-Test Evaluation of Sensor Fusion Algorithms for Attitude Estimation, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 48, No. 3. pp. 2128–2139, 2012.
[23]         Jwo D. J. J., Chung F. C. C. and Yu K. L. L., GPS/INS Integration Accuracy Enhancement Using the Interacting Multiple Model Nonlinear Filters, J. Appl. Res. Technol., Vol. 11, No. 4, pp. 496–509, 2013.
[24]         Jwo D.-J. J., Yang C.-F. F., Chuang C.-H. H. and Lee T.-Y. Y., Performance enhancement for ultra-tight GPS/INS integration using a fuzzy adaptive strong tracking unscented Kalman filter, Nonlinear Dyn., Vol. 73, No. 1–2, pp. 377–395, 2013.
[25]         Enkhtur M., Cho S. Y. and Kim K.-H., Modified Unscented Kalman Filter for a Multirate INS/GPS Integrated Navigation System, ETRI J., Vol. 35, No. 5, pp. 943–946, 2013.
[26]         bin Chang G. and Liu M., Hybrid Kalman and unscented Kalman filters for INS/GPS integrated system considering constant lever arm effect, J. Cent. South Univ., Vol. 22, No. 2, pp. 575–583, 2015.
[27]         Hu G., Gao S. and Zhong Y., A derivative UKF for tightly coupled INS/GPS integrated navigation, ISA Trans., vol. 56, pp. 135–144, 2015.
[28]         گرجی سفیدمزگی محمد، فرخی محمد، ترکیب اطّلاعات ناوبری اینرسی و GPS به کمک شبکه­های عصبی مصنوعی، هفتمین همایش انجمن هوافضای ایران، 1386.
[29]         صادقی محسن، عبدالهی سعید، مدل­سازی خطای سیستم INS و تصحیح اطلاعات آن با سیگنال GPS به کمک شبکه عصبیMLP، دومین کنفرانس ملی اویونیک ایران، 1393.
[30]         Liu M. and Xiong F., A fuzzy adaptive GPS/INS integrated navigation algorithm, Procedia Eng., Vol. 15, pp. 660–664, 2011.
[31]         Zhang T. and Xu X., A new method of seamless land navigation for GPS/INS integrated system, Measurement, Vol. 45, No. 4, pp. 691–701, 2012.
[32]         Chen X., Shen C., Bin Zhang W., Tomizuka M., Xu. andChiu K., Novel hybrid of strong tracking Kalman filter and wavelet neural network for GPS/INS during GPS outages, Measurement, Vol. 46, No. 10, pp. 3847–3854, 2013.
[33]         Malleswaran M., Vaidehi V. and Sivasankari N., A novel approach to the integration of GPS and INS using recurrent neural networks with evolutionary optimization techniques, Aerosp. Sci. Technol., Vol. 32, No. 1, pp. 169–179, 2014.
[34]         Saadeddin K., Abdel-Hafez M. F., Jaradat M. A. and Jarrah M. A., Optimization of intelligent approach for low-cost INS/GPS navigation system, J. Intell. Robot. Syst. Theory Appl., Vol. 73, No. 1–4, pp. 325–348, 2014.
[35]         El-Shafie A., Najah A. and Karim O. A., Amplified wavelet-ANFIS-based model for GPS/INS integration to enhance vehicular navigation system, Neural Comput. Appl., Vol. 24, No. 7–8, pp. 1905–1916, 2014.
[36]         Musavi N. and Keighobadi J., Adaptive fuzzy neuro-observer applied to low cost INS/GPS, Appl. Soft Comput. J., Vol. 29, pp. 82–94, 2015.
[37]         ارغوان حسین، اکبری محمدکاظم، تلفیق سیستم ناوبری GPS/INS با SLAM  در محیط­های ناشناس، چهاردهمین کنفرانس مهندسی برق، 1385.
[38]         مرادنژاد سرخکلایی مهرداد، سیستم ناوبری مبتنی بر تصویر برای پهپاد، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی، 1390.
[39]         Kim J., Lyou J. and Kwak H., Vision coupled GPS/INS scheme for helicopter navigation, J. Mech. Sci. Technol., Vol. 24, No. 2, pp. 489–496, 2010.
[40] Geng                Y., Deurloo R. and Bastos L., Hybrid derivative-free extended Kalman filter for unknown lever arm estimation in tightly coupled DGPS/INS integration, GPS Solut., Vol. 15, No. 2, pp. 181–191, 2011.
[41]         Bhatt D., Aggarwal P., Devabhaktuni V. and Bhattacharya P., A novel hybrid fusion algorithm to bridge the period of GPS outages using low-cost INS, Expert Syst. Appl., Vol. 41, No. 5, pp. 2166–2173, 2014.
[42]         صفایی احمد، مهربانی محمد، اشعری فاطمه، کیایی فاطمه، طراحی و پیاده­سازی سیستم هدایت، کنترل و ناوبری برای یک هواپیمای بدون سرنشین با استفاده از سنسورهای ارزان قیمت، هشتمین همایش انجمن هوافضای ایران، 1388.
[43]         عسگری جمال، امیری سیمکویی علیرضا، زنگنه نژاد فرزانه، تلفیق سیستم ناوبری اینرسی الکترومکانیکی با روش سینماتیک آنی GPS برای کاربردهای دقیق، فصلنامه علمی-پژوهشی علوم وفناوری فضایی، 1391.
[44]         خسروی عمروآبادی حسن، کالیبراسیون هوشمند سیستم ناوبری مبتنی بر MEMS با استفاده از سیستم کمک ناوبری GPS،  پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعت آب و برق، 1391.
[45]         Adusumilli S., Bhatt D., Wang H., Bhattacharya. and Devabhaktuni V., A low-cost INS/GPS integration methodology based on random forest regression, Expert Syst. Appl., Vol. 40, No. 11, pp. 4653–4659, 2013.