Từ những thế kỷ trước, nhu cầu định vị và dẫn đường đã trở nên vô cùng cấp thiết đặc biệt là tron... more Từ những thế kỷ trước, nhu cầu định vị và dẫn đường đã trở nên vô cùng cấp thiết đặc biệt là trong lĩnh vực hàng hải. Hiện nay, hệ thống định vị toàn cầu (GPS) đã được ứng dụng phổ biến trên thế giới nhưng một xu hướng mới xuất hiện đó là kết hợp GPS với INS (hệ thống dẫn đường quán tính) nhằm tận dụng triệt để ưu điểm và giảm thiểu sai lỗi của cả hai phương pháp này. 1. Giới thiệu về định vị và dẫn đường Thời thượng cổ người ta định vị bằng cách đánh dấu lên thân cây, vách hang. Sau này, con người dựa vào vị trí các vì sao để định vị, đặc biệt là cho các chuyến đi trên biển. Vào thế kỷ 17 nhu cầu định vị dẫn đường trở nên bức thiết khi các cường quốc đua nhau xâm lấn thuộc địa và tranh chấp nhau trên biển. Vào thời đó, bài toán xác định vĩ độ đã được giải quyết nhưng bài toán xác định kinh độ lại gần như vô vọng. Sau này nhờ sự tiến bộ của khoa học cơ bản mà ý tưởng về hệ thống định vị toàn cầu được nảy sinh. Lúc đầu GPS chỉ được phát triển cho các mục đích quân sự nhưng ngày nay đã được sử dụng rộng rãi trong các mục đích dân sự như quản lý và điều hành xe taxi, thám hiểm, hàng hải...Tuy nhiên GPS lại có những nhược điểm khó khắc phục khi triển khai thực tế và một điểm quan trọng nữa là GPS lại được phát triển bởi Mỹ nên sự lệ thuộc là không tránh khỏi. Một trong những hệ thống định vị-dẫn đường khác đó là hệ thống dẫn đường quán tính (INS). Đây là một hệ thống có khả năng hoạt động độc lập cho phép xác định vị trí, vận tốc và cao độ của vật thể. Tuy nhiên hệ thống này lại gặp những lỗi nghiêm trọng do hiện tượng trôi của các cảm biến gia tốc và vận tốc góc. Một phương pháp hiệu quả đó là sử dụng GPS hỗ trợ cho INS mà trái tim là dùng bộ lọc Kalman để ước lượng lỗi của INS nhằm cập nhật vị trí vật thể một cách chính xác hơn. Hệ thống dẫn đường kết hợp GPS/INS có những ưu điểm vượt trội về tốc độ xử lý và kích thước so với các hệ thống trước đó. Các cảm biến và chíp GPS có thể được tích hợp chỉ trên một bản mạch nhỏ và xác định vị trí vật thể một cách chính xác. Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ vi cơ điện tử (MEMS) như hiện nay thì hệ thống có thể được xây dựng với độ chính xác rất cao và giá thành thấp. 2. Hệ thống dẫn đường quán tính INS Nhằm tìm hiểu về hệ thống dẫn đường quán tính thì một số khái niệm cơ bản sau là rất cần thiết: Quán tính: là bản chất của vật thể mà khi không có lực tác động thì nó sẽ chuyển động tịnh tiến đều hoặc chuyển động vòng tròn đều. Hệ quy chiếu quán tính: hệ quy chiếu mà ba định luật Newton được áp dụng và bảo toàn. Cảm biến quán tính: gồm 2 loại là gia tốc kế và cảm biến vận tốc góc (còn gọi con quay vi cơ). Hệ thống dẫn đường quán tính: là hệ thống sử dụng các cảm biến vận tốc góc và cảm biến gia tốc để ước lượng vị trí, vận tốc, độ cao và vận tốc thay đổi độ cao của vật thể bay. Hình 1. Trục toạ độ của hệ thống dẫn đường quán tính
Từ những thế kỷ trước, nhu cầu định vị và dẫn đường đã trở nên vô cùng cấp thiết đặc biệt là tron... more Từ những thế kỷ trước, nhu cầu định vị và dẫn đường đã trở nên vô cùng cấp thiết đặc biệt là trong lĩnh vực hàng hải. Hiện nay, hệ thống định vị toàn cầu (GPS) đã được ứng dụng phổ biến trên thế giới nhưng một xu hướng mới xuất hiện đó là kết hợp GPS với INS (hệ thống dẫn đường quán tính) nhằm tận dụng triệt để ưu điểm và giảm thiểu sai lỗi của cả hai phương pháp này. 1. Giới thiệu về định vị và dẫn đường Thời thượng cổ người ta định vị bằng cách đánh dấu lên thân cây, vách hang. Sau này, con người dựa vào vị trí các vì sao để định vị, đặc biệt là cho các chuyến đi trên biển. Vào thế kỷ 17 nhu cầu định vị dẫn đường trở nên bức thiết khi các cường quốc đua nhau xâm lấn thuộc địa và tranh chấp nhau trên biển. Vào thời đó, bài toán xác định vĩ độ đã được giải quyết nhưng bài toán xác định kinh độ lại gần như vô vọng. Sau này nhờ sự tiến bộ của khoa học cơ bản mà ý tưởng về hệ thống định vị toàn cầu được nảy sinh. Lúc đầu GPS chỉ được phát triển cho các mục đích quân sự nhưng ngày nay đã được sử dụng rộng rãi trong các mục đích dân sự như quản lý và điều hành xe taxi, thám hiểm, hàng hải...Tuy nhiên GPS lại có những nhược điểm khó khắc phục khi triển khai thực tế và một điểm quan trọng nữa là GPS lại được phát triển bởi Mỹ nên sự lệ thuộc là không tránh khỏi. Một trong những hệ thống định vị-dẫn đường khác đó là hệ thống dẫn đường quán tính (INS). Đây là một hệ thống có khả năng hoạt động độc lập cho phép xác định vị trí, vận tốc và cao độ của vật thể. Tuy nhiên hệ thống này lại gặp những lỗi nghiêm trọng do hiện tượng trôi của các cảm biến gia tốc và vận tốc góc. Một phương pháp hiệu quả đó là sử dụng GPS hỗ trợ cho INS mà trái tim là dùng bộ lọc Kalman để ước lượng lỗi của INS nhằm cập nhật vị trí vật thể một cách chính xác hơn. Hệ thống dẫn đường kết hợp GPS/INS có những ưu điểm vượt trội về tốc độ xử lý và kích thước so với các hệ thống trước đó. Các cảm biến và chíp GPS có thể được tích hợp chỉ trên một bản mạch nhỏ và xác định vị trí vật thể một cách chính xác. Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ vi cơ điện tử (MEMS) như hiện nay thì hệ thống có thể được xây dựng với độ chính xác rất cao và giá thành thấp. 2. Hệ thống dẫn đường quán tính INS Nhằm tìm hiểu về hệ thống dẫn đường quán tính thì một số khái niệm cơ bản sau là rất cần thiết: Quán tính: là bản chất của vật thể mà khi không có lực tác động thì nó sẽ chuyển động tịnh tiến đều hoặc chuyển động vòng tròn đều. Hệ quy chiếu quán tính: hệ quy chiếu mà ba định luật Newton được áp dụng và bảo toàn. Cảm biến quán tính: gồm 2 loại là gia tốc kế và cảm biến vận tốc góc (còn gọi con quay vi cơ). Hệ thống dẫn đường quán tính: là hệ thống sử dụng các cảm biến vận tốc góc và cảm biến gia tốc để ước lượng vị trí, vận tốc, độ cao và vận tốc thay đổi độ cao của vật thể bay. Hình 1. Trục toạ độ của hệ thống dẫn đường quán tính
Uploads
Papers by long nguyen