طراحي و پياده‌سازي الگوريتم تخمين ارتفاع در ارتفاع‌سنج تركيبي بارومتريك-اينرسي با استفاده از كنترل مدل پيش‌بين

Design and Implementation of Altitude Estimation Algorithm in the Integrated Barometric-inertial Altimeter Using Model Predictive Control

در اين مقاله، به طراحي و پياده‌سازي الگوريتم جديدي بر مبناي كنترلر مدل پيش‌بين، به منظور كاهش خطاي تخمين ارتفاع در كانال عمودي سامانه‌ي ناوبري اينرسي پرداخته مي‌شود. در سامانه‌هاي ناوبري اينرسي ناپايداري كانال عمودي نه‌تنها سبب مي‌شود كه خطاي اندازه‌گيري ارتفاع به صورت نمايي افزايش يابد، بلكه منجر به كاهش دقت در تخمين ساير متغيرهاي حالت ناوبري نيز مي‌شود. اين موضوع اهميت و ضرورت ارايه‌ي الگوريتمي كارآمد براي تخمين نسبتاً دقيق ارتفاع را نشان مي‌دهد. در اين مقاله، ارتفاع‌سنج تركيبي بارومتري-اينرسي براي كاهش خطاي كانال عمودي سامانه‌ي ناوبري اينرسي ارايه مي‌شود. هدف اصلي از طراحي الگوريتم كنترلگر مدل پيش‌بين اين است كه با وجود خطاهاي اندازه‌گيري در حسگرهاي ناوبري اينرسي، بتوان ناپايداري كانال عمودي را كنترل نموده و تخمين نسبتاً دقيقي از ارتفاع ارايه كرد. به منظور پياده‌سازي الگوريتم ارايه شده و صحه‌گذاري آن از تست خودرو استفاده مي‌شود. نتايج حاصل از تست نشان مي‌دهد كه با استفاده از الگوريتم طراحي شده، دقت تخمين ارتفاع عمودي به ميزان قابل توجهي افزايش خواهد يافت.

In this paper, design and implementation of a new algorithm based on predictive model controller will be presented to reduce the height estimation error in vertical channel of inertial navigation system (INS). Vertical channel instability in the inertial navigation systems not only causes the measurement errors increase exponentially with altitude, but also leads to loss of precision in the state estimation process in the navigation system as well. This indicates the importance and necessity of providing accurate estimation of vertical altitude in the inertial navigation algorithms. In this paper, an integrated barometric-inertial altimeter is presented in order to reduce the vertical channel error in the INS. Designing model predictive controller, the vertical channel instability has been controlled despite of the inevitable errors in the measurement of the inertial sensors. Therefore, accurate estimate of the height will be provided. The proposed algorithm is implemented and validated by vehicular test. The experimental results show that by applying the proposed algorithm, the estimation accuracy of the vertical altitude will be enhanced.