پیاده سازی یک الگوریتم تخمین موقعیت مستقل از سامانه موقعیت یاب جهانی بر روی شناوردریایی با استفاده از سرعت و زاویه هدینگ

این مقاله به طراحی سامانه کمک ناوبری ارزان و مستقل از سامانه موقعیت یاب جهانی (gps) و پیاده‌سازی آن بر روی یک شناور دریایی اختصاص دارد. تخمین دقیق موقعیت یک شناور ابزاری بسیار مهم و اساسی در امنیت دریایی است. روش‌های مختلفی برای ناوبری شناور های دریایی ارائه شده که روش ناوبری داپلری، سامانه موقعیت یاب جهانی و سامانه ناوبری اینرسی (ins) از جمله رایج ترین روش ها به شمار می آیند. با توجه به گران بودن روش ناوبری داپلری به دلیل قیمت بالای حسگرهای مورد نیاز، احتمال عدم دسترسی به سیگنال سامانه موقعیت یاب جهانی یا غیر قابل اعتماد بودن آن و همچنین به دلیل خطای انباشته در سامانه ناوبری اینرسی و هزینه بالای آن برای دقت های زیاد، در این تحقیق یک روش تخمین حلقه باز موقعیت شناور با استفاده از زاویه سمت و سرعت، ارائه شده است. با توجه به در اختیار نداشتن حسگر سرعت سنج، مقادیر سرعت حرکت شناور با اضافه کردن نویز به سرعت اندازه گیری شده توسط سامانه موقعیت یاب جهانی، شبیه سازی شده و برای اندازه گیری زاویه سمت شناور از داده های واقعی یک حسگر مغناطیسی استفاده شده است. به منظور ارزیابی الگوریتم پیشنهادی، دو تست مختلف در دریای مازندران انجام شده و داده های سرعت و زاویه سمت شناور ذخیره شده و سپس الگوریتم پیشنهادی به صورت برون خط در نرم افزار متلب (matlab) پیاده سازی و نتایج آن با داده‌های سامانه موقعیت یاب جهانی مقایسه شده است. نتایج حاکی از دقت قابل قبول الگوریتم ارائه شده در این مقاله است.

Implementation of a GPS independent position estimation algorithm for a boat using speed and heading angle

This paper is dedicated to design of a low cost and GPS independent navigation system and also implementation of that on a boat. Exact position estimation of a boat is very important and critical in maritime security. There are several different methods for maritime navigation including Doppler navigation, GPS and INS as the three most common methods. With regard to high cost of Doppler navigation due to its expensive sensors, probability of GPS signals lost or distortion and also for cumulative errors in INS and pricey cost in its ultraaccurate types, in this research an open loop estimation method is presented using only heading angle and velocity of the vehicle. Due to lack of speed sensor, velocity of the boat is simulated by adding noise to the speed values measured by GPS. Furthermore real data of a magnetometer are used as the boat’s heading angle measurements. In order to assess the suggested algorithm, two different tests are carried out in Mazandaran Sea and the speed and heading angle of the boat are stored during the mission and then offline implementation of the proposed method is accomplished in MATLAB. Comparing the results with GPS measurements indicates acceptable and desirable performance of the suggested method.