طراحی یک رویت ‌گر حالت توسعه ‌یافته مقید جهت پیاده ‌سازی عملی در سیستم ناوبری ترکیبی اینرسی - موقعیت ‌یاب جهانی

در این مقاله به طراحی و پیاده‌ سازی عملی یک رویت‌گر حالت توسعه‌یافته مقید برای سیستم ناوبری ترکیبی اینرسی - موقعیت ‌یاب جهانی در حضور نامعینی‌های مدل و خطاهای حسگرهای اینرسی پرداخته می‌شود. برای دسترسی به یک مدل دقیق و قابل ‌اطمینان از سیستم ناوبری اینرسی در حضور قطعی‌ سامانه موقعیت‌یاب جهانی، استفاده از قیود فیزیکی در طراحی رویت‌گر پیشنهاد می‌شود. در روش پیشنهادی، با در نظر گرفتن جمله دربرگیرنده ی عدم‌قطعیت‌های مدل و خطاهای حسگرهای اینرسی به‌ عنوان یک متغیر حالت جدید، تخمینی از این متغیر در کنار متغیرهای حالت سیستم ناوبری اینرسی ارائه می‌شود. همچنین، استفاده از قیود حرکتی و محیطی شامل قیود غیرهولونومیک و قیود ارتفاع موجب بهبود دقت تخمین‌ها، کاهش انباشت خطا و افزایش پایداری دینامیکی تخمین‌ها می‌شود. از داده‌های تجربی در جهت بررسی عملکرد رویت‌گر پیشنهادی در محیط آزمایش واقعی استفاده می‌شود. نتایج حاصل، حاکی از این است که عدم ‌قطعیت‌های مدل و خطاهای حسگرهای اینرسی در سیستم ناوبری اینرسی به‌صورت برخط به‌خوبی تخمین زده می‌شود. بدین ترتیب رویت‌گر طراحی‌شده می­تواند با بهره‌گیری از اطلاعات سامانه موقعیت‌یاب جهانی در مواقع حضور این سامانه و استفاده از قیود فیزیکی در مواقع قطعی، تخمین قابل اعتمادی از متغیرهای حالت ارائه نماید. همچنین، الگوریتم پیشنهادی به دلیل حجم محاسبات کم، سریع بوده و برای پیاده‌سازی عملی مناسب است.

design of a constrained extended state observer for practical implementation on an ins/gnss integrated navigation system

this paper addresses the design and practical implementation of a constrained extended state observer for integration between an inertial navigation system (ins) and a global navigation satellite system (gnss) navigation system in the presence of model uncertainties and inertial sensor errors. the use of physical constraints in the observer design can achieve an accurate and reliable model for the inertial navigation system during gnss outages. the proposed method provides an estimate of this variable alongside the state variables of the inertial navigation system by considering the term including model uncertainties and inertial sensor errors as a new state variable. additionally, the use of motion and environmental constraints in the proposed observer, including non-holonomic constraints and altitude constraints, improves estimation accuracy, reduces error accumulation, and increases the dynamic stability of the estimates. the performance of the proposed observer is evaluated through vehicle tests in a real-world test environment. the results indicate that the model uncertainties and inertial sensor errors in the inertial navigation system can be estimated in real-time. thus, the designed observer can provide reliable estimates of the state variables by using gnss information during its availability and utilizing physical constraints during gnss outages. furthermore, the proposed algorithm is fast due to its low computational load, making it suitable for practical implementation.