تخمین وضعیت یک جسم پرنده با استفاده از خروجیهای imu و ارتفاع سنج در حرکتهای شتابدار

در این مقاله یک روش نوین برای تخمین وضعیت چرخشی یک وسیله پرنده با استفاده از اطلاعات واحد اندازه گیری اینرسی (imu) و ارتفاع سنج درحرکتهای شتاب دار آمده است. معمولاً تعیین زوایای رول و پیچ با استفاده از یک imu در حرکات نزدیک به پرواز کروز (بدون شتاب) امکان پذیر می باشد، ولی زمانی که پرواز از حالت کروز فاصله می گیرد خطاهای بسیار زیادی در تعیین وضعیت از خروجیهای imu بوجود می آید. در این مقاله برای پایدار سازی خطای تخمین وضعیت از تلفیق اطلاعات imu و یک ارتفاع سنج بارومتری استفاده شده است. خروجی ارتفاع سنج به دلیل موثر بودن از شتاب جاذبه زمین و تصویر شتاب مخصوص در راستای قائم بر زمین، حاوی اطلاعات کمی درباره وضعیت می باشد. از آنجا که شتاب مخصوص قائم تابعی از زوایای رول و پیچ وسیله پرنده می باشد، اگر این زوایا به دلیلی دارای خطا باشند، تصاویر آن که توسط شتابسنج ها اندازه گیری شده است، دچار خطا شده و پیرو آن سرعت قائم و ارتفاع محاسبه شده دارای خطا خواهند بود. همین طور باید توجه نمود که مشاهده پذیری ضعیفی بین خروجی ارتفاع سنج و زوایای اویلر (فقط رول و پیچ) وجود دارد. به همین دلیل برای داشتن خطای کمتر در تخمین، سعی شده است که معادلات وضعیت را به شکل خطی در آورده تا بتوان از فیلتر کالمن خطی استفاده نمود. در چنین حالتی برای خطی ماندن معادلات دینامیکی از المانهای ماتریس کسینوسهای هادی بین دو دستگاه ناوبری و بدنی استفاده شده است که خود به خود باعث افزایش تعداد معادلات دیفرانسیل مربوط به وضعیت می گردد، ضمن آن که یک قید اضافی نیز به وجود می آید. درپایان نتایج فیلتر کالمن خطی جدید و فیلتر غیر خطی مرتبه دوم مقایسه گردیده اند. شبیه سازی ها نشان می دهند که فیلتر خطی جدید ارائه شده برای مسئله مورد نظر دارای کارائی بهتری نسبت به فیلتر غیر خطی مرتبه دوم می باشد.