Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Tự hiệu chuẩn cảm biến và nâng cao độ chính xác của hệ thống dẫn đường cho các đối tượng chuyển động trên mặt đất

Chia sẻ: Trần Văn Yan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:160

Thêm vào BST

Báo xấu

55
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của luận án nhằm Nâng cao độ chính xác xác định vị trí của hệ dẫn đường quán tính sử dụng các cảm biến MEMS thương mại giá rẻ. Từ cơ sở hệ INS đã cải thiện, xây dựng hệ dẫn đường kết hợp INS/GPS giá rẻ, chất lượng cao phục vụ dẫn đường các đối tượng chuyển động trên mặt đất. Làm chủ được công nghệ tích hợp, xây dựng được hệ thống dẫn đường kết hợp có độ tin cậy, chính xác cao, áp dụng trong quản lý giao thông vận tải, hỗ trợ quản lý nhà nước về đo lường đối với hoạt động thanh, kiểm tra phát hiện gian lận trong kinh doanh vận tải taxi phù hợp với điều kiện trong nước.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Tự hiệu chuẩn cảm biến và nâng cao độ chính xác của hệ thống dẫn đường cho các đối tượng chuyển động trên mặt đất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRIỆU VIỆT PHƯƠNG TỰ HIỆU CHUẨN CẢM BIẾN VÀ NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG CHO CÁC ĐỐI TƯỢNG CHUYỂN ĐỘNG TRÊN MẶT ĐẤT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội – 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRIỆU VIỆT PHƯƠNG TỰ HIỆU CHUẨN CẢM BIẾN VÀ NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG CHO CÁC ĐỐI TƯỢNG CHUYỂN ĐỘNG TRÊN MẶT ĐẤT Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa Mã số:62520216 LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS NGUYỄN THỊ LAN HƯƠNG 2. PGS.TS TRỊNH QUANG THÔNG Hà Nội – 2017
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dựa trên những hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương, PGS.TS Trịnh Quang Thông. Tất cả những tham khảo, kế thừa đều được trích dẫn và tham chiếu đầy đủ. Kết quả nghiên cứu là trung thực và chưa từng công bố trên bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày 03 tháng 3 năm 2017 Người hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh PGS.TS NGUYỄN THỊ LAN HƯƠNG TRIỆU VIỆT PHƯƠNG PGS.TS TRỊNH QUANG THÔNG i
LỜI CẢM ƠN Luận án này được thực hiện tại Bộ môn Kỹ thuật Đo & Tin học Công nghiệp – Viện Điện – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương và PGS.TS Trịnh Quang Thông. Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến hai thầy cô đã hướng dẫn tận tình, hiệu quả trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện Luận án. Nghiên cứu sinh cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới: GS.TS Phạm Thị Ngọc Yến, PGS.TS Nguyễn Quốc Cường, Hội đồng khoa học và các thầy cô trong Bộ môn Kỹ thuật Đo & Tin học Công nghiệp – Viện Điện – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã có những ý kiến đóng góp về khoa học, chuyên môn rất sâu sắc đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu sinh trong quá trình thực hiện Luận án. Lãnh đạo, các cán bộ kỹ thuật trong Trung tâm Hợp tác Nghiên cứu Phát triển Công nghệ Định vị Sử dụng Vệ tinh (NAVIS) – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; các đồng nghiệp trong phòng thí nghiệm Địa vật lý – Liên Đoàn Vật lý Địa chất; các đồng nghiệp công tác tại phòng Đo lường Độ dài, phòng Đo lường Thời gian & Tần số, phòng Đo lường Áp suất – Viện Đo lường Việt Nam đã tạo mọi điều kiện, hợp tác, nhiệt tình giúp đỡ để nghiên cứu sinh thực nghiệm, đánh giá kết quả nghiên cứu của mình. Lãnh đạo Viện Đo lường Việt Nam, Viện đào tạo Sau đại học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo những điều kiện tốt nhất cho nghiên cứu sinh trong quá trình thực hiện Luận án. Cũng nhân dịp này, nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn với các thành viên trong gia đình, anh em thân thiết, những người đã không quản ngại khó khăn, hết lòng giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian qua để nghiên cứu sinh có được cơ hội hoàn thành tốt Luận án của mình. Tác giả luận án Triệu Việt Phương ii
MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ....................................................... vi DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................. xii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ.......................................................................... xiii MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG QUÁN TÍNH ................ 5 1.1. Hệ dẫn đường quán tính ............................................................................................. 5 1.1.1. Các phương pháp dẫn đường ............................................................................... 5 1.1.2. Các đặc điểm cơ bản của hệ INS ......................................................................... 6 1.1.3. Cấu tạo của hệ INS .............................................................................................. 6 1.1.4. Phân loại hệ dẫn đường quán tính ....................................................................... 7 1.2. Cơ sở vật lý và toán học xác định vị trí vật thể chuyển động..................................... 8 1.2.1. Các hệ quy chiếu .................................................................................................. 8 1.2.2. Nguyên lý hoạt động của hệ INS Strapdown .................................................... 11 1.2.3. Các phương pháp chuyển hệ tọa độ ................................................................... 11 1.3. Các phương pháp nâng cao độ chính xác hệ INS ..................................................... 17 1.3.1. INS với hệ thống xác định góc định hướng dựa trên gia tốc trọng trường và từ trường Trái đất ............................................................................................................. 18 1.3.2. INS với hệ thống GPS ....................................................................................... 19 1.4. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ........................................................................... 21 1.5. Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................................. 22 1.6. Kết luận chương 1 .................................................................................................... 23 CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TỰ HIỆU CHUẨN CẢM BIẾN TRONG HỆ INS ................................................................................................................................ 25 2.1. Cơ sở phép đo và đặc trưng cơ bản các cảm biến trong INS.................................... 25 2.1.1. Cảm biến gia tốc ................................................................................................ 25 2.1.2. Cảm biến vận tốc góc ........................................................................................ 27 2.1.3. Cảm biến từ trường ............................................................................................ 30 2.2. Hiệu chuẩn cảm biến gia tốc .................................................................................... 32 2.2.1. Mô hình sai số.................................................................................................... 33 2.2.2. Phương pháp tự hiệu chuẩn ............................................................................... 33 2.2.3. Quy trình tự hiệu chuẩn ..................................................................................... 38 2.3. Hiệu chuẩn cảm biến từ trường ................................................................................ 39 2.3.1. Mô hình sai số.................................................................................................... 39 iii
2.3.2. Phương pháp tự hiệu chuẩn ............................................................................... 40 2.3.3. Quy trình tự hiệu chuẩn ..................................................................................... 44 2.4. Hiệu chuẩn cảm biến vận tốc góc ............................................................................. 46 2.4.1. Mô hình sai số.................................................................................................... 46 2.4.2. Phương pháp tự hiệu chuẩn ............................................................................... 46 2.4.3. Quy trình tự hiệu chuẩn ..................................................................................... 49 2.5. Đề xuất quy trình tự hiệu chuẩn đồng thời cảm biến gia tốc, cảm biến từ trường, cảm biến vận tốc góc ....................................................................................................... 49 2.6. Kết quả thử nghiệm .................................................................................................. 50 2.6.1. Cảm biến gia tốc ................................................................................................ 51 2.6.2. Cảm biến từ trường ............................................................................................ 58 2.6.3. Cảm biến vận tốc góc ........................................................................................ 65 2.7. Kết luận chương 2 .................................................................................................... 67 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG HỆ DẪN ĐƯỜNG QUÁN TÍNH........................................ 68 3.1. Phương trình xác định vị trí vật thể .......................................................................... 68 3.1.1. Phương trình xác định vị trí vật thể trong một hệ quy chiếu bất kỳ .................. 68 3.1.2. Phương trình xác định vị vật thể trong hệ e-frame ............................................ 70 3.2. Xác định ma trận chuyển vector từ hệ b-frame sang e-frame .................................. 72 3.2.1. Xác định ma trận chuyển vector từ n-frame sang e-frame ................................ 72 3.2.2. Xác định ma trận chuyển vector từ hệ b-frame sang n-frame ........................... 72 3.3. Thuật toán xác định vận tốc và vị trí của vật thể ...................................................... 81 3.4. Kết quả thử nghiệm xác định hướng, vận tốc, vị trí của hệ INS .............................. 82 3.4.1. Xác định tham số mô hình AR .......................................................................... 82 3.4.2. Thử nghiệm xác định hướng của hệ INS ........................................................... 83 3.4.3. Thử nghiệm xác định vận tốc, vị trí của hệ INS ................................................ 88 3.5. Kết luận chương 3 .................................................................................................... 93 CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG HỆ DẪN ĐƯỜNG KẾT HỢP INS/GPS ............................ 95 4.1. Tổng quan về định vị, dẫn đường sử dụng vệ tinh ................................................... 95 4.1.1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ GPS ................................................... 95 4.1.2. Nguyên lý xác định vị trí vật thể trong hệ GPS ................................................. 96 4.2. Hệ dẫn đường kết hợp INS/GPS sử dụng cấu trúc ghép lỏng .................................. 99 4.2.1. Cấu trúc ghép lỏng INS/GPS ............................................................................. 99 4.2.2. Xây dựng bộ lọc Kalman cho hệ ghép lỏng INS/GPS....................................... 99 4.3. Kết quả thử nghiệm ................................................................................................ 102 4.3.1. Đường thẳng ít bị che chắn .............................................................................. 103 4.3.2. Đường cong ít bị che chắn ............................................................................... 107 4.3.3. Đường thẳng bị che chắn ................................................................................. 110 iv
4.4. Kết luận chương 4 .................................................................................................. 113 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................................... 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 116 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ......................... 121 PHỤ LỤC A: Xác định góc định hướng của vật thể ở trạng thái đứng yên và Chuyển đổi giữa các phương pháp chuyển hệ tọa độ ................................................................. 122 PHỤ LỤC B: Kết quả thử nghiệm tự hiệu chuẩn cảm biến gia tốc, cảm biến từ trường ........................................................................................................................................... 125 PHỤ LỤC C: Kết quả thử nghiệm hệ ghép lỏng INS/GPS trên cung đường bị che chắn ................................................................................................................................... 136 PHỤ LỤC D: Lưu đồ thuật toán các phần mềm .......................................................... 138 v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 1. Các chữ viết tắt Chữ viết Diễn giải tắt GNSS Global Navigation Satellite System - Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema - Hệ thống vệ tinh định vị GLONASS toàn cầu của Liên bang Nga INS Inertial Navigation System - Hệ thống dẫn đường quán tính GPS Global Positioning System - Hệ thống định vị toàn cầu MEMS Micro-Electro-Mechanical System - Hệ vi cơ điện tử Baro Barometer - Cảm biến áp suất khí quyển IMU Inertial Measurement Unit - Khối đo quán tính AR Auto-Regressive Model - Mô hình tự hồi quy i-frame Inertial Frame - Hệ quy chiếu quán tính e-frame Earth Frame - Hệ quy chiếu Trái đất n-frame Hệ quy chiếu địa lý b-frame Body Frame - Hệ quy chiếu vật thể ENU East North Up - Đông Bắc Hướng lên trên NED North East Down - Bắc Đông Hướng xuống dưới DCM Direction Cosine Matrix - Ma trận cosin chỉ phương AMR Anisotropic MagnetoResistance - Hiệu ứng từ trở dị hướng vi
Attitude and Heading Reference System - Hệ xác định sự định hướng của vật AHRS thể trong không gian MA Moving Average Model - Mô hình trung bình động Auto-Regressive - Moving Average Model - Mô hình kết hợp tự hồi quy và ARMA trung bình động CEP Circular Error Probability - Xác xuất sai số vòng tròn PDOP Position Delution Of Precision - Hệ số phân tán độ chính xác vị trí 2. Các ký hiệu Ký hiệu Nội dung, ý nghĩa Đơn vị (xi, yi, zi) Tọa độ của vật thể trong hệ quy chiếu quán tính Trái đất m e Vận tốc góc của Trái đất rad/s (xe, ye, ze) Tọa độ của vật thể trong hệ quy chiếu Trái đất m h Cao độ của vật thể trong hệ quy chiếu Trái đất m R0 Bán kính Trái đất m φ Kinh độ của vật thể trong hệ quy chiếu Trái đất rad λ Vĩ độ của vật thể trong hệ quy chiếu Trái đất rad fe Vector gia tốc đo được xét trong e-frame g Cbe Ma trận chuyển vector từ b-frame sang e-frame fb Vector gia tốc đo được xét trong b-frame g fn Vector gia tốc đo được xét trong n-frame g Cbn Ma trận chuyển vector từ b-frame sang n-frame C ne Ma trận chuyển vector từ n-frame sang e-frame vii
Ma trận chuyển vector từ hệ tọa độ A bất kỳ sang hệ tọa độ C ab B bất kỳ q Vector quaternion biểu diễn sự định hướng của vật thể  Góc nghiêng (Roll) rad  Góc ngẩng (Pitch) rad  Góc hướng (Yaw) rad Gp Vector gia tốc đo được bởi cảm biến gia tốc g Gr Vector gia tốc trọng trường tại vị trí đặt cảm biến g Gm Vector gia tốc chuyển động của cảm biến g Acc WScale Ma trận sai số tỷ lệ của cảm biến gia tốc Acc WNonOrthog Ma trận sai số lệch trục của cảm biến gia tốc V Acc Vector sai số bias của cảm biến gia tốc g n Acc Vector sai số ngẫu nhiên của cảm biến gia tốc g W Acc Ma trận sai số tỷ lệ tổng hợp của cảm biến gia tốc Rx ( ) Ma trận xoay quanh góc nghiêng của cảm biến Ry ( ) Ma trận xoay quanh góc ngẩng của cảm biến Rz ( ) Ma trận xoay quanh góc hướng của cảm biến Acc Vector sai số của cảm biến gia tốc sau khi loại bỏ sai số rbias g bias Tổng bình phương sai số của cảm biến gia tốc sau khi loại g2 Acc Pbias bỏ sai số bias G pv Vector gia tốc đo được bởi cảm biến gia tốc sau khi loại bỏ g sai số bias Acc Vector sai số của cảm biến gia tốc sau khi loại bỏ sai số tỷ rscale g lệ viii
Tổng bình phương sai số của cảm biến gia tốc sau khi loại g2 Acc Pscale bỏ sai số tỷ lệ Hr Vector từ trường Trái đất tại vị trí đặt cảm biến từ trường gauss Hp Vector từ trường Trái đất đo được gauss Mag VHard Vector sai số Hard-iron của cảm biến từ trường gauss Vector sai số bias của cảm biến từ trường Mag Vbias gauss V Mag Vector sai số bias tổng hợp của cảm biến từ trường gauss Mag WSoft Ma trận sai số Soft-iron của cảm biến từ trường Mag WNonOrthog Ma trận sai số lệch trục của cảm biến từ trường Mag WScale Ma trận sai số tỷ lệ của cảm biến từ trường W Mag Ma trận sai số tỷ lệ tổng hợp của cảm biến từ trường nMag Vector sai số ngẫu nhiên của cảm biến từ trường gauss Mag Vector sai số của cảm biến từ trường sau khi loại bỏ sai số rbias gauss bias Tổng bình phương sai số của cảm biến từ trường sau khi gauss 2 Mag Pbias loại bỏ sai số bias H pv Vector từ trường đo được bởi cảm biến từ trường sau khi gauss loại bỏ sai số bias Mag Vector sai số của cảm biến từ trường sau khi loại bỏ sai số rscale gauss tỷ lệ Tổng bình phương sai số của cảm biến từ trường sau khi gauss 2 Mag Pscale loại bỏ sai số tỷ lệ V Gyros Vector sai số bias của cảm biến vận tốc góc rad/s W Gyros Vector sai số tỷ lệ của cảm biến vận tốc góc nGyros Vector sai số ngẫu nhiên của cảm biến vận tốc góc rad/s  g Góc quay của IMU xác định từ kết quả đo của cảm biến rad vận tốc góc ix
Góc quay của IMU xác định từ kết quả đo của cảm biến gia  a &m rad tốc và cảm biến từ trường ai Vector gia tốc chuyển động của vật thể xét trong i-frame g fi Vector gia tốc đo được xét trong i-frame g gi Vector gia tốc trọng trường xét trong i-frame g ri Vector vị trí của vật thể xét trong i-frame m re Vector vị trí của vật thể trong hệ e-frame m ve Vector vận tốc chuyển động của vật thể trong hệ e-frame m/s Gia tốc trọng trường tác động lên vật thể xét trong hệ e- ge g frame Ma trận vận tốc góc giữa hệ b-frame và e-frame, xét trong ebb rad/s hệ b-frame Ma trận vận tốc góc giữa hệ b-frame và i-frame, xét trong ibb rad/s hệ b-frame C eb Ma trận chuyển vector từ hệ e-frame sang b-frame Ma trận vận tốc góc giữa hệ e-frame và i-frame, xét trong iee rad/s hệ e-frame T Chu kỳ trích mẫu của cảm biến s  Vận tốc góc thực của vật thể rad/s b Vector vận tốc góc đo được từ cảm biến vận tốc góc rad/s bg Vector sai số ngẫu nhiên còn lại trong kết quả đo của cảm rad/s biến vận tốc góc sau khi lọc fn Vector gia tốc trọng trường trong hệ n-frame g Vector từ trường Trái đất đo được bởi cảm biến từ trường mb gauss gắn trên vật thể mn Vector từ trường Trái đất trong hệ n-frame gauss rGPe S Vector vị trí vật thể xác định bằng GPS xét trong e-frame m x
e Vector vận tốc vật thể xác định bằng GPS xét trong e- vGPS m/s frame Vector vị trí vật thể xác định bằng INS xét trong e-frame e rINS m e v INS Vector vận tốc vật thể xác định bằng INS xét trong e-frame m/s  re Sai số vị trí ước đoán của vật thể xét trong e-frame m  ve Sai số vận tốc ước đoán của vật thể xét trong e-frame m/s Cˆ be Ma trận chuyển vector từ b-frame sang e-frame ước đoán  Ma trận sai số góc định hướng của vật thể rad Ma trận sai số vận tốc góc đo được bởi cảm biến vận tốc ibb rad/s góc Vector sai số vận tốc góc đo được bởi cảm biến vận tốc ibb rad/s góc  Vector sai số góc định hướng của vật thể rad vˆ e Gia tốc ước đoán của vật thể xét trong e-frame g vˆ e Vận tốc ước đoán của vật thể xét trong e-frame m/s gˆ e Giá trị gia tốc trọng trường ước đoán xét trong e-frame g Vector sai số gia tốc ước đoán của vật thể xét trong e-  ve frame g Vector sai số vận tốc ước đoán của vật thể xét trong e-  re frame m/s xi
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 So sánh các phương pháp chuyển vector gia tốc từ hệ b-frame sang hệ n-frame 17 Bảng 2.1 Cảm biến gia tốc và ứng dụng.............................................................................. 27 Bảng 2.2 Cảm biến vận tốc góc và ứng dụng ...................................................................... 29 Bảng 2.3 Các đặc trưng cơ bản của cảm biến từ trường theo hiệu ứng Hall ....................... 32 Bảng 2.4 Đặc tính kỹ thuật cơ bản của khối IMU 3DM-GX3-35 ....................................... 51 Bảng 2.5 Kết quả đánh giá tỷ số En cảm biến gia tốc trước hiệu chuẩn ............................. 52 Bảng 2.6 Giá trị sai số xác định được từ các bộ số liệu đã thu thập .................................... 53 Bảng 2.7 Kết quả đánh giá tỷ số En cảm biến gia tốc sau hiệu chuẩn ................................ 55 Bảng 2.8 Độ lệch chuẩn của kết quả đo gia tốc trước và sau hiệu chuẩn ............................ 56 Bảng 2.9 Tổng bình phương sai số trước và sau hiệu chuẩn của cảm biến gia tốc ............. 56 Bảng 2.10 Một vài thông số kỹ thuật của hệ thống chuẩn rung Type 3629 ........................ 57 Bảng 2.11 Sai số cảm biến gia tốc trước và sau hiệu chuẩn tại Viện Đo lường Việt Nam . 57 Bảng 2.12 Tổng bình phương sai số sau hiệu chuẩn cảm biến gia tốc ................................ 58 Bảng 2.13 Kết quả đánh giá tỷ số En cảm biến từ trường trước hiệu chuẩn ....................... 60 Bảng 2.14 Sai số bias và sai số tỷ lệ xác định được từ các bộ số liệu đã thu thập .............. 60 Bảng 2.15 Một vài thông số kỹ thuật của thiết bị đo MINIMAG ....................................... 61 Bảng 2.16 Kết quả đánh giá tỷ số En cảm biến từ trường sau hiệu chuẩn .......................... 63 Bảng 2.17 Độ lệch chuẩn của kết quả đo từ trường Trái đất trước và sau hiệu chuẩn ........ 63 Bảng 2.18 Kết quả đo từ trường Trái đất bằng thiết bị MINIMAG .................................... 63 Bảng 2.19 Tổng bình phương sai số trước và sau hiệu chuẩn của cảm biến từ trường ....... 64 Bảng 2.20 Tổng bình phương sai số sau hiệu chuẩn cảm biến từ trường............................ 65 Bảng 2.21 Sai số, độ chính xác xác định sai số tỷ lệ của trục X cảm biến vận tốc góc ...... 66 Bảng 2.22 Sai số, độ chính xác xác định sai số tỷ lệ của trục Y cảm biến vận tốc góc ...... 66 Bảng 2.23 Sai số, độ chính xác xác định sai số tỷ lệ của trục Z cảm biến vận tốc góc ....... 66 Bảng 3.1 Dải tần của tín hiệu sau khi lọc tương ứng với bậc của biến đổi wavelet ............ 77 Bảng 3.2 Bậc thích hợp nhất cho biến đổi wavelet với một vài tần số lấy mẫu khác nhau 78 Bảng 3.3 Độ chính xác và bậc của mô hình AR (đơn vị: %) .............................................. 83 Bảng 3.4 Các tham số của mô hình AR bậc 2 ..................................................................... 83 Bảng 3.5 Sai số trung bình góc nghiêng của hệ AHRS ....................................................... 88 Bảng 3.6 Sai số trung bình góc ngẩng của hệ AHRS .......................................................... 88 Bảng 3.7 Sai số trung bình góc hướng của hệ AHRS ......................................................... 88 Bảng 3.8 Sai số vận tốc và vị trí của hệ INS trong trường hợp đứng yên ........................... 89 Bảng 3.9 Độ chính xác đo của bộ thu CW46 ...................................................................... 90 Bảng 3.10 Sai lệch vị trí quỹ đạo chuyển động thẳng ......................................................... 91 Bảng 3.11 Sai lệch vị trí quỹ đạo chuyển động có rẽ hướng ............................................... 93 Bảng 4.1 Đặc tính kỹ thuật của bộ thu GPS trong khối 3DM-GX3-35 ............................. 102 Bảng 4.2 Sai số vận tốc trung bình với các chu kỳ cập nhật GPS khác nhau ................... 105 Bảng 4.3 Sai số vị trí trung bình với các chu kỳ cập nhật GPS khác nhau ....................... 107 Bảng 4.4 Sai số vị trí trung bình trong chuyển động cong ít bị che chắn .......................... 109 xii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Nguyên lý xác định vị trí trong phương pháp dẫn đường quán tính....................... 6 Hình 1.2 Cấu tạo hệ dẫn đường quán tính ............................................................................. 6 Hình 1.3 Cấu tạo khối đo lường quán tính ............................................................................ 7 Hình 1.4 Cấu trúc hệ dẫn đường quán tính Gimbal ............................................................... 7 Hình 1.5 Cấu trúc hệ dẫn đường quán tính Strapdown ......................................................... 8 Hình 1.6 Các hệ quy chiếu sử dụng trong dẫn đường quán tính ........................................... 9 Hình 1.7 Minh họa hệ quy chiếu vật thể.............................................................................. 10 Hình 1.8 Nguyên lý xác định vị trí của hệ INS Strapdown ................................................. 11 Hình 1.9 Sự thay đổi của vector gia tốc khi vật thể chuyển động ....................................... 12 Hình 1.10 Nguyên lý chuyển hệ tọa độ bằng phương pháp DCM ...................................... 13 Hình 1.11 Nguyên lý chuyển hệ tọa độ sử dụng phương pháp góc Euler ........................... 14 Hình 1.12 Định nghĩa các góc Euler sử dụng trong nghiên cứu.......................................... 17 Hình 1.13 Nguyên lý kết hợp hệ INS với các hệ thống khác .............................................. 18 Hình 1.14 Cấu trúc hệ kết hợp INS/GPS ghép lỏng ............................................................ 20 Hình 1.15 Cấu trúc hệ kết hợp INS/GPS ghép chặt ............................................................ 20 Hình 1.16 Cấu trúc hệ kết hợp INS/GPS ghép siêu chặt ..................................................... 20 Hình 2.1 Mô hình tương đương của cấu trúc cảm biến gia tốc ........................................... 26 Hình 2.2 Cách xác định gia tốc và lực Coriolis ................................................................... 28 Hình 2.3 Nguyên lý cấu trúc và hoạt động của cảm biến vận tốc góc ................................ 28 Hình 2.4 (a)-cực từ trường và địa cực Trái đất; (b)-từ trường Trái đất trong hệ tọa độ X, Y, Z ........................................................................................................................................... 30 Hình 2.5 Nguyên lý cơ sở của hiệu ứng Hall ...................................................................... 30 Hình 2.6 Quỹ tích kết quả đo của cảm biến gia tốc ............................................................. 34 Hình 2.7 Các sự định hướng của cảm biến gia tốc trong quá trình tự hiệu chuẩn .............. 38 Hình 2.8 Quy trinh tự hiệu chuẩn cảm biến gia tốc ............................................................. 39 Hình 2.9 Quỹ tích kết quả đo của cảm biến từ trường......................................................... 41 Hình 2.10 Các sự định hướng của cảm biến từ trường trong quá trình tự hiệu chuẩn ........ 45 Hình 2.11 Quy trình tự hiệu chuẩn cảm biến từ trường ...................................................... 45 Hình 2.12 Nguyên lý xác định trực tiếp sai số tỷ lệ của cảm biến vận tốc góc ................... 47 Hình 2.13 Nguyên lý xác định gián tiếp sai số tỷ lệ của cảm biến vận tốc góc .................. 47 Hình 2.14 Quy trình tự hiệu chuẩn cảm biến vận tốc góc ................................................... 49 Hình 2.15 Quy trình tự hiệu chuẩn đồng thời các cảm biến ................................................ 50 Hình 2.16 Khối IMU 3DM-GX3-35.................................................................................... 50 Hình 2.17 Kết quả đo lần 1 của cảm biến gia tốc ................................................................ 52 Hình 2.18 Kết quả đo lần 2, 3, 4, 5 của cảm biến gia tốc .................................................... 52 Hình 2.19 Kết quả đo lần 1 của cảm biến gia tốc trước hiệu chuẩn .................................... 54 Hình 2.20 Kết quả đo lần 2, 3, 4, 5 của cảm biến gia tốc trước hiệu chuẩn ........................ 54 Hình 2.21 Kết quả đo lần 1 của cảm biến gia tốc sau hiệu chuẩn ....................................... 55 Hình 2.22 Kết quả đo lần 2,3,4,5 của cảm biến gia tốc sau hiệu chuẩn .............................. 55 Hình 2.23 Kết quả đo lần 1 của cảm biến từ trường ............................................................ 59 Hình 2.24 Kết quả đo lần 2,3,4,5 của cảm biến từ trường .................................................. 59 Hình 2.25 Kết quả đo lần 1 của cảm biến từ trường trước hiệu chuẩn ................................ 61 Hình 2.26 Kết quả đo lần 2, 3, 4, 5 của cảm biến từ trường trước hiệu chuẩn .................... 62 Hình 2.27 Kết quả đo lần 1 của cảm biến từ trường sau hiệu chuẩn ................................... 62 xiii
Hình 2.28 Kết quả đo lần 2, 3, 4, 5 của cảm biến từ trường sau hiệu chuẩn ....................... 62 Hình 3.1 Nguyên lý xác định hướng, vận tốc, vị trí vật thể trong hệ e-frame .................... 71 Hình 3.2 Quá trình thực hiện của bộ lọc Kalman tuyến tính ............................................... 75 Hình 3.3 Nguyên lý hoạt động của bộ lọc sử dụng biến đổi wavelet .................................. 77 Hình 3.4 Kết quả xác định góc nghiêng .............................................................................. 84 Hình 3.5 Kết quả xác định góc ngẩng ................................................................................. 84 Hình 3.6 Kết quả xác định góc hướng ................................................................................. 84 Hình 3.7 Sai số xác định góc nghiêng theo phương pháp đề xuất....................................... 85 Hình 3.8 Sai số xác định góc ngẩng theo phương pháp đề xuất .......................................... 85 Hình 3.9 Sai số xác định góc hướng theo phương pháp đề xuất ......................................... 85 Hình 3.10 Góc nghiêng xác định theo phương pháp mô hình hóa sai số ngẫu nhiên bằng mô hình Gauss-Markov bậc 1 và từ bàn xoay Tamagawa................................................... 86 Hình 3.11 Góc ngẩng xác định theo phương pháp mô hình hóa sai số ngẫu nhiên bằng mô hình Gauss-Markov bậc 1 và từ bàn xoay Tamagawa ......................................................... 86 Hình 3.12 Góc hướng xác định theo phương pháp mô hình hóa sai số ngẫu nhiên bằng mô hình Gauss-Markov bậc 1 và từ bàn xoay Tamagawa ......................................................... 86 Hình 3.13 Sai số xác định góc nghiêng theo phương pháp mô hình hóa sai số ngẫu nhiên bằng mô hình Gauss-Markov bậc 1 ..................................................................................... 87 Hình 3.14 Sai số xác định góc ngẩng theo phương pháp mô hình hóa sai số ngẫu nhiên bằng mô hình Gauss-Markov bậc 1 ..................................................................................... 87 Hình 3.15 Sai số xác định góc hướng theo phương pháp mô hình hóa sai số ngẫu nhiên bằng mô hình Gauss-Markov bậc 1 ..................................................................................... 87 Hình 3.16 Sai số vận tốc của hệ INS trong trường hợp đứng yên ....................................... 89 Hình 3.17 Sai số vị trí của hệ INS trong trường hợp đứng yên ........................................... 89 Hình 3.18 Kết quả thử nghiệm quỹ đạo chuyển động thẳng. .............................................. 90 Hình 3.19 Sai lệch vị trí quỹ đạo chuyển động thẳng.......................................................... 91 Hình 3.20 Quỹ đạo chuyển động có rẽ hướng ..................................................................... 92 Hình 3.21 Sai lệch vị trí giữa quỹ đạo xác định từ hệ INS đề xuất và giữa hệ INS truyền thống với hệ GPS ................................................................................................................. 92 Hình 4.1 Mô hình kết hợp INS-GPS theo cấu trúc ghép lỏng sử dụng bộ lọc Kalman....... 99 Hình 4.2 Số lượng vệ tinh thu được trong quá trình thử nghiệm ...................................... 103 Hình 4.3 Hệ số phân tán độ chính xác vị trí trong quá trình thử nghiệm .......................... 103 Hình 4.4 Góc ngẩng của vệ tinh trong quá trình thử nghiệm ............................................ 103 Hình 4.5 Vận tốc xác định từ hệ ghép lỏng INS/GPS đề xuất với chu kỳ cập nhật GPS 1s và vận tốc xác định bằng GPS ........................................................................................... 104 Hình 4.6 Sai số xác định vận tốc trong chuyển động thẳng ít bị che chắn của hệ ghép lỏng INS/GPS ............................................................................................................................ 104 Hình 4.7 Quỹ đạo chuyển động trên đường thẳng ít bị che chắn ...................................... 105 Hình 4.8 Quỹ đạo chuyển động thẳng ít bị che chắn trên Google Map ............................ 106 Hình 4.9 Sai số xác định vị trí trong chuyển động thẳng ít bị che chắn của hệ ghép lỏng INS/GPS ............................................................................................................................ 106 Hình 4.10 Số lượng vệ tinh thu được trong quá trình thử nghiệm trên cung đường cong 108 Hình 4.11 Hệ số phân tán độ chính xác vị trí trong quá trình thử nghiệm trên cung đường cong ................................................................................................................................... 108 Hình 4.12 Góc ngẩng vệ tinh trong quá trình thử nghiệm trên cung đường cong ............. 108 Hình 4.13 Quỹ đạo chuyển động trên đường cong ít bị che chắn ..................................... 109 Hình 4.14 Quỹ đạo chuyển động cong ít bị che chắn trên Google Map ........................... 109 Hình 4.15 Số lượng vệ tinh thu được trong quá trình thử nghiệm .................................... 110 Hình 4.16 Hệ số phân tán độ chính xác vị trí trong quá trình thử nghiệm ........................ 110 Hình 4.17 Quỹ đạo chuyển động thẳng bị che chắn hướng Hà Đông – Ngã Tư Sở ......... 111 xiv
Hình 4.18 Quỹ đạo chuyển động thẳng bị che chắn hướng Hà Đông – Ngã Tư Sở trên Google Map ....................................................................................................................... 111 Hình 4.19 Quỹ đạo chuyển động thẳng bị che chắn theo hướng Ngã Tư Sở - Hà Đông .. 112 Hình 4.20 Quỹ đạo chuyển động thẳng bị che chắn hướng Ngã Tư Sở - Hà Đông trên Google Map ....................................................................................................................... 112 xv
MỞ ĐẦU Định vị và dẫn đường có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực đời sống xã hội, kinh tế – kỹ thuật, đặc biệt trong giao thông vận tải, hàng không vũ trụ, quân sự. Trong giao thông vận tải, định vị và dẫn đường chính xác, có đồng bộ giữa các phương tiện tham gia giao thông giúp giải quyết các vấn đề bức bối hiện nay như ùn tắc, tai nạn giao thông, quản lý các phương tiện giao thông. Không chỉ vậy, định vị và dẫn đường chính xác còn là tiền đề để phát triển các phương tiện giao thông tự hành, phát triển các hệ thống giao thông thông minh, góp phần nâng cao chất lượng đời sống xã hội. Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, định vị và dẫn đường chính xác là yêu cầu bắt buộc. Định vị và dẫn đường chính xác giúp điều khiển chính xác hoạt động của các thiết bị bay, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ, tạo điều kiện thuận lợi cho giao thông hàng không, hệ thống thông tin liên lạc qua vệ tinh, các hoạt động nghiên cứu Trái đất, môi trường, tìm kiếm cứu nạn, nghiên cứu không gian. Trong lĩnh vực quân sự, định vị và dẫn đường chính xác giúp nâng cao hiệu quả trong việc điều động lực lượng, nâng cao hiệu quả của các trang thiết bị, khí tài quân sự trong tác chiến, từ đó góp phần hạn chế thiệt hại về người và vật chất. Trong quá trình phát triển, con người đã sáng tạo ra nhiều phương pháp dẫn đường khác nhau: dẫn đường bằng mục tiêu, dẫn đường bằng thiên văn học, dẫn đường dự đoán, dẫn đường bằng sóng vô tuyến, dẫn đường quán tính. Đối với các đối tượng chuyển động trên mặt đất, phương pháp dẫn đường phổ biến nhất hiện nay là dẫn đường bằng sóng vô tuyến dựa trên các hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (Global Navigation Satellite System - GNSS) như GPS (Global Positioning System) của Mỹ, Galileo của Liên minh Châu Âu, GLONASS (Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema) của Nga, BeiDou của Trung Quốc…Các hệ thống GNSS dựa vào sóng vô tuyến để xác định vị trí và đặc điểm chuyển động của vật thể (đối tượng chuyển động) với ưu điểm là có độ chính xác tương đối cao, ổn định trong thời gian dài. Tuy nhiên, do sử dụng sóng vô tuyến nên có những hạn chế như nhạy với nhiễu điện từ, chịu ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu, thời tiết, địa hình, tốc độ cung cấp thông tin chậm, độ chính xác thấp trong các khu vực bị che chắn. Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, hoạt động dẫn đường đã có được những bước tiến đáng kể, đó là sự ra đời của hệ dẫn đường quán tính - INS (Inertial Navigation System). Ưu điểm của hệ INS là khả năng hoạt động độc lập trong mọi điều kiện khí hậu, thời tiết, địa hình, cung cấp thông tin về vị trí, đặc điểm chuyển động của vật thể một cách tức thời và liên tục. Đặc biệt, thời gian gần đây, các thành tựu công nghệ mới nhất về linh kiện vi cơ điện tử (Micro-Electro-Mechanical System - MEMS) đã được ứng dụng, tạo ra bước đột phá mới trong lĩnh vực kỹ thuật này. Những cảm biến quán tính MEMS có độ chính xác cao, kích thước nhỏ, khối lượng nhẹ đã giúp thu nhỏ kích thước và khối lượng của một hệ INS, trong khi độ chính xác và tin cậy thì không ngừng được cải thiện. Tuy nhiên, hệ INS tồn tại hạn chế là có sai số tích lũy theo thời gian, dẫn tới hệ chỉ cho thông tin chính xác trong một khoảng thời gian ngắn. Để nâng cao độ chính xác của hệ INS, cần thiết phải áp dụng nhiều kỹ thuật bù trừ sai số khác nhau, phổ biến là kết hợp hệ INS với các hệ thống khác. Điển hình trong số đó là các hệ kết hợp INS/GNSS (như INS/GPS, INS/Galileo), INS/Baro hoặc INS/GNSS/Baro. Các hệ dẫn đường kết hợp như trên cho phép phát huy ưu điểm, đồng thời hạn chế nhược điểm của từng hệ riêng rẽ. Các hệ dẫn đường kết hợp xây dựng trên hệ INS chính xác cao, tốc độ cập nhật thông tin nhanh có giá thành rất cao, chủ yếu được ứng dụng trong lĩnh vực quân sự, hàng không - vũ trụ, ít được ứng dụng trong định vị, dẫn đường cho các đối tượng chuyển động mặt đất. Trong 1
khi đó, nhu cầu định vị và dẫn đường chính xác cho các đối tượng chuyển động mặt đất ngày càng tăng. Các đối tượng chuyển động mặt đất chủ yếu di chuyển trên các địa hình bằng phẳng, ít có sự thay đổi bất thường về độ cao, với đặc thù số lượng phương tiện lớn, khoảng cách giữa các đối tượng khi di chuyển nhỏ, yêu cầu về thông tin cung cấp phải liên tục, độ chính xác xác định vị trí cao. Vì vậy xây dựng hệ dẫn đường kết hợp INS/GNSS (phổ biến là INS/GPS) giá thành phải rẻ, dễ dàng triển khai lắp đặt cho đối tượng chuyển động mặt đất là phù hợp. Tuy nhiên, giá thành rẻ dẫn tới độ chính xác của hệ thống không cao. Do đó, cần thiết phải nâng cao độ chính xác, tin cậy của hệ thống kết hợp này. Để nâng cao độ chính xác có thể tập trung vào: nâng cao thuật toán kết hợp thông tin; nâng cao độ chính xác hệ INS; nâng cao độ chính xác hệ GPS. Việc nâng cao độ chính xác, tin cậy của hệ GPS đã được nghiên cứu nhiều trên thế giới. Tuy nhiên, đây chỉ là các nghiên cứu riêng rẽ về GPS, ít được đánh giá trong hệ kết hợp INS/GPS. Ngoài ra, với các nước như Việt Nam thì việc phụ thuộc công nghệ nước ngoài cũng là trở ngại lớn khi nghiên cứu nâng cao độ chính xác hệ GPS. Các thuật toán kết hợp thông tin hiện nay cũng rất đa dạng, đáp ứng tốt về tính ổn định và tin cậy. Đối với hệ INS, độ chính xác của cảm biến có vai trò quyết định, ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác xác định vị trí của đối tượng chuyển động. Các nghiên cứu liên quan đến độ chính xác cảm biến trong hệ INS chủ yếu tập trung xử lý sai số đơn lẻ cho từng cảm biến, các phương pháp đã đưa ra chưa phù hợp với đặc thù của các đối tượng chuyển động mặt đất như: di chuyển liên tục, yêu cầu thao tác lắp đặt, vận hành đơn giản, dễ dàng, thường xuyên phải hiệu chuẩn lại. Ở Việt Nam hiện nay, nhu cầu định vị và dẫn đường chính xác cho đối tượng chuyển động trên mặt đất, ứng dụng trong quản lý phương tiện giao thông, giải quyết ùn tắc, hạn chế tai nạn giao thông đang trở nên cấp thiết. Nhiều hệ thống giám sát hành trình, giám sát phương tiện vận tải dựa trên các hệ GNSS đã được một số doanh nghiệp triển khai. Tuy nhiên, do đặc thù của hệ GNSS, nên các hệ thống này chưa đáp ứng được yêu cầu mong đợi. Cụ thể, thông tin vận tốc, vị trí bị gián đoạn khi phương tiện di chuyển vào khu vực không có tín hiệu vệ tinh, khu vực có các công trình cao tầng, đường hầm…Các hệ dẫn đường kết hợp xây dựng trên nền tảng hệ INS MEMS giá rẻ cũng đã được một số nhà khoa học, các đơn vị khoa học trong nước đầu tư nghiên cứu. Tuy nhiên, số lượng nghiên cứu còn ít, và mỗi nghiên cứu đều dừng lại ở một mức độ thành công nhất định, chủ yếu tập trung theo hướng tiếp cận lý thuyết, nghiên cứu các cấu trúc, giải pháp kết hợp thông tin giữa INS và GNSS (chủ yếu là GPS) mà chưa tập trung vào nâng cao độ chính xác của từng hệ thống, đặc biệt là hệ INS, chưa đưa ra được phương pháp đánh giá, xử lý sai số phù hợp với đặc tính của cảm biến và ứng dụng thực tiễn. Có thể thấy, quá trình dẫn đường bao gồm hai giai đoạn: định vị (xác định vị trí) và dẫn đường. Giai đoạn định vị có nhiệm vụ xác định các đặc điểm chuyển động của vật thể như hướng, vận tốc, vị trí. Giai đoạn dẫn đường thực hiện xử lý các thông tin thu được từ giai đoạn định vị, từ đó điều khiển vật thể chuyển động theo quỹ đạo mong muốn. Rõ ràng, định vị chính xác là tiền đề để xây dựng hệ thống dẫn đường chính xác. Trong khuôn khổ của luận án, các nghiên cứu tập trung vào giai đoạn định vị nhằm xây dựng hệ thống có khả năng xác định chính xác hướng, vận tốc, vị trí nhằm phục vụ dẫn đường cho các đối tượng chuyển động trên mặt đất như: con người, rô bốt, phương tiện tham gia giao thông… giải quyết các vấn đề cấp thiết đã phân tích ở trên. Vì vậy ý nghĩa của thuật ngữ “dẫn đường” dừng ở mức xác định chính xác vị trí. Mục đích nghiên cứu: Nâng cao độ chính xác xác định vị trí của hệ dẫn đường quán tính sử dụng các cảm biến MEMS thương mại giá rẻ. Từ cơ sở hệ INS đã cải thiện, xây dựng hệ dẫn đường kết hợp INS/GPS giá rẻ, chất lượng cao phục vụ dẫn đường các đối tượng chuyển động trên mặt đất. Làm chủ được công nghệ tích hợp, xây dựng được hệ thống dẫn đường kết hợp có độ 2
tin cậy, chính xác cao, áp dụng trong quản lý giao thông vận tải, hỗ trợ quản lý nhà nước về đo lường đối với hoạt động thanh, kiểm tra phát hiện gian lận trong kinh doanh vận tải taxi phù hợp với điều kiện trong nước. Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu chính của luận án gồm: - Phương pháp, quy trình tự hiệu chuẩn các cảm biến phù hợp với mục đích và đối tượng áp dụng của nghiên cứu thông qua việc phân tích đánh giá kết quả đo của khối đo lường quán tính (Inertial Measurement Unit - IMU). - Phương pháp kết hợp kết quả đo của cảm biến gia tốc, cảm biến vận tốc góc, cảm biến từ trường, nâng cao độ chính xác xác định góc định hướng, từ đó cải thiện độ chính xác xác định vị trí của hệ INS. - Hệ dẫn đường kết hợp INS/GPS phục vụ dẫn đường các đối tượng chuyển động trên mặt đất trên cơ sở hệ INS đã được cải thiện độ chính xác thông qua tự hiệu chuẩn các cảm biến trong khối IMU và xác định chính xác góc định hướng. - Các thử nghiệm hệ thống dẫn đường kết hợp INS/GPS có khả năng ứng dụng trong thực tế. Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu được lựa chọn là kết hợp chặt chẽ giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, nghiên cứu từ tổng quan đến chi tiết, tìm hiểu, kế thừa các kết quả nghiên cứu đã được công bố. Ý nghĩa thực tiễn: Việc làm chủ được công nghệ cao, nâng cao độ chính xác, tin cậy của các phép đo vận tốc, vị trí (quãng đường di chuyển) đối tượng chuyển động, giúp hạn chế nhập khẩu thiết bị, góp phần hỗ trợ quản lý phương tiện giao thông, an toàn giao thông, hỗ trợ quản lý vận tải, mở ra khả năng xây dựng các hệ thống giao thông thông minh. Ngoài ra, hệ thống xây dựng được trên cơ sở những đề xuất của luận án còn có khả năng ứng dụng trong công nghiệp chế tạo rô bốt, ô tô, thiết bị tự hành với chất lượng cao, giá thành thấp. Kết quả nghiên cứu của luận án cũng làm tiền đề tiến tới chế tạo thiết bị nhỏ gọn, dễ triển khai lắp đặt, góp phần hỗ trợ quản lý nhà nước về đo lường đối với hoạt động thanh, kiểm tra phát hiện gian lận trong kinh doanh vận tải taxi khi có được công cụ đo vận tốc, quãng đường chính xác, độc lập với thông tin cung cấp từ công tơ mét của xe ô tô. Ý nghĩa khoa học: Luận án đã đưa ra được phương pháp mới xác định các giá trị sai số hệ thống của cảm biến gia tốc, cảm biến từ trường, cảm biến vận tốc góc, phù hợp với điều kiện thực tế sử dụng trong nước. Xây dựng được thuật toán kết hợp thông tin từ nhiều cảm biến, cải thiện độ chính xác xác định góc định hướng, vận tốc, vị trí của đối tượng chuyển động, tiếp cận và từng bước làm chủ công nghệ cao của thế giới. Những đóng góp của luận án: Luận án đã có những đóng góp sau: - Dựa trên phương pháp tự hiệu chuẩn, đề xuất phương pháp mới xác định các giá trị sai số hệ thống của cảm biến gia tốc và cảm biến từ trường, cảm biến vận tốc góc trong hệ dẫn đường quán tính. Xây dựng quy trình tự hiệu chuẩn đồng thời cảm biến gia tốc, cảm biến từ trường, cảm biến vận tốc góc. 3