Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Công nghệ kỹ thuật điện tử, truyền thông: Thiết kế và xây dựng hệ thống dẫn đường tích hợp INS/GPS dùng cho tàu thủy

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Nguyễn Văn Thắng<br /> <br /> THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG<br /> TÍCH HỢP INS/GPS DÙNG CHO TÀU THỦY<br /> <br /> Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử<br /> Mã số: 62520203<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT<br /> ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG<br /> <br /> Hà Nội – 2016<br /> 1<br /> <br /> Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Công nghệ,<br /> Đại học Quốc gia Hà Nội<br /> Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Chử Đức Trình<br /> PGS.TS Trần Đức Tân<br /> <br /> Phản biện: ........................................................................................................<br /> <br /> Phản biện: ........................................................................................................<br /> <br /> Phản biện: ........................................................................................................<br /> Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc<br /> gia chấm luận án tiến sĩ họp tại………………………………<br /> vào hồi……..giờ………ngày……..tháng………năm……….<br /> <br /> Có thể tìm hiểu luận án tại:<br /> - Thư viện Quốc gia Việt Nam<br /> - Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội<br /> <br /> 2<br /> <br /> MỞ ĐẦU<br /> Lý do chọn đề tài<br /> Một trong những hệ thống định vị được sử dụng rộng rãi nhất<br /> hiện nay là hệ định vị toàn cầu GPS. Hệ thống này hoạt động hiệu<br /> quả trong môi trường thuận lợi như thời tiết tốt, không bị che chắn.<br /> Tuy nhiên, khi GPS hoạt động trong điều kiện thời tiết xấu, tại các<br /> khu bị che chắn thì sẽ làm giảm thậm chí mất khả năng định vị.<br /> Trong khi đó hệ dẫn đường quán tính INS có khả năng hoạt động<br /> tự trị, có độ chính xác cao trong khoảng thời gian ngắn và có tốc độ<br /> cập nhật cao. Tuy nhiên, INS làm việc kém hiệu quả trong khoảng<br /> thời gian dài do hiện tượng tích lũy của các cảm biến.<br /> Một trong những giải pháp được coi là tối ưu nhất là sự kết hợp<br /> giữa GPS và INS để tạo ra hệ tích hợp INS/GPS. Tuy nhiên, ngay cả<br /> khi kết hợp chúng với nhau đặc biệt là đối với các hệ tích hợp thương<br /> mại (giá rẻ) vẫn tồn tại sai số nhất định.<br /> Với những lý do trên đã đòi hỏi những nghiên cứu mới nhằm<br /> nâng cao chất lượng, hiệu quả làm việc của chúng. Rất nhiều các<br /> nghiên cứu trong và ngoài nước đã thành công và được ứng dụng<br /> trong thực tế. Tuy vậy, mỗi nghiên cứu đều dừng lại ở một mức độ<br /> thành công. Với mong muốn nâng cao chất lượng làm việc cho hệ<br /> định vị tích hợp INS/GPS giá rẻ nên tác giả đã chọn đề tài “Thiết kế<br /> và xây dựng hệ thống dẫn đường tích hợp INS/GPS dùng cho tàu<br /> thủy” cho luận án tiến sĩ của mình.<br /> Đối tượng nghiên cứu<br /> Hệ thống GPS, INS, hệ tích hợp phần cứng INS/GPS giá rẻ và các<br /> biện pháp nâng cao chất lượng làm việc và Các Gyroscope trong<br /> khối đo lường quán tính IMU.<br /> Mục đích nghiên cứu<br /> 1<br /> <br /> Tìm ra các thuật toán mới kết hợp với dữ liệu trong bản đồ số để<br /> nâng cao chất lượng định vị và dẫn đường của hệ tích hợp INS/GPS<br /> thương mại.<br /> Đưa ra một cấu trúc mới về cảm biến đo vận tốc góc kiểu Tuning<br /> Fork (TFG) dựa trên công nghệ MEMS.<br /> Phương pháp nghiên cứu<br /> Phương pháp nghiên cứu của luận án là kết hợp nghiên cứu, tính<br /> toán lý thuyết và thiết kế, mô phỏng bằng phần mềm và mô phỏng<br /> trên dữ liệu thực nghiệm.<br /> Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án<br /> Đưa ra thuật toán mới có thể kết hợp với bản đồ số để ứng dụng<br /> vào hệ định vị và dẫn đường INS/GPS. Ngoài ra còn thiết kế được<br /> một cấu trúc mới về cảm biến đo vận tốc góc kiểu Tuning Fork (tạo<br /> ra một cấu trúc linh kiện mới về cảm biến vận tốc).<br /> Căn cứ vào những kết quả nghiên cứu và mô phỏng có thể tạo ra<br /> sản phẩm thực tế là một linh kiện cảm biến đo vận tốc góc kiểu<br /> Tuning Fork (TFG). Đồng thời, có thể đưa vào ứng dụng thực tế một<br /> hệ định vị tích hợp INS/GPS giá rẻ làm việc hiệu quả hơn bằng thuật<br /> toán vừa được nghiên cứu.<br /> Cấu trúc của luận án<br /> Mở đầu<br /> Chương 1: Tổng quan<br /> Chương 2: Hệ dẫn đường tích hợp INS/GPS và các biện pháp<br /> nâng cao chất lượng.<br /> Chương 3: Cấu trúc Gyroscope kiểu vi sai<br /> Kết luận và kiến nghị<br /> <br /> 2<br /> <br /> Chương 1: TỔNG QUAN<br /> 1.1.<br /> <br /> Đặt vấn đề<br /> <br /> Trong lĩnh vực định vị và dẫn đường, các hệ đơn lẻ như GPS, INS<br /> hay các hệ tích hợp như hệ INS/GPS đều có sai số nhất định và đặc<br /> biệt là các hệ giá rẻ, được thương mại hóa. Vì vậy, cần có các giải<br /> pháp nâng cao chất lượng, hiệu quả làm việc của chúng mà không<br /> làm tăng giá thành của sản phẩm. Chính vì vậy cần có các nghiên<br /> cứu để thực hiện điều đó. Có nhiều giải pháp để thực hiện như tìm ra<br /> các thuật toán thông minh, hiệu quả cho việc tích hợp hai hệ thống<br /> (bộ lọc Kalman, Kalman thích nghi…); nâng cao thuật toán dẫn<br /> đường (thuật toán Map matching); căn chỉnh để giảm lỗi ngay khi hệ<br /> thống bắt đầu làm việc; hay nâng cao chất lượng INS mà cụ thể là<br /> các cảm biến và sự kết hợp chúng với nhau. Về mặt cấu tạo, INS<br /> gồm một khối đo lường quán tính (IMU) và một thuật toán dẫn<br /> đường. Trong đó, IMU được cấu tạo bởi các cảm biến và thông<br /> thường là 3 cảm biến đo gia tốc (Accelermeter) và 3 cảm biến đo vận<br /> tốc góc (Gyroscope).<br /> Luận án sẽ đi sâu nghiên cứu hai giải pháp cụ thể để nâng cao<br /> chất lượng làm việc của hệ tích hợp INS/GPS đó là: Cải tiến về hệ<br /> thống và cải tiến về linh kiện của hệ thống.<br /> 1.2.<br /> <br /> Tổng quan về Gyroscope và hệ tích hợp INS/GPS<br /> <br /> 1.2.1. Tổng quan nghiên cứu về MEMS và các cảm biến dựa trên<br /> công nghệ MEMS<br /> Các linh kiện MEMS ra đời vào năm 1954 và được phát triển<br /> mạnh mẽ từ cuối năm 1959. Công nghệ MEMS ra đời là khởi nguồn<br /> của các vi cảm biến và các bộ kích thích/chấp hành làm nhiệm vụ<br /> nhận biết môi trường và sự thay đổi trong môi trường đó [49]. Vì<br /> 3<br /> <br />