Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Thiết kế và xây dựng hệ thống dẫn đường tích hợp INS/GPS trên cơ sở linh kiện vi cơ điện tử dùng cho các phương tiện giao thông đường bộ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI<br /> TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Nguyễn Văn Thắng<br /> <br /> THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG<br /> HỆ THỐNG DẪN ĐƢỜNG TÍCH HỢP INS/GPS<br /> TRÊN CƠ SỞ LINH KIỆN VI CƠ ĐIỆN TỬ DÙNG CHO<br /> CÁC PHƢƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƢỜNG BỘ<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 – 2017<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: PGS.TS. Bạch Nhật Hồng<br /> Phản biện: TS. Đỗ Trung Kiên<br /> Phản biện: PGS.TS. Nguyễn Đức Minh<br /> Luận án được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia<br /> chấm luận án tiến sĩ họp tại Trường Đại học Công nghệ, Đại<br /> học Quốc gia Hà Nội vào hồi 9 giờ 00 ngày 11 tháng 8<br /> năm2017<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 vẫn tồn tại sai số nhất định.<br /> Với những lý do trên đã đang và tiếp tục đòi hỏi những nghiên<br /> cứu mới nhằm nâng cao chất lượng, hiệu quả làm việc của chúng.<br /> Rất nhiều các nghiên cứu trong và ngoài nước đã thành công và được<br /> ứng dụng trong thực tế. Tuy vậy, mỗi nghiên cứu đều dừng lại ở một<br /> mức độ thành công. Chính vì vậy, tác giả đã chọn đề tài “Thiết kế và<br /> xây dựng hệ thống dẫn đường tích hợp INS/GPS trên cơ sở linh kiện<br /> vi cơ điện tử dùng cho các phương tiện giao thông đường bộ” cho<br /> luận án tiến sĩ của mình.<br /> Đối tƣợng nghiên cứu<br /> Hệ thống GPS, INS, hệ tích hợp phần cứng INS/GPS thương mại<br /> và các biện pháp nâng cao chất lượng làm việc và các cảm biến đo<br /> vận tốc góc trong khối đo lường quán tính IMU.<br /> 1<br /> <br /> Mục đích nghiên cứu<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. Đồng thời, đưa ra một cấu trúc mới về cảm biến đo vận<br /> tốc góc kiểu Tuning Fork (TFG) dựa trên công nghệ MEMS.<br /> Phƣơng 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 thương mại làm việc hiệu quả hơn bằng<br /> thuật 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 cảm biến đo vận tốc góc kiểu vi sai<br /> Kết luận và kiến nghị<br /> <br /> 2<br /> <br /> Chƣơng 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 (Map matching); căn chỉnh để giảm lỗi ngay khi hệ thống bắt<br /> đầu làm việc; hay nâng cao chất lượng INS mà cụ thể là các cảm<br /> biến và sự kết hợp chúng với nhau. Về mặt cấu tạo, INS gồm một<br /> khối đo lường quán tính (IMU) và một thuật toán dẫn đường. Trong<br /> đó, IMU được cấu tạo bởi các cảm biến và thông thường là 3 cảm<br /> biến đo gia tốc và 3 cảm biến đo vận tốc góc (Gyroscope).<br /> Để tạo ra hệ dẫn đường như mong muốn luận án đưa ra hai giải<br /> pháp cụ thể để nâng cao chất lượng hệ tích hợp INS/GPS thương mại<br /> sẵn có là: Cải tiến về hệ 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 [55]. Vì<br /> 3<br /> <br />