Kalman Filter Implementation on Field-programmable Gate Array for Navigation Applications
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, AVİYONİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: METİN MERT DENİZ
Danışman: Ufuk Sakarya
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Son yıllarda insansız hava aracı (İHA) uygulamaları, malzeme taşıma veya izleme görevleri amacıyla çeşitli imalat alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu durum İHA' ların yerinin doğru tahmin edilmesinin önemini arttırmıştır. Bu makale, İHA'ların konumlarının doğru bir şekilde konumlandırılması/tespit edilmesi için donanım tabanlı Kalman Filtresi uygulamasını sunmaktadır. İHA'ların yüksek performans ve kompakt form faktörünü korumak için Alanda Programlanabilir Kapı Dizisi (FPGA) donanım kaynağı olarak kullanılmıştır. Bununla birlikte Kalman Filtre algoritması çok sayıda matris hesaplamasına ihtiyaç duyar. Matris hesaplamalarının donanımda tipik uygulaması karmaşıktır ve geleneksel yazılım tabanlı yaklaşımlardan daha fazla çaba gerektirir. Kalman kazanç formülündeki matris ters çevirme hesaplaması, Kalman Filtre algoritmasındaki en zor matris hesaplamalarından biridir ve Chebyshev tipi ters çevirme, matris ters çevirme yöntemi olarak kullanılmıştır. Daha sonra yöntem, donanım kullanımını azaltmak için ilk tahmin formülündeki bölme işlemini kaydırmalı bölme ile gerçekleştirecek şekilde değiştirilmiş ve bu değişikliğin etkisi ayrı olarak test edilmiştir. Önerilen yöntem, test ortamında oluşturulan senaryoya dayalı olarak sentezlenmiş, gerçekleştirilmiş, simüle edilmiş ve test edilmiştir. Kalman Filtresi ve Chebyshev algoritmasının grafiksel ve sayısal sonuçları gösterilmiş ve karşılaştırılmıştır. Önerilen çözüm, navigasyon uygulamalarına yönelik Kalman Filtre uygulamasının FPGA üzerinden kompakt ve yüksek performanslı bağımsız bir çözümünü sunmaktadır.