Sensör füzyonu algoritmaları ile açısal konum referans sistemi tasarımı
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2019
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: OBEN ÖZKAN
Danışman: Aydın Yeşildirek
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Açısal konum referans sistemleri hava, deniz, uzay araçlarında, akıllı mühimmatlarda, pilot kasklarında, akıllı cep telefonlarında veya sanal gerçeklik gözlükleri gibi 3 boyutlu uzayda açısal durum bilgisinin elde edilmesi gereken yerlerde başlangıç durumu veya belirli bir referansa göre açısal durum bilgisini veren sensörler bütünüdür. Literatürde "attitude and heading reference system" olarak geçen bu cihazlar piyasada AHRS kısaltması ile bilinirler. AHRS üç eksende yuvarlanma, yunuslama ve yalpalama açılarının bilgilerini verecek sensörlerle donatılmış cihazlardır. Bu sensörler açısal konum bilgilerini dünya üzerindeki doğal etkilerden elde etmek durumundadır bu sebeple ataletsel ve manyetik alan sensörleri AHRS için sıklıkla kullanılan sensörlerdir. AHRS bu sensörlerden aldığı bilgileri sensör füzyonu algoritmaları ile birleştirerek ihtiyaç duyulan 3 eksen açısal konum bilgisini sağlamaktadır. AHRS sensörlerinde ataletsel olarak ivmeölçer ve jiroskop sensörleri bulunmaktadır manyetik alan bilgisi hesaplamaya dahil edilecekse manyetometre sensörleri de dahil edilmektedir bunun dışında barometre ve sıcaklık sensörleri de hassasiyeti arttırmak için kullanılmaktadır. Sensörler günümüzde genellikle mikro elektro-mekanik (MEMS) sensör paketleri halinde kullanılsa da özellikle taktik ve navigasyon seviyesindeki cihazlarda jiroskop hatalarını en aza indirgemek için sagnac etkisini kullanarak açısal hız elde eden lazer jiroskoplar kullanılmaktadır. Ancak uygun maliyetli AHRS sistemlerinde üreticiler MEMS teknolojisine yönelmete ve sensörlerden kaynaklanan hataları etkili sensör füzyonu algoritmaları ile telafi etmeyi amaçlamaktadırlar. AHRS sistemleri için sensör füzyonu algoritmaları literatürde yoğun bir şekilde çalışılmıştır ve bu tezde sıklıkla kullanılan algoritmalardan bahsedilmiştir. Ataletsel navigasyon sistemi, harici bir referans sisteme ihtiyaç duymadan ataletsel sensörlerden aldığı verileri kullanarak pozisyon, hız ve açısal konum bilgilerini hesaplayan cihazlardır. Bu cihazlar bir çok alanda kullanılmakla birlikte iç ortam navigasyon ve yaya takip sistemlerinde de kullanılmaktadır. Literatürde birçok iç ortam navigasyon uygulaması üzerinde çalışılmış olup tez çalışmamda benzer bir uygulamaya yer verilmiştir. Bu tez çalışmasında, bir açısal konum referans sisteminin tasarımı verilmiştir. Düşük maliyetli MEMS tabanlı atalet sensörlerinin verileri, doğru bir AHRS sistemi elde etmek için sıfır hız algılama, sezgisel sapma giderme ve bütünleyici filtreleme ile birleştirilmiştir. Harici kaynaklara ihtiyaç duymayan böyle bir navigasyon sisteminin, iç mekan navigasyon sistemleri dahil olmak üzere bazı uygulamalarda önemli avantajları vardır. Bu uygulamalardan biri yaya izleme sistemleridir. Bu sistemlerde, yürüyüşün doğasından elde edilen ivme değerleri, hız ve konum tahminlerini almak için entegre edilmiştir. Düşük maliyetli MEMS tabanlı IMU'lar gürültüye karşı çok hassastır, bir yardım mekanizması olmazsa büyük ölçüde sürüklenirler. Tez çalışmasında tasarlanan açısal konum referans sistemi yürüyen bir kişinin ayağına monte edildi, iç mekan navigasyon sistemi incelendi ve önerilen filtre algoritmalarıyla sensörlerin neden olduğu hataları en aza indiren umut verici sonuçlar verdi. Çalışmanın sonunda, filtre doğrulandı ve sensörlerin neden olduğu uzaysal kaymanın ortadan kaldırıldığı gözlemlendi.