طراحی و پیاده سازی فیلتر کالمن خنثی زمان گسسته (DTUKF) مبتنی بر الگوریتم ژنتیک به منظور بهبود عملکرد سیستم های ناوبری غیرخطی

سیستم ناوبری اینرسی غیرخطی، از جمله مهمترین سیستمهای ناوبری محسوب گشته و با توجه به مزایایی چون عدم ارتباط با دنیای خارج، محاسبه سرعت و موقعیت به صورت بلادرنگ و پهنای باند مناسب، در ناوبری وسایل نقلیه بسیار محبوب میباشد. این سیستم از یک واحد اندازه گیری اینرسی متشکل از سه شتاب سنج و سه ژیروسکوپ متعامد تشکیل میشود که برای تعیین موقعیت، سرعت و جهت حرکت وسایل نقلیه مورد استفاده قرار گرفته و موقعیت وسیله نقلیه را در مسافتهای کوتاه مدت با خطای کمی محاسبه میکند. با گذشت زمان به علت خطای موجود در خروجی ژیروسکوپ ها و شتاب سنجها و انتگرال گیری های متوالی از آنها، خطای مکان برآورد شده توسط سیستم افزایش می یابد. برای دستیابی به دقت بالاتر مخصوصا0 در ناوبریهای طولانی مدت، از سیستم جهانی تعیین موقعیت با توجه به خواص مکمل خود با سیستم ناوبری اینرسی، استفاده میشود. آنچه که در این مقاله مورد بحث و تحلیل قرار گرفته، استفاده از دو فیلتر کالمن خطی و فیلتر کالمن خنثی بر روی سیستم های ناوبری غیرخطی است. از یک فیلتر کالمن خنثی زمان گسسته نقطه سیگما، برای تخمین موقعیت، سرعت و وضعیت یک سیستم غیرخطی که در این مقاله سیستم ناوبری تلفیقی است، استفاده شده است که در آن با انتخاب دقیق مجموعه نقاط یقینی سیگما از توزیع گوسی و انتشار این نقاط از طریق تابع غیرخطی، عمل تخمین با دقت بسیار بیشتری انجام میشود. با بهره گیری از تبدیل خنثی، امکان انتخاب نحوه توزیع این نقاط و کنترل خطای مرتبه بالاتر با استفاده از پارامترهای طراحی ایجاد میگردد. با مقایسه این فیلتر و فیلتر کالمن خطی، به عملکرد بهتر فیلتر کالمن خنثی به سبب خطی سازی نکردن سیستم غیرخطی و در نتیجه، کاهش خطا در سیستم پی برده میشود. شایان ذکر است که در این مقاله برای اولین بار، از الگوریتم ژنتیک به منظور بهینه سازی ماتریس های نویز Q و R برای دستیابی به کمینه واریانس و بهترین همگرایی میانگین به مقادیر مرجع استفاده شده است.

کلیدواژه ها:

الگوریتم ژنتیک ، سیستم ناوبری اینرسی غیرخطی ، فیلتر کالمن توسعه یافته ، فیلتر کالمن خطی ، فیلتر کالمن خنثی.