Destekli Ataletsel Navigasyon Sistemlerinde 3B Üçgenleme Yöntemi ile Kol Kaçıklığının Hassas Olarak Belirlenmesi

Accurate Lever Arm Determination via 3D Triangulation for Aided Inertial Navigation Systems

Özet

Destekli ataletsel navigasyon sistemlerinde hatalı kol kaçıklığı değeri kullanımının, navigasyon sonuçları doğruluğunu düşürdüğü iyi bilinen bir gerçektir. Özellikle GNSS anteni, odometre veya lazer tarayıcı gibi destek sensörleri ile IMU arasındaki mesafenin göreceli olarak fazla olması veya birbirleri arasındaki görüş hattının araç gövdesi tarafından bloke edilmesi durumunda, pratikte kol kaçıklığı belirlemek zor bir durum haline gelebilir. Bu çalışma; kol kaçıklığı vektörünün 3B üçgenleme ile hassas bir şekilde belirlenmesini konu almakta, metodolojiyi tanımlamakta ve hızlı bir uygulama için bir MATLAB fonksiyonu sunmaktadır. Deneysel bir kurulum yapılarak bir total station ile elde edilen eğik mesafe, yatay doğrultu ve zenit açı ölçümleri ile birlikte IMU kasası üzerindeki referans noktalarının sabit konumları kullanılarak, destek sensörünün ataletsel sensör koordinat çerçevesindeki konumu, doğrusal-olmayan ağırlıklı en küçük kareler dengelemesi ile kestirilmiştir. Sonuçlar, orta kaliteli bir total station ile birkaç milimetre doğruluğunda kol kaçıklığının belirlenebileceğini göstermektedir.

Abstract

It is a well-known fact that the utilization of erroneous lever arm values in an aided inertial navigation system degrades the accuracy of the navigation solution. In practice, lever arm determination can be difficult, in particular when the displacement between the aiding sensors such as GNSS antenna, odometer, or a laser scanner and IMU is relatively large or the line of sight between them is blocked by the vehicle chassis. This paper considers the accurate determination of lever arm vector via 3D triangulation, describes the methodology, and provides a MATLAB function for a quick implementation. Slant distance, horizontal direction, and zenith angle measurements of a total station along with the fixed positions of the reference points on the IMU casing in an experimental setup are used to estimate the aiding sensor position in the inertial sensor coordinate frame by non-linear weighted least squares adjustment. The results reveal that lever arm accuracy of a few millimeters can be achieved with a total station of a medium quality.