GPS/INS Filter for Vehicle Navigation

Abstract

Navigoiva ajoneuvo on sitä luotettavampi, mitä tarkemmin sen paikka voidaan määrittää ja mitä katkeamattomampaa paikkatieto on. Jos luotettavuutta voidaan lisätä, lisätään samalla myös mahdollisuuksia hyödyntää ajoneuvonavigointia käytännön tehtävien suorittamiseen. Esimerkkinä tällaisesta tehtävästä mainittakoon karttojen entistä nopeampi ja tarkempi päivittäminen uusia teitä pitkin ajamalla ja reitistä paikkatietoa keräämällä. Eräs käytännön sovellus voisi olla myös pelastusajoneuvojen paikan määritteleminen onnettomuuden tapahduttua ja lähistöllä sijaitsevien ajoneuvojen, kuten poliisiauton, opastaminen elektronista karttaruutua hyödyntäen onnettomuuspaikalle.

Tämän diplomityön tavoitteena oli parantaa ajoneuvon paikkatiedon luotettavuutta kun ajoneuvo käyttää paikkatiedon lähteenä GPS-satelliittinavigointijärjestelmää. Päämäärä ei siis ollut itseohjautuvan ajoneuvon rakentamisessa, vaan sen mahdollistamisessa, että navigoivaa ajoneuvoa voitaisiin hyödyntää karttaympäristössä edellä mainittujen käytännön esimerkkien tavoin.

Tarvittavat parannukset toteutettiin kahdessa vaiheessa. Ensin ajoneuvoon lisättiin gyroskooppi ja nopeusanturi. Tämän jälkeen kirjoitettiin suodatinohjelma joka yhdistää mittaukset ja toimii mittausvirheiden poistajana.

Käytetty suodatusmenetelmä perustuu laajennettuun Kalman-suodatukseen. Lisäksi adaptiivistä estimointia on hyödynnetty gyroskoopin offset-parametrin säätöön, jolla gyroskoopin ryömintää voidaan kompensoida.

Suodatinohjelma toteutettiin simulointiasteelle. Ohjelma käyttää syötteenä testiajoista kerättyä dataa ja tulostaa estimaatit korjatusta paikkatiedosta tiedostoon.

Simuloinnin tulokset kertovat. että järjestelmän luotettavuus on parantunut.

Diplomityön lopussa hahmotellaan myös niitä työvaiheita, joita vaaditaan, mikäli sovellus halutaan siirtää simulointiasteelta käytäntöön.