Δοκιμές ολοκληρωμένου δορυφορικού και αδρανειακού συστήματος πλόηγησης

Abstract

Κατά τις δύο τελευταίες δεκαετίες τα ΔΣΠ (Δορυφορικά Συστήματα Πλοήγησης) έχουν κυριαρχήσει στους τομείς του εντοπισμού της θέσης και της πλοήγησης. Παρέχοντας πληροφορία θέσης και ταχύτητας σε πραγματικό χρόνο και με ακρίβεια που ικανοποιεί τις απαιτήσεις μιας ποικιλίας εφαρμογών τα ΔΣΠ έχουν γίνει ένα ισχυρό εργαλείο στα χέρια των επιστημόνων, των ερευνητών και των μηχανικών. Όμως παρόλα τα πλεονεκτήματα τους τα ΔΣΠ υποφέρουν από προβλήματα παρεμβολών και πολλαπλών ανακλάσεων που μειώνουν την απόδοσή τους. Τα ΑΣΠ (Αδρανειακά Συστήματα Πλοήγησης) από την άλλη μεριά είναι αυτόνομα συστήματα πλοήγησης ικανά να παρέχουν συνεχή πληροφορία θέσης, ταχύτητας και κινηματικής συμπεριφοράς. Η επιτυγχανόμενη ακρίβεια όμως του συστήματος βασίζεται στην απόδοση των αδρανειακών αισθητήρων, η οποία τείνει να χειροτερεύει με τον χρόνο. Ο συνδυασμός των δυο συστημάτων (ΔΣΠ-ΑΣΠ) οδηγεί σε ένα ολοκληρωμένο σύστημα που έχει όλα τα πλεονεκτήματα των δύο συστημάτων και κανένα από τα μειονεκτήματα τους. Η ανάμιξη δεδομένων ΔΣΠ και ΑΣΠ και η χρήση αναλυτικών εργαλείων, όπως το φίλτρο Kalman, για την ανάλυση και αξιολόγηση τους αυξάνει την ακρίβεια της παραγόμενης λύσης ακόμα και στην περίπτωση απώλειας του δορυφορικού σήματος. Η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία περιγράφει τις βασικές αρχές λειτουργίας της αδρανειακής πλοήγησης ενώ παρουσιάζει και τους κύριους τύπους των αδρανειακών αισθητήρων (γυροσκόπια και επιταχυνσιόμετρα). Επίσης αναφέρει τα κύρια σφάλματα που επιδρούν στην λειτουργία κάθε συστήματος και δημιουργούν την ανάγκη για τον συνδυασμό των δύο συστημάτων. Επιπλέον περιγράφει τους διαφορετικούς τύπους και τεχνικές συνέργιας ΑΣΠ-ΔΣΠ και σχολιάζει ειδικά θέματα, που προκύπτουν από αυτή την διαδικασία. Τέλος παρουσιάζει το ΟΑΔΣΠ (Ολοκληρωμένο Αδρανειακό και Δορυφορικό Σύστημα Πλοήγησης) του ΚΔΔ (Κέντρου Δορυφόρων Διονύσου), το λογισμικό που συνοδεύει το σύστημα και τις πρώτες δοκιμές αυτού, ενώ σχολιάζει και τα αποτελέσματά τους.

Over the last two decades GNSS (Global Navigation Satellite System) or GPS (Global Positioning System) has dominated the area of positioning and navigation. By providing real time accurate information about position and velocity, that meats the demands of various applications, GNSS has become a useful tool for scientists, researchers and engineers as well. However, despite its advantageous nature GNSS suffers from a variety of problems, like interference or multipath, that limit its accuracy. On the other hand INS (Inertial Navigation System) is an autonomous navigation system able to provide continuous information regarding position, velocity and attitude. The achievable accuracy of the system depends greatly on the performance of its inertial sensors, which tends to deteriorate with time. The integration of the two systems (GNSS-INS) leads to a system that keeps the advantages of both systems and rejects their limitation. Blending the GNSS and INS data and using analytical tools like a Kalman filter for their analysis, calibration and evaluation increases the accuracy of the solution even in the presence of a GNSS outage. This thesis demonstrates the basic principles of inertial navigation and presents the most commonly used types of inertial sensors (gyroscopes and accelerometers). Furthermore it summarizes the errors, of both inertial and satellite based systems, that lead to the degradation of their performance and the need for the integration of the two systems. In addition it describes the different types and techniques of INS-GNSS integration and discusses special topics regarding the integration process. Finally it presents the INS-GNSS system of Dionysos Satellite Observatory, the software that came with the system and the first trials of the system and analyzes their results.