Análise de algoritmos de alinhamento em AHRS
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFLA |
Texto Completo: | http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/45454 |
Resumo: | In most autonomous navigation systems, the initial orientation of the vehicle is not known. The alignment is a phase that precedes the navigation step, and is responsible for determining the orientation of the vehicle. However, low-grade inertial sensors are not recommended to perform the alignment process, since the readings of their angular rate sensors are not capable of providing accurate measurements of the Earth’s rotation rate. Therefore, some authors propose the use of magnetometers, and the observation of the Earth’s magnetic field density vector in the alignment. This project investigates the problem of stationary alignment for low-grade Attitude and Heading Reference Systems (AHRS). In this work, we present the error analysis for six alignment algorithms. These are: Three-Axis Attitude Determination (TRIAD), QUaternion ESTimator (QUEST), Euler angle-Based Algorithm(EBA), Factored Quaternion Algorithm (FQA), Algebraic Quaternion Algorithm (AQUA) e Super Fast Attitude Determination Algorithm for Consumer-Level Accelerometer and Magnetometer (SAAM). All of them propose the use of accelerometers and magnetometers to estimate the system orientation, but using different methodologies. As a contribution of this project, we highlight the study of algorithms capable of determining precise orientation values using low-grade sensors. Simulated and experimental results corroborate the proposed errors analysis, evidencing the main differences, advantages and disadvantages of the use of each of these algorithms. Thus, this work serves as a basis for future research, especially those aimed at autonomous navigation using low-grade sensors. |
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Análise de algoritmos de alinhamento em AHRSAnalysis of Alignment Algorithms in AHRSSistemas de navegaçãoSistemas de Referência de Orientação e Rumo (AHRS)AlinhamentoNavegação autônomaNavigation systemAlignmentAttitude and Heading Reference Systems (AHRS)Autonomous navigationVeículos e Equipamentos de ControleIn most autonomous navigation systems, the initial orientation of the vehicle is not known. The alignment is a phase that precedes the navigation step, and is responsible for determining the orientation of the vehicle. However, low-grade inertial sensors are not recommended to perform the alignment process, since the readings of their angular rate sensors are not capable of providing accurate measurements of the Earth’s rotation rate. Therefore, some authors propose the use of magnetometers, and the observation of the Earth’s magnetic field density vector in the alignment. This project investigates the problem of stationary alignment for low-grade Attitude and Heading Reference Systems (AHRS). In this work, we present the error analysis for six alignment algorithms. These are: Three-Axis Attitude Determination (TRIAD), QUaternion ESTimator (QUEST), Euler angle-Based Algorithm(EBA), Factored Quaternion Algorithm (FQA), Algebraic Quaternion Algorithm (AQUA) e Super Fast Attitude Determination Algorithm for Consumer-Level Accelerometer and Magnetometer (SAAM). All of them propose the use of accelerometers and magnetometers to estimate the system orientation, but using different methodologies. As a contribution of this project, we highlight the study of algorithms capable of determining precise orientation values using low-grade sensors. Simulated and experimental results corroborate the proposed errors analysis, evidencing the main differences, advantages and disadvantages of the use of each of these algorithms. Thus, this work serves as a basis for future research, especially those aimed at autonomous navigation using low-grade sensors.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Na maioria dos sistemas de navegação autônoma, a orientação inicial do veículo não é conhecida. O alinhamento é uma fase que antecede a etapa de navegação, e é responsável pela orientação do veículo. Contudo, sensores inerciais de baixo custo não são recomendados para realizar o processo de alinhamento, uma vez que as leituras de seus girômetros não são capazes de fornecer medições precisas da taxa de rotação terrestre. Diante disso, alguns autores propõem a utilização de magnetômetros, e utilizam observação do vetor densidade de campo magnético terrestre no alinhamento. Este projeto investiga o problema do alinhamento utilizando sensores de baixo nível para Sistemas de Referência de Orientação e Rumo (AHRS) em estado estacionário. Neste trabalho, é apresentada a análise de erros para seis algoritmos de alinhamento. São estes: Algoritmo de Determinação da Orientação via Três Eixos (TRIAD), Algoritmo Estimador de Quaternion (QUEST), Algoritmo Baseado em ângulos de Euler (EBA), Algoritmo Quaternion Fatorado (FQA), Algoritmo Quaternion Algébrico (AQUA) e Algoritmo de Atitude Super Rápido para Acelerômetros e Magnetômetros (SAAM). Todos propõem o uso de acelerômetros e magnetômetros para estimar a orientação, porém empregando metodologias diferentes. Como contribuição deste projeto, destaca-se o estudo de algoritmos capazes de determinar valores precisos de orientação utilizando sensores inerciais de baixo custo. Resultados simulados e experimentais corroboram a análise de erros proposta, evidenciando as principais diferenças, vantagens e desvantagens da utilização de cada um destes algoritmos. Dessa forma, este trabalho serve como base para futuras pesquisas, principalmente as que objetivam a navegação autônoma utilizando sensores de baixo custo.Universidade Federal de LavrasPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Sistemas e AutomaçãoUFLAbrasilDepartamento de EngenhariaSilva, Felipe Oliveira eBarros, Ettore Apolônio deLima, Danilo Alves dePaiva, Lucas Pimenta Silva2020-11-12T16:38:19Z2020-11-12T16:38:19Z2020-11-122020-09-01info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfPAIVA, L. P. S. Análise de algoritmos de alinhamento em AHRS. 2020. 90 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Sistemas e Automação) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2020.http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/45454porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFLAinstname:Universidade Federal de Lavras (UFLA)instacron:UFLA2020-11-12T16:38:19Zoai:localhost:1/45454Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufla.br/oai/requestnivaldo@ufla.br || repositorio.biblioteca@ufla.bropendoar:2020-11-12T16:38:19Repositório Institucional da UFLA - Universidade Federal de Lavras (UFLA)false |
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In most autonomous navigation systems, the initial orientation of the vehicle is not known. The alignment is a phase that precedes the navigation step, and is responsible for determining the orientation of the vehicle. However, low-grade inertial sensors are not recommended to perform the alignment process, since the readings of their angular rate sensors are not capable of providing accurate measurements of the Earth’s rotation rate. Therefore, some authors propose the use of magnetometers, and the observation of the Earth’s magnetic field density vector in the alignment. This project investigates the problem of stationary alignment for low-grade Attitude and Heading Reference Systems (AHRS). In this work, we present the error analysis for six alignment algorithms. These are: Three-Axis Attitude Determination (TRIAD), QUaternion ESTimator (QUEST), Euler angle-Based Algorithm(EBA), Factored Quaternion Algorithm (FQA), Algebraic Quaternion Algorithm (AQUA) e Super Fast Attitude Determination Algorithm for Consumer-Level Accelerometer and Magnetometer (SAAM). All of them propose the use of accelerometers and magnetometers to estimate the system orientation, but using different methodologies. As a contribution of this project, we highlight the study of algorithms capable of determining precise orientation values using low-grade sensors. Simulated and experimental results corroborate the proposed errors analysis, evidencing the main differences, advantages and disadvantages of the use of each of these algorithms. Thus, this work serves as a basis for future research, especially those aimed at autonomous navigation using low-grade sensors. |
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