Udvikling af et positioneringssystem: ved hjælp af dead reckoning, sensorintegration og Kalman filtrering
Oversat titel
Development of a positioning system: by means of dead reckoning, sensor integration and Kalman filtering
Forfattere
Jacobsen, Carsten Bundgaard ; Poulsen, Lars Vestergaard ; Riisager, Rasmus Rødgaard
Semester
4. semester
Udgivelsesår
2009
Antal sider
196
Abstract
Denne rapport undersøger, hvordan et dead reckoning‑navigationssystem kan bestemme position i rørsystemer med mål om en nøjagtighed på ±0,5 m. Dead reckoning betyder, at man estimerer sin placering ud fra bevægelse og retning, typisk når GNSS (satellitbaseret position) er begrænset. Systemet består af en IMU (Inertial Measurement Unit, der måler acceleration og rotation), et kompas og GNSS, samt en softwarepakke (NS‑1002) udviklet i Matlab til kommunikation, dataindsamling, behandling og visning. Positionen beregnes på to måder: 1) ved at integrere IMU‑målinger, og 2) ved at kombinere kompasretning med en afstand udledt af to GNSS‑positioner. Efter indsamling fusioneres de to metoder i et Kalman‑filter (en statistisk metode til at kombinere målinger), og de endelige positioner visualiseres i NS‑1002. Systemet blev testet på ruter, der efterligner bevægelser under TV‑inspektion af rør, for at vurdere den opnåelige nøjagtighed. Kravet om ±0,5 m blev generelt ikke opfyldt. Den primære årsag var ophobning af fejl (drift) i IMU’en over tid, fordi målingerne ikke blev løbende korrigeret med stabile orienteringsværdier i forhold til vandret. Metoden baseret på afstand og kurs var betydeligt mere robust og dominerede typisk i Kalman‑filtreringen. På baggrund af testene var den ønskede nøjagtighed ikke mulig med den valgte sensorkombination og fremgangsmåde.
This report investigates how a dead‑reckoning navigation system can determine position inside pipe networks, aiming for ±0.5 m accuracy. Dead reckoning estimates location from motion and heading, typically when GNSS (satellite positioning) is limited. The system combines an IMU (Inertial Measurement Unit that measures acceleration and rotation), a compass, and GNSS, plus a software package (NS‑1002) developed in Matlab for communication, data collection, processing, and visualization. Position is computed in two ways: 1) by integrating IMU measurements, and 2) by combining compass heading with a distance derived from two GNSS positions. After data collection, the two methods are fused with a Kalman filter (a statistical method for combining measurements), and final positions are displayed through NS‑1002. The system was tested on routes that mimic movements during TV inspection of pipes to assess achievable accuracy. The ±0.5 m requirement was generally not met. The main reason was error accumulation (drift) in the IMU over time, because measurements were not continuously corrected with stable orientation values relative to horizontal. The distance‑and‑heading method proved more robust and typically dominated in the Kalman filtering. Based on the tests, the desired accuracy was not achievable with the chosen sensor combination and approach.
[Dette resumé er genereret ved hjælp af AI]
Emneord
IMU ; INS ; Dead reckoning ; Navigationsystem ; Kompas ; Kalman filter ; IMU400CC ; Azimuth 1000 ; Positionsbestemmelse ; Sensorintegration ; IMU ; INS ; Dead reckoning ; navigation system ; compas ; Kalman filter ; IMU400CC ; Azimuth 1000 ; Positioning ; sensor integration