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系統識別號 U0026-0812200912125960
論文名稱(中文) 移動載具慣性導航系統之先期誤差分析
論文名稱(英文) A Preliminary error analysis of Vehicle Inertial Navigation System
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 水利及海洋工程學系專班
系所名稱(英) Department of Hydraulics & Ocean Engineering (on the job class)
學年度 94
學期 2
出版年 95
研究生(中文) 蘇南霖
研究生(英文) Nan-Lin Su
電子信箱 n8792110@mail.ncku.edu.tw
學號 n8792110
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 80頁
口試委員 口試委員-謝勝彥
口試委員-趙明怡
指導教授-顏沛華
中文關鍵字 即時動態衛星定位  雙胴遙控載台  卡門濾波  方位推估 
英文關鍵字 GPS-RTK  Twin Hull Catamaran RCV platform  Dead Reckoning  Kalman Filter 
學科別分類
中文摘要 台灣有近60座大小水庫,每年調配約40億噸用水,在國計民生上擔綱重要角色。由於台灣地理、地質及氣象特性,暴雨常造成水庫集水區內坡地崩塌與表土沖蝕,導致大量泥砂入庫,影響水庫供水營運也縮短水庫經濟壽命!故水庫淤積現況、有效蓄水容量等數據成為集水區治理、水資源調配不可或缺之重要資訊。
為從事水庫現場調查蒐集重要資訊,慣性元件擬內建於本系所河海現場調查實驗室前(2004年)所發展完成,以衛星定位(RTK GPS)、模糊導控(Fuzzy Control)及避碰機制為核心之雙胴遙控載台上,以解決載台於水庫作業因遮蔽現象致GPS或誤差修正訊號脫落造成無法導控及動作等問題。為瞭解慣性元件特性,本研究先行將其架設於陸上載具(車輛)進行數據採集及性能測試,並分別用卡門濾波(Kalman Filter)及方位推估法(DR/INS)進行軌跡分析比較,藉以求得可行之作業模式,未來整合於雙胴遙控載台之主導控系統內充當備用之輔助作業系統。
據陸上載具測試結果顯示,慣性元件之數據採集宜以40Hz之低通濾波為之。以地理資訊系統(GIS)或直接由圖面規劃之測線為比對基準,則DR/INS經過2km的推估距離後,誤差會累積達44m以上。如以卡門濾波法預估載具之路徑,則其與規劃測線間之相關係數高達0.9998。且經由卡門濾波法對DR/INS輔助導控之軌跡修正,載具實際路徑與規劃二組測線之平均誤差為9.1m、中誤差為10.3m、誤差極限僅11.8m,故本研究整合慣性元件與主導控系統所發展之雙胴遙控載台足能勝任水庫現場之導控實務,為一實用之水庫淤積測量平台。



英文摘要 There are nearby 60 different sizes of reservoirs in Taiwan which allocated about 40 hundred million tons of water every year and play the most important role of people’s livelihood. Due to the characters of geological, geographical and meteorological conditions of Taiwan Island, rainstorm caused the hillside to crash down and washout the earth surface. Lot of sand and gravels were carried along to the reservoir with water which is not only affect the water supply operation but also cut down the economical life in every reservoir. Thus, the sedimentation status and the data of effective water storage in reservoir are becoming necessary and important information in reservoir operation, management and water distribution.
In order to collect important reservoir information, inertial component has been built in a Twin Hull Catamaran RCV platform which developed by River and Ocean Field Survey Laboratory of Hydraulic and Ocean Engineering Department, NCKU in 2004. GPS-RTK positioning, Fuzzy Controlling and collision avoidance system were equipped as the core system of this platform then integrate inertial component as a spare auxiliary operation system to solve the problems of cycle slips, mask effect, or position deviation correcting signal loss for GPS RTK positioning which might cause the platform out of control in reservoir surveying guiding/operation. Prior study of this inertial component characters has been carried out first by setting it up on a vehicle for field testing, data collection and function analysis, then by using Kalman Filter and Dead Reckoning processing the route tracking respectively to get the optimum operation mode.
According to the land vehicle testing result, the low pass filter of 40Hz is proper for inertial components data collection. The deviation could reach to 44m up with DR /INS to estimate the traveling route only after 2km distance away by using GIS or map direct planning the test route as the comparison datum. The relative curve fitting for planning vs. actual path will attain an excellent correlation coefficient of 0.9998 while used Kalman Filter algorithm to estimate the vehicle route. DR/INS positioning cooperate with Kalman Filter algorithm will reduce the tracking deviation in two planning route and obtained an average error 9.1m, the standard error 10.3m and the maximum error limit 11.8m respectively. The field test showed that this Twin Hull Catamaran RCV competent for reservoir surveying operation and could be a practical surveying platform.



論文目次 摘 要……………………………………………………………………I
Abstract…………………………………………………………………II
誌 謝…………………………………………………………………III
目 錄……………………………………………………………………IV
圖目錄…………………………………………………………………VI
表目錄…………………………………………………………………VIII
照片目錄………………………………………………………………IX
第一章 緒 論……………………………………………………………1
1-1 研究背景…………………………………………………………1
1-2 研究動機與方向…………………………………………………2
1-3 相關文獻回顧……………………………………………………3
1-4 論文組織…………………………………………………………5
第二章 雙胴遙控載具系統……………………………………………7
2-1雙胴遙控載具架構………………………………………………7
2-2 載具定位系統……………………………………………………9
2-3 載具導控方式…………………………………………………17
第三章 GPS與DR/INS之誤差分析…………………………………20
3-1 GPS之誤差……………………………………………………20
3-2 陀螺儀誤差計算………………………………………………27
3-3 加速度計誤差計算……………………………………………29
3-4 方位推估法(Dead Reckoning)…………………………………30
3-5 方位推估法(DR)之誤差………………………………………31
3-6 卡門濾波法(Kalman Filter)……………………………………33
3-7 卡門濾波法之誤差……………………………………………36
3-8 DR/INS與GPS定位坐標之轉換……………………………38
第四章 實驗系統與實驗設備…………………………………………40
4-1 系統架構………………………………………………………40
4-2 實驗儀器設備 …………………………………………………41
第五章 實驗結果與討論………………………………………………47
5-1 實驗場址………………………………………………………47
5-2 實驗過程………………………………………………………48
5-3 資料分析與探討………………………………………………53
5-4 定位精度分析…………………………………………………63
第六章 結論與建議……………………………………………………65
6-1 結 論……………………………………………………………65
6-2 建 議……………………………………………………………67
附 錄……………………………………………………………………68
參考文獻………………………………………………………………75
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論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2007-09-08起公開。
  • 同意授權校外瀏覽/列印電子全文服務,於2009-09-08起公開。


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