سیستم ناوبری اینرسی متصل‌به‌بدنه از یک واحد اندازه‌گیری اینرسی متشکل از سه شتاب‌سنج و سه ژایروسکوپ متعامد تشکیل می‌شود که برای تعیین موقعیت، سرعت و جهت حرکت وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می‌گیرد. این سیستم مکان وسیله‌ی نقلیه را در مسافت‌های کوتاه‌مدت با خطای کمی محاسبه می‌کند، درصورتیکه با گذشت زمان به علت خطای موجود در خروجی ژایروها و شتاب‌سنج‌ها و انتگرال‌گیری‌های متوالی از آنها، خطای مکان برآوردشده توسط سیستم افزایش می‌یابد. برای کاهش خطا از سنسورهای کمکی به همراه سنسورهای اینرسی استفاده می‌شود. در ناوبری زیردریا از سنسور‌های کمکی سرعت‌سنج داپلری، قطب‌نمای ژایروسکوپی یا مغناطیسی، عمق‌سنج، سیستم تعیین موقعیت جهانی و سیستم تعیین موقعیت صوتی برای تصحیح خطای مکان استفاده می‌شود. متاسفانه سیگنال‌های سیستم تعیین موقعیت جهانی در داخل آب قابل دریافت نیستند و عملا این سیستم‌ها در زیر آب کارایی ندارند. یک روش جایگزین برای ناوبری وسایل نقلیه‌ی زیردریا استفاده از سیستم تعیین موقعیت صوتی است. این روش به آرایه‌ای از ترانسپوندرها نیازمند است که یا باید در کف دریا نصب شوند و یا بر روی سطح دریا قرار بگیرند. از آنجاییکه در این روش وسیله‌ی نقلیه باید در ناحیه‌ی تحت پوشش ترانسپوندرها قرار داشته باشد، ناحیه‌ی عملکرد آن به شدت محدود می‌شود و کالیبراسیون موقعیت ترانسپوندرها نیز کار سختی می‌باشد. در این پایان‌نامه از سنسورهای کمکی سرعت‌سنج داپلری، قطب‌نمای مغناطیسی و عمق‌سنج استفاده می‌شود. استفاده از این سنسورها بر خلاف سیستم‌های تعیین موقعیت جهانی و صوتی باعث می‌شود که سیستم ناوبری تلفیقی از منابع خارج اطلاعات نگیرد و با استفاده از سنسورهای موجود در وسیله‌ی نقلیه به طور مستقل به ناوبری بپردازد. برای ترکیب کمیت‌های برآوردشده از سیستم ناوبری اینرسی با کمیت‌های حاصل از سیستم‌های اندازه‌گیری کمکی از روش‌های ترکیب اطلاعات مبتنی بر فیلتر کالمن استفاده می‌شود. فیلتر کالمن توسعه‌یافته به طور گسترده در سیستم های ناوبری تلفیقی مورد استفاده قرار گرفته است. از آنجاییکه این فیلتر فقط از جملات مرتبه‌ی اولِ بسط سری تیلورِ توابع غیرخطی برای خطی‌سازی مدل های غیرخطی استفاده می‌کند، هنگامیکه مدل‌های دینامیک و اندازه‌گیری به شدت غیرخطی باشند، خطای قابل توجهی در میانگین و کوواریانس حالت ها ایجاد می‌شود و اثرات جملات مرتبه‌ی بالاترِ سری تیلور با اهمیت می‌شوند. برای برطرف کردن این عیب، فیلتر کالمن Unscented پیشنهاد شده است. در این فیلتر نیازی به خطی‌سازی مدل‌های دینامیک سیستم و اندازه‌گیری از طریق محاسبه ی ژاکوبین نیست. فیلتر کالمن حالت خطا نیز روش ترکیب اطلاعات دیگری است که در آن مدل فضای حالت بر اساس یک مدل سیستم خطی‌سازی‌شده بیان می‌شود. در این پایان‌نامه، ضمن طراحی یک شبیه‌ساز ناوبری، خطاهای سنسورهای اینرسی و اثر آنها برروی مکان برآوردشده تحلیل و شبیه‌سازی شده است. علاوه‌براین، یک سیستم ناوبری تلفیقی برای وسایل نقلیه‌ی زیردریا با استفاده از روش‌های فیلترکالمن توسعه‌یافته، فیلترکالمن Unscented و فیلترکالمن حالت خطا متشکل از سنسورهای اینرسی و اندازه‌گیری‌های سرعت، جهت حرکت و عمق طراحی شده و به وسیله‌ی آزمایش‌های عملی و برای مسیرهای بسته و مستقیم مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته‌اند. در نهایت، به منظور ارزیابی شبیه‌ساز ناوبری طراحی‌شده، نتایج حاصل از داده‌های شبیه‌سازی‌شده با داده‌های واقعی مقایسه شده‌اند.‌
کد نوشتار : 185287