Impact of Time Synchronization Accuracy in Integrated Navigation Systems

Autor: Bommakanti, Hemanth Ram Kartik
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2019
Předmět:
Druh dokumentu: Text
Popis: Global Navigation Satellite System/Inertial Measurement Unit (GNSS/IMU) Integrated Navigation Systems (INS) integrate the positive features of GNSS and IMU for optimal navigation guidance in high accuracy outdoor navigation systems, for example using Extended Kalman Filter (EKF) techniques. Time synchronization of IMU data with precise GNSS based time is necessary to accurately synchronize the two systems. This must be done in real-time for time sensitive navigation applications such as autonomous vehicles. The research is done in two parts. The first part is the simulation of inaccurate time-stamping in a single axis of nonlinear input data in a gyroscope and an accelerometer, to obtain the timing error value that is tolerable by a high accuracy GNSS/INS system. The second part is the creation of a real-time algorithm using an STM32 embedded system enabled with FreeRTOS real-time kernel for a GNSS receiver and antenna, along with an IMU sensor. A comparative analysis of the time synchronized system and an unsynchronized system is done based on the errors produced using gyroscope and accelerometer readings along a single axis from the IMU sensor, by conducting static and rotational tests on a revolving chair.The simulation concludes that a high accuracy GNSS/INS system can tolerate a timing error of up to 1 millisecond. The real-time solution provides IMU data paired with updated GNSS based time-stamps every 5 milliseconds. The timing jitter is reduced to a range of ±1 millisecond. Analysis of final angular rotation error and final position error from gyroscope and accelerometer readings respectively, indicate that the real-time algorithm produces a reduction in errors when the system is static, but there is no statistical evidence showing the reduction of errors from the results of the rotational tests.
GNSS / IMU integrerade navigationssystem kombinerar de positiva egenskaperna hos GNSS och IMU för optimal prestanda i noggranna navigationssystem. Detta görs med hjälp av sensorfusion, till exempel EKF. Tidssynkronisering av IMU-data med exakt GNSS-baserad tid är nödvändigt för att noggrant synkronisera de två systemen. Detta måste göras i realtid för tidskänsliga navigationsapplikationer såsom autonoma fordon. Forskningen görs i två delar. Den första delen är simulering av icke-linjär rörelse i en axel med felaktig tidsstämpling hos ett gyroskop och en accelerometer. Detta görs för att erhålla det högsta tidsfel som är acceptabelt hos ett GNSS / INS-system med hög noggrannhet. Den andra delen är skapandet av en realtidsalgoritm med ett inbyggt STM32-system med FreeRTOS som realtidskärna för en GNSSmottagare och antenn, tillsammans med en IMU-sensor. En jämförande analys av det tidssynkroniserade systemet mot ett osynkroniserat system görs baserat på de positionsfel längs en axel som produceras av gyroskopoch accelerometermätningar. Detta görs genom att utföra statiska och roterande tester med hjälp av en roterande stol.Simuleringen visar att ett noggrant GNSS / INS-system tolererar ett tidsfel på upp till 1 millisekund. Realtidslösningen ger IMU-data med tidsstämplar synkroniserade med GNSS-tid var femte millisekund. Tidsjittret reduceras till ett intervall mellan ± 1 millisekund. Analysen av det slutliga vinkelrotationsfelet och positionsfelet från gyroskopoch accelerometermätningar indikerar att realtidsalgoritmen ger ett lägre fel när systemet är statiskt. Det finns dock inga statistiska bevis för förbättringen från resultaten av rotationstesterna.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: