Kết hợp dữ liệu GPS và Gyro Compass vào cảm biến chuyển động là một phương pháp phổ biến được dùng trong tính toán vị trí, hướng và vận tốc. Vậy trên thực tế có cần thiết để đưa dữ liệu GPS và Gyro Compass vào cảm biến chuyển động hay không? Việc này mang lại lợi ích gì?
Cảm biến chuyển động là thiết bị gì?
Cảm biến chuyển động (hay còn gọi tắt là IMU) là thiết bị đo chuyển động quán tính, có tính phức tạp cao và đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng khác nhau từ thiết bị di động đến máy bay không người lái (UAV). Thiết bị sẽ đo các chuyển động theo nhiều trục bằng các cảm biến gia tốc, con quay hồi chuyển (Gyroscopes) và đôi khi dùng cả cảm biến từ trường. Cụ thể chức năng của từng bộ phận như sau:
- Nhiệm vụ của cảm biến gia tốc: Gia tốc kế đo gia tốc thay đổi trên thiết bị. Chúng có thể được sử dụng để đo độ nghiêng của thiết bị so với trái đất hoặc lực của các tác động bên ngoài lên thiết bị.
- Con quay hồi chuyển (Gyroscopes): Con quay hồi chuyển đo chuyển động góc thay đổi. Chúng có thể được sử dụng để đo các chuyển động xoay của thiết bị.
- Cảm biến từ trường: Từ kế đo lực từ trên thiết bị. Chúng thường được sử dụng để đo trường hấp dẫn của trái đất nhằm xác định hướng la bàn.
Cảm biến chuyển động (IMU) bao gồm cảm biến gia tốc, con quay hồi chuyển và cảm biến từ trường.
Kết hợp dữ liệu giữa IMU và GPS
Việc kết hợp dữ liệu IMU và GPS là một phương pháp phổ biến trong các hệ thống dẫn đường quán tính (INS – Inertial Navigation Sensor). INS sử dụng các cảm biến quán tính giống như cảm biến trên thiết bị IMU: gia tốc kế, con quay hồi chuyển và từ kế. INS kết hợp dữ liệu cảm biến quán tính để tính toán vị trí, hướng và vận tốc của hệ thống..
INS kết hợp dữ liệu cảm biến quán tính để tính toán vị trí, hướng và vận tốc của hệ thống.
Trong một hệ thống thông thường, gia tốc kế và con quay hồi chuyển chạy ở tốc độ mẫu tương đối cao. Độ phức tạp của việc xử lý dữ liệu từ các cảm biến đó trong thuật toán tổng hợp là tương đối thấp. Ngược lại, GPS và trong một số trường hợp là từ kế chạy ở tốc độ mẫu tương đối thấp và độ phức tạp liên quan đến việc xử lý chúng là cao.
Bộ lọc tổng hợp sử dụng bộ lọc Kalman mở rộng để theo dõi hướng (dưới dạng bậc 4), vận tốc, vị trí , độ lệch cảm biến và vector địa từ trường.
Bộ lọc này có một số phương pháp để xử lý dữ liệu cảm biến, bao gồm dự đoán, fusemag và fusegps.
Kết luận:
Sự kết hợp giữa gia tốc kế và con quay hồi chuyển đôi khi được gọi là thiết bị đo chuyển động quán tính, hay còn gọi là IMU. Dữ liệu xuất ra của IMU là dữ liệu cảm biến thô từ gia tốc kế ( gia tốc tuyến tính), con quay hồi chuyển (tốc độ quay) và có khi cả từ kế ( lấy hướng từ trường). Bằng cách kết hợp dữ liệu này với thông tin GPS, chúng ta có thể đạt được hệ thống định vị có độ chính xác cao phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau
Kết hợp dữ liệu từ hệ thống định vị vệ tinh và gia tốc kế, con quay hồi chuyển và cả từ kế mang lại dữ liệu định vị với độ chính xác cao.
Qua bài viết trên, có thể thấy rằng việc đưa dữ liệu GPS và Gyro Compass vào cảm biến chuyển động sẽ mang lại độ chính xác cao hơn cho dữ liệu định vị cũng như tính toán hướng và vận tốc. Nhờ đó, phương pháp này được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là đo đạc biển và khảo sát thủy đạc. Để được tư vấn thêm về khả năng ứng dụng của cảm biến chuyển động trong khảo sát thủy đạc, hãy liên hệ đến HOTLINE 0903 825 125 ngay hôm nay!
>>> Xem thêm: So sánh định vị DGPS và GPS-RTK
