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Development and performance analysis of an attitude determination system using multiple GPS receiver configuration

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Oliazadeh, Nasim (2016). Development and performance analysis of an attitude determination system using multiple GPS receiver configuration. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Up to now, attitude determination systems are using high cost GNSS receivers or the combination of both GNSS receivers and other sensors mainly Inertial Navigation Systems. The problem is, the INS systems are either high cost or they suffer from increasing drift over the time. Nowadays the cost, weight, flexibility of use and small aperture of the attitude determination system are the main concerns. The main objective of this thesis is to get 3-D attitude angles by designing a low cost attitude determination system which processes raw GPS measurements.

To make this goal happen, we designed a recursive least-squares algorithm by combining both code and carrier phase measurements and fixing the ambiguity parameters with leastsquares ambiguity decorrelation adjustment method. In order to achieve robust attitude estimation, we used singular value decomposition method that is an estimator for Wahba’s loss function. Then, in order to analyze the performance of the designed ADS, we prepared different test cases in both simulation and real data sets. The baseline is qualified as an ultrashort baseline and the only measurement used is the GPS L1 signal.

By using a GPS simulator and two u-blox LEA-6T receivers synchronized together and without the presence of multipath, an accuracy of 0.03° and 0.06° for heading and elevation has been achieved. For an overall, even though LAMBDA method improved the solution accuracy in all test cases, in the presence of the multipath error, it does not converge to the right solution. Synchronizing all clock receivers by hardware and avoid the multipath are the main limitations of this work. Such a light weight and low cost system with the accuracy of millidegree in the attitude angles can be used in a wide range of applications consisting civil and military applications.

Titre traduit

Développement et analyse des performances d'un système de détermination de l'attitude d'un mobile utilisant plusieurs récepteurs GPS

Résumé traduit

Jusqu'à présent, les systèmes de détermination d'attitude utilisent des récepteurs GNSS haut de gamme ou une combinaison de récepteurs GNSS avec d'autres capteurs tels que les centrales inertielles (INS). Cependant, les systèmes INS ont un coût plus élevé ou alors ils souffrent d’une dérive importante au cours du temps. De nos jours, le coût, la taille, le poids et la flexibilité d’utilisation sont des éléments importants pour les industriels. L’objectif principal de cette thèse est d’obtenir l’attitude en 3D d’un mobile grâce à la conception d’un système de détermination d’attitude à faible coût basé sur l’utilisation de mesures GNSS brutes.

Afin de répondre à cet objectif, nous avons conçu un algorithme récursif utilisant la méthode des moindres carrés en combinant les mesures de code et de phase de la porteuse. On peut ainsi fixer les paramètres d’ambigüité avec la méthode d’ajustement de la décorrélation d’ambiguïté des moindres carrés. Afin de parvenir à une estimation robuste de l’attitude, nous avons utilisé la méthode de décomposition de valeur singulière qui est un estimateur de la fonction de perte de Wahba. Puis, afin d'analyser la performance des ADS conçus, nous avons préparé différents cas de test à la fois en simulation et avec des données réelles. Le vecteur de baseline est de faible distance et les mesures utilisées proviennent du signal GPS L1.

En utilisant un simulateur de GPS et deux récepteurs u-blox LEA-6T, nous avons obtenu une précision de 0,03° et de 0,06° respectivement pour l’angle du cap et pour l’élévation, ceci sans la présence de trajets multiples. Dans l’ensemble, la méthode LAMBDA permet d’améliorer la précision de la solution, cependant en présente d’erreurs de multi-trajets, la solution ne converge pas. L’absence de synchronisation des différentes horloges des récepteurs ainsi que le multi-trajet a limité les performances des algorithmes. Malgré tout, le faible poids ainsi que le faible coût du système, fonctionnant avec une précision d’attitude en millidegree, peut être utilisé dans de nombreuses applications dans le domaine civil et militaire.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Mots-clés libres: détermination d'attitude, multi-récepteur GNSS à faible coût, navigation, GPS
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Landry, René Jr.
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt: 03 févr. 2021 21:25
Dernière modification: 03 févr. 2021 21:25
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1642

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