• Non ci sono risultati.

Nel presente lavoro è stata utilizzata la strumentazione inerziale dell’Analog Device ADIS 16350.  L’ADIS 16350 è costituito da un sistema inerziale composto da giroscopi ed accelerometri triassiali.  Con  i  sensori  MEMSs,  l’ADIS  16350  include  altresì  un  sistema  di  calibrazione  e  messa  a  punto  interno per i sensori stessi. L’interfaccia SPI permette un facile accesso alle misurazioni effettuate:  le  velocità  angolari,  le  accelerazioni  e  le  temperature  misurate  sui  tre  assi  x,  y  e  z  oltre  alla  tensione di alimentazione, ed un input ausiliario analogico. L’interfaccia dei sensori è semplificata  dalle  seguenti  caratteristiche  addizionali  programmabili:    auto  bias  calibrazione,  frequenza  di  acquisizione,  auto  testing,  gestione  della  potenza  di  alimentazione,  I/O  ausiliario  analogico.  Il  modulo  compatto  ha  dimensioni  di  23x23x23  mm  e  comunica  con  un  computer  per  mezzo  di  interfaccia a porta parallela. In figura 4.13 è mostrato il diagramma a blocchi funzionale dell’INS   

124   Fig. 4.13 – Diagramma a blocchi funzionale dell’ADIS 16350 

 

L’ADIS  16350  non  è  calibrato  per  gli  effetti  della  temperatura.  Le  sue  prestazioni  sono  infatti  sensibili fortemente allo scostamento della temperatura di funzionamento da quella di riferimento  pari a 25°C. Il successivo modello ADIS 16355 differisce proprio per la sua calibrazione agli effetti  della temperatura che lo rende molto meno sensibile nelle prestazioni a questa variabile. 

Di  seguito  sono  riportati  alcuni  diagrammi  forniti  dalla  casa  costruttrice  che  descrivono  le  performances  dei  sistemi  ADIS  16350  sia  per  gli  accelerometri  che  per  i  giroscopi  triassiali.  Gli  accelerometri  sono  orientati  lungo  gli  assi  di  rotazione  per  ciascun  giroscopio.  I  sei  sensori  sono  quindi collegati ad una struttura in alluminio che provvede alla trasmissione della forza e coppia  motrice.  L’output  di  ciascun  segnale  è  campionato  usando  un  ADC,  e,  quindi  il  dato  digitale  è  processato  in  un  circuito  proprietario  digitale.  Il  processamento  avviene  applicando  all’output  di  ciascun sensore le correzioni volute usando un semplice registro di struttura e una porta seriale di  interfaccia.  

125    

   

126    

127  

   

128  

I  modelli  successivi  dell’ADIS  16350  e  16355    sono  i  sistemi  ADIS  16400  e  ADIS  16405che  includono, oltre agli accelerometri e giroscopi anche i magnetometri triassiali.  

 

129       La calibrazione di fabbrica caratterizza ciascun sensore per sensitività,  bias, allineamento e fattori  di scala dell’accelerazione e delle velocità angolari per i  giroscopi. Le dimensioni del sistema sono  le stesse di quelle dell’ADIS 16350 o 16355 (23mm x 23mm x 23mm). Anche in questo caso una SPI 

130 e  un  registro  di  struttura  provvedono  ad  una  più  rapida  raccolta  dei  dati  e  controllo  della  configurazione. Si riportano le principali caratteristiche tecniche fornite dalla casa costruttrice.  Nel  presente  lavoro  è  stato  utilizzato  un  sistema  ADIS  16350,  ma  la  progettazione  del  sistema  navigazionale  è  prevista  integrando  il  sistema  ADIS  16405,  provvisto  di  magnetometri  triassiali,  con un GPS. 

   

4.6 ‐ BIBLIOGRAFIA 

1. Integrated  Sensor  Orientation  –  Test  Report  and  Workshop  Proceedings  –  Luglio  2002  OEEPE European Organization for Experimental Photogrammetric Research. 

2. Effetto Sagnac – Relazione di laboratorio di Berrugi Marzio, Carbone Carmelita, Sandri  Mario – Università degli Studi di Padova – prof. G. Sartori – A.A. 2001‐02. 

3. Strumenti e metodi di misura – Ernest O. Doebelin – 2004 Mc Graw Hill. 

4. What  do  Inertial  Sensor  Measure?  –  Paul  G.  Savage  –  September  2005  Strapdown  Associates, Inc.  5. What do Accelerometers  Measure? – Paul G. Savage – May 2005 Strapdown Associates,  Inc.  6. What do Gyros  Measure? – Paul G. Savage – January 2006 Strapdown Associates, Inc.  7. Inertial Navigation Forty Years of Evolution – A.D. King – GEC Review vol. 13, No. 3 1998.  8. Microsensori MEMS: Lo Stato dell’Arte – Gruppo PMI di Interesse Aerospaziale _ gennaio  2007 Progetto SISA‐COREP. 

9. Integrated  Sensor  Orientation  –  Test  Report  and  Workshop  Proceedings  –  Luglio  2002  OEEPE European Organization for Experimental Photogrammetric Research.  10. Basic Inertial Navigation – Sherryl H. Stovall – 1997 NAWCWPNS TM 8128.  11. Utilizzo di sensori per un sistema di navigazione integrato ‐ Aldo Trecroci, Giuseppe Artese     Arezzo – Giugno 2007 – Convegno SIFET 2007.  12. Calibration of a low cost MEMS INS sensor for an integrated navigation System ‐ G. Artese,  A. Trecroci – ISPRS 2008 ‐ Pechino 

13. Metodologie  di  calibrazione  delle  strumentazioni  inerziali:  il  modified  multi‐position 

calibration method per la calibrazione dei giroscopi ‐  G. Artese, M. Gencarelli, A. Trecroci, 

131 14. Inertial Instruments: Where To Now? ‐ Neil M. Barbour, John M. Elwell, Roy H. Setterlund ‐  AIAA  Guidance,  Navigation  and  Control  Conference,  Hilton  Head  Island,  SC,  Aug.  10‐12,  1992,  Technical  Papers.  Pt.  2  (A92‐55151  23‐63).  Washington,  American  Institute  of  Aeronautics and Astronautics, 1992, p. 566‐574. 

15. ,  Inertial  sensor  technology  trends,  In  IEEE  Sensors  Journal,  Barbour,  N.  and  Schmidt,  G.,  2001 ‐ December 2001, Vol 1 Issue 4 , 332‐339. 

16. Inertial  Navigation  Sensors  ‐    Barbour,  N.M.,  2003,  NATO  Research  Technology  Organisation  ‐  lecture  series  232  Advances  in  Navigation  Sensors  and  Integration  Technology, London, UK, 20‐21 October 2003 

17. A new multi‐position calibration method for MEMS inertial navigation systems ‐ Z F Syed, P  Aggarwal,  C  Goodall,  X  Niu  and  N  El‐Sheimy  ‐  Department  of  Geomatics  Engineering,  University of Calgary, Calgary, Canada ‐ 2007 IOP Publishing Ltd  18. Integrated Micromechanical Resonant Sensors for Inertial Measurement Systems ‐ Ashwin  Arunkumar Seshia B. Tech. (Indian Institute of Technology, Bombay) 1996 M.S. (University  of California, Berkeley) 1999 – 2002  19. 3D joint rotation measurement using MEMs inertial sensors: Application to the knee joint ‐  J Favre, R Aissaoui, BM Jolles, O Siegrist, JA de Guise, K Aminian   20. , “Final Technical Report on the Application of Inertial Techniques to Surveying, Clark, W. J.  Litton  Systems,  Inc.,  Guidance  and  Control  Systems  Div.,  Woodland  Hills,  Calif,  Rept.  AQ22107E66,  U.S.  Government  Contract  DA‐44‐009‐AMC‐  1425(X)  for  USAEGIMRADA,  Fort Belvoir, Va., Nov. 1966. 

21. Theory and Performance for Position and Gravity Survey with an Inertial System ‐ James R.  Huddle ‐ Northrop Grumman, Electronic Systems, Navigation Systems Division 

22. Inertial  Navigation  –  Forty  Years  of  Evolution  by  A.  D.  KING,  B.Sc.,  F.R.I.N.,  ‐  Marconi  Electronic Systems Ltd. ‐ GEC REVIEW, VOL. 13, NO. 3, 1998 

23. Global  Positioning  Systems,  Inertial  Navigation  and  Integration  –  Mohinder  S.  Grewal,  Lawrence R. Weill, Angus P. Andrews – 2007 John Wiley & Sons, Inc. 

24. Strapdown  Inertial  Navigation  Technology  –  D.H.  Titterton,  J.L.  Weston  –  Paul  Zarchan  Editor in Chief – 2007 

25. Wavelet De‐Noising for IMU Alignment, in Aerospace and Electronic Systems Magazine ‐ N.  El‐Sheimy, S. Nassar and A. Noureldin, 2004, IEEE, Oct. 2004, vol. 19, Issue 10, pp. 32 – 39. 

132 26. Evaluating sensor orientations for navigation performance and failure detection, Harrison,  J.V. and Gai, E.G., 1977, IEEE Transactions, AES‐13.  27. Optimising the transfer alignment of weapon INS, Groves P.D., 2003, Journal of Navigation,  No. 56.  28. A new multi‐position calibration method for MEMS inertial navigation systems, Z. F. Syed,  P.  Aggarwal,  C.  Goodall,  X.  Niu  and  N.  El‐Sheimy,  2007Measurements  Science  and  Technology, No. 18 (2007), pp. 1897‐1907. 

29. The  method  of  least  squares: a  synthesis  of Advances,  UCGE  Report  10003,  Krakiwsky  E.  J.,  1990.  Department    of      Geomatics  Engineering,  The  University  of  Calgary,  Alberta,  Canada. 

30. Modeling inertial sensors errors using Allan variance, Hou H., 2004, UCGE Report 20201,.  Department of Geomatics Engineering, The University of Calgary, Alberta, Canada. 

31. ENGO  623  Lecture  Notes:  Inertial  Techniques  and  INS/DGPS  Integration,  N.  El‐Sheimy,  2006,Department of Geomatics Engineering, The University of Calgary, Winter 

32. The development of a low‐cost MEMS IMU/GPS navigation system for land vehicles using 

auxiliary  velocity  updates  in  the  body  frame  ‐  X.  Niu  and  N.  El‐Sheimy,  2005,  Proc.  ION 

GNSS (Long Beach, CA, 13–6 Sept.). 

33. Accuracy  improvement  of  low  cost  INS/GPS  for  land  application,  E‐H  Shin,  2001,  UCGE  Report  No.20156  MSc  Thesis  Department  of  Geomatics  Engineering,  The  University  of  Calgary  

34. A  new  calibration  method  for  strapdown  inertial,  E‐H  Shin  and  N.  El‐Sheimy,  2002navigation systems Z. Vermess. 127 1–10. 

35. Fundamentals  of  High  Accuracy  Inertial  Navigation,  A.  B.  Chatfield,  1997,  American  Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc.). 

36. Micromachined  attitude  measurement  unit  with  application  in  satellite  TV  antenna 

stabilization,  Niu X., 2002,   PhD Dissertation,   Department of  Precision Instruments and 

Machinery, Tsinghua University  37. The development of a low‐cost MEMS IMU/GPS navigation system for land vehicles using  auxiliary velocity updates in the body frame, Niu X and N. El‐Sheimy, 2005, Proc. ION GNSS  2005 (Long Beach, CA, 13–6 Sept.).     

133 Bibliografia da siti web 

1. http://www.xsens.com  sito della Xsens Motion Technology, ditta che ha messo a punto un  sistema di rilevamento dei movimenti del corpo umano utilizzando sensori MEMS; 

2. www.xbow.com  sito  della  casa  produttrice  del  Crossbow,  strumentazione  inerziale  abbastanza diffusa   3. http://www.globalspec.com/     sito su cataloghi di prodotti di sensori di tutti i tipi e delle  maggiori case costruttrici mondiali;  4. http://www.analog.com/en/prod/0,2877,ADIS16355,00.html   sito sull’ADIS16355, 16350 e  16400;  5. http://mgrewal.ecs.fullerton.edu         sito su materiale didattico sui sistemi INS/GPS;  6. http://microboticsinc.com/ins_gps.html    sito  della  Microotic  ditta  che  commercializza  un 

sistema INS/GPS;  7. http://www.americangnc.com/products/AHRS_INS_GPS_spec.htm  sito di ditta produttrice  di sistemi INS/GPS;  8. http://www.spirentfederal.com/analysis/technology.cfm?media=7&WS=334&SS=240&D=1 0  sito della Spirent Communication ditta produttrice di sistemi GPS e INS;  9. http://www.memsnet.org/mems/   sito che tratta specificatamente dei sensori mems;  10. http://www.memsnet.org/mems/processes/deposition.html      sito  che  tratta 

specificatamente dei sensori mems; 

11. http://www.sensorsmag.com/articles/0203/14/        sito  dove  vengono  riportate  novità,  recensioni e pubblicazioni su nuovi modelli di sensori, in particolare mems;  12. www.nsd.es.northropgrumman.com  sito di un’importante società (la Northrop Grumman  che produce sistemi integrati INS/GPS per applicazioni militari e civili prevalentemente con  giroscopi a fibra ottica;                 

134                                                                    

135 CAP.5 – IL SISTEMA GPS 

  5.1 – INTRODUZIONE 

Le  applicazioni  del  GPS  e  delle  tecniche  satellitari  analoghe  (GLONASS),  possono  essere  raggruppate  in  due  principali  categorie:  le  applicazioni  di  tipo  navigazionale  (determinazioni  di  posizione effettuate in tempo reale, per la guida o il controllo di mezzi in movimento, o problemi  simili)  e  quelle  di  tipo  propriamente  geodetico‐topografico  (tra  le  quali  possono  essere  inclusi  anche i posizionamenti finalizzati alla definizione o aggiornamento di GIS). 

Le applicazioni navigazionali del GPS utilizzano quasi esclusivamente la osservabile codice, ovvero  il codice numerico trasmesso, con tecniche di modulazione, nel segnale dei satelliti GPS. 

Mediante  il  codice  è  possibile  effettuare  posizionamenti  assoluti  (point  positioning)  di  punti  nel  sistema  geodetico  globale  WGS  84  utilizzando  un  solo  ricevitore,  con  una  precisione  che  per  l'utenza civile è attualmente limitata a circa  ± 10 metri in planimetria e  ± 15 metri circa in quota.   E' anche possibile, utilizzando due o più ricevitori, eseguire posizionamenti relativi tridimensionali  (planimetrici e altimetrici) rispetto a punti noti. Nel posizionamento relativo per mezzo del codice  l'approssimazione  diviene  dell'ordine  di    ±  1  metro  (o  poco  più)  e  permette  di  effettuare  una  navigazione di precisione in tempo reale se i ricevitori sono collegati tra loro (via radio modem o  GSM). Questa precisione dell'ordine del metro può essere utilizzata anche nel settore topografico,  limitatamente  ad  applicazioni  di  modesta  precisione,  quali  la  realizzazione  di  alcuni  tipi  di  GIS  o  carte tematiche, o l'aggiornamento di cartografia a piccola scala. 

Negli  impieghi  geodetico‐topografici  si  utilizza  prevalentemente  la  osservabile  fase  dell'onda  portante  del  segnale  GPS,  nelle  sue  diverse  possibili  "varianti"  (singola  o  doppia  frequenza,  combinazioni lineari varie, ecc.). Attraverso l'elaborazione delle misure di fase è possibile ottenere  posizionamenti  relativi,  sempre  tridimensionali,  con  precisione  di  ordine  centimetrico  o  subcentimetrico, quindi paragonabile o superiore a quella ottenibile con le tecniche topografiche  classiche. 

 

Documenti correlati