İnsansız hava araçlarında manyetometre kalibrasyon parametrelerinin gerçek zamanlı kestirimi
Real-time estimation of magnetometer calibration parameters in unmanned autonomous vehicle
Yazar: BEDREDDİN KARAKUŞ
Danışman: DOÇ. DR. KENAN REFAH KUTLU ; PROF. DR. HAKAN TEMELTAŞ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Sistem Dinamiği ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering ; Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies

Özet:
Yardımcı navigasyon sistemlerinde sıklıkla kullanılan sensörlerden olan manyetometreler bulundukları yerdeki manyetik alanı ölçerler. İHA'ların navigasyonunda yardımcı navigasyon sistemi olarak kullanılan INS için referans sağlaması amacıyla kullanılan üç eksenli manyetometreler dünyanın manyetik alanını ölçme kabiliyetine sahiptir. Bu referans değeri coğrafik (gerçek) kutup ile manyetik kutup arasındaki açı olarak tanımlanan manyetik sapmadır değeridir.  Manyetik sapma açısı manyetometre sonuçlarının yatay bileşenlerinde hesaplanabilir ve uzun süreli çalışma durumunda kümülatif olarak büyüyen hataların giderilmesinde INS tarafından kullanılır. Bu tezin ana konusu uçuş süresince  İHA'nın bulunduğu pozisyondaki lokal (gerçek) manyetik alan bileşenleri kullanılarak gerçek zamanlı manyetometre kalibrasyon parametrelerinin gerçek zamanlı  kestirimidir. Geliştirilen bu yöntem sayesinde bozunuma uğramış olarak alınan manyetometre ölçümleri olasılıksal yaklaşıma dayalı model kullanılarak düzeltilmektedir. Geliştirilen yöntemin başarısını karşılaştırmak için en küçük kareler yaklaşımına dayalı olarak türetilmiş çevrimdışı bir yöntem geliştirilmiştir. Literatürde kalibrasyon yöntemlerinden biri olarak kabul edilen çeşitli matematiksel altyapıya dayalı çeşitli tipleri de olan öz değer ve öz vektör ayrıştırmalı merkezleme algoritmasına dayanan elipsoid uydurma yöntemi açıklamaları ve anlatımı tezde yer almaktadır. Bu metodun çalışması için ihtiyacı olan çok farklı yönelimlere göre elde edilen  datalar uçuş manevralarından  yeterince sağlanamadığı için algoritma her zaman kullanılmaya uygun değildir. Bu yüzden geliştirilen elipsoid uydurma yöntemi gerçek zamanlı kalibrasyon yönteminin sonuçları ile karşılaştrılması için kullanılmamıştır.

Abstract:
One of the most commonly used sensors in navaid systems  are  magnetometers which sense the magnetic field where they have been. Three axis magnetometers with the ability to measure the Earth's magnetic field are used in UAVs navigations  due to provide reference for INS as a navaid system.  This reference value that is called magnetic variation defined as a angle of between Geographic(true) North and Magnetic North. The deviation(variation) angle can calculated by using  horizontal components of the magnetometer results and is used by INS in order to eliminate cumulative growing errors  in long term operation. Main subject of this thesis is estimation of magnetometer calibration parameters in real time via finding the local(real) magnetic filed components  in the position where the UAV during flight. Thanks to the method being developed inaccuracy magnetometer's measurements are corrected 	using the model based on probabilistic approach. To compare success of  the developed  method an offline method is built based on LS algorithm. In the literature accepted as one of the offline calibration algorithms is called ellipsoid fitting which also has different types depends on  various mathematical backgrounds is  demonstrated  based on eigendecomposition centered algorithm in this thesis.  This method is not always suitable for use because the data obtained according to the very different orientations needed for the operation of the algorithm are not sufficiently provided from the flight maneuvers.  So, results of developed ellipsoid fitting is not use for comparison with results of real time calibration method.