Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Impact of Time Synchronization Accuracy in Integrated Navigation Systems
KTH, School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS).
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

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.

Abstract [sv]

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.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 101
Series
TRITA-EECS-EX ; 2019:592
Keywords [en]
Real-Time Solution, Time Synchronization, Integrated Navigation System, Global Navigation Satellite System, Inertial Measurement Unit
Keywords [sv]
Realtidslösning, tidssynkronisering, integrerat navigationssystem, globalt satellitbaserat navigationssystem, tröghetsmätningsenhet
National Category
Computer and Information Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-260239OAI: oai:DiVA.org:kth-260239DiVA, id: diva2:1354856
External cooperation
Waysure Sweden AB
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-09-26 Created: 2019-09-26 Last updated: 2019-09-26Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(20975 kB)21 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 20975 kBChecksum SHA-512
cf9f678c039cd7f67a147ab23292b9177fb2ce8b2df9d88c67e7a596fd1ce20485268b0d4c8fdf87a78878633e7752d036e75c611f150a101d45defb72115512
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS)
Computer and Information Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 21 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 112 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf