13 November 2013

kisah tengah malam: secuplik inertial navigation system

halo hola! mari sedikit bicara serius (lagi) hehe. mumpung besok kelas baru mulai siang dan entah kenapa setiap fenomena tersebut terjadi (masuk siang) gw jadi susah tidur malemnya, daripada bermuram durja, lebih baik berbagi ilmu #hasek

jadiii hari ini kita akan bicara tentang inertial navigation system! jejenggg..

PERINGATAN: yang ga punya latar belakang geodesi, mungkin agak susah ngerti tulisan ini, tapi iseng" baca ajah resiko ditanggung masing", lagian tulisan ini juga masih cemen kok, ahahahakkk.

apakah inertial navigation system itu?? sesuatu yang kalo disingkat jadi INS ini adalah suatu sistem yang bisa memberikan kita posisi dan kecepatan dari suatu bidang menggunakan sensor. di dalam INS ini ada yang namanya IMU, atau inertial measurement unit, yang memanfaatkan 3 accelerometer dan 3 gyrocompass sebagai penerima sensornya.

dari segala kuliah mengenai INS yang baru saja berakhir ini, dapat gw simpulkan bahwa, fungsi INS ini adalah: sebagai pelengkap data ukuran GNSS! (iya GNSS, GPS itu 'merk' punya amerika, mari biasakan ngomong 'GNSS' walau si prof juga suka salah sebut terus bete sendiri #henaoonnn) perbedaan mendasar dari GNSS dan INS adalah, data dari GNSS itu akurat, tapi ga presisi, sementara data INS itu presisi, tapi ga akurat. nahhhh untuk mendapatkan data yang akurat dan presisi, di-inject-lah data pengukuran INS ke pengukuran GNSS. intinya kurang lebih begitu.

buat yang lupa, ato ngga tau apa bedanya akurasi sama presisi heheu (gambar dari: sini)

kenapa butuh INS? INS ini biasa digunakan untuk pengukuran yang bersifat 'mobile' alias bergerak alias untuk kebutuhan navigasi. kenapa? karena ujung"nya si INS ini akan memberikan kita data posisi dengan ketelitian attitude alias roll-pitch-yaw, jadi ketahuan, instrumen yang ter-install di moda transportasi kita (mobil, kapal, dsb.) itu lagi mencong ke arah mana aja saat pengukuran terjadi.

instrument attitudes, alias roll-pitch-yaw (gambar dari: sini)

untuk memahami fungsi dari INS, kita juga mesti ngerti yang namanya sistem koordinat serta transformasinya. INS ini melakukan pengukuran dengan anggapan bahwa bumi itu 'diam,' padahal bumi kan selalu berotasi. nah, terjadilah transformasi dari 'sistem koordinat instrumen' menjadi 'sistem koordinat navigasi,' basic-nya kira" mirip" lah sama segala orientasi yang dilakukan dalam fotogrametri, tapi ga akan gw bahas di sini karena cukup panjang. nah, hal terpenting sebelum pengukuran INS ini dilakukan adalah, kita harus mengeksekusi sesuatu yang berjudul 'alignment.'

alignment ini dilakukan untuk memastikan bahwa saat INS berada pada posisi 'diam' atau 'nyaris diam,' rollpitch, dan yaw-nya sudah bernilai mendekati nol. seperti yang tadi disebutkan, di INS itu ada 3 accelerometer dan 3 gyrocompass. karena INS ini sedang dalam posisi 'diam,' satu"nya data percepatan yang terukur pada accelerometer adalah data gravitasi, sementara data rollpitch, dan yaw ketiganya terukur oleh gyrocompass.

menariknya, data yaw ini sensitif sekali terhadap perubahan lintang. ada hitungan"nya, tapi prinsipnya adalah, ketika kita salah memasukkan data lintang dari posisi INS 'diam' tersebut, kita akan menambahkan nilai kesalahan pada ukuran yaw. kenapa begitu? karena gyrocompass ini harus selalu mencari arah 'utara sebenarnya' secepat mungkin setiap kali inisiasi. ketika ada kesalahan sedikit aja dari posisi lintangnya, akan ada kesalahan arah utara juga. kok begitu? yah, yaw itu kan sebenarnya adalah sudut yang terbentuk kalo kita putar suatu instrumen pada sumbu Z-nya, bisa dikatakan, yaw ini mirip" lah sama yang namanya heading/azimuth. nah, bayangin kita ngukur di lintang 0 derajat, tapi kita masukinnya 2 derajat, pasti ada kesalahan 'azimuth' yang terukur oleh si gyro, karena, kembali lagi ke permasalahan utama, bahwa bumi ini tidak datar.

selisih antara roll-pitch-yaw terukur dengan yang sudah tertransformasi terhadap perubahan lintang. gimana cara bacanya? contohnya: kita mestinya masukin lintangnya itu  48.390834 derajat, kita malah masukin 38.390834 derajat, alias meleset 10 derajat ke selatan. kita akan dapat nilai kesalahan yaw sebesar sekitar [10 derajat * 0.005 (dari bacaan di grafik) = 0.05] derajat secant lattitude error. sementara untuk roll dan pitch, mereka baik" saja di mana pun mereka ditempatkan, hehe (Alodia et al., 2013) 

selain bicara tentang pengaruh perubahan lintang terhadap pengukuran yaw, yang gw pelajari lagi adalah, kalau kita memperhitungkan kesalahan (error) yang didapat ketika melakukan pengukuran, lagi", si yaw yang paling banyak kena pengaruh. kenapa lagi coba? yah, gara" si lintang tadi!

untuk ukuran dari acceleromenter, puji Tuhan, kesalahannya hanya sedikit, baik di roll, pitch, maupun yaw. tapi yang dari gyrocompass, beuh. kesalahan yang terjadi di yaw jauuuuh lebih besar di banding pada kawan" lainnya!

total kesalahan bias dan random noise di masing" attitude: roll, pitch, dan yaw. bisa dilihat range error pada pitch dan roll jauhhh lebih kecil dibanding range error-nya yaw. dalam data percobaan ini, pengukuran ceritanya dilaksanakan selama 5 menit alias 300 detik (Alodia et al., 2013)

jadi kesimpulannya apa?

kesimpulannya, kalau kita mau melakukan pengukuran dengan INS, pastikan bahwa LINTANGNYA BENAR. karena ini satu"nya cara untuk menjaga bahwa nilai yaw yang terbaca itu mendekati 'benar,' karena sulit bagi kita untuk meminimalisir error (terutama noise, yang sifatnya acak). gimana caranya biar lintangnya benar? pengukuran GNSS-nya mesti bagus! gimana caranya biar pengukuran GNSS-nya bagus? gw belum belajar sampe sana, tapi mungkin ada yang bisa bantu? terutama kaka" geng KK GD alias kelompok keilmuan geodesi aheeeyyy..

sekian dan selamat malamm..

REFERENSI
Christensen, R. & Fogh, N. 2008. Inertial Navigation System. Denmark: Aalborg University.
IXSEA. 2004. User Guide: Octans Subsea Models 1000, 3000, and 3000Ti. France: IXSEA.
Seube, N. 2012. Inertial Navigation and Optimal Estimation. Brest: ENSTA Bretagne.
Walchko, K. J., Nechyba, M. C., Schwartz, E. & Arroyo, A. 2003. Embedded Low Cost Inertial Navigation System. Florida: Florida Conference on Recent Advances in Robotic.

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Template developed by Confluent Forms LLC