A Digital Integrated Inertial Navigation System For Aerial Vehicles. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (MS Thesis) A_Digital_IINS_for_Aerial_Vehicles.pdf Download (2MB) | Preview

Arabic Abstract

ملخص الرسالة الاسم الكامل: محمد إعجاز عنوان الرسالة: نظام رقمي متكامل لملاحة المركبات الجوية بالقصور الذاتي التخصص: هندسة الحاسب الآلي تاريخ الدرجة العلمية: مايو 2015 تزود المركبات الجوية الحديثة عادة بنظام ملاحة بالقصور الذاتي (INS) والذي يستعمل لتتبع توجه ، وسرعة ، و موقع المركبة الجوية. و يقوم ال INS بحساب سرعة المركبة الهوائية و موقعها الحالي باستخدام حسابات مركبة تعتمد على قياسات من أجهزة استشعار معينة (مثل أجهزة قياس التسارع و الجيروسكوبات ) جنبا إلى جنب مع معرفة موقع البدء و سرعة البداية. وتستخدم نظم INS والتي تعتمد فقط على أجهزة قياس التسارع المحاور الثلاثة لوضع أجهزة قياس التسارع عليها و إجراء عدد من العمليات الحسابية المركبة على القياسات القادمة من المحاور الثلاثة. في هذا البحث قمنا بتصميم أحد هذه ال INS كدائرة متكاملة عالية الكثافة للقيام بإجراء الحسابات المطلوبة لخدمة هذا التطبيق الخاص. كما قمنا هنا بتوفير وشرح هيكلية هذا التصميم وتفاصيله. وفي هذا التصميم تم استخدام خليط من تقنيات ال pipeline وال iterative ليمكن الإستفادة منه في حالات المركبات الجوية فائقة السرعة مثل المكوكات والصواريخ الفضائية. وقد تم تطوير نموذج عمل VHDL لهذا النظام جنبا إلى جنب وإجراء الإختبارات اللازمة له. علاوة على ذلك فقد تم توليف نموذج VHDL باستخدام Encounter® RTL بتقنية 90 نانومتر مع مكتبة الخلايا القياسية الرقمية. وقد تم إجراء تقييم كامل لتوليفة هذا النموذج من حيث السرعة، والعطلة ، و المساحة المتوقعة لأحجام مختلفة من مدخلات النظام. وأظهرت النتائج أن معالج ال INS المقترح يمكنه العمل بسرعة 1 غيغا هيرتز مع عطلة (مدخلات إلى مخرجات) 54 دورة (clock cycles) وبمساحة قدرها (492,962 μ^(2 )) في حالة استخدام 16 بت كحجم للمدخلات.

English Abstract

ABSTRACT Full Name : Muhammad Ijaz Thesis Title : A Digital Integrated Inertial Navigation System For Aerial Vehicles Major Field : Computer Engineering Date of Degree : May, 2015 Recent aerial vehicles are typically equipped with an Inertial Navigation System (INS) which is used to keep track of orientation, velocity and position of the aerial vehicle. The INS uses measurements from sensors (like accelerometers and gyroscopes) together with the knowledge of initial position and velocity to compute the current position and velocity of the vehicle. An all-accelerometer based INS uses only tri-axial accelerometers as sensors and involves complex computations. In this work, an all-accelerometer based INS has been designed as a dedicated Application Specific Integrated Circuit (ASIC) hardware to perform these complicated computations. The architecture, and design details of the proposed ASIC for INS have been provided. This hardware has been designed using a combination of pipeline and iterative approaches to make it suitable for the guidance of high speed aerial vehicles (e.g. space shuttles and missiles) while having the minimum possible area. A working parameterized VHDL model of this system together with its test bench have been developed. Further, the VHDL model has been synthesized using CADENCE Encounter® RTL compiler with 90 nm Digital Standard Cell library. A full evaluation of the expected speed, latency, and area requirements for different size input operands is performed. Synthesis results show that the proposed INS processor can operate at 1 GHz frequency with input-to-output latency of 54 clock cycles and an area of 492,962 μ^(2 ) for 16 bit input operands.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Computer Systems Engineering
Department:	College of Computing and Mathematics > Computer Engineering
Committee Advisor:	Amin, Alaaeldin Abdul Monem
Committee Members:	El-Shafei, Moustafa and Mahmoud, Muhammad
Depositing User:	MUHAMMAD M. IJAZ (g201205400)
Date Deposited:	10 Jun 2015 12:00
Last Modified:	01 Nov 2019 15:46
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139636