Kalman Filter Implementation on Field-programmable Gate Array for Navigation Applications of Unmanned Aerial Vehicles

Authors : Metin Mert DENİZ, Ufuk SAKARYA

Pages : 152-156

Doi:10.31590/ejosat.992118

View : 63 | Download : 13

Publication Date : 2021-11-30

Article Type : Research Paper

Abstract :Son yıllarda insansız hava aracı (İHA) uygulamaları, malzeme taşıma veya izleme görevleri amacıyla çeşitli imalat alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu durum İHA'ların yerinin doğru tahmin edilmesinin önemini arttırmıştır. Bu makale, İHA'ların konumlarının doğru bir şekilde konumlandırılması/tespit edilmesi için donanım tabanlı Kalman Filtresi uygulamasını sunmaktadır. İHA’ların yüksek performans ve kompakt form faktörünü korumak için, Alanda Programlanabilir Kapı Dizisi (FPGA) donanım kaynağı olarak kullanılmıştır. Bununla birlikte, Kalman Filtre algoritması çok sayıda matris hesaplamasına ihtiyaç duyar. Matris hesaplamalarının donanımda tipik uygulaması karmaşıktır ve geleneksel yazılım tabanlı yaklaşımlardan daha fazla çaba gerektirir. Kalman kazanç formülündeki matris ters çevirme hesaplaması, Kalman Filtre algoritmasındaki en zor matris hesaplamalarından biridir ve donanım uygulamasını basitleştirmek için bir matris ters çevirme yöntemi olarak Chebyshev tipi ters çevirme metodu kullanılmıştır. Önerilen yöntem, aynı senaryoya dayalı olarak hem Matlab hem de Vivado üzerinde simülasyonu yapılmıştır ve Kalman Filtresi ve Chebyshev algoritmasının sayısal sonuçları bu iki simülasyon platformu arasında karşılaştırılmıştır. Deneysel sonuçlara göre, önerilen çözüm, İHA'lara yönelik Kalman Filtre uygulaması için FPGA üzerinden kompakt ve yüksek performanslı bağımsız bir çözüm sunmaktadır.
Keywords : İnsansız Hava Aracı, Kalman Filtresi, Chebyshev Matris Tersi Alma, Sahada Programlanabilir Kapı Dizisi, Navigasyon Uygulaması, Otonom Sistemler

ORIGINAL ARTICLE URL