SISTEM NAVIGASI UAV BERBASIS SENSOR INERSIA DENGAN KALMAN FILTER

LASMADI, Dr. Eng. Adha Imam Cahyadi, S.T., M.Eng.; Dr. Ir. Risanuri Hidayat, M.Sc.

2017 | Tesis | S2 Teknik Elektro

Sistem navigasi mengambil peran yang penting pada UAV-quadrotor. Untuk dapat bergerak secara otonom di suatu daerah, sebuah quadrotor harus memiliki kemampuan untuk menentukan posisinya sendiri dan mencapai lokasi tujuan yang diinginkan. Penggunaan GPS dalam sistem navigasi UAV (Unmanned Aerial Vehicles) dapat memberikan pengukuran posisi yang akurat namun memiliki keterbatasan dalam lingkungan tertentu yang menyebabkan terputusnya sinyal. Salah satu metode yang dapat digunakan untuk sistem navigasi UAV adalah Inertial Navigation Systems (INS) berbasis sensor IMU (Inertial Measurement Unit). Kelemahan metode INS adalah akurasi yang rendah disebabkan derau dan galat bias dan drift pada sensor IMU. Penelitian ini bertujuan mengembangkan akselerometer dan giroskop untuk sistem navigasi quadrotor dengan Kalman Filter dan kompensasi bias dan zero velocity correction (ZVC). Sensor akselerometer digunakan untuk mendapatkan data posisi dan kecepatan dengan cara integrasi. Sedangkan sensor giroskop digunakan untuk mendapatkan data orientasi. Kalman Filter dirancang untuk mengurangi derau pada sensor sedangkan kompensator bias dan ZVC dirancang untuk menghilangkan bias dan drift pada data sensor serta mendeteksi keadaan diam quadrotor. Hasil pengujian menunjukkan bahwa Kalman Filter yang dirancang mampu mengurangi derau pada data sensor. Kemudian, kompensator bias yang dirancang dapat menghilangkan bias akibat gaya gravitasi pada data sensor sedangkan ZVC dapat mengurangi efek drift akibat integrasi dan dapat mendeteksi keadaan diam. Pada saat pengujian, sistem yang dirancang dapat memberikan akurasi diatas 80% saat dilakukan pengujian di dalam ruangan.

The navigation systems take an important role in the UAV-quadrotor. To be able to move autonomously in the specific area, a quadrotor must have the ability to determine its own position and reach the desired destination. The use of GPS in the UAV navigation system can provide the accurate position measurement but it has limitations in the certain environment that led to the signal noisy or even unavailable. One method that can be used for UAV navigation system is the Inertial Navigation Systems (INS) based on the IMU (Inertial Measurement Unit) sensor. The disadvantage in the INS is a low accuracy due to the noise, bias, and drift error in the IMU sensor. This research aims to develop the accelerometer and the gyroscope sensor for quadrotor navigation system with Kalman Filter and bias compensation and Zero Velocity Compensator (ZVC). The accelerometer sensor is used to obtain the position data and speed data by means of integration while the gyro sensor is used to obtain the orientation data. Kalman Filter is designed to reduce the noise on the sensor while the bias compensator and the ZVC are designed to eliminate the bias and drift in the sensor data and detect the static condition of the quadrotor. The test results showed that the Kalman Filter that designed acceptable to reduced the noise on the sensor data. Then, the bias compensator is able to eliminate the bias due to the force of gravity on the sensor data while ZVC is able to reduce the effect of drift due to integration and can detect the static condition. At the time of the test, the system is able to provide accuracy above 80% when tested indoor.

Kata Kunci : Kalman-Filter, sensor-IMU, navigasi, quadrotor, zero velocity compensator (ZVC)/Kalman-Filter, IMU, navigation, quadrotor, zero velocity compensator (ZVC)