Sensör Füzyonu Nedir?

Sensörlerin birleştirilmesiyle oluşturulan sensör füzyonu ile elde edilen veriler, algoritma, filtre ve yapay zeka ile değerlendirilir. Robotik, otomasyon, tıp ve endüstriyel alanlarda sensör füzyonu sıkça kullanılmaktadır.

A- A+

21.02.2017 tarihli yazı 26031 kez okunmuştur.

Elektronik ve yarıiletken tasarımlarında artan gelişmeler ve üretimde azalan maliyetler, elektronik malzemelerin çeşitlenmesini sağlamıştır. Elektronik cihazların dışarıdan veri almasına yardımcı olan sensörler bu çeşitlilik içinde bir adım çıkıyor. Her uygulama için geliştirilen sensör çeşitleri ile uygulamalarda sıcaklık, renk, eğim, ivme vb. ölçümler yapılmaktadır. Askeri, endüstriyel ve eğitim amaçlı pek çok uygulamada sensör verileri kullanılmaktadır. Bu verilerin elde edilmesinde çoklu sensör grupları kullanılarak, tek bir sensörden elde edilecek verilerden daha doğru bir çalışma yapılmış olur. Sensörler birleştirilerek oluşturulan sensör füzyonu ile elde edilen veriler algoritma, filtre ve yapay zeka ile değerlendirilir. Sensör füzyonu ile sensörlerden elde edilen verilerin karşılaştırması yapılarak en doğru şekilde değerlendirilmeler yapılır.

Sensör füzyonu, askeri alanlarda önemli rol oynamaktadır. Sensörlerden gelen veriler, veri füzyonu şeklinde veri tabanına kaydedilerek savaş düzenini koordine etmede kullanılır. İHA, askeri taşımacılık, hedef tanımlama vb. askeri uygulamalar sensör ve veri füzyonunun önemli olduğu birkaç örnektir. Robotik, otomasyon, tıp ve endüstriyel alanlarda sensör füzyonu sıkça kullanılmaktadır.

Kalman Filtresi

Kalman filtresi sensörden alınan verilerin birleştirilerek değerlendirilmesinde kullanılır. Dinamik bir sistemde, sistemde mevcut olan veriler ve giriş-çıkış verileri ile durum tahmini yapan bir filtredir. Kalman filtresi, sistem içinde ölçülemeyen verilerin tahmin edilmesinde kullanılır. Gerçek zamanlı uygulamalarda sistem verileri üretmek için matematiksel olarak sensör verileri birleştirilir. Matematiksel tahminlere dayanarak sistemi optimize eder. Kalman filtresi pekçok uygulamada kullanılmaktadır. Navigasyon, araç kontrolü, uydu teknolojileri ve uçak sistemleri bu uygulamalara örnektir.

Kalman filtresi iki aşamalı bir algoritmadır. Tahmin aşamasında kalman filtresi mevcut durum değişkenlerinin tahminlerini belirsizlikler ile birlikte üretir. Sonuç aşamasında ise gürültünün etkisi de hesaba katılarak kesin tahminlere göre ortalama alınır. Gerçek zamanlı olarak giriş verileri, bir sonrakidurum tahmini ve belirsizlik matrisi kullanılır.

►İlginizi Çekebilir: Ultrasonik Sensör Nasıl Çalışır?

PID Filtresi

Basit robotik uygulamalarda sıkça kullanılan bir filtrelemedir. Üç sabit değer ile işlemler yapılır. Mevcut değişim bir zaman aralığında incelenir. Bu parametreler “P” oransal (mevcut hata), “İ” integral (geçmiş hataların toplamı), “D” türev (hataların tahmini) şeklindedir. Mikrodenetleyiciler ile PID kontrolü sağlanmaktadır. Doğrusal sistemlerde kolaylıkla kullanılmaktadır. Kapalı döngü sistemde çıkıştan geri besleme alınarak giriş değeri ile karşılaştırılarak elde edilen farkın (hata değeri) değerine göre çıkış sinyali üretilerek sistem kontrolü yapılır.

Bir drone üzerinden sensörlerin güçlü ve zayıf yönler incelenirse;

1) GPS

GPS, konum belirlemede kullanılan en sık sistemdir. Uydular ile yapılan haberleşme ile konum belirlemesi yapılır. GPS’in en hassas konusu doğruluktur. Konum hesaplaması, uydudan gönderilen sinyalin süresi, alıcının aldığı süre karşılaştırılarak hesaplanır. Havada iken uçuş hızına göre sapmalar ve gürültü artmaktadır. Hava koşulları bu sapmaları etkileyen en önemli faktördür. Konum belirlemesi santimetreden metrelere göre sapma yapabilmektedir. Tek başına bir GPS, drone’u idare etmek için yeterli değildir. Doğru bir konumda ilerlemek için ek bir sensör verisine ihtiyaç olacaktır.

GPS sensörü

►İlginizi Çekebilir: Renk Sensörü Nedir? Nasıl Çalışır?

2) Ultrasonik

Sinyaller her yüzeyden aynı şekilde ilerleyemez ve absorbe olur. Ultrasonik sensörler sinyalleri özellikle koyu renkli cisimlerde ve su üzerinde emilir. Özdeş sensörler kullanılması yankılanma ile karışıklığa neden olacaktır. Tek bir sensör kullanarak yapılacak şifreleme karmaşıklığı artırmaktadır. Drone üzerine yerleştirilecek kısımlar doğru seçilmelidir. Aksi halde yanlış yer seçimi hesaplamaları etkileyecektir.

3) Jiroskop

Jiroskop, MEMS olarak adlandırılan sistemde çipin iç yüzeyi oyularak çatallar oluşturulmuştur. Jiroskoplar, drone’ların denge ve havadaki seviye kontrolünde önemli rol oynamaktadır. Her hareketten etkilenmeden yanlış ölçümler yapılmamış olur. Jiroskoplar hızlı, doğru ve güvenilirdir. Uydulara bağlantıya gerek yoktur.

Jiroskop yapısı

►İlginizi Çekebilir: Jireskop Sensörü Nedir? Nasıl Çalışır?

4) Manyetometre

Manyetometre ile manyetik kuzey ölçümü yapılması yön tayini için önemlidir. Manyetometreler çevresel etkilerden gürültüye maruz kalabilir. Genellikle GPS ile eşleştirilerek kullanılır. Zayıf noktalar tamamlanarak konum tayini yapılmaktadır.

Kaynak:

►allaboutcircuits
►www.hho.edu.tr