BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

TRẦN TRUNG CHUYÊN

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TÍCH HỢP HỆ THỐNG
GNSS/INS TRÊN THIẾT BỊ THÔNG MINH
ỨNG DỤNG TRONG TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

TRẦN TRUNG CHUYÊN

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TÍCH HỢP HỆ THỐNG
GNSS/INS TRÊN THIẾT BỊ THÔNG MINH
ỨNG DỤNG TRONG TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Ngành: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ
Mã số: 9520503

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS. TS. Nguyễn Trường Xuân

thành nghiên cứu này. Trước hết tôi xin chân thành cảm ơn NGƯT.PGS.TS.
Nguyễn Trường Xuân và TS. Đào Ngọc Long đã trực tiếp tận tình hướng dẫn,
giúp đỡ, luôn sẵn lòng và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình
nghiên cứu. Tôi rất biết ơn PGS.TS. Đỗ Ngọc Đường và PGS.TS. Đặng Nam
Chinh đã giúp tôi có được ý tưởng ban đầu về đề tài nghiên cứu, chia sẻ cho tôi
nhiều kinh nghiệm và hiểu biết. Tôi rất biết ơn PGS.TS. Trần Đình Trí đã luôn
quan tâm và giúp đỡ tôi từ thời gian chuẩn bị cho đến khi hoàn thành luận án.
Xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Trần Xuân Trường, PGS.TS. Trần Vân Anh
và TS. Trần Trung Anh về sự quan tâm sâu sắc, đã chỉ đạo sát sao, tạo điều
kiện giúp đỡ tích cực và chia sẻ nhiều hiểu biết cho các nghiên cứu sinh. Tôi biết
ơn GS.TSKH. Phan Văn Lộc, TS. Trần Thùy Dương đã chia sẻ cho tôi nhiều
hiểu biết liên quan đến nội dung nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn PGS.TS.
Nguyễn Văn Sáng, TS. Đinh Công Hòa, PGS.TS. Nguyễn Quang Phúc, PGS.TS.
Nguyễn Văn Trung, TS. Phạm Quốc Khánh, TS. Nhữ Việt Hà vì sự góp ý rất
chân thành và thẳng thắn, giúp cho luận án của tôi được hoàn thiện tốt hơn. Xin
chân thành cảm ơn GS.TS. Trương Xuân Luận, PGS.TS. Phạm Vọng Thành,


iii

TS. Diêm Công Hoàng, ThS. Nông Thị Oanh về sự giúp đỡ, động viên và hỗ
trợ. Tôi rất biết ơn GS.TS. Bùi Tiến Diệu, làm việc tại University College of
Southeast Norway đã phản hồi, hợp tác và sáng tạo đã đóng góp rất nhiều cho
nghiên cứu của tôi. Nhờ có TS. Nguyễn Thị Mai Dung, TS. Lê Hồng Anh, TS.
Dương Thành Trung mà tôi được thường xuyên hợp tác trong nghiên cứu, trao
đổi thảo luận về các kết quả nghiên cứu của tôi. Tôi rất biết ơn PGS.TS. Trần
Đức Tân, phó trưởng khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ Đại học Quốc gia Hà Nội về những giúp đỡ, thảo luận và giải thích một số kết
quả nghiên cứu của tôi cũng như những hiểu biết sâu sắc mà PGS chia sẻ.
Tôi xin chân thành cảm ơn các nhà nghiên cứu: ThS. Nguyễn Đình Chinh
làm việc tại Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ


Danh mục các ký hiệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii
Danh mục các thuật ngữ và từ viết tắt . . . . . . . . . . . . . . . . . ix
Danh sách bảng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

x

Danh sách hình vẽ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi
Mở đầu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

Tổng quan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

1 Ước lượng sai số cảm biến quán tính của Smartphone . . . . . . 11
1.1 Tóm tắt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2 Giới thiệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3 Mô hình sai số và bù nhiễu cảm biến . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4 Hiệu chuẩn cảm biến quán tính . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.4.1 Giới thiệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.4.2 Kỹ thuật hiệu chuẩn cảm biến sáu vị trí . . . . . . . . . . . . . . 18
1.4.3 Kết luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.5 Phân tích và mô hình hóa dữ liệu cảm biến quán tính . . . . . . . . 26
1.5.1 Giới thiệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.5.2 Phương pháp luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.5.3 Phân tích nhiễu dùng phương sai Allan . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.5.4 Chất lượng ước lượng phương sai Allan . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.5.5 Kết luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.3.2 Các kết quả và thảo luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.4 Ứng dụng trong Trắc địa - Bản đồ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.4.1 Môi trường thực nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88


vi

3.4.2 Khu vực thực nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
3.4.3 Các kết quả và thảo luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Kết luận và kiến nghị . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Một số công trình đã công bố của tác giả . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Bài báo tạp chí khoa học quốc tế SCIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Bài báo tạp chí khoa học trong nước . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Bài báo hội nghị khoa học quốc tế . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Phần mềm ứng dụng di động App Store . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Tài liệu tham khảo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Phụ lục . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

I

Phụ lục A Dữ liệu hiệu chuẩn cảm biến gia tốc . . . . . . . . . . . .

II

Phụ lục B Dữ liệu hiệu chuẩn cảm biến tốc độ góc . . . . . . . . . III
Phụ lục C So sánh các kết quả . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV
Phụ lục D Một số mã nguồn Matlab được phát triển . . . . . . . V
. III
D.1 Mã nguồn mô-đun hiệu chuẩn cảm biến . . . . . . . . . . . . . . . .VIII
D.2 Mã nguồn hàm bù nhiễu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .XIII


viii

Danh mục các thuật ngữ và từ viết tắt
A-GNSS Hệ thống tăng cường GNSS - Assisted GNSS
A-GPS Hệ thống tăng cường GPS - Assisted GPS
Accelerometer Cảm biến gia tốc
AHRS Hệ tham chiếu thế hướng - Attitude and Heading Reference Systems
API Giao diện lập trình - Application Programming Interface
Autonomous Tự chủ động (hay tự trị)
b-frame Hệ tọa độ vật thể
Beidou Hệ thống định vị vệ tinh khu vực độc lập do Trung Quốc điều hành
C6D Kỹ thuật hiệu chuẩn sáu vị trí - phương pháp trực tiếp
C6W Kỹ thuật hiệu chuẩn sáu vị trí - phương pháp có trọng số
C6X Kỹ thuật hiệu chuẩn sáu vị trí - phương pháp đề xuất
ECEF Hệ tọa độ vuông góc không gian địa tâm định vị Trái Đất - EarthCentered, Earth-Fixed
ECI Hệ quy chiếu quán tính Trái Đất - Earth-Centered Inertial
EGNOS Dịch vụ lớp phủ định vị quốc tế Châu Âu - European Geostationary
Navigation Overlay Service
EKF Phép lọc Kalman mở rộng - Extended Kalman Filter
Galileo Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu do Liên minh Châu Âu và các đối
tác phát triển
Gimbal Hệ INS có đế
GLONASS Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu do Nga điều hành


ix

GNSS Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu - Global Navigation Satellite Systems
GPS Hệ thống định vị toàn cầu - Global Positioning System


Tổng hợp các mô hình hiệu chuẩn cảm biến quán tính . . 18

Bảng 1.3.

Đặc tính các nguồn sai số ngẫu nhiên của cảm biến . . . . 32

Bảng 3.1.

Dữ liệu đầu ra của cảm biến tại các vị trí hiệu chuẩn . . . 74

Bảng 3.2.

Các hệ số cảm biến gia tốc (C6D) . . . . . . . . . . . . . . 74

Bảng 3.3.

Các hệ số cảm biến gia tốc (C6W) . . . . . . . . . . . . . . 74

Bảng 3.4.

Các hệ số cảm biến tốc độ góc (C6D) . . . . . . . . . . . . 76

Bảng 3.5.

Các hệ số cảm biến tốc độ góc (C6W) . . . . . . . . . . . 76

Bảng 3.6.

Các hệ số cảm biến gia tốc (C6W phương pháp đề xuất) . 78


Hình 1.4.

Lấy mẫu theo các cluster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Hình 1.5.

Minh họa kết quả phân tích đường cong phương sai Allan 32

Hình 2.1.

Hai hệ tọa độ trực giao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Hình 2.2.

Các trục của hệ ECI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Hình 2.3.

Các trục của hệ ECEF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Hình 2.4.

Các trục của hệ N ED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Hình 2.5.

Các trục của hệ vật thể b . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Hình 2.6.


Hình 2.14.

Sử dụng tín hiệu của bốn vệ tinh để định vị . . . . . . . . 57

Hình 2.15.

Nguyên lý định vị phổ biến các Smartphone (A-GNSS) . 58

Hình 2.16.

Sơ đồ khối bộ lọc định hướng xây dựng IMU . . . . . . . 62

Hình 2.17.

Kiến trúc tổng quát hệ thống tích hợp GNSS/INS trong

54

Smartphone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Hình 2.18.

Kiến trúc tích hợp GNSS/INS điển hình . . . . . . . . . . 65

Hình 2.19.

Kiến trúc cải chính INS vòng lặp mở và vòng lặp đóng . 66


xii


Đường cong Allan của cảm biến tốc độ góc iPhone 6 Plus 80

Hình 3.7.

Đường cong Allan của cảm biến gia tốc iPhone 6 Plus . . 81

Hình 3.8.

IMU của iPhone 6 Plus ở vị trí Zup . . . . . . . . . . . . 83

Hình 3.9.

So sánh lộ trình thử nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

Hình 3.10.

So sánh lộ trình thử nghiệm bị gián đoạn tín hiệu GNSS

Hình 3.11.

Môi trường và các thiết bị tham gia thực nghiệm . . . . . 88

Hình 3.12.

Lộ trình đo và khu vực thực nghiệm . . . . . . . . . . . . 89

Hình 3.13.

Hiệu chuẩn và ghi dữ liệu cảm biến quán tính . . . . . . 90


So sánh sai số vận tốc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV

Hình C.2.

So sánh sai số vị trí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Hình C.3.

So sánh vận tốc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI

Hình C.4.

So sánh vị trí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII

87

II

V


1

Mở đầu
1. Tính cấp thiết của đề tài
Công tác Trắc địa - Bản đồ (TĐBĐ) bao gồm đo đạc và thể hiện thông
tin các đối tượng trên mặt đất làm cơ sở để thể hiện các thông tin khác gắn
với mặt đất. Kể từ những năm 1960 ở Việt Nam, bản đồ đã được thành lập
bằng phương pháp truyền thống bao gồm xây dựng mạng lưới khống chế tọa độ

được cài đặt để thay thế các thiết bị định vị tọa độ chuyên dụng có độ chính
xác tương đương, giúp rút ngắn thời gian, giảm chi phí cấu thành sản phẩm Đo
đạc - Bản đồ. Để đánh giá khả năng ứng dụng của thiết bị thông minh trong
TĐBĐ, NCS cùng cộng sự đã tận dụng phần cứng GNSS được trang bị sẵn để
lập trình phần mềm định vị tọa độ và thu thập dữ liệu thực địa, tính chuyển
tọa độ theo hệ quy chiếu và lưới chiếu bản đồ, đồng thời làm thực nghiệm định
vị xác định tọa độ các điểm, tuyến đường và đánh giá độ chính xác vị trí điểm
thu được bằng iPhone. Kết quả độ chính xác định vị tọa độ của iPhone và máy
GPS cầm tay chuyên dụng là tương đương, công trình khoa học này đã được
NCS và cộng sự công bố trong bài báo tạp chí khoa học quốc tế SCIE và phân
phối 02 ứng dụng trên App Store.
Smartphone đã được ứng dụng thành công trong công tác TĐBĐ đối với
một số công việc cụ thể như: đo cập nhật các đối tượng địa vật, đối tượng đường
giao thông, đối tượng đường địa giới hành chính, đối tượng rừng và đất rừng cho
bản đồ tỷ lệ 1:5.000 hoặc nhỏ hơn, đo diện tích rừng, trữ lượng rừng, tìm kiếm
điểm khống chế trắc địa, tìm kiếm điểm khống chế ảnh. Trên thực tế, phần cứng
định vị GNSS được trang bị sẵn trên Smartphone ở thời điểm 2009 và hiện tại
2017 chưa có sự thay đổi đáng kể về công nghệ nên độ chính xác định vị tọa độ
chưa cao [1, 58]. Vì vậy, phạm vi ứng dụng của Smartphone trong TĐBĐ còn
hạn chế, cần có những nghiên cứu để cải thiện độ chính xác định vị tọa độ của
Smartphone.
Độ chính xác định vị GNSS của Smartphone phụ thuộc vào một số yếu
tố chính như phần cứng định vị GNSS, khả năng thu nhận tín hiệu vệ tinh, kỹ
thuật và giải pháp định vị. Để cải thiện độ chính xác định vị trên Smartphone


3

có thể nâng cấp phần cứng định vị và phần mềm xử lý, kết hợp phần cứng định
vị mở rộng bên ngoài, hay tận dụng các cảm biến quán tính được trang bị sẵn

4

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• Ý nghĩa khoa học

– Bổ sung về lý thuyết định vị tích hợp GNSS/INS trên Smartphone.
– Đưa ra cơ sở khoa học và giải pháp tích hợp GNSS/INS trên Smartphone
ứng dụng trong TĐBĐ.
• Ý nghĩa thực tiễn

– Những công bố khoa học về độ chính xác định vị sử dụng Smartphone
sẽ góp phần giảm chi phí mua sắm thiết bị chuyên dụng có độ chính
xác tương đương.
– Rút ngắn thời gian, giảm chi phí cấu thành sản phẩm Đo đạc - Bản đồ.
– Đã nâng cao được độ chính xác định vị trên Smartphone bằng cách tích
hợp GNSS/INS.
– Mở ra hướng nghiên cứu thực nghiệm bài toán tích hợp GNSS/INS với
chi phí thấp và dễ áp dụng.
– Mở ra khả năng tính toán và chế tạo bộ thu GNSS/INS tại Việt Nam.

5. Các luận điểm bảo vệ và điểm mới của luận án
• Các luận điểm khoa học

– Luận điểm 1: Smartphone hiện tại có trang bị phần cứng GNSS hoàn
toàn có khả năng ứng dụng trong TĐBĐ.
– Luận điểm 2: Ước lượng sai số cảm biến quán tính của Smartphone
là giải pháp phù hợp cho bài toán tích hợp GNSS/INS để nâng cao độ
chính xác định vị tọa độ trên Smartphone.
• Các điểm mới của luận án


Smartphone đang làm thay đổi cuộc sống của hàng triệu người dùng trên
toàn thế giới do có nhiều ứng dụng sáng tạo cho nhiều lĩnh vực đồng thời có thể
thu nhận, lưu trữ, cập nhật và xử lý dữ liệu như một chiếc máy tính cá nhân hay
máy tính xách tay [2]. Do Smartphone có khả năng xử lý dữ liệu và hiệu năng
như một chiếc máy vi tính, đồng thời được trang bị sẵn nhiều cảm biến [22, 25,
27], nên có thể lập trình để tạo ra các ứng dụng, làm cho Smartphone có thêm
tính năng như một thiết bị mới. Việc tạo ra các ứng dụng chuyên ngành trên
Smartphone sẽ giúp tiết kiệm chi phí bởi vì không phải mua một thiết bị chuyên
dụng có độ chính xác tương đương, tạo điều kiện tiếp cận thông tin nhanh hơn
[6]. Nhiều nghiên cứu ứng dụng thành công của Smartphone trong các lĩnh vực
như nông nghiệp [59], địa chất [20], quản lý nước [42], quản lý lưu lượng giao
thông [8], giáo dục môi trường [50], y học [35]. Trong khoa học Trái Đất đã có
một số công trình nghiên cứu sau:
Jones và cộng sự [58], đã tiến hành đánh giá độ chính xác vị trí điểm
mặt bằng của một số Smartphone phổ biến sử dụng Hệ thống tăng cường GPS
- Assisted GPS (A-GPS). Các Smartphone được chọn thử nghiệm là đại diện
của các thế hệ khác nhau. Dữ liệu tọa độ vị trí điểm được thu thập bằng cách
cho các sinh viên tình nguyện sử dụng Smartphone của họ để định vị và so sánh
với các điểm chuẩn được đo bằng phương pháp RTK. Mục tiêu của họ là tạo
ra một kết quả ban đầu về độ chính xác định vị của Smartphone làm cơ sở cho
các nghiên cứu tiếp theo. Kết quả đánh giá độ chính xác cho thấy sai số vị trí
điểm mặt bằng trung bình trên tất cả các loại Smartphone được thử nghiệm
là ±67.47f eet (khoảng ±20m). Sai số trung phương vị trí điểm mặt bằng cho
tất cả các sản phẩm được thử nghiệm sử dụng hệ điều hành iOS (iPhone 4) là

±44.79f eet (khoảng ±14m), trong khi sai số trung phương vị trí điểm mặt bằng

cho tất cả các sản phẩm được thử nghiệm sử dụng hệ điều hành Android là
±207.25f eet (khoảng ±63m).


nhiễu như: khu đô thị, khu rừng,. . . đã làm cho việc định vị dẫn đường bằng
GNSS không được liên tục và ảnh hưởng đến độ chính xác. Để giải giải quyết vấn
đề trên, việc nghiên cứu tích hợp GNSS/INS đã được thực hiện thành công và
tương đối hoàn thiện cho một số lĩnh vực trên các sản phẩm thương mại chuyên


8

dụng [43], và GNSS/INS tích hợp vào bộ thu LiDAR [14], hệ thống thành lập
bản đồ di động [7], cải thiện độ chính xác của các thông số định hướng thu được
trong thời gian mất tín hiệu GPS sử dụng các phương pháp khác nhau [56],
triển khai tích hợp GPS/INS trên phần cứng PC-box thời gian thực [54], nâng
cao độ chính xác hệ thống dẫn đường tích hợp GNSS/INS, mô hình hóa dữ liệu
cảm biến quán tính. Grewal và cộng sự cũng đã tái bản lần thứ 3 cuốn sách nói
về GNSS, INS và tích hợp [41], cuốn sách cung cấp kiến thức cả về lý thuyết
và thực tiễn các hệ thống GNSS, INS và bộ lọc Kalman cùng các mô hình tích
hợp của chúng. Trong cuốn sách này, các tác giả đề cập đến những thuộc tính
lý thuyết quan trọng thường bị bỏ qua trong quá trình xử lý giúp giải quyết
vấn đề thực tiễn một cách hiệu quả. Groves [15], xuất bản cuốn sách giới thiệu
về các hệ thống định vị và hệ thống định vị tích hợp, mô tả các nguyên lý hoạt
động của vệ tinh, quán tính, và nhiều công nghệ định vị khác, cả về chất lượng
lẫn toán học, cung cấp chi tiết về định vị tích hợp.
Khả năng tích hợp GNSS/INS trên Smartphone là hoàn toàn khả thi khi
mà các Smartphone đã được trang bị các cảm biến quán tính [22, 27]. Vấn đề
tích hợp GNSS/INS cho Smartphone mới được xem xét trong vài năm lại đây,
một số công trình khoa học tiêu biểu sẽ được tóm tắt sau đây:
Schindhelm và cộng sự [29], đã nghiên cứu khả năng sử dụng iPhone cho
hệ thống dẫn đường quán tính, nghiên cứu này khảo sát quỹ đạo di chuyển của
iPhone quanh một vòng tròn 1 mét. Kết quả là, có sự cải thiện độ chính xác
khi áp dụng bộ lọc. Tuy nhiên, các thử nghiệm đã cho thấy ngay cả với việc sử

đưa vào nhiều hơn các thông tin hỗ trợ (ví dụ như cảm biến từ trường, cảm biến
áp suất, đồng hồ công-tơ-mét, v.v), và có thể được mở rộng tới các tình huống
dẫn đường khác, như là đối với xe máy và các thuyền nhỏ. Mặc dù các tác giả
đã chỉ ra được sự ảnh hưởng của nhiễu hệ thống trên các cảm biến và đã đưa
ra giải pháp khắc phục bằng cách hiệu chuẩn cảm biến nhưng không được trình
bày trong bài báo. Các tác giả cũng chưa đề cập đến ảnh hưởng của nhiễu ngẫu
nhiên trên các cảm biến và phương pháp xác định chúng.
Cũng trong một nghiên cứu khác của Xiaoji và cộng sự [37], đã đề xuất
ý tưởng về việc sử dụng Smartphone được trang bị sẵn các cảm biến quán tính
làm các thiết bị thực nghiệm về công nghệ định vị dẫn đường quán tính. Trong


10

nghiên cứu của mình, các tác giả bài báo đã thiết kế một loạt các bài thực
nghiệm chỉ sử dụng Smartphone mà không dùng bất cứ thiết bị chuyên dụng
nào khác.
Mohammed EL-Diasty và cộng sự [12], khẳng định rằng việc triển khai
một hệ thống định vị dẫn đường tích hợp GNSS/INS chủ yếu được đặc trưng
bởi IMU trong việc làm giảm sự gián đoạn tín hiệu GNSS, nghĩa là chúng phụ
thuộc vào sai số do cảm biến quán tính gây ra và sai số của cảm biến quán tính
bao gồm sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên. Nói chung, các sai số hệ thống có
thể được ước lượng bằng việc hiệu chuẩn để loại bỏ khỏi dữ liệu thô. Các sai số
ngẫu nhiên có thể được nghiên cứu bằng các quá trình ngẫu nhiên tuyến tính
hoặc bậc cao.
Qua phân tích, đánh giá và bàn luận về các công trình đã công bố liên
quan mật thiết đến đề tài, đặc biệt là các công trình của Xiaoji và cộng sự [37,
38] đã đề xuất các hướng nghiên cứu để phát triển trong tương lai cùng phát
biểu của Mohammed EL-Diasty và cộng sự [12], vấn đề còn tồn tại mà luận án
sẽ phải tập trung giải quyết là xác định các nguồn sai số và thành phần sai số

bởi khả năng của IMU để làm giảm sự gián đoạn cũng như cải thiện độ chính
xác của GNSS. Khả năng của IMU cơ bản phụ thuộc vào sai số của cảm biến
quán tính. Sai số của cảm biến quán tính bao gồm các thành phần hệ thống và
ngẫu nhiên. Thành phần hệ thống có thể ước lượng bằng hiệu chuẩn để loại bỏ
khỏi dữ liệu thô của cảm biến. Thành phần ngẫu nhiên có thể được nghiên cứu
bằng các quá trình ngẫu nhiên tuyến tính hoặc phi tuyến bậc cao, xác định các
hệ số sai số ngẫu nhiên đặc trưng của cảm biến quán tính. Các mô hình ngẫu
nhiên này sẽ sử dụng cho bộ lọc định hướng như bộ lọc Kalman để cung cấp
ước lượng tối ưu các giá trị của IMU [12].
Một IMU bao gồm cảm biến gia tốc, cảm biến tốc độ góc, có thể thêm
cảm biến từ trường và một thiết bị bổ sung giúp thu nhận, xử lý tính toán
dữ liệu cảm biến để xác định tư thế và hướng. Các IMU chuyên dụng cho INS