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무인탐사체 항법을 위한 GPS/INS 초강결합 성능분석
Performance Investigation of GPS/INS Ultra-tightly integration for Navigation of Unmanned Expedition Vehicles 원문보기

제어·자동화·시스템공학 논문지 = Journal of control, automation and systems engineering, v.12 no.8, 2006년, pp.773 - 779  

정광윤 (중앙대학교 전자전기공학부) ,  조영석 (중앙대학교 전자전기공학부) ,  심덕선 (중앙대학교 전자전기공학부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

GPS/INS integration is widely considered as main navigation systems of vehicles since GPS(Global Positioning System) and INS(Inertial Navigation System) have their own strength and weakness, respectively. Accuracy, continuity, integrity, and availability should be provided in navigation systems of v...

주제어

#navigation   #GPS/INS   #ultra-tightly integration  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

  • GPS/INS 결합에 따른 성능 분석을 위해 칼만필터의 오차 공분산 행렬 P의 위치 오차를 구하였다. 초기 공정잡음과 측정잡음의 공분산 행렬인 Q, R 그리고 오차 공분산 행렬 초기치 % 는 다음과 같다.
  • GPS/INS의 약결합, 강 결합, 초강결 합의 세 결합 방식의 성능을 비교하기 위하여 여러 궤적에 대해 시뮬레이션 해보았다. 오차 공분산 행렬 P의 위치 오차 성분을 비교해 봄으로써 약결합보다는 강 결합이 , 강 결합보다는 초강 결합이 위치 오차가 더 작게 나오는 것을 볼 수 있다.
  • 12bit ADC를 사용한 IMU데이터 수신(code 1) 및 8bit DAC 를 사용한 탐사 체 제어(code 7)에는 AVR-Edit를 사용하였다. Novatel GPS 데이터 수신(code 1), IMU 데이터 수신 (code 2), 무선통신 수신부, GPS/INS integration 및 수선송신 (code 3), 서버의 탐사 체 데이터 수신, integration 데이터 수신 및 소켓 통신(code 4)은 VC卄을 사용하였다. 소켓 데이터의 리모팅 서비스(code 5), 클라이언트 프로그램(code 6) 은 얘을 사용하였다
  • 무인탐사 체는 차량 또는 비행체가 될 수 있으며 각각의 경우에 여러 궤적에 대해 GPS/1NS 항법의 초강결합의 오차 공분산을 구해서 약결합, 강 결합과 비교하였다.
  • 같은 구조를 갖으며 스피드 제어와 방향 제어의 두 가지를 포함한다. 무인탐사체의 위치와 속력 그리고 자세 정보를 얻기 위하여 GPS와 INS를 사용하였고 이러한 정보들로부터 무인탐사체의 위치 및 경로를 결정한 후 원하는 목표지점에 도달하도록 속력과 방위각을 제어하는 구조이다. 즉, 속력 제어기와 방위각 제어기의 입력값을 경로 제어기에서 결정하는 구조로 되어있다.
  • 무인탐사체의 항법으로는 GPS/INS 결합을 사용하는데 초강 결합의 성능을 알아보기 위하여 약결합, 강결합의 성능과 비교하였다.
  • 컴퓨터로 항법 데이터를 전송한다. 이 컴퓨터에서 무인탐사체의 제어를 수행하며 이벤트 채널을 통해서 항법 및 제어 정보를 서버에 올려놓으며 네트워크 컴퓨터에서는 서버에 올려진 데이터를 바탕으로 제어기의 전환관리, 경로 제어, 고장검출 등의 상위레벨 제어를 수행한다.
  • 초강 결합 GPS/INS의 성능 평가를 위해서 무인탐사 차량과 무인탐사비행체에 대해서 여러 궤적에 대해 항법 결과와 추정된 궤적과의 오차를 그래프로 나타내어 분석하였다.

대상 데이터

  • 무인 탐사 차량은 그림 13과 같이 직선 등속, 직선등가속, 원 및 S형의 궤적을 200초간 운행한다. 직선등속은 속력 10[knVh], 직선등가속은 가속도 0.
  • 본 논문에서 사용되는 탐사 체는 그림 4와 같은 구조로 노트북에 설치된 다중 시리얼 포트(SystemBase사)를 이용하여 GPS(Novatel사)와 가속도계 (Sumitomo사), IMU(Sumitomo 사)의 데이터를 시리얼 통신을 이용하여 받아들인다. 받아들여진 데이터는 항법 계산을 한 후에 무선통신(Nextronics 사)을 이용하여 원격에 위치한 PC로 전송 및 수신한다.

데이터처리

  • S형의 궤적은 원형궤적과 같으나 반원 운행후 — Z 축으로 회전한다. 강 결합과 초강 결합에 대해서 X, y, z 축의 위치 오차의 표준편차(1를 구하였다.

이론/모형

  • 갖는다. 12bit ADC를 사용한 IMU데이터 수신(code 1) 및 8bit DAC 를 사용한 탐사 체 제어(code 7)에는 AVR-Edit를 사용하였다. Novatel GPS 데이터 수신(code 1), IMU 데이터 수신 (code 2), 무선통신 수신부, GPS/INS integration 및 수선송신 (code 3), 서버의 탐사 체 데이터 수신, integration 데이터 수신 및 소켓 통신(code 4)은 VC卄을 사용하였다.
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참고문헌 (5)

  1. J. A. Farrell and M. Barth, 'The global positioning system & inertial navigation,' McGraw-Hill, 1999 

  2. R. Babu and J. Wang, 'Performance of code tracking loop in ultra-tight GPS/INS integration,' ENC-GNSS 2005, Munich, Germany, 19-22 July. 2005 

  3. R. Babu and J. Wang, 'lmprobing the quality of IMU-derived doppler estimates for ultra-tight GPS/INS integration.' GNSS 2004, Rotterdam, The Netherlands 

  4. S. Alban, 'Design and performance of a robust GPS/INS attitude system for automobile application,' Ph.D. Thesis, Stanford University, 2004 

  5. A. Banerjee, A. Corera, Z. Greenvoss, A. Krowczyk, B. Maiani, C. Nagel, C. Peiris, and T. Thangarathinam, 'C# web services,' Wrox Press Ltd, 2002 

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