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INS/GPS 강결합 기법에 대한 EKF 와 UKF의 성능 비교

A Performance Comparison of Extended and Unscented Kalman Filters for INS/GPS Tightly Coupled Approach

제어·자동화·시스템공학 논문지 = Journal of control, automation and systems engineering, v.12 no.8, 2006년, pp.780 - 788  

김광진 (서울대학교 기계항공공학부) ,  유명종 (국방과학연구소 기술연구본부) ,  박영범 (국방과학연구소 기술연구본부) ,  박찬국 (서울대학교 기계항공공학부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper deals with INS/GPS tightly coupled integration algorithms using extend Kalman filter (EKF) and unscented Kalman filter (UKF). In the tightly coupled approach, nonlinear pseudorange measurement models are used for the INS/GPS integration Kalman filter. Usually, an EKF is applied for this t...

주제어

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문제 정의

  • 본 논문에서는 EKF와 UKF의 성능을 위성의 가시 상태가 우수하지 않은 상황도 포함하여 비교하기 위하여 다음과 같이 임의로 가시 위성의 개수를 감소시킨다.
  • 본 논문에서는 스케일링 UT 기법을 보다 일반화시킨 스케일링 UT 기법에 대하여 설명하고 가중치와 스케일 변수 사이의 관계식을 유도한다. 유도된 관계식을 이용하여 스케일변수와 가중치의 변화량을 해석하고 스케일링 변수의 존재 범위에 대하여 살펴본다.
  • 본 논문에서는 일반화된 스케일링 UT 기법을 제시하고 간략하게 유도된 가중치와 스케일 변수와의 관계식을 이용하여 시스템 차수에 따른 가중치의 범위를 살펴보았다. 제시된 일반화된 스케일링 기법은 UKF를 사용한 INS/GPS 강 결합기법의 측정치를 구성하는데 이용하였으며 기존의 EKF 방법과 그 성능을 비교 분석하였다.
  • 측정치 모델을 이용하여 구성된다. 본 장에서는 비선형성이 강한 의사거리 측정치를 계산하기 위하여 EKF를 사용하는 경우와 UKF를 사용하는 경우에 대하여 살펴본다.

가설 설정

  • 조건 1: 가중치의 합은 1이다.
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참고문헌 (17)

  1. A. D. King, 'Inertial navigation - Forty Years of Evolution,' GEC Review, vol. 13, no, 3, 1998 

  2. D. H. Titterton and J. L. Weston, Strapdown Inertial Navigation Technology, IEE Radar, Sonar, Navigation and Avionics Series, 1997 

  3. J. A. Farrel and M. Barth, The Global Positioning System & Inertial Navigation, McGraw-Hill, 1998 

  4. G. T. Schmidt, INS/GPS Technology Trends, NATO RTO Report, RTO-EN-SET-064, 2004 

  5. G. M. Siouris, Aerospace Avionics Systems: A Modern Synthesis, Academic Press, Inc., 1993 

  6. S. I. Roumeliotis, G. S. Sukhatme, and G. A. Bekey, 'Circumventing dynamic modeling: Evaluation of the error-state kalman filtering applied to mobile robot localization,' Proceedings of the 1999 IEEE International Conference on Robotics and Automation, Marriott Hotel, Renaissance Center, Detroit, Michigan, 1999 

  7. 이태규, 김광진, 제창해, 'INS/GPS 결합 칼만필터의 측정치 스무딩 및 예측,' 제어.자동화.시스템공학회 논문지 제7권 제11호, 2001년 11월 

  8. 조성윤, 박찬국, '강결합 기법을 이용한 WNS/GPS 결합 항법시스템,' 제어.자동화.시스템공학회 논문지 제8권 제12호, 2002년 12월 

  9. G. T. Schmidt and R. Phillips, INS/GPS Integrating Architectures, Draper Laboratory Report, 4104, Cambridge, Massachusetts, 2003 

  10. 김광진, 박찬국, 유명종, 'UKF를 이용한 INS/GPS 알고리즘,' 제13차 유도무기학술대회 논문집, 2005년 10월 

  11. 김광진, 박찬국, 박영범, 'Unscented 변환에 기반한 INS/GPS 강결합 알고리즘,' 제12차 GNSS Workshop, 제주, 2005년 

  12. J. Wendel, A. Maier, J. Metzeger, and G. F. Trommer, 'Comparison of extended and sigma-point kalman filters for tightly coupled GPS/INS integration,' AIAA Guidance, Navigation and Control Conference, AIAA 2005-6055, San Francisco, California, Aug. 2005 

  13. E. A. Wan and R.Y. Merwe, The Unscented Kalman Filter, in Kalman Filtering and Neural Networks, Wiley Inter Science, 2001 

  14. S. Julier and J. Uhlmann, 'Unscented filtering and nonlinear estimation,' Proceedings of IEEE, vol. 92, no. 3, August 2004 

  15. S. Julier and J. Uhlmann, 'The scaled unscented transformation,' Proceedings of American Control Conference, 2002 

  16. 김광진, 박찬국, '스케일 Unscented 변환의 변수 해석,' 2006 제어.자동화.시스템 심포지엄, 2006년 6월 

  17. 박찬국, 이형근 등, 지상항법 다중센서 오차추정 알고리즘 개발, 연구보고서, 서울대학교 항공우주신기술연구소, 2005년 10월 

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