$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

비선형 칼만 필터 기반의 지형참조항법 성능 비교
A Performance Comparison of Nonlinear Kalman Filtering Based Terrain Referenced Navigation 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.40 no.2, 2012년, pp.108 - 117  

목성훈 (KAIST 항공우주공학전공 대학원) ,  방효충 (KAIST 항공우주공학) ,  유명종 (국방과학연구소)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

본 논문은 비선형 필터 기법에 따른 지형참조항법 성능 분석에 관한 연구를 수행하였다. 지형참조항법에 사용되는 기본 필터에는 확장 칼만 필터(EKF)가 있다. 본 연구는 EKF 원형외에 반복형 EKF(IEKF), stochastic linearization(SL) 조건이 추가된 EKF-SL과 unscented Kalman Filter(UKF) 알고리듬을 소개한다. 또한, 연속적(sequential) 필터 외에 일괄적(batch)필터 기법인 칼만 필터 무리(bank of Kalman filters)를 이용한 항법 기술도 비교군으로 추가하고 필터 간 항법 성능을 분석한다. 가상 궤적을 가진 항공기 시뮬레이션을 통해 초기위치 오차가 클 때도 강건한(robust) 필터로 stochastic linearization EKF가 선정되었으며, 다만 빠른 항법 해의 수렴이 요구될 때에는 칼만 필터 무리를 이용한 일괄적 필터가 효과적인 것으로 분석되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper focuses on a performance analysis of TRN among various nonlinear filtering methods. In a TRN research, extended Kalman filter(EKF) is a basic estimation algorithm. In this paper, iterated EKF(IEKF), EKF with stochastic linearization(SL), and unscented Kalman filter(UKF) algorithms are int...

주제어

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

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

문제 정의

  • 본 논문에서는 관성센서항법을 보조할 수 있는 지형참조항법에 대한 연구를 수행하였다. 항법에 적용할 수 있는 여러 가지 비선형 필터 중 EKF, IEKF, EKF-SL, UKF, BKF를 선택하였으며 가상 시나리오에 대해 항법 성능을 비교하였다.
  • 본 논문에서는 이러한 원형 EKF의 단점을 해결하기 위해 고안된 세 개의 연속적 필터 기법과 한 개의 일괄적 필터 기법을 소개한다. 연속적 필터로는 반복형 EKF(iterated EKF)[8], stochastic linearization(이하 SL) 조건을 원형 EKF에 추가한 EKF-SL과 마지막으로 UKF를 선택하였다.
  • 지형참조항법의 항법 성능은 크게 지형 데이터베이스의 정밀도 및 해상도, 센서 정밀도, 사용되는 필터에 따라 좌우된다. 본 논문은 필터 알고리듬에 따른 항법 성능을 비교하는 것을 목적으로 한다. 지형참조항법에 사용되는 필터는 먼저 측정치 업데이트 방법에 따라 연속적 방법(sequential filter)과 일괄적 방법(batch filter)로 나뉠 수 있다.
  • 본 절에서는 시나리오 1과 달리 항체 초기 위치에 대한 정보가 불확실할 경우에 대해 수행된 항법 시뮬레이션 결과를 살펴본다. 시나리오 2에서는 연속적 필터 네 가지 외에 일괄적 필터인 BKF도 추가하고 항법 성능을 비교한다.
  • 본 절에서는 앞서 설명한 EKF 형태가 아 Unscented KF(이하 UKF)에 대해 소개한다. UKF 역시 EKF와 마찬가지로 KF에서 파생되었지만, EKF와 달리 자코비안 행렬 Hk를 구하지 않고 측정 모델을 선형화하여 사용하지 않는다.
  • 본 절에서는 일반적인 원형(original) EKF가지형참조항법에 적용되는 과정을 소개한다. EKF는 상태 전파와 상태 업데이트로 구분할 수 있으며, 상태 전파(state propagation)는 다음과 같이 표현된다.
  • 한편, 본 연구에서는 국외 연구 결과와 달리 국내의 실제 지형을 사용한 시뮬레이션을 구성하여 국내 환경에 맞는 결과를 도출하고자 하였다. 그리고 알고리즘 측면에서 일반 EKF가 지형 참조항법에 적용되었을 때 항법 해가 발산할 수 있는 이유를 적절한 그림과 예를 통해 설명하였다.

가설 설정

  • 먼저 항법 초기에 위치 오차 범위가 크다고 가정한다. 즉, 실제 항체 위치를 정확히 모르고 공분산 값이 크다고 생각한다.
  • 첫 번째로 초기 위치 오차가 작을 때 북쪽 직선 노선을 가진 항체에 대한 가상 궤적을 설정하고 연속적 필터를 각각 탑재하였다고 가정 후 항법 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과, 모든 연속적 필터에서 항법 해가 수렴하고 필터 성능도 거의 동일한 것을 확인할 수 있었다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
지형참조항법이란 무엇인가? 지형참조항법(terrain referenced navigation)은 격자화된 지형 지도(diginal terrain elevation data) 와 고도 측정 센서를 사용하여 항공기나 미사일 등의 상태치(state)를 추정하는 연구 분야이다. 항체의 고도 측정 센서(altimeter sensor)에는 크게 압력 고도계와 전파 고도계가 사용되는데, 특히 전파 고도계(radar altimeter)가 지형참조항 법에서는 주요 센서로 사용된다.
항체의 고도 측정 센서에는 어떤 고도계를 사용하는가? 지형참조항법(terrain referenced navigation)은 격자화된 지형 지도(diginal terrain elevation data) 와 고도 측정 센서를 사용하여 항공기나 미사일 등의 상태치(state)를 추정하는 연구 분야이다. 항체의 고도 측정 센서(altimeter sensor)에는 크게 압력 고도계와 전파 고도계가 사용되는데, 특히 전파 고도계(radar altimeter)가 지형참조항 법에서는 주요 센서로 사용된다. 한편, 지형참조항법은 단독으로는 잘 사용되지 않는 기술로 관성항법(inertial navigation)과 결합되어 TRN/INS와 같은 보조 항법 형태로 사용된다.
GPS 재밍(jamming)으로 인해 절대적인 위치 추정이 불가능할 때 지형참조항법은 어떻게 사용할 수 있는가? 지형참조항법은 GPS 재밍(jamming)으로 인해 절대적인 위치 추정이 불가능할 때 그 효용성이 배가된다. GPS 값을 이용할 수 없을 때도 지형 데이터베이스와 측정치를 비교하여 항체의 상태 치를 추정하고 관성센서 오차를 보정할 수 있다. 이러한 지형참조항법은 현재 앞서 말한 미사일과 같은 유도 무기의 종말 단계뿐만 아니라달 표면 착륙선 항법 등 다양한 분야에서 쓰이고 있다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (11)

  1. Larry, D. H. and Ronald, D. A., "Nonlinear Kalman Filtering Techniques for Terrain-Aided Navigation," IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 28, No. 3, 1983, pp. 315-323. 

  2. Metzger, J., Wisotzky, K., Wendel, J., and Trommer G. F., "Sigma-Point Filter for Terrain Referenced Navigation," AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference and Exhibit, San Francisco, California, 2005. 

  3. 목성훈, 방효충, "Unscented Kalman Filter 기반의 지형참조항법 성능 분석," 춘계 항공우주학회, Apr., 2011. 

  4. Bergman, N., Ljung, L., and Gustafsson F., "Point-Mass Filter and Carmer-Rao Bound for Terrain-Aided Navigation," Conference on Decision & Control, December, 1997. 

  5. 성창기, 유해성, 유기정, 정승환, 윤국진, "지형참조항법을 위한 칼만 필터 배열의 부필터 패치및 선택 알고리즘," 춘계 항공우주학회, Apr., 2011. 

  6. Sunghoon, M., Mooncheon, C., and Hyochoong, B., "Performance Comparison of Nonlinear Estimation Techniques in Terrain Referenced Navigation," 11th International Conference on Control, Automation and System, Oct., 2011. 

  7. Jeff, H., "HELI/SITAN: A Terrain Referenced Navigation Algorithm for Helicopter," IEEE Position, Location and Navigation Symposium, Vol. 20, No. 23, 1990, pp. 616-625. 

  8. 목성훈, 조수장, 방효충, "고차 EKF 기반의 지형 참조항법 성능 분석," 추계 항공우주학회, Nov., 2011. 

  9. Titterton, D. H. and Weston, J. L., Strapdown Inertial Navigation Technology, The Institution of Electrical Engineers, 2004, pp. 17-58. 

  10. Simon, D., Optimal State Estimation, Wiley-Interscience, 2006, 410-417. 

  11. Julier, S., J. and Uhlmann, J., K., "A New Extension of the Kalman Filter to Nonlinear Systems," International Symposium on Aerospace/Defence Sensing, Simulation and Controls, Orlando, Florida. 1997. 

저자의 다른 논문 :

섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로