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Dilution of Precision 정보를 이용한 INS/GPS 결합시스템 위치오차 개선
Improving INS/GPS Integrated System Position Error using Dilution of Precision 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.21 no.1 = no.82, 2017년, pp.138 - 144  

김현석 (국방과학연구소) ,  백승준 (국방과학연구소) ,  조윤철 (국방과학연구소)

초록
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본 논문에서는 INS/GPS결합 시스템에서 GPS가 기만신호 또는 지형지물에 의한 가시선이 제한되어 위성의 기하학적 배치가 저하되는 조건을 고려하였고, 통합항법 성능을 향상시키기 위한 방법을 제안하였다. 먼저 GPS의 DOP에 측정 공분산 이 연동되는 가변 공분산 확장 칼만필터(VCEKF)를 제시하였다. 그리고 몬테칼로 시뮬레이션을 통하여 EKF와 VCEKF를 사용한 통합항법 시스템의 항법성능을 분석하였다. DOP 값이 낮은 경우보다 DOP값이 높을 경우에 VCEKF가 확정 공분산을 사용하는 EKF보다 우수한 추정 성능을 보임을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A method for improving the integrated navigation performance in the INS/GPS navigation system by the considering that the condition that the geometric arrangement of the satellite is degraded due to limitation of the line of sight of the satellite such as geographic feature and GPS signal jamming is...

주제어

#Dilution of precision   #Inertial navigation system / global positioning system Integrated System   #Variable covariance extended Kalman filter  

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

문제 정의

  • 본 논문에서는 GPS의 기하학적 배치를 고려하여 DOP정보가 측정 공분산에 연동되는 VCEKF를 제시하였다. 제시된 필터를 약 결합 INS/GPS 통합보정항법 시스템에 적용하여 확장형 칼만필터와 성능을 비교한 결과, 제시된 VCEKF는 확장형 칼만 필터보다 위치오차 추정성능에서 우수함을 보였다.
  • 본 논문에서는 기존의 잉여값을 이용하여 측정 공분산을 추정하는 방식이 아닌, GPS의 대표적인 성능지수인 DOP를 이용한 새로운 형태의 가변 공분산 확장 칼만 (VCEKF; variable covariance EKF)필터를 구성하고, 시스템의 항법오차 추정 성능에 대하여 분석한다. 이를 위해 먼저 Ⅱ장에서는 위치정합 INS/GPS 통합항법 시스템의 오차모델을 구성하고, Ⅲ장에서 DOP를 적용한 VCEKF를 설계한다.

가설 설정

  • 위성의 기하학이 위치 오차에 미치는 영향은 기하학적으로 정밀도가 저하된 것으로 위치 오차 대 거리 오차의 비율로 대략적으로 해석할 수 있다. 각 꼭지점에 위치한 4개의 위성과 수신기가 연결하는 선에 의해 사각형 피라미드가 형성된다고 가정해보자. 피라미드의 부피가 클수록 GDOP의 값은 더 낮아진다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
INS의 장점과 단점은 무엇인가? 관성항법시스템(INS; inertial navigation system)은 관성센서인 자이로와 가속도계로 측정되는 항체의 각속도와 선형가속도를 이용하여 항체의 위치, 속도 및 자세에 대한 정보를 제공하는 시스템을 말한다. INS는 항법에 필요한 정보를 외부장치의 도움없이 연속적으로 제공하고 짧은 시간동안 정확한 항법해를 제공하는 장점이 있지만 시간이 지남에 따라 오차가 누적되는 단점이 있다[1].
관성항법시스템리란 무엇인가? 관성항법시스템(INS; inertial navigation system)은 관성센서인 자이로와 가속도계로 측정되는 항체의 각속도와 선형가속도를 이용하여 항체의 위치, 속도 및 자세에 대한 정보를 제공하는 시스템을 말한다. INS는 항법에 필요한 정보를 외부장치의 도움없이 연속적으로 제공하고 짧은 시간동안 정확한 항법해를 제공하는 장점이 있지만 시간이 지남에 따라 오차가 누적되는 단점이 있다[1].
GPS의 단점은 무엇인가? GPS (global positioning system)은 인공위성을 이용한 전파 항법장치로 지구전역에서 시간과 기상에 관계없이 사용이 가능하며 항체의 위치를 항상 일정한 오차 범위 내에서 실시간으로 획득할 수 있으므로 주행시간이 증가해도 항법성능이 일정하게 유지된다는 장점이 있다. 그러나 신호의 교란(jamming)이 있을 때 정상 동작이 불가능하거나 정확한 항법정보를 제공하지 못하는단점이 있다[2]. 따라서 두시스템의 단점을 상호 보완하기 위하여 짧은 시간 내의 동적 특성을 잘 측정할 수 있는 INS를 기준 시스템으로 이용하고 주행시간 증 가에 따른 오차가 누적되지 않는 GPS를 보조 시스템으로 이용하는 결합시스템에 대한 연구가 활발히 진행되어왔다[1]-[3].
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참고문헌 (5)

  1. G. M. Siouris, Aerospace Avionics Systems : A Modern Synthesis, 1st ed. San Diego, CA: Academic Press, 1993. 

  2. E. D. Kaplan and C. J. Hegarty, Understanding GPS : Principles and Applications, 2nd ed. Norwood, MA: Artech House, Inc., 2006. 

  3. M. J. Yu, "INS/GPS integration system using adaptive filter with estimating measurement noise variance," Journal of Control, Automation, and Systems Engineering , Vol. 13, No. 7, 2007. 

  4. M. J. Yu, J. G. Lee, and H. W. Park, "Comparison of SDINS in-flight alignment using equivalent error models," IEEE Transaction on AES, Vol. 35, No. 3, 1999. 

  5. R. G. Brown, and P. Y. C. Hwang, Introduction to Random Signals and Applied Kalman Filtering, 3rd ed. New York, NY: John Wiley and Sons, 1992. 

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