[논문]SDINS에서 의사 자이로 바이어스 보상 기법

박정민

doi:10.11003/jpnt.2024.13.2.179

[국내논문] SDINS에서 의사 자이로 바이어스 보상 기법
Compensation of Pseudo Gyro Bias in SDINS

Journal of Positioning, Navigation, and Timing, v.13 no.2, 2024년, pp.179 - 187

박정민 (Agency for Defense Development)

Abstract ▼ AI-Helper

The performance of a Strapdown Inertial Navigation System (SDINS) relies heavily on the accuracy of sensor error calibration. Systematic calibration is usually employed when only a 2-axis turntable is available. For systematic calibration, the body frame is commonly defined with respect to sensor axes for ease of computation. The drawback of this approach is that sensor axes may undergo time-varying deflection under temperature change, causing pseudo gyro bias. The effect of pseudo gyro bias on navigation performance is negligible for low grade navigation systems. However, for higher grade systems undergoing rapid temperature change, the error is no longer negligible. This paper describes in detail conditions leading to the presence of pseudo gyro bias, and proposes two techniques for mitigating the error. Experimental results show that applying these techniques improves navigation performance for precision SDINS, especially under rapid temperature change.

Keyword

표/그림 (14)

그림 Fig. 1. Relationship between body frame (B frame) and accelerometer axes (a axes) with misalignments.
그림 Fig. 2. Relationships between body frame (B frame), accelerometer axes (a axes), and gyro axes (g axes) on x-z plane.
그림 Fig. 3. Structure example of pendulum of silicon or quartz pendulous accelerometer (Beitia et al. 2015).
그림 Fig. 4. Structure example of ring laser gyroscope (1) cavity case; (2, 15) photodetectors; (3, 14) planar mirrors; (4) anode; (5, 11) spherical mirrors; (6, 10) piezoelectric correctors; (7) vibro suspen¬sion; (8) aperture; (9) rotor of angular velocity sensor; (12) getter pump; (13) anode stem; (16) cathode (Kuznetsov et al. 2015).
그림 Fig. 5. Three accelerometers mounting example.
그림 Fig. 6. Misalignment temperature rates of pendulous axis and hinge axis of silicon pendulous accelerometers (PA: pendulous axis, OA: hinge axis).
$Fig. 7. Temperature rates of the sum of estimated misalignments <TEX>$\widehat{\beta}_i_j$</TEX> and <TEX>$\widehat{\beta}_j_i$</TEX>.$ 그림 Fig. 7. Temperature rates of the sum of estimated misalignments $\widehat{\beta}_i_j$ and $\widehat{\beta}_j_i$.
표 Table 1. Statistics of misalignment temperature rates of pendulous axis and hinge axis of silicon pendulous accelerometers.
그림 Fig. 9. Estimated accelerometer misalignments of the reference axes of the experimental system.
표 Table 2. Misalignment temperature rates of the reference axes of the experimental system.
그림 Fig. 8. Estimated gyro misalignments of the experimental system.
그림 Fig. 10. Case 1 velocity and position error comparison.
그림 Fig. 11. Case 2 velocity and position error comparison.
그림 Fig. 12. Case 3 velocity and position error comparison.

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

(2011) 한 개의 연구사례만 확인되었다. 이에 본 논문에서는 새로운 두 개의 의사 자이로 바이어스 보상 기법을 제안하고, 실험을 통해 검증한다.

제안 방법

SDINS가속도계 센서축을 기준으로 하는 동체좌표계를 사용하여 간접교정을 수행할 경우, 센서축의 온도변화율에 따라 의사 자이로 바이어스가 발생함을 수식 유도 및 실험을 통해 확인했다. 또한 2축 레이트 테이블을 활용한 두 가지 의사 자이로 바이어스의 보상 기법을 제안하고, 보상 여부에 따른 항법 성능을 분석했다. 그 결과 운용시간이 짧은 고정밀 항법장치의 경우 온도가 안정화되지 않아 의사 자이로 바이어스 보상이 항법 성능에 유의미한 영향을 미친다는 것을 확인했다.

데이터처리

제안한 의사 자이로 바이어스 보상 기법의 효용성을 검증하기 위해 국내에서 개발한 링레이저자이로 관성항법장치 대상으로 비정렬오차의 온도변화율과 가속도계 축 기반 교정결과, 정지상태에 제안한 기법 적용 전과 후의 순수항법 성능을 분석했다.
먼저 센서의 비정렬오차 온도변화율을 알아보기 위해 국내 개발 실리콘 펜듈럼 가속도계 60조의 온도변화율의 평균과 표준편차를 산출했다. Fig.
의사 자이로 바이어스 보상 기법 적용 실험은 상온에서 센서데이터를 획득한 후 후처리 시뮬레이션으로 보상 전과 후의 항법성능을 분석했다. 15분 자체정렬 시간을 포함해서 총 1시간 15분의 데이터를 연속해서 3회 획득했다.

성능/효과

또한 2축 레이트 테이블을 활용한 두 가지 의사 자이로 바이어스의 보상 기법을 제안하고, 보상 여부에 따른 항법 성능을 분석했다. 그 결과 운용시간이 짧은 고정밀 항법장치의 경우 온도가 안정화되지 않아 의사 자이로 바이어스 보상이 항법 성능에 유의미한 영향을 미친다는 것을 확인했다.
SDINS가속도계 센서축을 기준으로 하는 동체좌표계를 사용하여 간접교정을 수행할 경우, 센서축의 온도변화율에 따라 의사 자이로 바이어스가 발생함을 수식 유도 및 실험을 통해 확인했다. 또한 2축 레이트 테이블을 활용한 두 가지 의사 자이로 바이어스의 보상 기법을 제안하고, 보상 여부에 따른 항법 성능을 분석했다.

참고문헌 (10)

Ban, J., Chen, G., Meng, Y, & Shu, J. 2022, Calibration method？for misalignment angles of a fiber optic gyroscope？in single-axis rotational inertial navigation systems,？Optics Express, 30, 6487-6499. https://doi.org/10.1364/OE.449629

상세보기
Beitia, J., Clifford, A., Fell, C., & Loisel, P. 2015, in Proceedings？of 2015 DGON International Sensors and Systems？Symposium (ISS), Karlsruhe, Germany, 22-23 Sep 2015.？https://doi.org/10.1109/InertialSensors.2015.7314256
Gao, C., Wei, G., Wang, L., Wang, Q., & Liao, Z. 2022, A？Systematic Calibration Modeling Method for Redundant？INS with Multi-Sensors Non-Orthogonal Configuration,？Micromachines, 13, 1684-. https://doi.org/10.3390/mi13101684

상세보기
Han, K.-J., Sung, C.-K., & Yu, M.-J. 2011, Improved Calibration？Method for SDINS Considering Body-Frame Drift,？International Journal of Control, Automation, and？Systems, 9, 497-505. https://doi.org/10.1007/s12555-011-0309-x

원문보기 상세보기
Kuznetsov, A. G., Molchanov, A. V., Chirkin, M. V., & Izmailov,？E. A. 2015, Precise laser gyroscope for autonomous？inertial navigation, Quantum Electronics, 45, 78-88.？https://doi.org/10.1070/QE2015v045n01ABEH015420

상세보기
Lee, T.-G. & Sung, C.-K. 2004, Estimation Technique of Fixed？Sensor Errors for SDINS Calibration, International？Journal of Control, Automation, and Systems, 2, 536-541.？https://koreascience.kr/article/JAKO200411923048757.page
Statman, J. I. 1987, Simplified Solution for a Class of Fading？Memory Filters, IEEE Transactions on Aerospace and？Electronic Systems, 23, 355-360. https://doi.org/10.1109/TAES.1987.310833

상세보기
Sung, C.-K., Cho, Y.-C., Lee, Y.-S., Lee, T.-G., & Lee, Y.-J. 2007,？Effects of Time Varying Misalignment Errors on SDINS,？in 2007 KIMST Conference, Busan, Korea, 16-17 Aug 2007.
Yu, H., Kim, C. J., Sung, C.,-K., Lee, I., Park, S. E., et al. 2015,？Compensation Method of Gyro Bias Hysteresis Error？using the Rate of Temperature, Journal of the KIMST, 18,？109-114. https://doi.org/10.9766/KIMST.2015.18.2.109

원문보기 상세보기
Yu, H., Kim, T., Kim, C. J., Lee, Y.-S., & Park, H.-W. 2012, A？Study on Methods of Measuring and Compensating？Misalignment between Inertial Sensor Body and？Housing Frame, Journal of the KIMST, 15, 374-380.？https://doi.org/10.9766/KIMST.2012.15.4.374

원문보기 상세보기

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증