Abstract
A small UAVs(Unmaned Aerial Vehicles) have limited by the payload capacity which requires miniaturization of a navigation system. In this paper, the performance of the lightweight and small sized AHRS(Attitude Heading Reference System), which is self-developed, is evaluated at low acceleration environment. The designed AHRS adopts the commercial low-cost MEMS sensors. A quaternion-based attitude calculation method, which eliminates singularity with relatively simple algebra, is used. In an attitude correction algorithm, the Kalman filter is used with accelerometers and magnetometers combined. The fabricated AHRS is also evaluated with reference to a COTS(Commercial Off-The-Shelf) AHRS which reports a number of successful applications to a small UAVs. The test results show that the measurements from the fabricated AHRS provide proper attitude output data with acceptable amount of differences(horizontal axis 0.5$^{\circ}$, vertical axis 1.5$^{\circ}$) in test environment.
소형무인항공기의 경우 유효탑재하중의 여유가 많지 않기 때문에 AHRS의 소형화가 필요하다. 본 논문에서는 소형무인항공기를 위해 소형, 경량으로 설계 제작한 AHRS의 성능을 가속도 외란이 적은 환경에서 시험하고 평가하였다. 센서는 저가의 MEMS 제품을 사용했으며 자세 보정을 위해 가속도계와 지자기계가 같이 사용되었다. 자세계산에는 특이점이 존재하지 않고 비교적 계산이 간단한 쿼터니언을 사용했으며 자세 보정 알고리듬에는 칼만필터가 사용되었다. 본 논문에서는 소형무인항공기에 성공적으로 적용된 사례가 있는 상용 항법장치와의 비교를 통해 설계된 AHRS의 성능시험을 진행하였다. 설계된 AHRS의 자세 데이터가 상용 항법장치와 수직축 $0.5^{\circ}$이내, 수평축 $1.5^{\circ}$ 이내로 허용 가능한 차이를 가지는 것을 보였으며, 본 시험환경 내에서 소형무인항공기제어에 적합한 자세각 출력을 내는 것을 확인하였다.
