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SDINS Closed Loop Self-Alignment Algorithm using Pseudo Initial Position

가상의 초기위치를 이용한 SDINS 폐루프 자체 정렬 알고리즘

  • Received : 2017.01.26
  • Accepted : 2017.05.31
  • Published : 2017.06.01

Abstract

Inertial Navigation System Alignment is the process to determine direction cosine matrix which is the transformation matrix between the INS body frame and navigation frame. INS initial position value is necessary to INS attitude calculation, so that user should wait until he get such value to start the INS alignment. To remove the waiting time, we propose an alignment algorithm that immediately starts after the INS power on by using pseudo initial position input and then is completed with attitude error compensation by entering true position later. We analyse effect of INS sensor error on attitude in process of time and verify the performance and usefulness of the close-loop alignment algorithm which corrects attitude error from the change of initial position.

관성항법장치(Inertial Navigation System)는 항법 수행 전 동체 좌표계(body frame)와 항법 좌표계(navigation frame)사이의 좌표 변환 행렬(Direction Cosine Matrix: DCM)을 결정하여 초기자세를 구하는데 이 과정을 정렬(alignment)이라 한다. 정렬을 시작하기 위해서는 INS의 초기 위치 정보가 필요한데 해당 정보가 INS에 미리 입력되어 있지 않거나 당장에 초기위치를 모를 경우 이로 인해 INS에 전원이 인가된 후 정렬에 진입하기까지의 대기시간이 존재한다. 이러한 대기시간을 제거하기 위하여 본 논문에서는 INS 전원 인가 즉시 현재위치와 상이한 가상의 초기위치 값을 장입하여 스트랩다운 INS 정렬을 시작하고 추후에 정확한 위치를 INS에 입력하여 자세오차를 보상하는 정렬 알고리즘을 제시하였다. 항법 좌표계에서의 INS 센서 오차가 시간이 지남에 따라 자세오차에 미치는 영향성을 분석하여 가상의 초기위치 값 입력 시 발생하는 자세오차 만큼을 보상하는 폐루프 정렬 알고리즘의 성능을 검증하였다.

Keywords

References

  1. Oleg S. Salychev, "Applied Inertial Navigation: Problems and Solutions", BMSTU Press, Moscow, Russia, 2004.
  2. D. H. Titterton and J. L. Weston, " Strapdown inertial navigaton technology", Peter Peregrinus Ltd, London, United Kingdom, 1997.
  3. K. R. Britting and T. Palsson, "Self-alignment techniques for strapdown inertial navigation systems with aircraft application", Journal of Aircraft, Vol. 7, 1970, pp.302-307. https://doi.org/10.2514/3.44168
  4. Lee, J. G., Park, C. G., and Park, H. W., "Multiposition alignment of strapdown inertial navigation system", IEEE Transaction on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 29, Oct. 1970, pp.1323-1328.
  5. W. Gao, Y. Ben, and X. Zhang, "Rapid Fine Strapdown INS Alignment Method under Marine Mooring Condition", IEEE Transaction on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 47, Oct. 2011, pp.2887-2896. https://doi.org/10.1109/TAES.2011.6034671
  6. I. Y. Bar-Itzhack, N. Berman, "Control Theoretic Approach to Inertial Navigation Systems", Journal of Guidance, Control, and Dynamics, vol. 11. no. 3, 1988. pp. 237-245. https://doi.org/10.2514/3.20299
  7. Ahn, H. S. and Won, C. H., "Fast alignment using rotation vector and adaptive Kalman filter", IEEE Transaction on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 42, Jan. 2006, pp.70-83. https://doi.org/10.1109/TAES.2006.1603406
  8. Fang, J. C. and Wan, D. J., "A fast initial method for strapdown inertial navigation system on stationary base", IEEE Transaction on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 32, Oct. 1996, pp.1501-1504. https://doi.org/10.1109/7.543871