• Journal of the KSME
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• v.34 no.7
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• pp.546-557
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• 1994

원격 조정식 비익체(이하 RPV : Remoteloted Vehicle)의 안정성을 향상시키고 조정을 간략화하기 위하여 사용되고있는 관성센서에 관해서 알아본다. 관성센서의 기본 원리는 뉴톤의 운동 제3 법칙인 관성의 법칙이고, 특징은 외부 측정기준을 필요로 하지 않은 점에 있으므로, 관성센서를 탐재한 RPV는 공중에서 운동 상태를 외부의 정보 없이 검토할 수 있다. 실제적으로 기계용으로 실용화되고 있는 센서는 관성항법장치(INS:Inertial Navigation System)라고 불리워지는 매우 고급자립형 장치로부터 자이로 컴파스로 불리워지는 방위 자이로와 자기 방위 센서를 조합한 방법까지 여러 가지가 있지만, 여기에서는 산업용 소형 RPV의 크기, 가격 및 입수성에서 이용이 가능하다고 생각되는 센서를 중심으로 원리, 종류 및 응용예를 설명한다.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.19 no.11
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• pp.2751-2757
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• 2015

To obtain the system requirement specification in the beginning of the precision guidance and control system development, the effectiveness and reliability analysis for the system are necessary. The main purpose of this research is to obtain the system requirement specification by carrying out the effectiveness analysis using the modeling and simulation(M&S) scheme. M&S model is constructed using 6-DOF dynamic model, environment model, guidanc -navigation & control model. Assume that the navigation sensor is consist of inertial navigation sensor(INS) and doppler velocity log(DVL), and the speed and direction of current is environment parameter. The effectiveness analysis is carried out using circular error probability(CEP) and variance analyze scheme. Also, the effectiveness analysis is utilized for cost-performance analysis considering the cost of commercial INS and DVL sensor. This paper shows the high-level INS and the low-level DVL configure a high price-performance integrated navigation system.

• Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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• 2016.05a
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• pp.29-31
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• 2016

위성 항법 시스템 (GPS : Global Positioning System)은 3차원 위치는 물론 정확한 시각정보를 제공할 수 있는 항법시스템으로 항해에 있어 필수적인 요소이다. 최근 무인선박에 대한 연구가 활발히 진행되며, GPS에 대한 중요성이 증대되고 있다. 무인선박은 자율 항해를 위하여 GPS와 관성센서, 라이다, 카메라 등의 기타 보조 센서를 결합한 데이터를 활용한다. 복합 센서를 활용한 자율 항해에 있어 각 센서들간의 시각동기 또한 중요한 요소이다. 본 논문은 GPS를 활용하여 소프트웨어/하드웨어적인 시각동기화 기법을 제안한다. 제안된 기법은 embedded Linux platform을 활용하여 GPS로부터 획득한 시각동기화 신호를 기준으로 시각동기화된 복합 센서 데이터를 취득하는 방안이다. 제안된 기법의 성능 평가를 위하여, GPS 가용/불가용 구간을 모사한 환경에서 GPS, 관성센서, 고도계를 결합한 실제 데이터를 활용하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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• 2015.05a
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• pp.548-549
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• 2015

무인 잠수정은 자율 무인잠수정(이하 'AUV' 또는 '자율무인잠수정'을 혼용)과 원격조정잠수정(이하 'ROV'로 지칭)으로 분류를 할 수 있다. ROV는 테더 게이블로 인한 작업 범위의 한계와 운동성능 효율이 떨어지는 단점을 지니고 있어, 테더 케이블이 필요 없는 AUV에 대한 필요성이 증대되고 있다. 추측 항법 시스템인 관성 항법 시스템(inertial navigation system, 이하 'INS'로 지칭)은 외부 도움없이 관성측정 장치(inertial measurement unit, 이하 'IMU'로 지칭)를 활용하여 구성된 시스템을 말한다. IMU는 자이로 스코프(gyroscope), 가속도계(accelerometer), 지자기(magnetic)센서로 구성된 측정 장치로 3개의 센서를 사용하여 상호 보정을 통한 기동 체의 위치, 속도 및 자세 정보를 제공한다. 복합항법시스템은 추측항법시스템이 가지는 누적오차와 측위 항법시스템이 가지는 외부환경에 대한 단점을 상호 보완하는 방법으로 연구가 진행 중이다. 하지만 심해서 또는 해양의 특성에 따라 측위 시스템이 사용되지 못하기 때문에 추측 항법시스템의 다양한 관성 센서를 활용한 상로 보완과 신호처리 방법을 통한 연구 개발이 진행 중이다. 다양한 센서 정보를 통합하는 목적으로 칼만 필터와 같은 최적 필터기법이 보편적으로 사용되고 있다. 칼만 필터는 확률 선형 시스템에 대하여 공정잡음 및 측정 잡음이 가우시안 확률 분포를 따를 때 최적의 추정자가 된다. 또한 가우시안 조건을 만족하지 않는 경우에도 선형 추정자 중에 추정 오차의 분산이 가장 작은 추정자이다. 칼만 필터가 최상의 성능을 발휘 하려면 공정잡음과 측정 잡음의 실제 값을 정확히 알아내는 것이 중요하다. 잡음 수준에 대한 정보가 부정확 할 경우 칼만 필터는 발산 할 수 있기 때문에 시스템에서 잡음 수준의 공산은 칼만 필터의 최적 이득을 결정하는 중요한 요소로 추정치에 큰 영향을 준다. 따라서 칼만 필터를 추측항법시스템에 적용 시킬 경우 실제 모텔의 잡음 공분산을 정확히 추정할 수 있는 기법이 요구된다. 추측항법시스템은 다양한 센서를 활용하기 때문에 움직이는 기동 표적에 적용시 잡음공분상이 변하기 때문에 항법시스템이 저하 될 수 있다. 본 연구에서는 다양한 센서를 융합하여 해양 생체 로봇의 정밀 자세 제어가 가능한 시스템을 제안하고자 한다.

• Journal of Ocean Engineering and Technology
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• v.17 no.6
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• pp.83-90
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• 2003

This paper presents an underwater hybrid navigation system for a semi-autonomous underwater vehicle (SAUV). The navigation system consists of an inertial measurement unit (IMU), and a Doppler velocity log (DVL), accompanied by a magnetic compass. The errors of inertial measurement units increase with time, due to the bias errors of gyros and accelerometers. A navigational system model is derived, to include the scale effect and bias errors of the DVL, of which the state equation composed of the navigation states and sensor parameters is 20. The conventional extended Kalman filter was used to propagate the error covariance, update the measurement errors, and correct the state equation when the measurements are available. Simulation was performed with the 6-d.o,f equations of motion of SAUV, using a lawn-mowing survey mode. The hybrid underwater navigation system shows good tracking performance, by updating the error covariance and correcting the system's states with the measurement errors from a DVL, a magnetic compass, and a depth sensor. The error of the estimated position still slowly drifts in the horizontal plane, about 3.5m for 500 seconds, which could be eliminated with the help of additional USBL information.

• Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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• 2011.06a
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• pp.13-15
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• 2011

전원 공급이 제한되거나 전원 공급이 불가능한 소형 요트, 작업선, 바지선 등에도 항해 안전을 위한 다양한 항법장치가 필요하고, 해양사고 발생 시 사고원인을 분석하기 위한 기능이 필요하다. 그러나 기존 상선 및 수상레저용 개별 항법 장치는 고가, 대용량 전원공급, 조작의 어려움, 넓은 설치 공간의 필요 등의 문제점이 있다. 본 연구에서는 3축 반도체 가속도 센서와 3축 반도체 경사 센서 및 다양한 기상 측정 센서와 CCD 카메라, 방수 캡슐에 내장된 메모리 등을 이용한 소형 스마트 항법 장치(Multi-Tasking Integrated Navigation System, MINS)를 설계하였다. 기존에 개발된 다양한 기술과 상용 센서 등을 이용하면 MINS 개발이 가능함을 알았고, 이러한 MINS 개발에 필요한 시스템을 제안하였다.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.17 no.9
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• pp.2227-2232
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• 2013

To obtain the system requirement specification in the beginning of the precision guidance system development, the effectiveness and reliability analysis for the system are necessary. The main purpose of this research is to obtain the system requirement specification for the high speed unmanned underwater vehicles by carrying out the effectiveness analysis using the modeling and simulation scheme. The effectiveness is position error for target position. Reaching accuracy is expected to be affected by the navigation sensor parameter. Assume that the navigation sensors that is consist of inertial navigation system(INS) and doppler velocity log(DVL) is the parameter. To analyze the effectiveness of each parameter, Monte-Carlo numerical simulation is performed in this research. The effectiveness analysis is carried out using circular error probability(CEP) and variance analyze scheme. Considering the cost function, the specification of the navigation sensor is provided. The cost function is consist of the INS and DVL specification and the price of those sensors.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.44 no.4
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• pp.308-315
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• 2016

A new technique for Attitude & Heading Reference System (AHRS) by using sequential measurement noise covariance (SMNC) is addressed in a vibration environments in this paper. In particular, a low-cost inertial measurement unit in general diverges in the acceleration phase or vibrating environments due to inherent properties of gravity and acceleration. In this paper, by considering current and prior measurements to estimate actual attitudes and headings in a local frame, the proposed technique overcomes these problems efficiently. Finally, the performance of the suggested approach is verified by numerical simulations.

• 한국항공운항학회:학술대회논문집
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• 2004.11a
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• pp.302-307
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• 2004

무인 항공기는 지상 조종 또는 자동 비행으로 원격제어, 각종 정찰, 수송, 및 공격 등의 다양한 임무를 수행할 수 있는 비행체 및 이를 포함한 시스템을 의미한다. 무인기의 자율 운항을 위해서는 위치, 속도 및 자세 등의 항법 정보를 제공하는 항법 시스템이 반드시 필요하며 크기가 작은 무인기를 위해서는 탑재체의 중량이 적은 항법 시스템이 반드시 필요하다. 최근에는 반도체 MEMS 기술을 이용한 저가형 관성 센서들이 많이 개발 되고 있으며 이를 이용한 소형, 저전력, 고정밀 항법 시스템들이 많이 연구 개발되고 있다. GPS/AHRS 결합 시스템은 자세각, 각속도, 가속도 정보 및 GPS를 이용한 위치, 슥도 정보 제공이 가능한 시스템으로 비행체의 자율비행을 위한 정보 제공이 가능한 시스템이다. 본 논문에서는 MEMS 센서를 기반으로한 GPS/AHRS 결합 항법 시스템 설계하고 차량을 이용하여 성능을 평가한 결과를 보여준다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2008.04a
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• pp.244-245
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• 2008

본 논문은 관성센서를 이용한 무인 항공체의 자세 제어에 관한 연구를 다루었다. 항공계의 종류는 크게 고정익기와 회선익기로 나뉘는데 본 연구에서는 회전익기의 형태를 가진 Quarter Vehicle을 사통하였다. Quarter Vehicle은 4개의 프로펠러에 의한 양력과 회전 반발력으로 비행을 한다. 이때의 양력은 수평면에 대해 수직으로 추력을 발생시키므로 다른 비행체보다 불안정하며 이를 안정하게 제어하기 위해 관성 센서를 적용하여 균형을 유지한다. 본 연구에서는 관성센서를 이용하여 UAV의 자세와 균형을 안정적으로 유지하여 안정적인 비행이 가능하도록 하였다. 또한 상호 의존적인 항법 시스템으로 환경변화에 영향을 받지 않으며, 정확한 위치정보를 제공하는 GPS를 사용하여 3개 이상의 위성으로부터 정보를 받아 좌표를 계산하고 위치, 속도 및 방향을 결정하여 자율 비행이 가능하도록 설계하였다. 본 논문에서는 Quarter Vehicle의 구조와 이론적 배경을 통한 설계, 그리고 관성센서와 GPS의 적용을 위한 방법을 제시 한다.