• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제26권1호
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• pp.31-46
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• 2009

An Unscented Kalman Filter (UKF) for estimation of the attitude and rate of a spacecraft using only magnetometer vector measurement is developed. The attitude dynamics used in the estimation is the nonlinear Euler's rotational equation which is augmented with the quaternion kinematics to construct a process model. The filter is designed for small satellite in low Earth orbit, so the disturbance torques include gravity-gradient torque, magnetic disturbance torque, and aerodynamic drag torque. The magnetometer measurements are simulated based on time-varying position of the spacecraft. The filter has been tested not only in the standby mode but also in the detumbling mode. Two types of actuators have been modeled and applied in the simulation. The PD controller is used for the two types of actuators (reaction wheels and thrusters) to detumble the spacecraft. The estimation error converged to within 5 deg for attitude and 0.1 deg/s for rate respectively when the two types of actuators were used. A joint state parameter estimation has been tested and the effect of the process noise covariance on the parameter estimation has been indicated. Also, Monte-Carlo simulations have been performed to test the capability of the filter to converge with the initial conditions sampled from a uniform distribution. Finally, the UKF performance has been compared to that of the EKF and it demonstrates that UKF slightly outperforms EKF. The developed algorithm can be applied to any type of small satellites that are actuated by magnetic torquers, reaction wheels or thrusters with a capability of magnetometer vector measurements for attitude and rate estimation.

• 한국항공우주학회지
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• 제47권11호
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• pp.795-802
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• 2019

본 논문에서는 인공위성의 근접운용에서 발생할 수 있는 위치-자세 결합운동을 정의하고, 이를 듀얼 쿼터니언 기반의 운동방정식을 통해 접근한다. 인공위성의 위치-자세 결합운동은 두 위성의 상대운동에서 목표 지점이 무게 중심이 아닌 위성체 위의 임의의 점에 위치할 때 발생하며, 특히 근거리 운용에서 명확히 보여진다. 듀얼 쿼터니언 기반의 운동방정식은 각속도 상태를 직접 반영하여, 자세의 변화가 위치에 영향을 미치는 위치-자세 결합운동을 간결하게 정의할 수 있다. 여기에서는 위치-자세 결합운동의 해결을 위해 기존의 접근방법과 함께 듀얼 쿼터니언 기반의 운동방정식을 새롭게 제시한다. 수치 시뮬레이션에서는 두 위성의 상대운동에서 위치-자세 결합운동으로 목표 지점에 대한 위치 오차가 발생함을 보이고, 듀얼 쿼터니언 기반의 운동방정식이 이를 해결할 수 있음을 검증한다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제12권1호
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• pp.27-34
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• 2018

CMG의 발생 토크는 김블의 각속도에 비례하고 위성의 자세제어에 직접적인 영향을 미치기 때문에 김블의 토크 리플 저감이 필요하다. 본 논문에서는 토크 리플의 발생 원인을 베어링에 의한 마찰 불균형, 모터의 자기장과 상전류 불균형으로 가정하여 이를 수학적으로 모델링한다. 김블의 정속 구동 데이터를 통해 모델링의 파라미터를 추정하고 이를 이용하여 피드포워드 제어로 적용할 경우 영향성을 분석한다. 시뮬레이션을 통해 토크 리플과 각속도 변동이 저감되는 것을 확인하여 외란 모델링을 이용한 외란 저감 기법을 제시한다.

• 제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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• 제어로봇시스템학회 2004년도 ICCAS
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• pp.1239-1244
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• 2004

Precise positioning is an important problem facing motion control systems which usually use electric motor. A motor possesses a nonlinear property which degrades the positioning accuracy. Therefore, a compensator which linearizes the relationship between the angular velocity and input signal of the motor is required to enable precise positioning. In this paper, the design of a Model Reference Adaptive Control System (MRACS) for realizing the precise positioning for a system using a motor including the nonlinear property is described. The designed MRACS is applied to the attitude control problem on a satellite using a DC servomotor to drive its reaction wheel. Experimental results demonstrate the validity of a proposed control method for a positioning control system with an electric motor.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제22권9호
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• pp.723-732
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• 2016

This paper proposes an approach to fused navigation of an unmanned surface vehicle(USV) and to detection of the outlier or interference of global positioning system(GPS). The method fuses available sensor measurements through extended Kalman filter(EKF) to find the location and attitude of the USV. The method uses error covariance of EKF for detection of GPS outlier or interference. When outlier or interference of the GPS is detected, the method excludes GPS data from navigation process. The measurements to be fused for the navigation are GPS, acceleration, angular rate, magnetic field, linear velocity, range and bearing to acoustic beacons. The method is tested through simulated data and measurement data produced through ground navigation. The results show that the method detects GPS outlier or interference as well as the GPS recovery, which frees navigation from the problem of GPS abnormality.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2002년도 하계학술대회 논문집 D
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• pp.2076-2078
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• 2002

This paper presents an Intelligent Balance Beam Controller(IBBC) which can estimate the inertia of load automatically. Balance Beam controller is a kind of construction tool which can control the attitude of the load hanging in the air such as a beam carried by crane. In our previous work, Balance Beam had been built to control the object in air using a mechanical gyro system having a position controllable gimbal structure. In field application the load inertia for operation is not easy to figure out because the weight and shape which determines the inertia, varies depending on the object to be carried. Therefore it is difficult for a worker to operate a Balance Beam and an accident could be caused occasionally. We designed an automatic load estimator to measure the inertia of arbitrary load by using an angular velocity sensor that is installed on the Balance Beam. Simulation results and current status for implementation are presented.

• 한국항공우주학회지
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• 제40권9호
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• pp.807-817
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• 2012

위성 발사 후, 궤도상에서 광학탑재체의 영상 품질 검정이 필요하다. 검정부지로서 지상은 대기, 계절, 기상의 효과로 인해 불안정하기 때문에, 별을 관측하여 위성의 영상 품질을 검정을 시도한다. 본 연구에서는 이러한 별을 이용한 검정을 위해, 선택된 별을 관측하기 위한 위성의 자세 시나리오를 생성하였다. 개발된 자세 시나리오는 지상을 관측할 때 사용되는 시간지연적분 기법을 구현하면서 별을 관측할 수 있다. 위성을 회전축으로 일정한 속도로 지나가면 시간지연적분을 구현할 수 있는데, 이를 위한 카메라 방향의 회전 각도를 계산하였다. 또한 임의의 자세에서 별을 관성 지향하는 최소경로의 쿼터니안을 계산하였다.

• 한국해양공학회지
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• 제31권2호
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• pp.177-182
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• 2017

This paper describes an unscented Kalman filter approach to estimate the bias in magnetic field measurements. A microelectromechanical systems attitude heading reference system (MEMS AHRS) was used to measure the magnetic field, together with the acceleration and angular rate. A magnetic field is usually used for yaw detection, while the acceleration serves to detect the roll and pitch. Magnetic field measurements are vulnerable to distortion due to hard-iron effect and soft-iron effect. The bias in the measurement accounts for the hard-iron effect, and this paper focuses on an approach to estimate this bias. The proposed method is compared with other methods through experiments that implement the navigation of an underwater robot using an AHRS and Doppler velocity log. The results verify that the compensation of the bias by the proposed method improves the navigation performance more than or comparable to the compensation by other methods.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제19권6호
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• pp.569-575
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• 2013

This paper proposes a method for PDR (Pedestrian Dead-Reckoning) using a low cost IMU. Generally, GPS has been widely used for localization of pedestrians. However, GPS is disabled in the indoor environment such as in buildings. To solve this problem, this research suggests the PDR scheme with an IMU attached to the pedestrian's waist. However, despite the fact many methods have been proposed to estimate the pedestrian's position, but their results are not sufficient. One of the most important factors to improve performance is, a new calibration method that has been proposed to obtain the reliable sensor data. In addition to this calibration, the PDR method is also proposed to detect steps, where estimation schemes of step length, attitude, and heading angles are developed. Peak and zero crossings are detected to count the steps from 3-axis acceleration values. For the estimation of step length, a nonlinear step model is adopted to take advantage of using one parameter. Complementary filter and zero angular velocity are utilized to estimate the attitude of the IMU module and to minimize the heading angle drift. To verify the effectiveness of this scheme, a real-time system is implemented and demonstrated. Experimental results show an accuracy of below 1% and below 3% in distance and position errors, respectively, which can be achievable using a high cost IMU.

• 전자공학회논문지
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• 제53권7호
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• pp.95-102
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• 2016

쿼드로터의 헤딩 방향 감지를 위하여 일반적으로 활용하는 지자기 센서에서는 주변 자기 간섭 및 롤/피치 축 기울기로 인한 오차가 발생한다. 본 논문에서는 쿼드로터 헤딩 방향 제어를 위하여 지자기 센서와 자이로 센서의 측정 결과를 융합하는 방위각 측정 방법을 제안한다. 롤/피치 축 방향 회전으로 인하여 발생하는 지자기 센서의 좌표축 변화를 분석하고, 수평 자세 제어를 목적으로 측정된 롤/피치 축 각도를 활용하여 지자기 센서의 기울기 보상을 적용한다. 또한, 요 축 각도 측정에 상보필터를 활용하여 지자기 센서의 요 축 각도와 자이로스코프 센서의 요 축 방향 각속도 데이터를 융합한다. 제안한 방식을 실험에 적용하고 결과를 제시하여 요 축 각도 측정의 타당성 및 효과를 검증한다.