A Direction Cosine Matrix (DCM) of each satellites sensor/actuator which contains an directional information of sensor/actuator is implemented in the on-board flight software. In order to verify the polarity of direction cosine matrix, it is mostly used that an actual sensor/actuator output is compared with the expected output value which responses to the pre-defined external stimulus to the sensor/actuator. For the gyro sensors, the Earth rotational rate can be used as an external input for the polarity verification of DCM, without using an artificial stimulus. In this study, the polarity of gyro DCM is checked and verified using the several test data which have been acquired during the different system level test phases. Finally the polarity of DCM was successfully verified using the Earth rotational rate.
This paper presents a Inertial Measuring Unit(IMU) for motion measurement of an AUV. The IMU is composed of three parts: inertial sensors with three servo accelerometers and three rate gyros, an analog/digital interface board, and a signal processing board with TMS320C31 DSP processor. The IMU is a class of strap-down inwetial navigation system does not applicable directly to the navigation system in consequence of the AUV and integrated sensors for an integrated navigation system of the AUV. Fast calculstion of direction cosine matrix for the coordinate transformation body to reference is obtained through the DSP processor. A switching algotrithm is used to lessen the low frequency drift effect of the gyros in the vertical plane with use of low pass filtering of the signal of the accelerometers.
This paper deals with three dimensional orientation estimation algorithm for an attitude and heading reference system (AHRS) based on nine-axis inertial/magnetic sensor signals. In terms of the orientation estimation based on the use of a Kalman filter (KF), the quaternion is arguably the most popular orientation representation. However, one critical drawback in the quaternion representation is that undesirable magnetic disturbances affect not only yaw estimation but also roll and pitch estimations. In this paper, a sequential direction cosine matrix-based orientation KF for AHRS has been presented. The proposed algorithm uses two linear KFs, consisting of an attitude KF followed by a heading KF. In the latter, the direction of the local magnetic field vector is projected onto the heading axis of the inertial frame by considering the dip angle, which can be determined after the attitude KF. Owing to the sequential KF structure, the effects of even extreme magnetic disturbances are limited to the roll and pitch estimations, without any additional decoupling process. This overcomes an inherent issue in quaternion-based estimation algorithms. Validation test results show that the proposed method outperforms other comparison methods in terms of the yaw estimation accuracy during perturbations and in terms of the recovery speed.
This paper presents a Inertial Measuring Unit(IMU) for motion measurement of an AUV. The IMU is composed of three parts: inertial sensors with three servo accelerometers and three rate gyros, an analog/digital interface board, and a signal processing board with TMS320C31 DSP processor. The IMU is a class of strap-down inwetial navigation system does not applicable directly to the navigation system in consequence of the AUV and integrated sensors for an integrated navigation system of the AUV. Fast calculstion of direction cosine matrix for the coordinate transformation body to reference is obtained through the DSP processor. A switching algotrithm is used to lessen the low frequency drift effect of the gyros in the vertical plane with use of low pass filtering of the signal of the accelerometers.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.45
no.6
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pp.463-472
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2017
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.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.36
no.4
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pp.271-277
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2018
Generating an epipolar image which is removed a y-parallax from an original image is an essential technique for creating a 3D stereoscopic model or producing a map. In epipolar image production, there is a method of generating epipolar images by estimating the relative orientation parameters after matching the extracted distinct points in two images and a method of generating epipolar images by using the baseline and rotation angles of the two images after determining the exterior orientation parameters In this study, it was proposed a methodology to generate epipolar images using direction cosine in the exterior orientation parameters of the input images, and a method to use the transformation matrix for easy calculation when converting from the original image to the epipolar image. The applicability of the proposed methodology was evaluated by using images taken from the fixed wing and rotary wing drones. As a result, it was found that epipolar images were generated regardless of the type of drones.
Agricultural unmanned helicopters have become a new paradigm for aerial application. Yet, such agricultural helicopters require easy and affordable attitude control systems. Therefore, this study presents an affordable attitude measurement system using a DCM (direction cosine matrix) algorithm that would be applied to agricultural unmanned helicopters. An IMU using a low-cost MEMS and an algorithm to estimate the attitude of the helicopter were applied in a gimbals structure to evaluate the accuracy of the attitude measurements. The estimation errors in the attitude were determined in comparison with the true angles determined by absolute position encoders. The DCM algorithm and sensors showed an accuracy of about 1.1% for the roll and pitch angle estimation. However, the accuracy of the yaw angle estimation at 3.7% was relatively larger. Such errors may be due to the magnetic field of the stepping motor and encoder system. Notwithstanding, since the intrinsic behavior of the agricultural helicopter remains steady, the determination of attitude would be reliable and practical.
Kim, Jong-Hyuk;Moon, Sung-Wook;Lee, See-Ho;Kim, Se-Hwan;Hwang, Dong-Hwan;Lee, Sang-Jeong;Ra, Sung-Woong
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.6
no.2
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pp.138-145
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2000
In this paper an initial alignment algorithm for a strapdown inertial navigation system is implemented using a RISC CPU board. The algorithm computes roll pitch and yaw angles of the direction cosine matrix utilizing measured components of the specific force and earth rate when the navigation system is stationary. The coarse alignment algorithm is performed first and then the fine alignment algorithm containing a 3rd-order gyrocompass loop follows. The experimental set consists of an IMU a CPU board and a monitoring system Experimental results show that the implemented algorithm can be utilized in navigation systems.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.4
no.1
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pp.225-233
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2001
This paper deals with the transfer alignment problem of SDINS(StrapDown Inertial Navigation System) subjected to roll and pitch motions of the ship. Specifically, to reduce alignment errors induced by measurement time-delay and ship body flexure, an error compensation method is suggested based on delay state augmentation and DCM(Direction Cosine Matrix) partial matching. A linearized error model for the velocity and attitude matching transfer alignment system is first derived by linearizing the nonlinear measurement equation with respect to its time delay and augmenting the delay state into the conventional linear state equations. And then DCM partial matching is properly combined to reduce effects of a ship's Y axis flexure. The simulation results show that the suggested method is effective enough resulting in considerably less azimuth alignment errors.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.6
no.3
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pp.291-297
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2000
This paper presents an attitude determination algorithm for the local level strapdown inertial navigation where the body the earth and the transport rate can be calculated separately using a DCM computation scheme, Also presented is a velocity determination algorithm taking into account the attitude variation caused by he change of the navigation frame. The proposed algorithm are implemented using three samples of the velocity and the angle within the integration interval.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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