This paper describes the development of an INS (Inertial Navigation System) integrated positioning system, which can monitor and track the firefighter's position for assisting effective fire-fighting activity and rescue services. The INS consists of highly accurate three-axis gyro sensor and three-axis accelerometer. By integrating an INS to positioning system, it is also possible to obtain the information of firefighter's physical state (e.g. standing, collapse and crouch) of posture including velocity. Consequently, this research would obviously make a contribution to effective rescue activities and safety of firefighters. Besides, this paper presents results from field tests conducted at Tokyo University demonstrating its viability and utility. We also summarize the overall system requirements and architecture, and describe the hardware and software used in the prototype system in detail.
Accuracy of an integrated Global Positioning System (GPS) / Inertial Navigation System (INS) relies heavily on the visibility of GPS satellites. Especially, its accuracy is dramatically degraded in urban canyon due to signal obstructions due to large structures. In this paper, we propose a new integrated positioning system that effectively combines INS, GPS, ultrasonic sensor, and barometer in GPS-denied environments. In the proposed system, the ultrasonic sensor provides velocity information along the forward direction of moving vehicle. The barometer output provides height information compensated for the pressure variation due to fast vehicle movements. To evaluate the performance of the proposed system, an experiment was carried out by mounting the proposed system on a test car. By the experiment result, it was confirmed that the proposed system bears good potential to maintain positioning accuracy in harsh urban environments.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.32
no.6
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pp.599-606
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2014
Since the accuracy of Global Positioning System (GPS)-based vehicle positioning system is significantly degraded or does not work appropriately in the urban canyon, the integration techniques of GPS with Inertial Navigation System (INS) have intensively been developed to improve the continuity and reliability of positioning. However, its accuracy is degraded as INS errors are not properly corrected due to the GPS signal blockage. Recently, the image-based positioning techniques have been started to apply for the vehicle positioning for the advanced in processing techniques as well as the increased the number of cars installing the camera. In this study, Single Photo Resection (SPR), which calculates the camera exterior orientation parameters using the Ground Control Points (GCPs,) has been integrated with the INS/GPS for continuous and stable positioning. The INS/GPS/SPR integration was implemented in both of a loosely and a tightly coupled modes, based on the Extended Kalman Filter (EKF). In order to analyze the performance of INS/SPR integration during the GPS outage, the simulation tests were conducted with a consideration of factors affecting SPR performance. The results demonstrate that the accuracy of INS/SPR integration is depended on magnitudes of the GCP errors and SPR processing intervals. Additionally, the simulation results suggest some required conditions to achieve accurate and continuous positioning, used the INS/SPR integration.
Global Navigation Satellite System (GNSS)/Inertial Navigation System (INS) integrated navigation systems provide highly accurate and reliable navigation solutions and are widely used as civil and military navigation systems. In order to facilitate the GNSS/INS integrated navigation system development task, a simulator can be used to provide inputs for the GNSS/INS integrated navigation system. In this paper, a simulator design using general-purpose Personal Computer (PC) and Off-The-Shelf (OTS) interface boards for a GNSS/INS integrated navigation system is proposed and implementation results are presented. Requirements of the GNSS/INS integrated navigation system simulator are presented and a design method that satisfies the requirements is described. In order to show the usefulness of the proposed design method, a simulator using a general-purpose PC and OTS interface boards for the GPS/INS integrated navigation system are implemented and verified. The implementation results show that the simulator designed by the proposed method generates the GPS L1 C/A signal and IMU data without any problems.
This paper presents an integrated navigation system for accurate navigation solution-based safety and convenience services in the vehicular augmented reality (AR)-head up display (HUD) system. For lane-level guidance service, especially, an accurate navigation system is essential. To achieve this, an inertial navigation system (INS)/global positioning system (GPS)/vision/digital map (IGVM) integrated navigation system has been developing. In this paper, the concept of the integrated navigation system is introduced and is implemented based on a multi-model switching filter and vehicle status decided by using the GPS data and inertial measurement unit (IMU) measurements. The performance of the implemented navigation system is verified experimentally.
In this paper, a GPS/GF-INS integrated navigation system is proposed, in which the high rate attitude aiding signal, the high rate position and velocity aiding of GPS receiver is used for the cube structure of the GF-IMU, effectiveness of the proposed GPS/GF-INS integrated navigation system was shown when the vehicle follows two trajectories, circling and spiraling. Performance evaluation results show that the proposed GPS/GF-INS integrated navigation method gives better navigation outputs when the attitude output of GPS is used and more better navigation outputs are obtained when the rate of GPS aiding signal is higher.
In this study, a Global Navigation Satellite System (GNSS) / Inertial Navigation System (INS) / odometer / barometer integrated navigation system that uses a commercial navigation device including Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) accelerometer and gyroscope in addition to GNSS, odometer information obtained from a vehicle, and a separate MEMS barometer sensor was implemented, and the performance was verified. In the case of GNSS and GNSS/INS integrated navigation system that are generally used in a navigation device, the performance would deteriorate in areas where GNSS signals are not available. Therefore, an integrated navigation system that calculates a better navigation solution in areas where GNSS signals are not available compared to general GNSS/INS by correcting the velocity error of GNSS/INS using an odometer and by correcting the cumulative altitude error of GNSS/INS using a barometer was suggested. To verify the performance of the navigation system, a commercial navigation device (Softman, Hyundai Mnsoft, http://www.hyundai-mnsoft.com) and a barometer sensor (ST Company) were installed at a vehicle, and an actual driving test was performed. To examine the performance of the algorithm, the navigation solutions of general GNSS/INS and the GNSS/INS/odometer/barometer integrated navigation system were compared in an area where GNSS signals are not available. As a result, a navigation solution that has a smaller position error than that of GNSS/INS could be obtained in the area where GNSS signals are not available.
This paper presents a method to reduce the vibration-induced noise effect of an inertial measurement device mounted on a self-driving vehicle. The inertial sensor used in the GNSS/INS integrated navigation system of a self-driving vehicle is fixed directly on the chassis of vehicle body so that its navigation output is affected by the vibration of the vehicle's engine, resulting in the degradation of the navigational performance. Therefore, these effects must be considered when mounting the inertial sensor. In order to solve this problem, this paper proposes to use an in-house manufactured vibration suppression device and analyzes its impact on reducing the vibration effect. Experimental test results in a static scenario show that the vibration-induced noise effect is more clearly observed in the lateral direction of the vehicle, but can be effectively suppressed by using the proposed vibration suppression device compared to the case without it. In addition, the dynamic positioning test scenario shows the position, speed, and posture errors are reduced to 74%, 67%, and 14% levels, respectively.
Since GPS signals are vulnerable to interference and obstruction, many alternate aiding systems have been proposed to integrate with an inertial navigation system. Among these alternate systems, the vision-aided method has become more attractive due to its benefits in weight, cost and power consumption. This paper proposes a loosely-coupled vision/INS integrated navigation method which can work in GPS-denied environments. The proposed method improves the navigation accuracy by correcting INS navigation and sensor errors using position and attitude outputs of a landmark based vision navigation system. Furthermore, it has advantage to provide redundant navigation output regardless of INS output. Computer simulations and the van tests have been carried out in order to show validity of the proposed method. The results show that the proposed method works well and gives reliable navigation outputs with better performance.
Recently, multi-sensor integration techniques have been actively studied to obtain reliable and accurate navigation solution in GPS (Global Positioning System)-denied harsh environments such as urban canyons, tunnels, and underground roads. In this paper, we propose a low-cost ultrasonic-speedometer utilizing the characteristics of the ultrasonic propagation. An efficient integrated INS (inertial navigation system)/ultrasonic-speedometer navigation system is also proposed to improve the accuracy of positioning in GPS-denied environments. To evaluate the proposed system, car experiments with field-collected measurements were performed. By the experiment results, it was confirmed that the proposed INS/ultrasonic-speedometer system bounds the positioning error growth effectively even though GPS signal is blocked more than 10 seconds and a low-cost MEMS IMU (micro electro mechanical systems inertial measurement unit) is utilized.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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