In this paper, a GPS/MEMS IMU integrated navigation receiver module capable of operating in a high dynamic environment is designed and fabricated, and the results is confirmed. The designed module is composed of RF receiver unit, inertial measurement unit, signal processing unit, correlator, and navigation S/W. The RF receiver performs the functions of low noise amplification, frequency conversion, filtering, and automatic gain control. The inertial measurement unit collects measurement data from a MEMS class IMU applied with a 3-axis gyroscope, accelerometer, and geomagnetic sensor. In addition, it provides an interface to transmit to the navigation S/W. The signal processing unit and the correlator is implemented with FPGA logic to perform filtering and corrrelation value calculation. Navigation S/W is implemented using the internal CPU of the FPGA. The size of the manufactured module is 95.0×85.0×.12.5mm, the weight is 110g, and the navigation accuracy performance within the specification is confirmed in an environment of 1200m/s and acceleration of 10g.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.11
no.6
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pp.30-37
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2008
The ARS(Attitude Reference System) calculates an attitude of a vehicle using inertial angular rate sensors and acceleration sensors. The attitude error of ARS increases due to the integration of angular rate sensor output. To reduce the attitude error an acceleration of sensor is used similar to leveling method of INS(Inertial Navigation System). When an acceleration of vehicle is increased, it is difficult to calculate the attitude error using acceleration sensor output. In this paper the estimation method of acceleration due to the attitude error only is proposed. Two methods of the attitude calculation depending on vehicle dynamics and the integration method of these two methods are proposed. To verify its performance the monte carlo simulation is performed and shows that it bounds attitude error of ARS to reasonable level.
An Attitude and Heading Reference System (AHRS) provides the attitude of a vehicle with a constant velocity using an Inertial Measurement Unit (IMU) and a magnetometer. In this case, in order to avoid the disadvantage of a gyroscope, an AHRS using a Gyro-Free IMU (GF-IMU) that is composed of only accelerometers may be considered instead of the gyroscopes. In this paper, a design method of an AHRS using a GF-IMU is proposed. The proposed AHRS consists of roll and pitch calculation, yaw calculation, angular acceleration and angular velocity calculation, attitude calculation, and a Kalman filter. In particular, since the angular velocity cannot be measured from a gyroscope, the angular acceleration is obtained from the accelerometer output, and the angular velocity is calculated by integrating it. In order to show the usefulness of the proposed method, a performance evaluation was carried out. The performance evaluation results show that the attitude estimation performance of the proposed AHRS is similar to that of the conventional AHRS.
Yun, Sukchang;Lee, Young Jae;Kim, Chang Joo;Sung, Sangkyung
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.14
no.4
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pp.369-378
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2013
This paper presents a vision/LiDAR integrated navigation system that provides accurate relative navigation performance on a general ground surface, in GNSS-denied environments. The considered ground surface during flight is approximated as a piecewise continuous model, with flat and slope surface profiles. In its implementation, the presented system consists of a strapdown IMU, and an aided sensor block, consisting of a vision sensor and a LiDAR on a stabilized gimbal platform. Thus, two-dimensional optical flow vectors from the vision sensor, and range information from LiDAR to ground are used to overcome the performance limit of the tactical grade inertial navigation solution without GNSS signal. In filter realization, the INS error model is employed, with measurement vectors containing two-dimensional velocity errors, and one differenced altitude in the navigation frame. In computing the altitude difference, the ground slope angle is estimated in a novel way, through two bisectional LiDAR signals, with a practical assumption representing a general ground profile. Finally, the overall integrated system is implemented, based on the extended Kalman filter framework, and the performance is demonstrated through a simulation study, with an aircraft flight trajectory scenario.
The IMU(Inertial Measurement Unit) which is the expensive equipment has been used as a special limited area, usually in measurement of posture of applying to the areas of ship, submarine, aircraft and military equipment application. However, in the current situation, MEMS AHRS technology can replace the high-priced IMU in MEMS AHRS selected application field. In this paper, wireless hull motion measurement system was suggested for measuring key elements of ship's movement such as rolling, pitching and yawing using gyro, acceleration and magnetic sensors of AHRS. In order to reduce the error such as instantaneous acceleration, effects and vibration of geomagnetic, we have adopted the sensors equipped with Kalman filtering. The Wireless hull motion measurement system using AHRS sensors was tested in actual ship and it could easily be applied in limited installation circumstances of the ship. In the future, this system can be useful in the navigation safety and marine accident analysis by using with ship equipment such as INS or VDR in the maritime.
Park, Gun-Hong;Chang, Yu-Shin;Ryu, Jae-Heon;Jeong, Seung-Gweon;Song, Hyo-Shin;Park, Seok-Hyun;Lee, Chun-Han;Hong, Sin-Pyo;Lee, Man-Hyung
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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2003.10a
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pp.1706-1709
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2003
This paper demonstrates a unique method for measuring vehicle states such as body sideslip angle and tire sideslip angle using Global Positioning System(GPS) velocity information in conjunction with other sensors. A method for integrating Inertial Navigation System (INS) sensors with GPS measurements to provide higher update rate estimates of the vehicle states is presented, and the method can be used to estimate the tire cornering stiffness. The experimental results for the GPS velocity-based sideslip angle measurement. From the experimental results, it can be concluded that the proposed method has an advantage for future implementation in a vehicle safety system.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.4
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pp.47-52
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2006
Using the equivalent ARMA model representation of the mixed random errors, we propose Klaman filter design methods for aided INS(Inertial Navigation System) which contains the gyroscope mixed random errors. At first step, considering the characteristic of indirect feedback Kalman filter used in the aided INS, we perform the time difference of equivalent ARMA model. Next, according to the order of the time differenced ARMA model, we achieve the state space conversion of that by two methods. If the order of AR part is greater than MA part, we use controllable or observable canonical form. Otherwise, we establish the state apace equation via the method that several step ahead predicts are included in the state variable, where we can derive high and low order models depending on the variable which is compensated from gyroscope output. At final step, we include the state space equation of gyroscope mixed random errors into aided INS Kalman filter model. Through the simulation, we show that both the high and low order filter models proposed give less navigation errors compared to the conventional filter which assume the mixed random errors as white noise.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.14
no.8
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pp.774-778
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2008
The inaccuracy of inertial sensors used in low cost IMU's limits the usage to ARS, at best. Sensor fusion technologies are widely used to overcome this problem. GPS is the most popular secondary sensor, but GPS alone cannot fully compensate the IMU errors in the initial alignment process and rectilinear flights. This paper presents a new concept of aiding the low cost IMU with the sun line of sight vector. The simulation and experimental results in this paper proves that aiding of INS/GPS with the sun line of sight vector increases the observability and improves accuracy remarkably.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.20
no.12
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pp.1284-1289
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2014
In this Paper, outdoor position estimation system was implemented using GPS (Global Positioning System) and INS (Inertial Navigation System). GPS position information has lots of errors by interference from obstacles and weather, the surrounding environment. To reduce these errors, multiple GPS system is used. Also, the Discrete Wavelet Transforms was applied to INS data for compensation of its error. In this paper, position estimation of the mobile robot in the straight line is conducted by EKF (Extended Kalman Filter). However, curve running position estimation is less accurate than straight line due to phase change in rotation. The curve is recognized through the rate of change in heading angle and the position estimation precision of the initial curve was improved by UPF (Unscented Particle Filter). In the case of UPF, if the number of particle is so many that big memory gets size is needed and processing speed becomes late. So, it only used the position estimation in the initial curve. Thereafter, the position of mobile robot in curve is estimated through switching from UPF to EKF again. Through the experiments, we verify the superiority of the system and make a conclusion.
Park Woon Yong;Lee Kang Won;Lee Jae One;Jeong Gong Uhn
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.22
no.3
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pp.285-291
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2004
GPS photogrammetry or the GPS/INS photogrammetry, which are based on the direct measurement of the projection centers and attitude at the moment of camera exposure time through loading the GPS receiver or INS in aircraft. Both photogrammetric methods can offer us to acquire the exterior orientation parameters with only minimum ground control points, even the ground control process could be completely skipped. Consequently, we can drastically reduce the time and cost for the mapping process. In this thesis, test flight was conducted in Suwon area to evaluate the performance of accuracy and efficiency through the analysis of results among the three photogrammetric methods, that is, traditional photogrammetry, GPS photogrammetry and GPS/INS photogrammetry. Test results shows that a large variety of advantages of GPS photogrammetry and GPS/INS photogrammetry against traditional photogrammetry is to be verified. Especially, the number of ground control points for the exterior orientation could be saved more than 70~80%, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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