In this paper, the system model for the compensation of the low-cost personal navigation system is derived and the error compensation method using GPS is also proposed. WNS(Walking Navigation System) is a kind of personal navigation system using the number of a walk, stride and azimuth. Because the accuracy of these variables determines the navigation performance, computational methods have been investigated. The step is detected using the walking patterns, stride is determined by neural network and azimuth is calculated with gyro output. The neural network filters off unnecessary motions. However, the error compensation method is needed, because the error of navigation information increases with time. In this paper, the accumulated error due to the step detection error, stride error and gyro bias is compensated by the integrating with GPS. Loosely coupled Kalman filter is used for the integration of WNS and GPS. It is shown by simulation that the error is bounded even though GPS signal is blocked.
The way which estimates a position from Navigation is Dead-reckoning Navigation and Radio Navigation. Generally dead-reckoning navigation uses Gyro and odometer as sensor, but these have problems which are an integrating noise and a noise-sensitivity. Gps which is used by radio-navigation has a Troposthetic error and MultiPath ewer and so on. For minimizing a Troposthetic error and a Multipath error, this paper suggests to an algorithm which use vanishing point on CCD camera.
To estimate the location of the train, we consider an integrated navigation system that combines Inertial Navigation System (INS) and Global Navigation Satellite System (GNSS). This system provides accurate navigation results in open sky by combining only the advantages of both systems. However, since measurement update cannot be performed in GNSS signal blocked areas such as tunnels, mountain, and urban areas, pure INS is used. The error of navigation information increases in this area. In order to reduce this problem, the train's Non-Holonomic Constraints (NHC) information can be used. Therefore, we deal with the INS/GNSS/NHC integrated navigation system in this paper. However, in the process of installing the navigation system on the train, a Mounting Misalignment Error of the IMU (MMEI) inevitably occurs. In this case, if the NHC is used without correcting the error, the navigation error becomes even larger. To solve this problem, a method of easily estimating the MMEI without an external device is introduced. The navigation filter is designed using the Extended Kalman Filter (EKF) by considering the MMEI. It is assumed that there is no vertical misalignment error, so only the horizontal misalignment error is considered. The performance of the integrated navigation system according to the presence or absence of the MMEI and the estimation performance of the MMEI according to the method of using NHC information are analyzed based on simulation. As a result, it is confirmed that the MMEI is accurately estimated by using the NHC information together with the GNSS information, and the performance and reliability of the integrated navigation system are improved.
Geometric effect of landmarks to the navigation error is investigated in the two-dimensional line-of-sight measurement based vision navigation system. DOP is derived between line-of-sight measurement error and navigation solution error. For cases of three landmarks in an area, variations of the DOP were observed through computer simulations. Vision navigation system experiments were performed for the cases. Simulation and experimental results show that navigation solution errors have similar trend to DOP values of the simulation.
Two expressions for the inertial navigation system error equations are derived using a perturbation method; one in navigation frame, and the other in geographic frame. The equivalence between two expressions is shown by explicit equations and computer simulation.
Son, Jae Hoon;Choi, Woojin;Oh, Sang Heon;Hwang, Dong-Hwan
Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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제11권2호
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pp.71-81
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2022
In order for electro-optical tracking system (EOTS) to have accurate target coordinate, accurate navigation results are required. If an integrated navigation system is configured using an inertial measurement unit (IMU) of EOTS and the vehicle's navigation results, navigation results with high rate can be obtained. Due to the time-delay of the navigation results of the vehicle in the EOTS and scale factor errors of the EOTS IMU in high-speed and high dynamic operation of the vehicle, it is much more difficult to have accurate navigation results. In this paper, an integrated navigation system of EOTS which compensates time-delay and scale factor error is proposed. The proposed integrated navigation system consists of vehicle's navigation system which provides time-delayed navigation results, an EOTS IMU, an inertial navigation system (INS), an augmented Kalman filter and integration Kalman filter. The augmented Kalman filter outputs navigation results, in which the time-delay of the vehicle's navigation results is compensated. The integration Kalman filter estimates position, velocity, attitude error of the EOTS INS and accelerometer bias, accelerometer scale factor error, gyro bias and gyro scale factor error from the difference between the output of the augmented Kalman filter and the navigation result of the EOTS INS. In order to check performance of the proposed integrated navigation system, simulations for output data of a measurement generator and land vehicle experiments were performed. The performance evaluation results show that the proposed integrated navigation system provides more accurate navigation results.
Underwater vehicles use Inertial Navigation System (INS) with high-performance Inertial Measurement Unit (IMU) for high precision navigation. However, when underwater navigation is performed for a long time, the INS error gradually diverges, therefore, an integrated navigation method using auxiliary sensors is used to solve this problem. In terms of underwater vehicles, the vertical axis error is primarily compensated through Vertical Channel Damping (VCD) using a depth gauge, and an integrated navigation filter can be designed to perform horizontal axis error and sensor error correction using a speedometer such as Electromagnetic-Log (EM-Log). However, since EM-Log outputs the forward direction relative speed of the vehicle with respect to the sea and sea current, INS correction filter using this may cause a rather large error. Although it is possible to design proper filters if the exact model of the sea current is known, it is impossible to know the accurate model in reality. Therefore, this study proposes an INS/EM-Log integrated navigation filter with the function to estimate sea current using an Interacting Multiple Model (IMM) filters, and the performance of this filter is analyzed through a simulation performed in various environments.
Geofencing supports unmanned aerial vehicle (UAV) operation by defining stay-in and stay-out regions. National Aeronautics and Space Administration (NASA) has developed a prototype of the geofencing function, SAFEGUARD, which prevents stayout region violation by utilizing position estimates. Thus, SAFEGUARD depends on navigation system performance, and the safety risk associated with the navigation system uncertainty should be considered. This study presents a methodology to compute the safety risk assessment-based along-track position error bound under nominal and Global Navigation Satellite Systems (GNSS) failure conditions. A Kalman filter system using pseudorange measurements as well as pseudorange rate measurements is considered for determining the position uncertainty induced by velocity uncertainty. The worst case pseudorange and pseudorange rate fault-based position error bound under the GNSS failure condition are derived by applying a Receiver Autonomous Integrity Monitor (RAIM). Position error bound simulations are also conducted for different GNSS fault hypotheses and constellation conditions with a GNSS/INS integrated navigation system. The results show that the proposed along-track position error bounds depend on satellite geometries caused by UAV attitude change and are reduced to about 40% of those of the single constellation case when using the dual constellation.
This paper presents a new in-flight alignment method for an SDINS under large initial heading error. To handle large heading error, a new attitude error model is introduced. The attitude errors are divided into heading error and leveling errors using a newly defined horizontal frame. Some navigation error dynamic models are derived from the attitude error model for indirect feedback filtering of the in-flight alignment system. A Kalman filter with Position measurement is designed to estimate navigation errors as the indirect feedback filter Simulation results show that the proposed in-flight alignment method reduces the heading error very quickly from more than 40deg to about 5deg so as to apply a refined navigation filter. The total alignment process including leveling mode and navigation mode in addition to the proposed one allows large initial values not only in heading error but also in leveling errors.
An alignment algorithm for strapdown inertial navigation systems is proposed, in which the psi angle error model is utilized. The proposed alignment algorithm is derived from the Psi angle error model which has been widely used in real-time navigation systems. The equation for expecting steady state alignment error is also derived. The proposed algorithm was verified through real-time experiments. Experimental results show that the proposed algorithm can be used in the inertial navigation system and GNSS/INS integrated navigation system to get an initial attitude of the vehicle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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