The authors aim to establish the theory necessary for developing free gyro positioning system and focus on measuring the nadir angle by using the motion rate of a free gyro. The azimuth of a gyro vector from the North can be given by using the property of the free gyro. The motion rate of the spin axis in the gyro frame is transformed into the platform frame and again into the NED (north-east-down) navigation frame. The nadir angle of a gyro vector is obtained by using the North components of the motion rate of the spin axis in the NED frame. The component has to be transformed into the horizontal component of the gyro by using the azimuth of the gyro vector and then has to be integrated over the sampling interval.
The authors aim to design further an upgraded and self-contained position fixing system to meet the future commercial requirements. As a first step this paper is to investigate the theoretical structure of position fixing based on the nature of free gyro, in which the tilt angles of the two spin axes at an arbitrary position are measured respectively and the elapsed time with respect to a reference position or starting point is observed And it illustrates some limitations to be expected in this system.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.12
no.6
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pp.608-613
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2006
Any input acceleration that bends RLG dithering axis causes flexure error, which is a source of the noncommutative error that can not be compensated by simply using integrated gyro sensor output. This paper introduces noncommutative error equations that define attitude errors caused by flexure errors. In this paper, flexure error is classified as sensor level error if the sensing axis coincides with the dithering axis and as system level error if the two axes do not coincide. The relationship between gyro output and the rotation vector is introduced and is used to define the coordinate transformation matrix and angular motion. Equations are derived for both sensor level and system level flexure error analysis. These equations show that RLG based INS attitude error caused by flexure is directly proportional to time, amount of input acceleration and the dynamic frequency of the vehicle.
CMG(Control Momentum Gyro) is a control device being used for spacecraft attitude control constructing relatively large amount of torque compared to conventional body-fixed reaction wheels. The CMG produces gyroscopic control torque by continuously varying the angular momentum vector direction with respect to the spacecraft body. The VSCMG(Variable Speed Control Momentum Gyro) has favorable advantages with variable speed to lead to better control authority as well as singularity avoidance capability. Attitude dynamics with a VSCMG mounted on a two-axis gimbal system are derived in this study. The dynamic equation may be considered as an extension of the single-axis counterpart. Also, a feedback control law design is addressed in conjunction with the dynamic equations of motion.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.2
no.3
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pp.242-247
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1996
In this paper, an optimal coning compensation algorithm for strapdown system is proposed by minimizing the coning error. The proposed algorithm is derived as a generalized form in that it contains the class of the existing coning algorithms and allows the design of optimal algorithm for various combinations of gyro samples. It is shown the magnitude of resulting algorithm errors depends mainly on the total number of gyro samples including present and previous gyro samples. Based on the results, the proposed algorithm enables the algorithm designers to develop the effective coning compensation algorithm according to their attitude computation specifications with ease. In addition, the multirate method which can efficiently implement the algorithm is presented.
This paper presents a method to estimate the position of a mobile robot by using a gyro sensor and accelerometer sensors on it. Together with contact sensors we propose a mapmaking algorithm for an indoor environment where the robot moves. The direction of robot can be estimated through a gyro sensor and the distance is founded out by accelerometers. Then one can presume the position of robot. Using the direction and distance values vector-based mapmaking job can be performed. Tactile sensors help the robot recognize the boundary limit value of indoor environment and decide outer wall line of the map.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.1
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pp.81-88
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2006
In this paper, we analyze a noncommutativity error that is not able to be compensated with integrating gyro outputs in RLG-based INS. The system can suffer from some motion known as RLG dithering motion, coning motion, ISA motion derived by an AV mount and vehicle real dynamic motion. So these motions are a cause of the noncommutativity error, the system error derived by each motion has to be analyzed. For the analysis, a relation between rotation vector and gyro outputs is introduced and applied to define the coordinate transformation matrix and the angular vector.
Goo-Hwan Shin;Hyosang Yoon;Hyeongcheol Kim;Dong-Soo Choi;Jae-Suk Lee;Young-Ho Shin;Eunji Lee
Journal of Space Technology and Applications
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v.3
no.4
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pp.322-332
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2023
Satellite attitude-control actuators are equipped with a reaction wheel for three-axis attitude control. The reaction wheel rotates a motor inside the actuator to generate torque in the vector direction. When using the reaction wheel, there are restrictions on the torque values generated as the motor rotates. The torque value of the reaction wheels mounted on small satellites is approximately 10 mNm, and high values are not used. Therefore, three-axis attitude control of a small satellite is possible using a reaction wheel, but this method is not suitable for missions that require rapid attitude control at a specific time. As a technology to overcome the small torque value of the reaction wheel, the control moment gyro (CMG) is currently in wide use as a rapid attitude-control actuator in space satellites. The CMG has an internal gimbal mounted at a right angle to the rotation motor and generates a large torque value. In general, when the gimbal operates, a torque value approximately 100 times greater is generated, making it suitable for rapid posture maneuvering. Currently, we are developing a technology for mounting a controlled moment gyro on a small satellite, and here we share the development status of an 800 mNm CMG.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.43
no.2
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pp.133-140
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2015
In this paper, a roll angle estimation method of a rolling airframe using a low grade GPS and a roll rate gyro is proposed. The strength of the received signal of the GPS antenna attached on the rolling airframe is maximized when the GPS satellite is placed on the plane determined by the x-axis of the rolling airframe and the GPS antenna axis. Under the assumption that the x-axis of the rolling airframe is coincident with its velocity vector, the roll angle of the rolling airframe is calculated from the relative position vector of the satellite to the GPS when the GPS signal strength becomes maximum. The Kalman filter combined with a roll rate gyro is introduced to increase the determination accuracy of the roll angle. The performance of the proposed method is verified via 6-DOF simulations.
KARI precision attitude determination system has been developed for high accurate geo-coding of KOMPSAT-2 image. Sensor data from two star trackers and a IRU are used as measurement and dynamic data. Sensor data from star tracker are composed of QUEST and unit vector filter. Filter algorithms consists of extended Kalman filter, unscented Kalman filter, and least square batch filter. The type of sensor data and filter algorithm can be chosen by user options. Estimated parameters are Euler angle from 12000 frame to optical bench frame, gyro drift rate bias, gyro scale factor, misalignment angle of star tracker coordinate frame with respect to optical bench frame, and misalignment angle of gyro coordinate frame with respect to optical bench frame. In particular, ground control point data can be applied for estimating misalignment angle of star tracker coordinate frame. Through the simulation, KPADS is able to satisfy the KOMPSAT-2 mission requirement in which geo-location accuracy of image is 80 m (CE90) without ground control point.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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