Single-antenna GPS/Gyroscope/Magnetometer Integrated Attitude Estimation

본 논문에서는 단일안테나 GPS 를 이용한 의사자세와 그를 보완하기 위한 자이로스코프와 지자기센서의 통합을 다루고 있다. 의사자세는 GPS 의 측정치를 이용하여 추정된 자세이기 때문에 출력율이 낮고 시간지연이 포함되어 있다. 또한 GPS 의 속도 측정치를 기반으로 하기 때문에 비행조건에 따라서 실제 자세와 의사자세 사이에는 차이가 발생하게 된다. 이와 같은 의사자세의 문제점을 자이로스코프와 지자기센서를 이용하여 개선하는 알고리즘을 제안하고 시뮬레이션을 수행하였다.In this paper, we propose the attitude estimation algorithm integrating SAGPS(Single Antenna GPS), Gyroscope and Magnetometer. Pseudo-attitude from SAGPS has low output rate and time delay property. And it differs from actual attitude according to flight condition of airplane because it is based on velocity measurements of GPS. We adopted gyroscope and magnetometer to improve attitude accuracy and output rate of the pseudo-attitude. Using proposed method, simulation is performed and its results are shown.OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2012-01/104/0000003405/22SEQ:22PERF_CD:SNU2012-01EVAL_ITEM_CD:104USER_ID:0000003405ADJUST_YN:NEMP_ID:A000360DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:2012춘계항공우주학회실적자료_노희권.pdfDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]:

차량 간 GPS 공통 가시위성 검색을 통한 상대위치 추정 정확도 향상에 대한 연구

본 논문은 저가의 GPS 수신기와 MEMS급 IMU, B-CDMA 무선 통신 모듈을 이용한 다수 차량의 상대위치 추 정에 관한 연구이다. 차량의 상대위치를 추정함에 있어서, 각 차량의 가시 위성 조합이 불일치 할 경우 오차가 급증하는 현상이 발생한다. 본 논문에서는, 이를 개선하기 위하여 측정치 기반으로 상대위치를 계산하는 RGPS 알고리즘을 제안한다. 동시에 GPS/INS 통합 항법 알고리즘을 적용하여 각 차량의 방향각과 속도를 추정한다. 최종적으로 RGPS 알고리즘과 각 차량의 GPS/INS 통합항법 알고리즘 결과를 사용한 Position Integration Filter 알고리즘으로부터 최종적인 상대위치와 상대속도를 추정한다. 이와 같은 연구 결과를 증명하기 위하여 실제 실 험을 통하여 추정 결과를 확인하였다. 실시간 프로그램과 실험용 모형 차량을 제작하여 상대위치, 상대속도 추 정 실험을 실시, 실제 환경에서의 알고리즘의 성능을 검증하였다.In this paper, we present relative positioning algorithm for moving land vehicle using GPS, MEMS IMU and B-CDMA module. This algorithm does not calculate precise absolute position but calculates relative position directly, so additional infrastructure and I2V communication device are not required. Proposed algorithm has several steps. Firstly, unbiased relative position is calculated using pseudorange difference between two vehicles. Simultaneously, the algorithm estimates position of each vehicle using GPS/INS integration. Secondly, proposed algorithm performs filtering and finally estimates relative position and relative velocity. Using proposed algorithm, we can obtain more precise relative position for moving land vehicles with short time interval as IMU sensor has. The simulation is performed to evaluate this algorithm and the several field tests are performed with real time program and miniature vehicles for verifying performance of proposed algorithm.OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2012-01/102/0000003405/9SEQ:9PERF_CD:SNU2012-01EVAL_ITEM_CD:102USER_ID:0000003405ADJUST_YN:NEMP_ID:A000360DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:05 한영민(927~934).pdfDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]_YN:NCONFIRM:

A New Relative Receiver Autonomous Integrity Monitoring Algorithm for Multiple Failures

authors' final manuscriptIn near future, GNSS GPS modernization, renewed GLONASS and a new Galileo signal will be available. And the accuracy of position solution will be better by courtesy of improved quality of ranging signal. As an expected accuracy is better, the threshold for failure will be reduced. As a result, the prior probability of failures could be larger than what is used now. Due to the increased prior probability of failures, probability of simultaneous multiple failures cannot be neglected any more. Furthermore there will be many more ranging sources makes it necessary to consider the possibility of simultaneous multiple failures. This paper develops and analyzes a new Relative Receiver Autonomous Integrity Monitoring (RRAIM) algorithm which can treat no only a single failure but also simultaneous multiple failures. A proposed algorithm uses measurement residuals and satellite observation matrices of several consecutive epochs for Failure Detection and Exclusion (FDE). It detects failures by monitoring the error vector itself instead of monitoring the projection of the error vector. The simulation results show that the algorithm is able to detect any instance of multiple failures which are not detected by the conventional RAIM algorithm.OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2012-01/104/0000003405/18SEQ:18PERF_CD:SNU2012-01EVAL_ITEM_CD:104USER_ID:0000003405ADJUST_YN:NEMP_ID:A000360DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:Manuscript_HoYun.pdfDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]:

Multiple-Hypothesis RAIM Algorithm with an RRAIM Concept

author's final manuscript본 논문에서는 미래의 다중 Global Navigation Sattelite System (GNSS) 및 다중 주파수 항법신호 사용자를 위한 새로운 다중 가설 사용자 무결성 감시 기법을 제안한다. 기존의 Weighted Least Squares (WLS) 사용자 무결성 감시 (Receiver Autonomous Integrity Monitoring, RAIM) 기법은 동시에 두 개 이상의 위성이 고장 나지 않는다는 가정 하에 사용자 측정치의 무결성을 감시하므로 동시에 두 개 이상의 측정치 이상이 발생하였을 때 적절한 대응을 할 수 없다는 문제가 있다. 본 논문에서는 여러 epoch의 측정치 잔차와 위성 관측행렬의 변화량을 활용하여 단일 고장 뿐만 아니라 다중 고장을 효율적으로 검출할 수 있는 기법을 제안하였다. 제안된 기법은 반송파 위상 측정치의 변화율을 활용하는 Relative RAIM (RRAIM) 기법을 적용하여 최소 검출가능 바이어스(Minimum Detectable Bias, MDB)의 크기를 최소화하였고, 시뮬레이션 결과 수 십 m 정도 크기의 다중 고장을 검출할 수 있었다.OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2012-01/102/0000003405/3SEQ:3PERF_CD:SNU2012-01EVAL_ITEM_CD:102USER_ID:0000003405ADJUST_YN:YEMP_ID:A000360DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:최종논문_윤호.hwpDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]_YN:NCONFIRM:

Study on the Ambiguity Difference Adjustment between Reference Station Cells for the Improvement in Rovers Continuous Network-RTK Positioning

단방향 Network RTK 방식은 최근 높아진 항체의 요구 정확도와 이동성을 동시에 충족할 수 있는 방식으로 고려되고 있다. 항체에 단방향 Network RTK 방식의 보정정보를 적용할 경우, 광역에서의 연속 항법을 위하여 다중 셀 기반의 Network RTK 방식이 필수적이다. 이 경우, 사용자가 셀 간 이동시 보정정보 생성에 사용되는 기준국 조합이 바뀌므로 보정정보의 불연속 값이 발생하는데, RTK 위치 결정을 위한 이중차분으로도 제거되지 않아 수평 13cm, 수직 48cm 수준의 오차가 야기됨을 확인하였다. 이러한 불연속 점을 해소하기 위하여 본 논문에서는 이종 셀 간 동일한 주(Master) 기준국을 사용하는 방안, 복수의 보정정보 수신 모듈을 설치하여 기존 위치를 기준으로 새로운 보정정보를 조정하는 방안, 이종 네트워크 간 미지정수 차이를 조정하는 세 가지 방법을 제시하였다. 세 방법 모두 셀 간 이동으로 인한 불연속 값을 효과적으로 제거되어 측정치의 1/4파장, 3cm 수준으로 위치 오차가 감소함이 확인되었으나, 기준국 셀의 확장성, 사용자 장비 부담 경감 등을 고려할 때 셀 간 미지정수를 조정하는 방식이 가장 바람직하다.OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2012-01/102/0000003405/2SEQ:2PERF_CD:SNU2012-01EVAL_ITEM_CD:102USER_ID:0000003405ADJUST_YN:YEMP_ID:A000360DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:항행학회_박병운_최종.hwpDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]_YN:NCONFIRM:

Modeling of GPS measurement noise for estimating smoothed pseudorange and ionospheric delay

author's final versionGPS 신호의 주요 오차 요인 중 전리층 지연 오차는 신호 주파수에 따라 지연량이 달라지는 특성을 가진다. 이중 주파수 사용자는 L1, L2 주파수의 의사거리 측정치의 차이 값을 이용하여 보정하게 되는데, 이렇게 추정된 전리층 지연 추정치에는 의사거리 잡음에 의한 오차가 포함되게 되므로 일반적으로 필터를 통해 의사거리 측정치를 평활화 시킨 후 전리층 지연을 계산하게 된다. Weighted hatch filter는 측정치의 잡음 수준을 고려하여 최적의 평활화 된 의사거리 측정치를 계산해 낼 수 있으나, 이를 이용하기 위해서는 측정치 잡음에 대한 모델링이 필요하다. 본 논문에서는 NDGPS 기준국들에 대하여 측정치 잡음 모델링을 수행하였다. 그리고 모델링 결과를 바탕으로 weighted hatch filter를 구성하여 평활화 된 의사거리 측정치 및 전리층 지연을 추정한 결과 필터를 적용하지 않은 것에 비하여 전리층 지연 오차의 표준편차가 1/25 가량으로 줄어드는 것을 확인하였다.OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2012-01/102/0000003405/4SEQ:4PERF_CD:SNU2012-01EVAL_ITEM_CD:102USER_ID:0000003405ADJUST_YN:YEMP_ID:A000360DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:항행학회지논문_한덕화.hwpDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]_YN:NCONFIRM:

의사위성의 펄싱방법에 대한 GPS 소프트웨어 수신기의 L1, L2C 신호획득 성능분석

의사위성은 우주상공의 GPS 위성과는 달리 지상이나 비행체에 설치되어 GPS 위성과 같이 거리를 측정할 수 있는 ranging 신호를 전송하는 전송기이다. 의사위성은 정확성, 가용성, 무결성을 향상시킬 수 있으나 GPS 위성 신호에 대해 신호의 포화 또는 간섭을 일으킨다. 의사위성의 근원거리 문제를 해결하기 위해 의사위성의 신호 를 펄싱이 있을 때만 내보내는 기법을 주로 사용한다. 본 논문에서는 의사위성의 정적 펄싱, 이동 펄싱, 랜덤 펄싱 기법과 의사위성의 개수가 GPS 소프트웨어 수신기의 L1 및 L2C 신호획득에 미치는 영향을 분석하였다. GPS L1신호의 경우 의사위성이 1개일때는 정적펄싱에 대한 GPS 소프트웨어 수신기의 신호 획득 및 추적 성능 이 가장 좋았고 2개 이상일 때는 랜덤펄싱에 대한 성능이 가장 좋았다. L2C 신호는 세가지 펄싱에 대한 성 능이 비슷하게 안정적으로 나왔는데 정적펄싱에 대한 성능이 약간 좋게 나왔다. L1, L2C 모두 위사위성 3개까 지는 모든 펄싱에 대해서 측위가 가능한 것으로 나왔다.Pseudolites are ground-based transmitters that can be configured to emit GPS-like signals for enhancing the GPS by providing increased accuracy, integrity, and availability. However, a pseudolite (PL) can interfere with GPS satellite signals while it is transmitting or cause saturation to automatic gain control circuit. To solve these problems pulsing scheme is used, which transmits PL signal during a short period of time. In this paper the effect of the number of PL and pulsing scheme on the software GPS L1 and L2C signal acquisition performance is studied for the three pulsing schemes such as static pulsing, sweep pulsing, and pseudo random pulsing. For GPS L1 signal, static pulsing shows the best signal acquisition and tracking performance with one PL, and random pulsing shows the best performance with more than or equal to two PLs. For GPS L2C signal, all three pulsing schemes show the similar signal acquisition and tracking performance, but static pulsing shows a little better performance. For GPS L1 and L2C signals, software GPS receivers can do positioning with up to three PLs.OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2012-01/102/0000003405/8SEQ:8PERF_CD:SNU2012-01EVAL_ITEM_CD:102USER_ID:0000003405ADJUST_YN:NEMP_ID:A000360DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:의사위성의 펄싱방법에 대한 GPS 소프트웨어 수신기의 L1, L2C 신호획득 성능분석.pdfDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]_YN:NCONFIRM:

Adaptive Arrays를 이용한 GNSS 교란 신호 DOA 추정 가능성 분석

GNSS(Global Navigation Satellite System) is used in a variety of fields such as aviation, ocean, cars and dependence of GNSS is increasing in our life. However, As dependence of GNSS is increasing, GNSSs vulnerabilities are appeared. One of them is GNSS Jamming. Damages of GNSS Jamming were occurred in foreign countries and Korea was also damaged by North Korean activities of GNSS Jamming.[1] There are many studies including estimation of jamming signals DOA(Direction of Arrival) for counteracting from intended jamming. The methods for estimating jamming signals DOA are largely classified two ways. One is Spectral Estimation. The other is Parametric Estimation.[2] In this paper, We calculated Tracking Threshold power to unlock L1 signal(C/A Code) and analyzed estimation possibility of DOA of CW Jamming signal having more than Tracking Threshold power using Conventional Beamforming (Bartlett Method) and MVDR (Minimum Variance Distortionless Responses) algorithms under the Beamforming/Nulling methods.OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2012-01/104/0000003405/20SEQ:20PERF_CD:SNU2012-01EVAL_ITEM_CD:104USER_ID:0000003405ADJUST_YN:NEMP_ID:A000360DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:논문_송홍기(Adaptive Arrays를 이용한 GNSS 교란신호 DOA 추정 가능성 분석).pdfDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]:

Quaternion-based AHRS Improved by Inertial Sensor Bias Compensation

자세 및 방위 결정 시스템(AHRS)은 자이로 바이어스를 추정하기 위하여 가속도계 센서와 지자기 센서를 이용한다. 저가의 MEMS 가속도계의 경우 바이어스 안정도도 낮을 뿐만 아니라 수십 mg 의 초기 오차를 가진다. 이러한 가속도계 바이어스 오차는 저가 MEMS 센서로 구성된 AHRS 의 자세 정확도를 감소시킨다. 본 논문에서는 자이로 바이어스뿐만 아니라 가속도계 바이어스를 실시간 추정함으로써 자세 및 방위각의 정확도를 향상시키는 쿼터니언 기반 확장칼만핕터 알고리듬을 제시하고, 시뮬레이션을 통해 제시된 알고리듬의 성능을 검증한다.Attitude Heading Reference System (AHRS) uses accelerometer and magnetic sensor to compensate gyro bias. A lowcost MEMS grade accelerometer has tens of mg of initial bias as well as low in-run bias stability. This uncorrected initial bias of accelerometer is the main factor to reduce the accuracy of AHRS consisted of MEMS grade inertial sensors. This paper describes the quaternion-based extended Kalman filter algorithm to improve the attitude accuracy by estimating gyro and accelerometer bias together. Simulation results verify the performance of the proposed method.OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2012-01/104/0000003405/14SEQ:14PERF_CD:SNU2012-01EVAL_ITEM_CD:104USER_ID:0000003405ADJUST_YN:NEMP_ID:A000360DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:조암_실적자료_2012KSAS추계.pdfDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]:

Expected Accuracy of LEO Navigation Result Coordinate Transformation Using GPS EOP Data

GPS는 최근 현대화 계획의 일환으로 새로운 civil 신호를 추가하는 작업을 진행하고 있다. 새로운 civil 신호는 기존의 L1 C/A 에 실려 있는 방송 메시지를 대신하여 새로운 CNAV 메시지를 방송할 계획인데 여기에는 정밀 좌표 변환에 필요한 EOP데이터가 포함되어 있다. EOP를 이용하여 좌표 변환을 하기 위해서는 GPS 시간을 UTC와 UT1으로 변환하고 polar motion, precession, nutation, rotation, frame bias 순으로 변환행렬을 계산하여 ECEF 에서 ECI로 좌표변환을 수행해야 한다. 본 논문에서는 정밀 좌표 변환 알고리즘을 살펴보고 이를 저궤도 위성 데이터에 적용하였을 때 그 정확도를 시뮬레이션을 통해서 예측하여 보고 EOP를 이용하였을 때의 유용성을 예측해보았다.OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2012-01/104/0000003405/21SEQ:21PERF_CD:SNU2012-01EVAL_ITEM_CD:104USER_ID:0000003405ADJUST_YN:NEMP_ID:A000360DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:GPS 방송 EOP 데이터를 이용한 저궤도 위성의 항법해 좌표변환 정확도 예상.docDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]: