Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC (전자공학회논문지SC)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
권호 표지

Precise Outdoor Localization of a GPS-INS Integration System Using Discrete Wavelet Transforms and Unscented Particle Filter

이산 웨이블릿 변환과 Unscented 파티클 필터를 이용한 GPS-INS 결합 시스템의 실외 정밀 위치 추정

  • Seo, Won-Kyo (Dept, Interdisciplinary corporative course : Robot Pusan National University) ;
  • Lee, Jang-Myung (Dept. of Electrical Engineering, Pusan National University)
  • 서원교 (부산대학교 로봇협동과정) ;
  • 이장명 (부산대학교 전자전기공학과)
  • Received : 2011.01.07
  • Published : 2011.11.25
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Abstract

This paper proposes an advanced outdoor localization algorithm of a GPS(global positioning system)-INS(inertial navigation system) integration system. In order to reduce noise from the internal INS sensors, discrete wavelet transform and variable threshold method are utilized. The UPF (unscented particle filter) combines GPS information and INS signals to implement precise outdoor localization algorithm and to reduce noise caused by the acceleration, deceleration, and unexpected slips. The conventional de-noising method is mainly carried out using a low pass filter and a high pass filter which essentially result in signal distortions. This newly proposed system utilizes the vibration information of actuator according to fluctuations of the velocity to minimize signal distortions. The UPF also resolves non-linearities of the actuator and non-normal distributions of noises. Effectiveness of the proposed algorithm has been verified through the real experiments and the results are demonstrated.

본 논문에서는 실외 정밀 위치 추정을 위하여 설계된 GPS(Global positioning system)-INS(Inertial navigation system) 결합 시스템의 잡음 필터링 기법과 데이터 결합을 위한 기법을 소개한다. 실외 이동 항체의 속도 변화에 따라 차등적으로 발생하는 INS의 잡음들을 이산 웨이블릿 변환을 통해 신호를 분석하고 발생하는 잡음들을 데이터의 왜곡을 최소화하며 제거할 수 있는 차등 임계화 기법을 통한 필터링 기법을 제안하였다. 이는 항체의 가/감/등속을 고려하지 않고 특정 로우/하이 필터를 적용하여 데이터의 왜곡이 일어나는 기존 필터링 기법을 개선한 것이다. 또한 UPF를 이용해 비선형 특성과, 비가우시안 잡음의 특성을 가지는 실외 이동 항체의 GPS와 INS의 결합시킴으로서 실외에서 정밀하게 위치를 추정할 수 있게 하였고 이를 설계하여 실험을 통해 성능을 분석하였다.

Keywords

References

  1. A. Soloviev, F. van Graas, "Enhancement of Integrated GPS/INS Performance Utilizing Frequency Domain Implementation of INS Calibration," Journal of the Institute of Navigation, Vol .54, no. 2, February 2007.
  2. 김지용, 이지홍, 변재민, 김성훈, "경사도로에서 다 중 센서를 이용한 이동로봇의 위치추정 성능 개 선", 대한전자공학회논문지 SC편 제47권 제1호, 67-75쪽, 2010년 1월.
  3. 홍신표, "GPS/INS 가관측성의 간편한 해석," Journal of Control, Automation and Systems Engineering, Vol. 13, no .12, December 2007.
  4. S. Kim, C. Roh, S. Kang, and M. Park, "Outdoor navigation of a mobile robot using differential gps and curb detection," Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2007.
  5. G. T. Schmidt, "INS/GPS Technology Trends," NATO Research and Technology Organization, May 2009.
  6. K. N. Shaikh, A. R. bin M. Shariff, H. Jamaluddin and S. Mansoor, "GPS-Aided-INS for Mobile Mapping in Precision Agriculture," Map Asia Conference 2003, 2003.
  7. N. F. Zein and W. G. Chambers and T. G.. Clarkson, "Use of matched filters for serial acquisition in a fast frequency-hopping system," Proceedings of IEEE Military Communications Conference, MILCOM, vol. 1, pp. 161-165, September 1990.
  8. P. Barralon, N. Vuillerme and N. Noury, "Walk Detection With a Kinematic Sensor: Frequency and Wavelet Comparison," Proceedings of the 28th IEEE EMBS Annual International Conference, New York City, August 30-Sept 3 2006.
  9. 강현배, 김대경, 서진근, "Wavelet Theory and Its Applications," 대우학술총서509, 2001.
  10. 김광진, 박찬국, 유명종, 박영법 "INS/GPS 강결합 기법에 대한 EKF 와 UKF 의 성능 비교," Journal of Control, Automation, and Systems Engineering, Vol. 12, no .8, August 2007.
  11. B. Ristic, S. Arulampalam, Neil Gordon, "Beyond the Kalman Filter,"Artech House Publishers, Boston & London, 2004.
  12. J. K. Lee, "The Estimation Methods for an Integrated INS/GPS UXO Geolocation System," Geodetic Science and Surveying, Report no. 493, pp. 29-36, December 2009.