Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.2
no.2
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pp.186-196
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1999
The CPS provides data with long-term stability independent of passed time and the INS provides high-rate data with short-term stability. By integrating these complementary systems, a highly accurate navigation system can be achieved. In this paper, a loosely-coupled GPS/INS integration system is designed. It is a simple structure and is easy to implement and preserves independent navigation capability of GPS and INS. The integration system consists of a NCU, an IMU, a GPS receiver, and a monitoring system. The navigation algorithm in the NCU is designed under the multi-tasking environment based on a real-time kernel system and the monitoring system is designed using the Visual C++. The integrated Kalman filter is designed as a feedback formed 15-state filter, in which the states are position errors, velocity errors, attitude errors and sensor bias errors. The van test result shows that the integrated system provides more accurate navigation solution then the inertial or the GPS-alone navigation system.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.19
no.9
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pp.774-781
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2013
The purpose of this paper is to design a DVL-RPM based VKF (Velocity Kalman Filter) design for a performance improvement underwater integrated navigation system. The proposed approach relies on a VKF, augmented by a altitude from Echo-sounder based switching architecture to yield robust performance, even when DVL (Doppler Velocity Log) exceeds the measurement range and the measured value is unable to be valid. The proposed approach relies on two parts: 1) Indirect feedback navigation Kalman filter design, 2) VKF design. To evaluate proposed method, we compare the results of the VKF aided navigation system with simulation result from a PINS (Pure Inertial Navigation System) and conventional INS-DVL method. Simulations illustrate the effectiveness of the underwater navigation system assisted by the additional DVL-RPM based VKF in underwater environment.
This paper describes a robust algorithm for an integrated underwater navigation system based on VKF (velocity Kalman filter). The proposed approach relies on a VKF, augmented by the altitude from an echo-sounder-based switching architecture to yield robust performance, even when DVL (Doppler velocity log) exceeds the measurement range and the measured value cannot be valid. The proposed approach relies on three parts: 1) PINS (pure inertial navigation system), 2) VKF design, and 3) VKF-aided integrated navigation filter design. To evaluate the proposed method, we compare the results of the VKF-aided navigation system with the simulation result from a PINS and conventional INS-DVL method.
Park, Je Doo;Kim, Minwoo;Lee, Je Young;Kim, Hee Sung;Lee, Hyung Keun
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.19
no.2
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pp.140-145
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2013
This paper proposes an efficient integration method for GPS (Global Positioning System) and INS (Inertial Navigation System). To obtain accuracy and computational conveniency at the same time with low cost global positioning system receivers and micro mechanical inertial sensors, a new mechanization method and a new filter architecture are proposed. The proposed mechanization method simplifies velocity and attitude computation by eliminating the need to compute complex transport rate related to the locally-level frame which continuously changes due to unpredictable vehicle motions. The proposed filter architecture adopts two heterogeneous filters, i.e. position-domain Hatch filter and velocity-aided Kalman filter. Due to distict characteristics of the two filters and the distribution of computation into the two hetegrogeneous filters, it eliminates the cascaded filter problem of the conventional loosly-coupled integration method and mitigates the computational burden of the conventional tightly-coupled integration method. An experiment result with field-collected measurements verifies the feasibility of the proposed method.
Lee, Junhak;Kim, Heyone;Oh, Sang Heon;Do, Jae Chul;Nam, Chang Woo;Hwang, Dong-Hwan;Lee, Sang Jeong
Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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v.7
no.2
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pp.91-103
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2018
Conventional inertial measurement units cannot be used in the spinning vehicle with high rotation rate due to gyro's narrow operation range. By the way, angular acceleration can be measured using the accelerometer array distributed in the vehicle. This paper derives a mechanization for the gyro-free INS in the navigation frame, and proposes a gyro-free INS algorithm based on the derived mechanization. In addition, the proposed algorithm is used to estimate angular velocity, attitude, velocity, and position of a spinning vehicle with high rotation rate. A MATLAB-based software platform is configured in order to show validation of the proposed algorithm. The reference trajectory of a spinning vehicle at 3 round per second, 30 round per second are set up, and the outputs of accelerometer are generated when triads of accelerometer are located at the origin and all the axes. Navigation results of the proposed algorithm for the generated output are presented. The results show that the proposed navigation algorithm can be applied to the spinning vehicle with high rotation rate.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.15
no.3
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pp.302-308
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2014
In this paper, a detailed investigation of the random vibration test is presented for strapdown inertial navigation systems (INS). The effect of the random vibration test has been studied from the point of view of navigation performance. The role of distribution functions and RMS value is represented to determine a feasible method to reject or reduce vibration related error in position and velocity estimation in inertial navigation. According to a survey conducted by the authors, this is the first time that the effect of the distribution function in vibration related error has been investigated in random vibration testing of INS. Recorded data of navigation grade INS is used in offline static navigation to examine the effect of different characteristics of random vibration tests on navigation error.
This paper proposes an inertial navigation system(INS) with which a biped robot can determine his position, velocity, posture, etc. The proposed system provides the information of robots independently without using any outer signals. The defect of the algorithm is the en'or accumulation as the robot increases the mobile range. However, in this application the problem is not so critical because the working space is small and operation period of the robots is relatively short. With the proposed INS system biped robots obtain enhanced intelligence to execute their tasks. The structure and theoretical backgrounds are utilized to design the INS system. The method for application of INS system to biped robots has been illustrated.
This paper describes the development of an INS (Inertial Navigation System) integrated positioning system, which can monitor and track the firefighter's position for assisting effective fire-fighting activity and rescue services. The INS consists of highly accurate three-axis gyro sensor and three-axis accelerometer. By integrating an INS to positioning system, it is also possible to obtain the information of firefighter's physical state (e.g. standing, collapse and crouch) of posture including velocity. Consequently, this research would obviously make a contribution to effective rescue activities and safety of firefighters. Besides, this paper presents results from field tests conducted at Tokyo University demonstrating its viability and utility. We also summarize the overall system requirements and architecture, and describe the hardware and software used in the prototype system in detail.
In this paper, we analyze the Non-Holonomic Constraint (NHC) satisfaction of Inertial Navigation System (INS) for vehicular navigation according to Inertial Measurement Unit (IMU) location. In INS-based vehicle navigation, NHC information is widely used to improve INS performance. That is, the error of the INS can be compensated under the condition that the velocity in the body coordinate system of the vehicle occurs only in the forward direction. In this case, the condition that the vehicle's wheels do not slip and the vehicle rotates with the center of the IMU must be satisfied. However, the rotation of the vehicle is rotated by the steering wheel which is controlled based on the Ackermann geometry, where the center of rotation of the vehicle exists outside the vehicle. Due to this, a phenomenon occurs that the NHC is not satisfied depending on the mounting position of the IMU. In this paper, we analyze this problem based on Ackermann geometry and prove the analysis result based on simulation.
Lee Mun Ki;Hong Sinpyo;Lee Man Hyung;Kwon Sun-Hong;Chun Ho-Hwan
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.19
no.6
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pp.1253-1267
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2005
Misalignment can be an important problem in the integration of GPS/INS. Observability analysis of the alignment errors in the integration of low-grade inertial sensors and multi-antenna GPS is presented in this paper. A control-theoretic approach is adopted to study the observability of time-varying error dynamics models. The relationship between vehicle motions and the observability of the errors in the lever arm and relative attitude between GPS antenna array and IMU is given. It is shown that alignment errors can be made observable through maneuvering. The change of acceleration makes the components of the relative attitude error that are orthogonal to the direction of the acceleration change observable. The change of angular velocity makes the components of the lever arm error that are orthogonal to the direction of the angular velocity observable. The motion of constant angular velocity has no influence on the estimation of the lever arm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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