Park, Je Doo;Kim, Minwoo;Kim, Hee Sung;Lee, Je Young;Lee, Hyung Keun
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.6
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pp.481-487
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2013
In GPS(Global Positioning System)/INS(Inertial Navigation System) integrated navigation systems, GPS antennas and an inertial measurement units are usually installed outside and inside of the vehicle, respectively. By the difference of installed locations, performance of GPS/INS integrated navigation systems is affected by lever arm errors. For more accurate navigation, lever arm errors need to be compensated correctly since it directly affects the accuracy of navigation states. This paper proposes an effective lever arm error compensation method that utilizes velocity measurements of GPS and INS. By an experiment, feasibility of the proposed algorithm is verified. It is also shown that lever arm compensation is especially important when vehicles are experiencing rotational movements.
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.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.50
no.1
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pp.276-284
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2013
This paper considers the transfer alignment in the inertial navigation system and the observability analysis is performed for velocity matching. The state variable of the Kalman filter is modeled including the lever arm error and the measurement equation is obtained. The SOM(Stripped Observability Matrix) method is used for the observability analysis for various maneuvering conditions of the vehicle, which gives the full state observability condition as a specific maneuver sequence of the vehicle. While the observability analysis of a lever arm effect in the existing papers is mainly performed by simulations, we performed it analytically by the observability analysis method. The analysis result is verified using the computer simulations.
Park, Ji-Hee;Lee, Seong-Woo;Park, Deok-Bae;Shin, Dong-Ho
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.40
no.12
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pp.1086-1092
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2012
It has been studied for DGPS/INS(Differential Global Positioning System/Inertial Navigation System) to offer the more precise and reliable navigation data with the aviation industry development. The flight performance evaluation of navigation system is very significant because the reliability of navigation data directly affect the safety of aircraft. Especially, the high-level navigation system, as DGPS/INS, need more precise flight performance evaluation method. The performance analysis is performed by comparing between the DGPS/INS navigation data and reference trajectory which is more precise than DGPS/INS. The GPS receiver, which is capable of post-processed CDGPS(Carrier-phase DGPS) method, can be used as reference system. Generally, the DGPS/INS is estimated the CG(Center of Gravity) point of aircraft while the reference system is output the position of GPS antenna which is mounted on the outside of aircraft. For this reason, estimated error between DGPS/INS and reference system will include the error due to lever arm. In order to more precise performance evaluation, it is needed to compensate the lever arm. This paper presents procedure and result of flight test which includes lever arm compensation in order to verify reliability and performance of DGPS/INS more precisely.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.3
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pp.626-637
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2014
On ship, especially on large ship, the flexure deformation between Master (M)/Slave (S) Inertial Navigation System (INS) is a key factor which determines the accuracy of the integrated system of M/S INS. In engineering this flexure deformation will be increased with the added ship size. In the M/S INS integrated system, the attitude error between MINS and SINS cannot really reflect the misalignment angle change of SINS due to the flexure deformation. At the same time, the flexure deformation will bring the change of the lever arm size, which further induces the uncertainty of lever arm velocity, resulting in the velocity matching error. To solve this problem, a $H_{\infty}$ algorithm is proposed, in which the attitude and velocity matching error caused by deformation is considered as measurement noise with limited energy, and measurement noise will be restrained by the robustness of $H_{\infty}$ filter. Based on the classical "attitude plus velocity" matching method, the progress of M/S INS information fusion is simulated and compared by using three kinds of schemes, which are known and unknown flexure deformation with standard Kalman filter, and unknown flexure deformation with $H_{\infty}$ filter, respectively. Simulation results indicate that $H_{\infty}$ filter can effectively improve the accuracy of information fusion when flexure deformation is unknown but non-ignorable.
Inertial Navigation System (INS)/Global Navigation Satellite System (GNSS) integrated navigation system can be used for land vehicle navigation. When the GNSS signal is blocked in a dense urban area or tunnel, however, the problem of increasing the error over time is unavoidable because navigation must be performed only with the INS. In this paper, Non-Holonomic Constraints (NHC) information is utilized to solve this problem. The NHC may correct some of the errors of the INS. However, it should be noted that NHC information is not applicable to all areas within the vehicle. In other words, the lever arm effect occurs according to the distance between the Inertial Measurement Unit (IMU) mounting position and the NHC effective point, which causes the NHC condition not to be satisfied at the IMU mounting position. In this paper, an INS/GNSS/NHC integrated navigation filter is designed, and this filter has a function to compensate for the lever arm effect. Therefore, NHC information can be safely used regardless of the vehicle's driving environment. The performance of the proposed technology is verified through Monte-Carlo simulation, and the performance is confirmed through experimental test.
Seo Jae-Won;Lee Hyung-Keun;Lee Jang-Gyu;Park Chan-Gook
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.4
no.2
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pp.247-254
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2006
For more accurate navigation, lever arm compensation is considered. The compensation method for GPS and an odometer is introduced and new compensation methods are proposed for an odometer to consider the effect of coordinate transformation errors and the scale factor error. The methods are applied to a GPS/INS/odometer integrated system and the simulation and experimental results show its effectiveness.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.13
no.12
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pp.1243-1251
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2007
In this paper a study on the simplified observability analysis of GPS/INS is introduced. Errors for the position, velocity, attitude, gyro and accelerometer biases, and lever arm between GPS antenna and inertial sensors are considered in the observablity analysis. From the error dynamics model in which relatively small terms are neglected, simple observability conditions are obtained such that the observability of GPS/INS is determined by the test on the attutude, gyro bias, and lever arm. Unobservable errors for the position, velocity, and accelerometer bias are determined by those for the attitude, gyro bias, and lever arm. The simplified observability conditions are applied to a constant speed horizontal motion. It is shown that there are seven unobservable modes for the motion including the vertical component of gyro bias. The analytic observability analysis results are confirmed with a covariance simulation.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.7
no.11
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pp.953-957
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2001
This paper is concerned with a transfer alignment method for the SDINS under ship motions. Major error sources of transfer alignment are data transfer time-delay, lever-arm velocity and ship body flexure. Specifically, to reduce alignment errors induced by measurement time-delay effects, the error compensation method through delay state augmentation is suggested. A linearized error model for the velocity and attitude matching transfer alignment system is first derived by linearizing the nonliner measurement equation with respect to its time delay and augmenting the delay state into the conventional linear state equations. And then it is shown via observability analysis and computer simulations that the delay state can be estimated and compensated during ship motions resulting in considerably less alignment errors.
This paper is concerned with a transfer alignment method for the SDINS(StrapDown Inertial Navigation System) under ship motions. Major error sources of transfer alignment are data transfer time-delay, lever-arm velocity and ship body flexure. Specifically, to reduce alignment errors induced by measurement time-delay effects, the error compensation method through delay state augmentation is suggested. A linearized error model for the velocity and attitude matching transfer alignment system is first derived by linearizing the nonlinear measurement equation with respect to its time delay and augmenting the delay state into the conventional linear state equations. And then it is shown via observability analysis and computer simulations that the delay state can be estimated and compensated during ship motions resulting in considerably less alignment errors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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