We consider inertial navigation system (INS) sensor redundancy and propose a method which uses singular value decomposition to detect and isolate faults when even two sensors have faults simultaneously. When redundant sensor configuration is given, such as symmetric configuration in INS, the range space and null space of configuration matrix are determined. We use null space of configuration matrix and define 21 reference fault vectors which include 6 one-fault vectors and 15 two-fault vectors. Measurements are projected into null space of measurement matrix and compared with 21 normalized reference fault vectors, which determines fault detection and isolation.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.14
no.8
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pp.727-732
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2008
In this paper, the state-space representation of generalized complimentary filter is proposed. Complementary filter has the suitable structure to merge information from sensors whose frequency regions are complementary. First, the basic concept and structure of complementary filter is introduced. And then the structure of the generalized filter and its state-space representation are proposed. The state-space representation of complementary filter is able to design the complementary filter by applying modern filtering techniques like Kalman filter and $H_{\infty}$ filter. To show the usability of the proposed state-space representation, the design of Inertial Navigation System(INS) vertical channel damping loop using Global Positioning System(GPS) is described. The proposed GPS/INS damping loop lends the structure of Baro/INS(Barometer/INS) vertical channel damping loop that is an application of complementary filter. GPS altitude error has the non-stationary statistics although GPS offers navigation information which is insensitive to time and place. Therefore, $H_{\infty}$ filtering technique is selected for adding robustness to the loop. First, the state-space representation of GPS/INS damping loop is acquired. And next the weighted $H_{\infty}$ norm proposed in order to suitably consider characteristics of sensor errors is used for getting filter gains. Simulation results show that the proposed filter provides better performance than the conventional vertical channel loop design schemes even when error statistics are unknown.
This paper presents a novel Long Short-Term Memory (LSTM) network architecture for the integration of an Inertial Measurement Unit (IMU) and Global Navigation Satellite Systems (GNSS). The proposed algorithm consists of two independent LSTM networks and the LSTM networks are trained to predict attitudes and velocities from the sequence of IMU measurements and mechanization solutions. In this paper, three GNSS receivers are used to provide Real Time Kinematic (RTK) GNSS attitude and position information of a vehicle, and the information is used as a target output while training the network. The performance of the proposed method was evaluated with both experimental and simulation data using a lowcost IMU and three RTK-GNSS receivers. The test results showed that the proposed LSTM network could improve positioning accuracy by more than 90% compared to the position solutions obtained using a conventional Kalman filter based IMU/GNSS integration for more than 30 seconds of GNSS outages.
In order to reduce the time and cost of developing a navigation system, a performance evaluation platform can be used. A User Interface (UI) is required to effectively evaluate the performance, which sets parameters and gives navigation sensor signals and data display, and also displays navigation results. In this paper, a LabVIEW-based UI design method for multi-integrated navigation systems is proposed and implementation results are presented. The UI consists of a signal and data generation part and a signal and data processing part. The signal and data generation part sets parameters for the signal and data generation and displays the navigation sensor signal and data generation results. The signal and data processing part sets parameters for the signal and data processing and displays the navigation results. The signal and data generation part and signal and data processing part are designed to satisfy the requirements of the UI for a performance evaluation of the navigation system. In order to show the usefulness of the proposed UI design method, parameters of the signal and data generation and the signal and data processing are set through the LabVIEW-based UI, and the Global Positioning System (GPS) signal and inertial measurement unit data generation results and the navigation results of a GPS Software Defined Receiver (SDR) and inertial navigation system are confirmed. The implementation results show that the proposed UI design method helps users conduct an effective performance evaluation of navigation systems.
The pure navigation system using Inertial Navigation Unit(INU) which has very accurate short term stabilities but not long term gives rise to position errors propotional to time. On the contrary, Global Positioning System(GPS) which is bounded its errors to some fixed ranges shows higher accuracy in the long term, and lower accuracy in the short term than that of INS. Recently the integration of these two systems is one of the main topic in the field of navigation system. In this thesis, the implementation of kalman filter on the real time navigation computer and step jump error compensation method is suggested.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.18
no.5
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pp.706-711
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2008
This paper is presented an accurate localization scheme for mobile robots based on the fusion of ultrasonic satellite (U-SAT) with inertial navigation system (INS), i.e., sensor fusion. Our aim is to achieve enough accuracy less than 100 mm. The INS consist of a yaw gyro, two wheel-encoders. And the U-SAT consist of four transmitters, a receiver. Besides the localization method in this paper fuse these in an extended Kalman filter. The performance of the localization is verified by simulation and two actual data(straight, curve) gathered from about 0.5 m/s of driving actual driving data. localization methods used are general sensor fusion and sensor fusion through Kalman filter using data from INS. Through the simulation and actual data studies, the experiment show the effectiveness of the proposed method for autonomous mobile robots.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.10
no.1
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pp.1-9
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2004
Inertial navigation system with hardware redundancy must use FDI(Fault Detection and Isolation) method to remove the influence of faulty sensors. Until now, several FDI methods such as PSA(Parity Space Approach), GLT(Generalized Likelihood ratio Test) and OPT(Optimal Parity vector Test) method are generally used. However, because these FDI methods only consider the situation that the system has one faulty sensor, these methods cannot be directly adapted for the system with two faulty sensors. To solve this problem, in this paper, PSA method is analyzed and based on this result, new FDI method called EPSA is proposed to consider a detection and an isolation of two faulty sensors in inertial navigation system.
Errors in inertial navigation system(INS) can be divided into two major groups which are system related errors and modeling errors due to approximation and linearization. Measurement noise, calibration, and alignment errors make up the first group, whereas the uncertainties in the gravity vector fall in the second category and are important error source for high quality INS, especially during high altitude and and/or long time missions, when the gravity errors tent to build up. The quality of a medium to high accuracy INS depends on the knowledge of the local gravity field. In this paper, the feasibility of improving airborns INS by use of more accurate gravity model is studied. To make consistent comparisons, WGS-84 parameters are used and ...
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.
Kim, Cheon-Joong;Yoo, Ki-Jeong;Kim, Hyeon-Suk;Lyou, Joon
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.11
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pp.1106-1116
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2011
LINS (Laser Inertial Navigation System) consists of RLG (Ring Laser Gyroscopes)/accelerometers and provides real-time navigation information to the target system. Therefore it is very important to make a decision in the real time whether LINS is in the normal operation or not. That is called a fault detection method. In this paper, we propose the fault detection method of LINS based on the overlapping model. We also show that the fault detection probability is increased through overlapping the hardware model and the software model. It is verified through the long-term operation and RAM (Reliability Availability Maintainability) analysis of LINS that the fault detection method proposed in this paper is able to detect about 97% of probable system failures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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