스트랩다운 탐색기를 이용한 항법 정보 보정 필터 설계

Title
스트랩다운 탐색기를 이용한 항법 정보 보정 필터 설계
Authors
박진서
Keywords
스트랩다운탐색기를이용한항법정보보정필터설계
Issue Date
2011
Publisher
인하대학교
Abstract
일반적으로 INS(Inertial Navigation System)로부터 얻는 유도탄의 유도 정보는 관성 센서의 바이어스로 발생하여 누적된 항법 오차를 포함한다. 샘플링 시간이 길지만 오차 범위가 제한된 특성을 가지고 있는 GPS(Global Positioning System)를 사용하여 관성 센서의 바이어스를 비교적 정확하고 효과적으로 보정할 수 있다. 하지만 GPS와 INS를 이용하여 항법 정보를 보정하는 경우 가관측성이나 GPS 교란에는 취약하여 유도탄에 적합하지 않을 수도 있다. 이런 단점을 극복하기 위해 GPS이외의 다른 센서를 이용하여 INS의 항법 정보를 보정하기도 한다. 일반적으로 널리 쓰이는 센서로는 자기장 센서, 고도 센서, 영상 센서 등이 있으며 한 가지 혹은 두 가지 이상의 센서를 조합하여 사용한다. 본 논문에서는 INS의 오차를 보상하기 위해 영상 센서를 이용하였다. 본 연구에서는 2개의 스트랩다운 탐색기를 이용하여 INS의 항법 정보를 보정하는 필터 설계를 제안하였다. 스트랩다운 탐색기로만 항법을 보정하기 위해서는 적어도 3개 이상의 표적의 위치를 알아야 가능하며 본 연구에서는 UKF(Unscented Kalman Filter)를 사용하여 필터를 구성했다. 그리고 센서 시스템의 구조와 가관측성 문제, 구현의 문제를 표적의 수와 관련하여 다뤘다.
Description
1. 서론 1 1.1 연구 배경 1 1.2 기존 방법의 문제점 1 1.3 스트랩다운 탐색기를 이용한 유도 필터 3 2. 스트랩다운 INS 항법 방정식 5 2.1 좌표계 정의 5 2.1.1 항법 좌표계 (Navigation Frame) 5 2.1.2 동체 좌표계 (Body Frame) 6 2.1.3 센서 좌표계 (Sensor Frame) 6 2.1.4 좌표계 기하 정의 7 2.2 스트랩다운 INS의 자세 계산 8 2.3 스트랩다운 INS의 위치와 속도의 계산 10 2.4 스트랩다운 INS의 항법 오차 11 2.4.1 자세 오차 11 2.4.2 속도 및 위치 오차 12 3. 항법 필터의 구성 14 3.1 Unscented Kalman Filter (UKF) 14 3.1.1 UKF의 특징 14 3.1.2 UKF의 구성 15 3.2 UKF를 사용한 항법 필터의 구조 19 3.3 상태 방정식의 구성 21 3.4 측정 방정식의 구성 22 3.5 유도 알고리듬 24 3.5.1 종축 유도 알고리듬(입사각 제어 유도 법칙) 24 3.5.2 횡축 유도 알고리듬 (PPN 유도 법칙) 27 4. 수치 시뮬레이션 28 4.1 잡음 공분산 행렬의 설정 28 4.1.1 과정 잡음 모델 28 4.1.2 탐색기 측정 잡음 모델 29 4.2 유도탄 초기 조건의 설정 30 4.3 표적과 상대 속도가 0 인 경우 (표적 = 2개) 31 4.4 표적과 상대 속도가 0 인 경우 (표적 = 3개) 34 4.5 표적과의 상대 속도가 존재 (표적 = 2개) 36 4.6 표적과의 상대 속도가 존재 (표적 = 3개) 39 4.7 표적까지 유도하는 경우 40 5. 결론 42 6. 참고문헌 43
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/22810
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College of Engineering(공과대학) > Aerospace Engineering(항공우주공학) > Theses(항공우주공학 석박사 학위논문)
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