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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

임신택 (전북대학교, 전북대학교 대학원)

지도교수
정길도
발행연도
2015
저작권
전북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수7

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

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An accurate heading device transmitter is an absolute necessary for path tracking control, obstacle avoidance and cooperative navigation of unmanned vessels. It is an important equipment to complement marine traffic control system and radar. Heading devices right now utilize compass, mechanical gyroscopes, etc.
Compass has errors due to magnetic field and must be corrected with the magnetic declination for the area in order to improve the heading value. The mechanical gyroscope has inherent cumulative error aside from being vulnerable to shock and vibration. These problems result to very expensive yearly costs in order to maintain the devices in acceptable operation condition.
In this thesis proposed GPGyro compass. It is proposed that utilized the GPS in complementing the errors of compass and gyroscope. The GPS has an error when travelling on a curve due to the utilization of location points in calculating the bearing track (linear). The derivation of heading value with respect to short sampling interval for the path was affected by sensor measurement noise. Three GPS and gyroscope were used in order to solve this problem. and, Ad-hoc, EKF, EKF-CI algorithm were proposed using three GPS and gyroscope
Ad-hoc algorithm was applied to the individual GPS Fix and HDOP values to reduce the heading error. EKF utilized the GPS position, gyro yaw and Ad-hoc heading values in order to produce heading data with lesser error. This step proved accurate enough for straight path but not that good when in a curve. EKF-CI was then utilized for the three EKF in order to further reduce the overall error to a minimum. An antenna and controller were designed and manufactured in order to confirm that actual field tests would show the same performance.

Results showed that the sensor noise removal algorithm was able to improve heading accuracy whether going straight or in a curve.

목차

1. 서 론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 항해 기술 4
1.3 연구 내용 6
2. GPS and INS 7
2.1 GPS 7
2.1.1 GPS 신호, 측위 원리 및 에러 8
2.1.2 GPS를 활용한 선수 방위 측정 원리 10
2.2 INS 12
2.2.1 전자 컴퍼스 13
2.2.2 Gyro 16
3. 시스템 모델링 19
3.1 선박의 기준 좌표 19
3.2 BODY와 NED 사이의 좌표 변환 및 오일러 변환 23
3.2.1 BODY와 NED의 벡터 좌표 변환 23
3.2.2 오일러 변환 24
3.2.3 시스템 방정식 모델링 25
3.3 데이터 융합 27
4. GPGyro compass 알고리즘 32
4.1 칼만필터 32
4.1.1 이산 칼만 필터(Discrete Kalman Filter) 33
4.1.2 확장 칼만 필터(Extended Kalman Filter) 39
4.2 Ad-Hoc 알고리즘 42
4.2.1 방위 생성 42
4.2.2 데이터 및 가중치 42
4.3 CI 알고리즘 45
5. 하드웨어 시스템 구성 47
5.1 사전 데이터 실험 47
5.2 GPGyro 안테나 52
5.2.1 안테나 제작 52
5.2.2 구성 센서 모듈(GPS and IMU) 54
5.3 GPGyro 제어기 57
5.4 NMEA0183 프로토콜 59
6. 데이터 융합 및 분석 63
6.1 데이터 융합 63
6.1.1 좌측 곡선 주행 실험 64
6.1.2 우측 곡선 주행 실험 68
6.1.3 좌측 곡선 주행 실험(반복 실험) 71
6.1.4 우측 곡선 주행 실험(반복 실험) 74
6.1.5 S곡선 주행 실험(1) 77
6.1.6 S곡선 주행 실험(2) 80
6.1.7 직선 주행 실험(1) 83
6.1.8 직선 주행 실험(2) 86
6.1.9 변화가 있는 직선 주행 실험 89
6.1.10 직선, 곡선이 포함된 장거리 실험 93
6.2 분석 96
7. 결론 및 향후 연구 과제 99
참고문헌 101

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