Non-Holonomic Constraints (NHC)는 차량의 운동특성으로 차량의 전진방향에 수직한 두 축의 속도는 0이라는 정보이다. Inertial Navigation System (INS)/Global Navigation Satellite System (GNSS) 복합항법시스템에서 GNSS 신호 가 차단되는 경우 NHC를 사용하여 INS의 오차를 보정할 수 있다. 그러나 NHC를 사용하기 위해서는 두가지 문제가 발생한다. 먼저 MEMS형 IMU는 크기가 작기 때문에 차량에 장착하는 과정에서 IMU를 차량의 좌표계에 완전히 정렬시키는 것은 쉽지 않아 장착 비정렬이 발생한다. NHC 정보를 정확하게 사용하기 위해서는 IMU와 차량의 좌표계가 일치해야 하지만 장착 비정렬로 인해 필터의 측정치로 사용되는 NHC 정보의 정확도가 떨어진다. 그리고 차 량의 모든 곳에서 NHC가 유효한 것은 아니기 때문에 IMU와 NHC 유효지점 사이의 Lever-arm 보상이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 IMU의 장착 비정렬과 장착 위치에 따른 Lever-arm 문제를 보상하는 기법을 소개한다. INS/GNSS/NHC 복합항법 필터의 상태변수에 장착 비정렬과 Lever-arm을 추가하였으며, INS의 비선형성을 고려하여 확장칼만필터 기반으로 복합항법 필터를 설계한다. 그리고 몬테칼로 시뮬레이션 기반으로 성능을 분석한다.

Vehicular INS/GNSS/NHC Integrated Navigation System that Compensates for IMU Mounting Misalignment and Lever-arm Effect according to IMU Mounting Location

Myeong-Seok Chae, Seong Yun Cho*

Non-Holonomic Constraints (NHC) is the motion characteristic of the vehicle, and is information that the velocity of the two axes perpendicular to the forward direction of the vehicle is zero. When the GNSS signal is blocked, the error of the Inertial Navigation System (INS) can be compensated by using the NHC information in the INS/Global Navigation Satellite System (GNSS) integrated navigation system. However, two problems arise in using NHC. First, because MEMS-IMU is small in size, it is not easy to completely align the IMU with the vehicle’s coordinate system in the process of installation process, resulting in mounting misalignment. In order to use the NHC information accurately, the IMU and vehicle’s coordinate system must match. However, the accuracy of the NHC information used as a measurement of the filter is reduced due to mounting misalignment. And since the NHC is not valid everywhere in the vehicle, lever-arm compensation between the IMU and the NHC effective point is required. In this paper, therefore, a method to compensate for the IMU mounting misalignment, and the lever-arm effect due to the mounting location of the IMU. These two parameters are added to the state variables of the INS/GNSS/NHC integrated navigation filter. And the performance is analyzed based on Monte-Carlo simulation.

Keywords: INS, NHC, mounting misalignment, lever-arm

Speaker 채명석 경일대학교