1 / 29

Low-Cost INS/GPS 複合航法 に関する研究の進捗状況

Low-Cost INS/GPS 複合航法 に関する研究の進捗状況. 鈴木・土屋研 修士課程 1 年 56367 成岡 優. 概要. 背景 研究目標 実験 実験結果 解析 今後の予定. 背景 (1). 現在の位置・速度・姿勢情報を安価に精度よく知りたい 航空機のナビゲーションに 電車・自動車のモニタリングに ロボットの制御に ヘッドマウントディスプレィの知覚情報取得に などなど. 背景 (2). 一つの解決策として INS/GPS 安価な慣性センサを利用した Inertial Navigation System ( INS )

melvin-higgins
Download Presentation

Low-Cost INS/GPS 複合航法 に関する研究の進捗状況

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Low-Cost INS/GPS複合航法に関する研究の進捗状況 鈴木・土屋研 修士課程 1年 56367 成岡 優

  2. 概要 • 背景 • 研究目標 • 実験 • 実験結果 • 解析 • 今後の予定 鈴木・土屋研 輪講用資料

  3. 背景(1) • 現在の位置・速度・姿勢情報を安価に精度よく知りたい • 航空機のナビゲーションに • 電車・自動車のモニタリングに • ロボットの制御に • ヘッドマウントディスプレィの知覚情報取得に などなど 鈴木・土屋研 輪講用資料

  4. 背景(2) • 一つの解決策としてINS/GPS • 安価な慣性センサを利用したInertial Navigation System (INS) • 精度低いが、早い更新周期 • 民生用Global Positioning System (GPS) • 精度高いが、遅い更新周期 • 両者を統合 = INS/GPS • 精度高く、早い更新周期(両者のいいとこどり) 鈴木・土屋研 輪講用資料

  5. 背景(3) INS 位置 速度 姿勢 位置 速度 姿勢 加速度 角速度 統合 積分 6軸センサ 位置・速度等 GPS 鈴木・土屋研 輪講用資料

  6. 研究目標(1) • 既存の製品よりも • 安価 (価格: 10[万円]以下) • 高精度 (誤差: 10[m]、1[deg]以下) なINS/GPSを、システムとして構築する (研究室で開発している小型無人機に搭載する) 副次的に • アルゴリズムの検証 • シミュレーションによる評価 鈴木・土屋研 輪講用資料

  7. 研究目標(2) • アルゴリズムの検証 • Kalman Filter,H(∞) Filter,Particle Filterなど様々なINSとGPSの統合方式があるが、本研究にはどれが適しているのか • 特定のアプリケーションに特化したアルゴリズムを採用すれば精度が改善するのではないか (アクロバットしない低速航空機など) 鈴木・土屋研 輪講用資料

  8. 研究目標(3) • シミュレーションによる評価 • システム全体の精度要求がされた場合、どのような構成を選択すればよいか • モデル化を行うことによって定量的に誤差要因を検証する 鈴木・土屋研 輪講用資料

  9. 実験(1) • 11/17(木)、調布飛行場にて小型飛行機で飛行実験 • 自作実験機器 • 今回は生データ取得のみ • INSとGPSの統合処理は飛行後に行う • リファレンスとしてCrossBow • CrossBowは民生品の中で最も価格(199万円)と性能を両立した製品として評価されている 鈴木・土屋研 輪講用資料

  10. 実験(2) • 実験風景 鈴木・土屋研 輪講用資料

  11. 実験(3) 自作機器<1> 鈴木・土屋研 輪講用資料

  12. 実験(4) 自作機器<2> • 構成図 3万円 1万円 センサ GPS 加速度計 ジャイロ 温度センサ 緯度･経度･高度 3軸速度 その他生データ(擬似距離･搬送波位相) 24bit ADC USB 記録用PC 鈴木・土屋研 輪講用資料

  13. 実験(5) CrossBow<1> • 搭載しているのは • (3軸)加速度計 • (3軸)ジャイロ • (3軸)地磁気センサ • GPS • 温度センサ(4つ) • これらをKalman Filterで統合(中身はBlack Boxでわからない) 鈴木・土屋研 輪講用資料

  14. 実験(6) CossBow<2> • 構成図 鈴木・土屋研 輪講用資料

  15. 実験結果(1) • データの取得に成功 • 自作機器 • 100Hzで加速度計、ジャイロの出力を取得 • 4HzでGPSの出力を取得 • CrossBow • 100HzでKalman Filterをかけた後の位置・速度・姿勢情報を取得 鈴木・土屋研 輪講用資料

  16. 実験結果(2) Aは加速度計・ジャイロ等 GはGPS • 自作機器生データ A 6460 4224960 8974355 7898701 7567850 8281912 8137836 8347663 8388581 A 6470 4223642 8972692 7897661 7564149 8245442 8133765 8347633 8388608 A 6480 4223155 8973181 7895859 7598716 8245685 8149387 8347669 8388586 A 6490 4223084 8971315 7895255 7544118 8250047 8090971 8347702 8388602 G B5 62 02 10 08 00 53 B8 D8 15 45 05 00 00 5C 54 A 6500 4223889 8972200 7895066 7568744 8235318 8126039 8347352 8388600 A 6510 4226395 8976213 7896566 7575920 8241803 8124678 8347630 8388600 G B5 62 01 06 34 00 54 B8 D8 15 08 6B 00 00 45 05 00 DC 21 41 7A E8 C0 9E 11 14 F9 62 0B 16 16 DB 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 67 06 00 00 0F 27 00 00 00 00 00 00 24 84 G B5 62 01 02 1C 00 54 B8 D8 15 9C 93 2A 53 2C A5 42 15 51 0B 01 00 C1 71 00 00 3E 86 08 00 53 C2 00 00 5C 39 A 6520 4226677 8978878 7898656 7602586 8227252 8162793 8347345 8388584 A 6530 4228306 8978531 7898661 7557103 8248054 8152620 8347644 8388610 G B5 62 01 04 12 00 54 B8 D8 15 0F 27 0F 27 0F 27 0F 27 0F 27 0F 27 0F 27 8A 6C G B5 62 01 03 10 00 54 B8 D8 15 00 DC 00 00 78 C9 00 00 41 DB 46 00 8C 2A A 6540 4230341 8978534 7899510 7537882 8188792 8124975 8347452 8388622 G B5 62 01 12 24 00 54 B8 D8 15 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 A8 04 C7 01 67 06 00 00 00 51 25 02 89 17 A 6550 4231095 8978577 7899960 7512848 8243089 8180571 8347562 8388590 A 6560 4231145 8978349 7902171 7624785 8259306 8154566 8347533 8388613 A 6570 4233196 8976400 7901060 7542710 8236688 8139588 8347610 8388599 A 6580 4234578 8976220 7902896 7564049 8263481 8125544 8347331 8388618 A 6590 4236352 8974891 7902182 7544665 8249414 8130497 8347475 8388628 鈴木・土屋研 輪講用資料

  17. 実験結果(3) • CrossBow(赤) vs. 自作機器搭載GPS(青) 一致している ↓ データは問題なく取れている模様 鈴木・土屋研 輪講用資料

  18. 実験結果(4) • 機軸方向 加速度計 履歴 鈴木・土屋研 輪講用資料

  19. 実験結果(5) • ヨー方向 ジャイロ 履歴 鈴木・土屋研 輪講用資料

  20. 解析(1) • 今回、INSとGPSの統合にはKalman Filterを用いる • Loose-Coupling方式 • Tight-Coupling方式 • INSで用いるセンサは安価・低性能であり、時間的にゼロ点が変動する • ゼロ点をKalman Filterで推定する 鈴木・土屋研 輪講用資料

  21. 解析(2) Loose vs. Tight<1> • GPS出力をどのように統合するか • GPSの仕組み • 受信機は衛星からの測距コード(時報のようなもの)を受信、衛星までの距離(擬似距離)を測る • 三角測量の原理で自身の時刻と位置、計4自由度を解く • 従って位置決定には4衛星以上補足する必要 鈴木・土屋研 輪講用資料

  22. 解析(3) Loose vs. Tight<2> • Loose-Coupling方式 • GPS内部で4自由度が決定された場合のみ出力を利用して補正 • アルゴリズムは単純、4衛星以上観測必要 • Tight-Coupling方式 • GPSの擬似距離等、より生なデータを利用して補正 • アルゴリズムは複雑、1衛星でも補正可能 鈴木・土屋研 輪講用資料

  23. 解析(4) ゼロ点推定<1> • ゼロ点の変動は時相関である • Markov過程(未来の挙動が現在の値だけで決定可能)として近似することが可能 θ 角度 θ0ゼロ点 鈴木・土屋研 輪講用資料

  24. 解析(5) ゼロ点推定<2> • 例題としてジャイロ1軸を静置 • ジャイロ出力(角速度)を積分し角度を求める • 静置なので角度がゼロになるはず 鈴木・土屋研 輪講用資料

  25. 解析(6) 全体図 ゼロ点推定 位置 速度 姿勢 位置 速度 姿勢 加速度 角速度 Kalman Filter 積分 6軸センサ INS 位置・速度 等 GPS 鈴木・土屋研 輪講用資料

  26. 今後の予定(1) • 今回取得したデータの解析 • CrossBowと比較してどうか、特に姿勢 • 更なるデータの取得 • 朝日新聞(Citation) • 下地島(747) 鈴木・土屋研 輪講用資料

  27. 今後の予定(2) • 別の解析手法を試みる • アルゴリズムを変えてみる • 実験と同じ結果がでるようシミュレータを構成する • 誤差要因の追求 鈴木・土屋研 輪講用資料

  28. 参考文献 • Applied Mathematics in Integration Navigation System, Second Edition • AIAA Educational Series, 1-56347-656-B) • 精説GPS • 日本航海学会 GPS研究会, 4-921187-10-X) • Tightly Coupled GPS/INS Integration for Missile Application • Jan Wendel, Gert F. Trommer 鈴木・土屋研 輪講用資料

  29. (おまけ) デモンストレーション • 実験機器を体感してみてください 鈴木・土屋研 輪講用資料

More Related