Radar altimeter that has been utilized in classical terrain referenced navigation(TRN) has a defect that it cannot reflect the roughness of terrain which is a critical factor that determines the performance of TRN. Therefore, interferometric radar altimeter(IRA)-aided TRN has been suggested in the sense that it possesses much information of the closest terrain point with improved accuracy. Many of the researches, however, utilize the existing framework of classical TRN to adapt the measurements of IRA by nonlinearly combining them. Therefore, the performance of IRA-aided TRN remains stagnated. This paper proposes a new measurement model of an IRA, and provides numerical results that shows improved position accuracy of an aircraft. Furthermore, tight fusion of IRA-aided TRN with inertial navigation system(INS) is proposed. Rather than combining the separately acquired navigation solutions from INS and IRA-aided TRN afterward, this paper fuses both solutions jointly through one master filter. Particle filter is used to embrace high nonlinearity that exists in IRA’s measurement when estimating position of an aircraft. Rao-Blackwellized particle filter is used to fully utilize linear substructure inherent IRA measurement, while accommodating nonlinearity of entire system when TRN is fused with INS. Numerical result shows that it is possible to retain accurate 3D navigation solution without aids of barometric altimeter and global navigation satellite system.
종래의 지형 참조 항법에서 주로 사용하는 지형 센서인 전파 고도계는 지형 참조 항법의 성능을 결정짓는 주요 요인 중 하나인 지형의 험준도 정보를 정확하게 반영할 수 없는 특징이 있다. 지형점들 중 최 근접점의 정보를 반환하는 간섭계 레이더 고도계가 제시되어 이를 활용한 연구가 이루어지고 있지만 고전적인 지형 참조 항법의 측정치 모델 체계에 간섭계 레이더 고도계 측정치만을 비선형적으로 조합해 욱여넣어 성능 개선이 미미한 상황이다. 본 논문은 간섭계 레이더 고도계를 지형 참조 항법 시스템에 활용하는 새로운 측정치 모델을 제시하며 모의 실험을 통해 새로운 측정치 모델이 기체의 위치 정확도를 개선함을 수치적으로 보인다. 나아가 간섭계 레이더 고도계의 측정치를 적극 활용해 이에 기반을 둔 지형 참조 항법과 관성 항법의 강결합 방법을 제시하며 3차원 항법 해의 정확도 개선을 도모한다. 간섭계 레이더 고도계의 측정치는 기체의 위치에 높은 비선형성을 보이기 때문에 제안하는 측정치 모델의 성능 검증을 위해 모델의 비선형성을 참작할 수 있는 파티클 필터 기반의 상태 추정 기법을 사용한다. 관성 항법 장치와의 강결합 시에는 간섭계 레이더 고도계 측정치에 내재된 작은 선형 구조를 적극 활용함과 동시에 지형의 비선형성을 참작하기 위해 라오-블랙웰라이즈드 파티클 필터 기반의 상태 추정 기법을 사용한다. 기압 고도계와 위성 항법 시스템이 가용하지 않은 상황에서도 관성 항법과 간섭계 레이더 고도계 기반의 지형 참조 항법의 결합을 통해 3차원 항법해의 성능 확보가 가능함을 수치적인 결과로 보인다.
