A highly reliable navigation system is an essential part of Unmanned Aircraft System (UAV) to ensure the safety of an operation, and multi sensor navigation systems which are robust against environmental changes are a considerable candidate. A commonly used multi sensor navigation system is the Kalman filter based GNSS/IMU integrated navigation system. However, general UAS uses an inexpensive IMU which makes this single IMU based navigation system vulnerable to the IMU failure. Therefore, this study is conducted to ensure a safety under IMU fault condition for a decentralized Kalman filter based GNSS/IMUs integrated navigation system which is robust against IMU failure.
In this study, a novel continuity risk probability for decentralized filter based multi IMUs system is proposed. A continuity risk probability upped bound is derived to release the complexity of the continuity optimal allocation problem using the proposed continuity risk probability as a constraint. Next, the sub-optimal continuity allocation algorithm is proposed for a real-time innovation-based IMU fault monitor, and the possibility of a real-time operation is verified by conducting a simulation for performance evaluation of the sub-optimal algorithm. Finally a sensitivity analysis for a decentralized Kalman filter based system is conducted to address the use of multi constellation. Based on the simulation result, it is verified that in the case of tightly coupled based filter, the use of multi constellation degrades the system performance and increases the computation time. However, by using loosely coupled based filter these limitations can be reduced.
무인 이동체 운용의 안전성 보장을 위해 고신뢰성 항법 시스템은 필수 요소이다. 무인 이동체의 다양한 운용 환경에서 강건한 항법 정보를 제공하기 위해 다중 센서 융합 항법 시스템에 대한 관심이 증가하고 있다. 대표적인 다중 센서 융합 항법 시스템으로 칼만 필터기반 GNSS/IMU 융합 항법 시스템이 있다. 하지만 일반적인 무인 이동체 운용에는 저렴한 가격의 IMU를 사용하여 IMU 고장 발생확률이 높기 때문에 단일 IMU 항법 시스템은 IMU 고장에 취약하다는 단점이 있다. 따라서 본 논문에서는 IMU 고장에 강건한 분산형 칼만 필터기반 GNSS/IMUs 융합 항법 시스템의 IMU 고장에 대한 안전성 보장을 위한 연구를 수행하였다.
본 논문에서는 분산형 다중 IMUs 시스템을 고려한 연속성 위협 확률을 제안한다. 제안한 연속성 위협 확률을 제한조건으로 갖는 연속성 요구조건 최적 분배 문제의 복잡도를 낮추기 위한 연속성 위협 확률 상계를 제안하였다. 또한, 이노베이션기반 IMU 고장 모니터의 실시간성을 위한 연속성 요구조건 준-최적 분배 알고리즘을 제안하였으며, 준-최적 알고리즘의 성능 평가를 위한 시뮬레이션을 수행하여 실시간 운용의 가능성을 확인하였다. 마지막으로 다중 위성군 사용에 따른 분산형 칼만필터기반 시스템의 민감도 분석 시뮬레이션을 수행하였으며, 시뮬레이션 결과를 기반으로 강결합 방식의 경우 다중 위성군 사용이 시스템의 성능을 저하시키고 계산 시간을 증가시켜 실시간성을 위협하지만 약결합 방식을 통해 해당 한계점들을 극복할 수 있음을 확인하였다.
