항법성능을 고려한 수중 자율이동체의 축소차수 동특성모델 결정방법
- 발행기관 한동대학교 일반대학원
- 지도교수 나원상
- 발행년도 2024
- 학위수여년월 2024. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계제어공학과
- 세부분야 해당없음
- 원문페이지 v, 34
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/handong/200000750358
- UCI I804:47030-200000750358
- 본문언어 한국어
- 저작권 한동대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 논문에선 DVL 비가용 상황에서 AUV(autonomous underwater vehicle)의 VDM(vehicle dyanmics Model) 기반 복합항법을 위한 VDM 결정방법의 새로운 접근 방식을 제안한다. 기존 알고리듬은 잘 알려진 거틀러하겐 수력학 모델(GHM)을 사용하였다. 불행하게도 GHM은 일반적으로 고차의 동역학형태로 불확실성이 높은 실제 상황에서 안정적인 성능을 기대하기는 어렵다. 이를 보완하기 위해, GHM 대신 폐루프 특성을 지닌 침로 제어루프를 채택하는 아이디어가 도출되었으나 여전히 고차 시스템으로 표현되므로 활용측면에서의 안정성 문제가 남아있다. 본 논문에서는 AUV의 VDM 기반 복합항법을 위한 축소 차수 VDM을 제안한다. 제안하는 모델은 실제 응용에서 안정적이고 일관된 성능을 보여주며 차수 축소로 인한 오차는 영항법오차 적분 개념에 따라 완화되어 추측 항법 오차를 최소화한다. 시뮬레이션을 통해 제안기법이 침로 제어루프를 포함한 폐루프 전달함수를 사용하는 기존 EKF의(extended Kalman filter) 기법에 비해 성능의 안정성과 일관성이 크게 향상됨을 보인다.
more초록/요약
This paper proposes a novel approach to VDM(vehicle dynamics model) determination problem for model-aided navigation of an AUV(autonomous underwater vehicle) when the DVL(doppler velocity log) is unavailable. The conventional algorithms have been developed based on the well-known Gertler-Hagen hydrodynamics model(GHM). However, unfortunately, the GHM is generally high-ordered so that it is hard to design GHM based applications working stable in actual situations with high uncertainties. To improve this problem, idea to use the transfer-function for ground-heading control loop instead of GHM was proposed but it is still high-ordered to retain the stability problems. In this paper, we suggest a revolutionary reduced order VDM for AUV model-aided navigation. The order of our model is drastically reduced enough to make stable and consistent performances in most real applications, while the errors due to the model reduction are mitigated under the newly introduced concept of zero model-output error integral to produce small dead-reckoning navigation errors. Simulation results show that our method demonstrates critically improved performances, compared to conventional EKF methods using the closed loop heading control transfer function, in stability and consistency.
more목차
1 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 개요 3
2 항법성능 향상 관점에서의 축소차수 VDM 5
2.1 모델출력 오차적분 개념 5
2.2 축소차수 VDM의 파라미터 제약조건 8
3 축소차수 VDM 파라미터 추정필터 설계 13
3.1 출력오차 적분조건에 따른 파라미터 공간과 성능지표 13
3.2 축소차수 VDM 파라미터 추정필터 설계 15
4 모의실험 18
4.1 모의실험 조건 18
4.2 VDM 동정성능 비교 22
4.3 궤적 시나리오에 대한 VDM 항법성능 확인 27
5 결 론 30
참고 문헌 31