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초음파 거리계를 이용한 무인잠수정의 수중 복합 항법시스템
A Hybrid Navigation System for Underwater Unmanned Vehicles, Using a Range Sonar

이판묵   (한국해양연구원 해양시스템안전연구소CC0186912  ); 전봉환   (한국해양연구원 해양시스템안전연구소CC0186912  ); 김시문   (한국해양연구원 해양시스템안전연구소CC0186912  ); 이종무   (한국해양연구원 해양시스템안전연구소CC0186912  ); 임용곤   (한국해양연구원 해양시스템안전연구소CC0186912  ); 양승일   (한국해양연구원 해양시스템안전연구소CC0186912  );
  • 초록

    This paper presents a hybrid underwater navigation system for unmanned underwater vehicles, using an additional range sonar, where the navigation system is based on inertial and Doppler velocity sensors. Conventional underwater navigation systems are generally based on an inertial measurement unit (IMU) and a Doppler velocity log (DVL), accompanying a magnetic compass and a depth sensor. Although the conventional navigation systems update the bias errors of inertial sensors and the scale effects of DVL, the estimated position slowly drifts as time passes. This paper proposes a measurement model that uses the range sonar to improve the performance of the IMU-DVL navigation system, for extended operation of underwater vehicles. The proposed navigation model includes the bias errors of IMU, the scale effects of VL, and the bias error of the range sonar. An extended Kalman filter was adopted to propagate the error covariance, to update the measurement errors, and to correct the state equation, when the external measurements are available. To illustrate the effectiveness of the hybrid navigation system, simulations were conducted with the 6-d.o.f. equations of motion of an AUV in lawn-mowing survey mode.


  • 주제어

    관성계측센서 .   도플러 속도센서 .   거리계측 소나 .   복합항법시스템 .   무인잠수정.  

  • 참고문헌 (11)

    1. Hong, S., Lee, P., Lim Y, Lee, C, Jean, B., Park, J., Choi, Y, Kim, S. and Seo, J. (2002). 'Design and implementation of a dual use purpose semi-autonomous underwater vehicle', Underwater Defense Technology 2002, Oct. 8-10, Jeju, Korea, pp 101-111 
    2. Titterton, D.H. and Weston, J.L. (1997). Strapdown inertial navigation technology, Peter Peregrinus Ltd., London 
    3. Whitcomb, L., Yoerger, D. and Singh, H. (1999). 'Advances in Doppler-based navigation of underwater robotic vehicles', Int. Conf. on Robotics & Auto. 1999, pp. 399-406 
    4. Larsen, M.B. (2000). 'High performance Doppler inertial navigation experimental results', Oceans 2000 Conf., Vol 2, pp 1449-1456 
    5. 이종무, 이판묵, 김시문, 홍석원, 서재원, 성우제 (2003). '반자 율무인잠수정의 수중 복합항법 시스템의 성능평가를 위한 회전팔 시험', 한국해양공학회지, 제17권, 제4호, pp 73-80     
    6. 이종무, 이판묵, 성우제 (2003). '간접 되먹임 필터를 이용한 관성센서 및 초음파 속도센서 기반의 수중 복합항법 알고리듬', 한국해양공학회지, 제17권, 제6호, pp 83-90     
    7. Kinsey, J.C. and Whitcomb, L.L. (2003). 'Preliminary field experience with the DVLNAV integrated navigation system for manned and unmanned submersibles', 1st IFAC Workshop on Guidance and Control of Underwater Vehicle, April 9-11, pp 51-60 
    8. Lee, P., Kim, S., Jean, B., Choi, H. and Lee C. (2004). 'Improvement on an inertial-Doppler navigation system of unmanned underwater vehicles using a complementary range sonar', Underwater Technology 2004 Symposium, Taipei, Taiwan, April 21-24, pp 10-19 
    9. Marco, D.B. and Healey, AJ. (2001). 'Command, control, and navigation experimental results with the NPS ARIES AUV', IEEE J. of Oceanic Eng., Vol 26, No 4, pp 466-476 
    10. Yun, X., Bachmann, E., McGhee, R., Whalen, R., Roberts, R.Knapp, R, Healey, A. and Zyda, M. (1999). 'testing and evaluation of an integrated GPS/INS system for small AUV navigadon', IEEE J. of Oceanic Eng., Vol 24, No 3,pp 396-404 
    11. Gelb, A. (1974). Applied optimal estimation, MIT, Cambridge, MA 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (4)

    1. Jo, Chul-Hee ; Kim, Sung-Jun ; Cheong, Hyun 2009. "Dynamic Stability during Transportation of Bridge Caisson" 韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, 23(1): 104~108     
    2. Mok, Sung-Hoon ; Bang, Hyochoong ; Kwon, Jayhyun ; Yu, Myeongjong 2013. "Terrain Referenced Navigation for Autonomous Underwater Vehicles" 제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, 19(8): 702~708     
    3. Yoo, Tae Suk ; Yoon, Seon Il 2013. "DVL-RPM based Velocity Filter Design for a Performance Improvement Underwater Integrated Navigation System" 제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, 19(9): 774~781     
    4. Yoo, Tae-Suk ; Kim, Moon Hwan ; Hwang, Jong Hyun ; Yoon, Seon Il 2016. "Development of Navigation HILS System for Integrated Navigation Performance Analysis of Large Diameter Unmanned Underwater Vehicle (LDUUV)" 韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, 30(5): 367~373     

 저자의 다른 논문

  • 이판묵 (42)

    1. 1987 "파랑중 최소수선면적 쌍동선(SWATH)의 운동제어" 기계연구원소보 17 (): 157~165    
    2. 1989 "자기동조 제어기를 이용한 위치확보 시스템에 관한 연구" 大韓造船學會誌 = Journal of the society of naval architects of Korea 26 (2): 32~40    
    3. 1989 "반잠수식 시추선에 작용하는 장주기 표류력에 관한 연구" 大韓造船學會誌 = Journal of the society of naval architects of Korea 26 (2): 49~63    
    4. 1990 "Lagrangian 유한요소법을 이용한 2차원 탱크내 유동해석" 大韓造船學會誌 = Journal of the society of naval architects of Korea 27 (2): 21~30    
    5. 1990 "콘테이너선의 불규칙파중 갑판침수에 관한 실험적 고찰" 大韓造船學會誌 = Journal of the society of naval architects of Korea 27 (2): 31~39    
    6. 1990 "구조물의 탄성을 고려한 2차원 탱크내 유동해석" 大韓造船學會誌 = Journal of the society of naval architects of Korea 27 (3): 107~116    
    7. 1993 "파력발전용 웰즈터어빈의 공기역학적 성능연구" 大韓造船學會 論文集 = Journal of the Society of Naval Architects of Korea 30 (4): 23~30    
    8. 1996 "파랑중 운항선박의 안전항해를 위한 지원 시스템" 漁船 = The journal of Korean fishing vessel society 68 (): 28~32    
    9. 1997 "AUV의 운동계측을 위한 스트랩-다운형 관성계측장치(IMU)의 개발" 韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology 11 (1): 95~105    
    10. 1997 "자율 무인 잠수정(AUV)의 모의 실험을 위한 테스트베드의 개발-하드웨어와 소프트웨어" 韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology 11 (1): 106~112    
  • 전봉환 (18)

  • 김시문 (6)

  • 임용곤 (18)

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