표제지
목차
ABSTRACT 10
제1장 서론 13
제1절 연구배경 13
제2절 기존 연구 동향 15
1. 각속도 추정 기법 15
2. 고속 회전체의 3차원 자세 추정기법 18
3. 자이로스코프 교정(Calibration) 21
제3절 논문의 기여 25
제4절 논문의 구성 28
제2장 이론적 배경 30
제1절 좌표계와 센서모델 정의 30
1. Euler Angle 정의 30
2. Euler rate와 자이로스코프 오차모델 32
3. 3축 자기센서 관측 모델 정의 34
제2절 Euler Angle 기반 확장칼만필터 37
제3절 각속도 추정을 위한 주기성 해석 기법 45
제3장 CZT 자세-위상 왜곡(Attitude-Phase Distortion) 해석 50
제1절 Roll rate 정의 50
제2절 자세-위상 왜곡(Attitude-Phase Distortion) 해석 54
제4장 회전특성을 이용한 자이로스코프 교정 및 3차원 자세추정 58
제1절 Roll rate 관측 모델 58
제2절 Roll rate의 Non-causality를 고려한 CEKF 61
제5장 자이로스코프 포화상태에서의 3차원 자세추정 65
제6장 회전 발사체 시뮬레이션 70
제1절 시뮬레이션 시나리오 71
제2절 각속도 추정 결과 77
제3절 자이로스코프 교정 및 자세 추정 80
제4절 자이로스코프 포화상태 84
제7장 Rate Table 실험 91
제1절 자이로스코프 교정 및 자세 추정 92
제2절 자이로스코프 포화상태 101
제8장 결론 107
참고문헌 109
국문초록 115
〈표 1-1〉 자이로스코프 측정 범위 15
〈표 1-2〉 고속회전체 각속도(spin rate) 추정 기법 비교 27
〈표 1-3〉 자이로스코프 교정(Calibration) 기법 비교 27
〈표 6-1〉 시뮬레이션 데이터 셋 74
〈표 7-1〉 실험 계측 모듈 II 탑재 센서 특성 94
〈표 7-2〉 실험 계측 모듈 I 탑재 센서 특성 102
〈그림 1-1〉 가속도 센서를 이용한 Spin rate 추정 기법 16
〈그림 1-2〉 본 논문에서 제안한 기법과 기여도 25
〈그림 2-1〉 회전 발사체(왼쪽)과 플라잉디스크(오른쪽) 회전 축 31
〈그림 2-2〉 N-frame 에서 표현되는 지자기 벡터 35
〈그림 2-3〉 회전체에 탑재된 자기 센서 45
〈그림 2-4〉 플라잉디스크 실험에서 자기 센서로 측정된 지자기 값(좌)과 이를 FFT 로 s-domain 에서 해석한 결과(우) 46
〈그림 2-5〉 STFT(Short Time Fourier Transform)요약 47
〈그림 3-1〉 중력, 지자기 벡터를 기준으로 하는 좌표계 정의 50
〈그림 3-2〉 주기성 해석을 통해 각속도를 추정할 때 발생하는 자세-위상 왜곡(Attitude-Phase Distortion) 54
〈그림 4-1〉 Roll rate 측정치의 Non-causality 를 고려한 CEKF(Cascade Extended Kalman Filter) 63
〈그림 4-2〉 제안된 CEKF의 Timing 계략도 64
〈그림 4-3〉 그림 4-2 에서 각 시점마다 필터의 입출력 64
〈그림 6-1〉 시뮬레이션의 회전발사체 비행 궤적 71
〈그림 6-2〉 회전 발사체 기준 자세(자세 시나리오) 72
〈그림 6-3〉 시뮬레이션 가속도 센서 데이터셋 B 75
〈그림 6-4〉 시뮬레이션 자이로스코프 데이터셋 B 75
〈그림 6-5〉 시뮬레이션 자기 센서 데이터셋 B 76
〈그림 6-6〉 CZT 를 통하여 추정한 각속도(30Hz) 77
〈그림 6-7〉 CZT 를 통하여 추정한 각속도(60Hz) 78
〈그림 6-8〉 CEKF 와 기존 기법의 자세추정 결과 81
〈그림 6-9〉 CEKF 와 기존 기법의 스케일 팩터 추정 결과 82
〈그림 6-10〉 자이로스코프 포화 84
〈그림 6-11〉 데이터셋 D 를 적용한 자세추정 오차 87
〈그림 6-12〉 데이터셋 D 를 적용한 스케일 팩터 추정결과 88
〈그림 6-13〉 데이터셋 E 를 적용한 자세추정 오차 89
〈그림 6-14〉 데이터셋 E 를 적용한 스케일 팩터 추정결과 90
〈그림 7-1〉 3차원 자세 변화를 위한 기울임 92
〈그림 7-2〉 실험 시나리오 93
〈그림 7-3〉 실험 계측 모듈 II 94
〈그림 7-4〉 CEKF Roll rate 추정 결과 95
〈그림 7-5〉 CEKF 직교 축(Pitch, Yaw) 추정 결과 96
〈그림 7-6〉 CEKF 주 회전 축(Roll) 추정 결과 97
〈그림 7-7〉 CEKF 자이로스코프 스케일 팩터 추정 결과 100
〈그림 7-8〉 실험 계측 모듈 I 101
〈그림 7-9〉 포화상태 실험을 위한 각속도 시나리오 103
〈그림 7-10〉 직교 축 자세 변화를 위한 기울임 103
〈그림 7-11〉 Reduced State EKF 직교 축(Pitch, Yaw) 추정 결과 105
〈그림 7-12〉 Reduced State EKF 회전 축(Roll) 추정 결과 106