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The Journal of Korea Navigation Institute

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수록정보
수록범위 : 1권1호(1997)~23권3호(2019) |수록논문 수 : 1,551
한국항행학회논문지
23권3호(2019년 06월) 수록논문
최근 권호 논문
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KCI등재

1INS/GPS 통합 항법 시스템의 위치 오차 개선을 위한 IMM 필터 설계

저자 : 백승준 ( Seung-jun Baek )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 23권 3호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 221-227 (7 pages)

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본 논문에서는 위성 항법 해를 이용하여 INS의 순수항법을 보상하는 INS / GPS 통합 항법 알고리즘을 구성할 때 불안정한 위성 항법 위치 해 출력에도 안정적인 항법 성능을 보장할 수 있는 IMM (interacting multiple model)필터를 설계하였다. INS / GPS 통합 항법 시스템 구조 내에 칼만필터를 서브 필터로 하는 IMM 필터 구조를 정의하였다. IMM필터 구성시 서브필터는 2개로 구성하였으며, 각각의 칼만필터는 INS의 오차 방정식으로부터 위치, 속도, 자세, 센서 오차 등으로 구성한 16차의 상태를 정의하고 추가로 위성항법의 유색 잡음(coloured measurement noise)영향으로 2차를 확장하였다. 제안한 IMM 필터의 성능을 확인하기위해 위성항법에 임의의 오차를 위도와 경도에 삽입하고 필터의 추종성을 확인하는 것으로 성능을 비교 분석하였다. 몬테카를로 시뮬레이션을 100회 수행하여 결과를 RMS로 비교한 결과 제안한 필터 방식이 오차에 대해 안정적이며 빠른 수렴결과를 보이고 있음을 확인할 수 있었다.


In this paper, interacting multiple model (IMM) filter was designed that guarantees a stable navigation performance even in the unstable satellite navigation position. In order to design IMM filter in INS / GPS integrated navigation system, sub filter of the IMM filter is defined as Kalman filter. In the IMM filter configuration, two subfilters are determined. Each Kalman filter defines the six-teenth state composed of position, velocity, attitude, and sensor error from the INS error equation and the states additionally derived in case of the coloured measurement noise. In order to verify the performance of the proposed filter, we compared the performance how the filter works in the presence of arbitrary error in GPS navigation solution. The Monte Carlo simulation was performed 100 times and the results were compared with the root mean square(RMS). The results show that the proposed method is stable against errors and show fast convergence.

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2GPS 음영 지역 극복을 위한 INS/초음파 속도계 결합 항법 시스템 설계

저자 : 최부성 ( Bu-sung Choi ) , 유원재 ( Won-jae Yoo ) , 김라우 ( La-woo Kim ) , 이유담 ( Yu-dam Lee ) , 이형근 ( Hyung-keun Lee )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 23권 3호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 228-236 (9 pages)

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최근 도심지, 터널, 지하도 등과 같이 위성항법시스템 (GPS; global positioning system) 신호 수신이 어려운 환경에서 안정적으로 정확한 위치 해를 획득하기 위한 다중센서 결합 기법들이 활발하게 연구되고 있다. GPS 음영 지역에서의 위치 정확도를 개선하기 위하여 본 논문에서는 초음파의 전파 특성을 활용하여 동체의 전방 속도를 추정할 수 있는 저가의 초음파 속도계 (ultrasonic-speedometer)를 설계하였고, 이를 활용하여 관성항법시스템 (INS; inertial navigation system)과 효율적으로 결합하는 INS/초음파 속도계 결합 항법 시스템을 제안하였다. 제안된 시스템의 성능을 분석하기 위해 차량 탑재 실험을 수행하였다. 실험결과에 의하면 저가의 MEMS IMU (micro electro mechanical systems inertial measurement unit)를 활용하고 GPS 신호가 10초 이상 가용하지 않는 경우에도 제안된 INS/ 초음파 속도계 결합 항법 시스템은 위치 정보 정확도의 열화를 효과적으로 제한할 수 있음을 확인하였다.


Recently, multi-sensor integration techniques have been actively studied to obtain reliable and accurate navigation solution in GPS (Global Positioning System)-denied harsh environments such as urban canyons, tunnels, and underground roads. In this paper, we propose a low-cost ultrasonic-speedometer utilizing the characteristics of the ultrasonic propagation. An efficient integrated INS (inertial navigation system)/ultrasonic-speedometer navigation system is also proposed to improve the accuracy of positioning in GPS-denied environments. To evaluate the proposed system, car experiments with field-collected measurements were performed. By the experiment results, it was confirmed that the proposed INS/ultrasonic-speedometer system bounds the positioning error growth effectively even though GPS signal is blocked more than 10 seconds and a low-cost MEMS IMU (micro electro mechanical systems inertial measurement unit) is utilized.

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3WAAS-EGNOS 중첩 영역 내 위성기반 보강시스템 선택 기법 연구

저자 : 김민규 ( Mingyu Kim ) , 김정래 ( Jeongrae Kim )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 23권 3호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 237-244 (8 pages)

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SBAS는 실시간으로 사용자에게 GNSS 궤도 및 시계, 전리층 보정정보와 이에 대한 무결성정보를 제공하여 SBAS 사용 시 정밀한 위치추정이 가능하다. 각 국의 SBAS 개발 및 추가 지상관측소 설치로 SBAS 서비스 영역이 확대됨에 따라 2개의 SBAS 서비스 영역이 겹쳐 다중 SBAS 신호가 수신되는 영역이 존재하는데, 이에 대한 신호 선택 방법에 관한 연구는 진행되지 않았다. 이에 본 연구에서는 WAAS와 EGNOS 정보가 동시에 전송되는 영역에서 WAAS 정보 우선 사용 방법, EGNOS 정보 우선 사용 방법, 그리고 보정정보 오차 공분산 비교 선택 방법을 사용하여 저궤도위성에 SBAS 정보를 적용한 후 위치추정 결과를 비교하였다. WAAS 정보를 우선으로 사용할 때 3D 위치오차는 2.57 m로 가장 작았으며, 오차 공분산 비교 방법을 사용했을 경우에는 WAAS와 EGNOS의 관측소와 가장 먼 중첩 영역 중심에서 위치추정 정확도가 가장 높았다. EGNOS 정보를 우선 사용 시 중첩 영역의 EGNOS와 가까운 동쪽 지역에서 WAAS 우선 사용 방법보다 위치오차가 8% 더 작았다.


Since SBAS provides users with GNSS orbit, clock, and ionospheric corrections and integrity, the more precise positioning is possible. As the SBAS service area is expanded due to the development of the SBAS and the installation of the additional ground stations, there is a region where two or more SBAS messages can be received. However, the research on multi-constellation SBAS selection method has not carried out. In this study, we compared the result of positioning accuracy after applying the SBAS correction selected by using WAAS priority, EGNOS priority, or error covariance comparison method to LEO satellites in the regions where WAAS and EGNOS signals are transmitted simultaneously. When using WAAS priority method, 3D orbit error is smallest at 2.57 m. The covariance comparison method is outperform at the center of the overlap region far from each WAAS and EGNOS stations. In the eastern region near the EGNOS stations, the 3D orbit errors using EGNOS priority method is 8% smaller than the errors using the WAAS priority method.

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4해조류 속도 오차 추정을 통한 속도보정항법 알고리즘

저자 : 최윤혁 ( Yun-hyuk Choi )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 23권 3호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 245-250 (6 pages)

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관성항법장치는 시간 경과에 따라 관성센서 및 초기정렬 오차로 인해 항법 오차가 발생한다. 이를 보상하기 위한 방법으로 위성 항법시스템 및 속도계 등을 이용하여 보정항법을 수행한다. 수중 환경에서는 GNSS 신호가 통하지 않기 때문에, 수중운동체에 탑재한 관성항법장치는 주로 속도계 보조센서를 이용하여 보정항법을 수행한다. 속도계 보조센서는 DVL, EM-Log, RPM이 있으며, 시스템 환경에 따라서 센서 종류가 적용된다. 본 논문은 고속 및 심해 환경에서 운용되는 관성항법장치의 RPM 속도보정항법을 설계하였다. 또한 직진 방향의 성분을 갖는 RPM 속도계의 한계를 보완하며, 해조류 속도 오차를 보상하는 알고리즘을 제안하였다. 제안한 알고리즘은 몬테카를로 시뮬레이션 결과를 통해 성능을 입증하였다.


Inertial navigation system has navigation errors because of the error of inertial measurement unit (IMU) and misalignment over time. In order to solve this problem, aided navigation system is performed using global navigation satellite system (GNSS), speedometer, etc. The inertial navigation system equipped with underwater vehicle mainly uses speedometer and performed aided navigation because satellite signals do not pass through underwater. There are DVL, EM-Log, and RPM in the speedometer, and the sensors are applied according to the system environment. This paper describes velocity aided navigation using RPM of inertial navigation system operating in high speed and deep water environment. In addition, we proposes an algorithm to compensate the limit of RPM with straight direction and the current velocity error. There are results of monte-calo simulation to prove performance of the proposed algorithm.

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580 km × 56 spans의 초장거리 전송 링크에서 왜곡된 WDM 채널의 보상

저자 : 이성렬 ( Seong-real Lee )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 23권 3호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 251-257 (7 pages)

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분산 제어와 광 위상 공액이 결합된 초장거리 광전송 링크의 구조를 제안하였다. 전체 전송 링크는 80 km (단일 모드 광섬유 span) × 56 fiber span으로 구성된다. 왜곡된 파장 분할 다중 채널을 보상하기 위하여 각 fiber span의 단일 모드 광섬유 길이와 중계 구간 당 잉여 분산을 점진적으로 증가/감소시키는 인위적 분포 구조를 채택하였다. 다른 선행 연구에서 제안된 인위적 분포는 fiber span이 많아질수록 보상 효과가 줄어들 수 있기 때문에 인위적 분포 패턴을 9개의 fiber span 마다 반복시키는 구조를 분산 제어와 광 위상 공액 링크에 적용하였다. 시뮬레이션 결과 제안된 4개의 분포 패턴 중 특정한 인위적 분포 패턴이 적용된 링크를 사용하면 기존에 제안되었던 반복이 없는 인위적 분포에 비해 왜곡된 WDM 채널의 보상 효과가 다소 크게 나타나는 것을 확인하였다.


The configuration of ultra-long optical transmission link with dispersion management and optical phase conjugation is proposed. The whole transmission link consist of 80 km (single mode fiber span) × 56 fiber spans. The artificial distribution of single mode fibers' lengths and residual dispersions in fiber spans, which are gradually increased/decreased as the span number is increased, is adopted to compensate for the distorted wavelength division multiplexed channels. Since the compensation effect through the artificial distribution in the previous researches is expected to decrease as the number of fiber spans are increased, three-time repetition of the artificial distribution patterns at intervals of 9 fiber spans applied into the link with dispersion management and optical phase conjugation is proposed. From the simulation results, it is confirmed that the compensation in the link configured by the special distribution pattern among 4 proposed patterns is slightly improved than the link configured by the conventional method, which is designed by the repeat-less distribution pattern.

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6주파수영역 최적 위치 임펄스 삽입기법에 의한 OFDM-CQAM 시스템의 PAPR 개선

저자 : 곽재민 ( Jae-min Kwak )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 23권 3호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 258-263 (6 pages)

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OFDM (orthogonal frequency division multiplexing)은 다중경로 페이딩에 강하고 고속전송이 가능하다는 장점으로 널리 사용되고 있는 디지털 통신방식이나, 여러 부반송파 변조신호가 동위상으로 겹쳐지면서 송신신호의 PAPR (peak to average power ratio)이 높아진다는 단점을 가지고 있다. 송신단의 IFFT (inverse fast Fourier transform) 이전에 주파수 영역에서 높은 크기의 임펄스를 삽입하면, 쌍대성 특성으로 인해 시간영역의 OFDM 신호의 PAPR 감소 효과를 가져올 수 있다. 본 논문에서는 CQAM (cross quadrature amplitude modulation) 방식을 채용하는 OFDM 통신시스템에서 송신단의 IFFT 이전에 임펄스를 삽입함으로서 개선되는 PAPR 성능을 분석한다. 또한 PAPR을 최소화시킬 수 있는 최적의 임펄스 삽입위치 찾아내고 이를 적용하였을 경우의 PAPR 개선효과를 검증한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 주파수영역에서 삽입되는 임펄스 크기와 위치에 따라 OFDM-CQAM 시스템의 PAPR 개선효과가 기존 방식에 비해 우수함을 확인한다.


OFDM is popular digital communication method due to its immunity to multipath fading and capability of high speed data transmission, but it has disadvantage of high PAPR in transmission signal when many subcarrier modulated signal are added to the same phase. When frequency domain high amplitude impulse is inserted before IFFT in OFDM transmitter, the PAPR of OFDM signal in tme domain can be effectively reduced. In this paper, the degree of PAPR improvement of OFDM communication system with CQAM subcarrier modulation is analysed by adopting impulse insertion technique before IFFT of transmitter. Furthermore, it is verified that additional PAPR performance improvement can be obtained by finding optimum position of impulse insertion for maximizing PAPR reduction. Through computer simulation, the degree of PAPR improvement according to amplitude and position of inserted impulse is superior to conventional technique in OFDM-CQAM system.

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