KR101510435B1 - Method for compensating Misalignment and Scale Factor Errors of 3-Axis Gyro using Single Difference - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법에 관한 것으로, 상세하게는 위성에 장착되어 사용되는 각속도센서인 자이로의 오정렬 및 축척계수에 대한 오차를 정확하게 계산하여, 각속도 측정 오차를 감소시켜서 지향오차 및 지향안정성을 향상시킬 수 있는 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of correcting misalignment and scale factor error of a 3-axis angular velocity sensor using a single difference, more specifically, to an apparatus and a method for correcting misalignment and scale factor error of a gyro, And to a method for correcting misalignment and scale factor error of a three-axis angular velocity sensor using a single difference that can improve measurement errors and directional errors and orientation stability.
위성 자세제어계 요구사항이 고도화되면서 고정밀 별추적기나 고성능 자이로가 장착되고 있다. 이러한 센서들은 발사충격, 중력변화, 궤도환경에서의 구조물 열변형 및 우주환경에 의해, 발사 전의 정렬(alignment) 값에서 벗어날 수 있으며, 궤도상 시험기간에 이 값들을 보정하게 된다.As the satellite attitude control system requirements become more sophisticated, high-precision star trackers and high-performance gyros are being installed. These sensors can deviate from the pre-firing alignment values due to firing shock, gravity changes, structural thermal deformation in the orbital environment, and space environment, and they are corrected during the on-orbit test period.
종래의 자이로 보정(Gyro Calibration) 방법은 자이로 오정렬(misalignment)과 축척계수(Scale Factor) 오차를 자세오차와 자이로 표류오차와 동시에 추정하는 확장칼만필터 기반의 방법이다. 이러한 방법들은 특별히 고안된 위성의 기동을 수행해줘야만 관측성이 보장된다는 단점이 있다.
The conventional gyro calibration method is an extended Kalman filter based method that simultaneously estimates gyro misalignment and scale factor errors with attitude errors and gyro drift errors. These methods are disadvantageous in that observability is guaranteed only if a specially designed satellite is operated.
그러나, 다양한 지상의 목표물에 대해서 영상을 촬영하는 위성과는 달리 합성개구레이더 탑재 위성과 같이, 기동성능보다는 자세의 안정성 성능과 궤도제어의 정확성이 요구되는 저궤도 위성의 경우, 다양한 명령 자체가 필요 없으며, 미리 정해진 몇 개의 지구지향 자세로만 제어되면서 운용된다. 이에 따라, 위성이 자이로 보정에 필요한 기동을 제공하도록 요구되어 설계되지 않기 때문에, 확장칼만필터 기반의 자이로 보정 방법을 적용할 수 없기 때문에, 관측성을 확보하기 위한 기동이 필요 없는 새로운 자이로 보정 방법이 요구되고 있는 실정이다.
However, unlike satellites that capture images of various terrestrial targets, low-orbit satellites, such as synthetic aperture radar satellites, that require posture stability performance and track control accuracy rather than maneuverability, do not require a variety of commands themselves , And is operated while being controlled only in a predetermined number of earth-oriented postures. Thus, since the satellite is not designed to be required to provide the maneuver necessary for gyro correction, a new gyro correction method that does not require activation to ensure observability can not be applied because the extended Kalman filter-based gyro correction method can not be applied It is a fact that is demanded.
또한, 탑재컴퓨터 자이로 표류오차 추정값을 이용하여 자이로 오정렬을 추정하는 방법이 있으나, 자이로 편향오차와 축척계수 오차가 작아서 무시할 수 있다는 가정을 전제로 하고 있기 때문에, 자이로 편향오차와 축척계수 오차가 커질 경우, 자이로 오차가 커지는 문제점이 있다.
In addition, there is a method of estimating the gyro misalignment using the on-board computer gyro drift error estimation. However, since it is assumed that the gyro deviation error and the scale factor error are small and can be ignored, when the gyro deviation error and the scale factor error become large , The gyro error increases.
국내등록특허 제10-1017606호("단일영상을 이용한 자세각센서 삼차원 오정렬 보정방법", 이하 선행문헌 1)에서는 우주선 또는, 항공기와 같은 비행체에 장착된 영상획득 카메라에서 촬영한 단일 영상정보로부터 지상제어점을 계산하여 자세각센서의 삼차원 오정렬 정보를 정량적으로 추출하여 보정하는 단일영상을 이용한 자세각센서 삼차원 오정렬 보정방법을 개시하고 있다.In Korean Patent No. 10-1017606 ("Method for correcting three-dimensional misalignment of attitude sensor using a single image ", hereinafter referred to as Prior Art 1), a single image obtained from an image acquisition camera mounted on a spacecraft, Discloses a three-dimensional misalignment correction method of an attitude angle sensor using a single image which quantitatively extracts and corrects three-dimensional misalignment information of a attitude angle sensor by calculating control points.
그러나, 선행문헌 1은 상술한 바와 같이, 자이로 오정렬 만을 추정하는 방법으로서, 자이로 편향오차와 축척계수 오차로 인한 자이로 오차가 커지는 문제점에 대해서는 언급하지 않고 있다.
However, as described above, the
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 위성에 장착되어 사용되는 각속도센서인 자이로의 오정렬 및 축척계수에 대한 오차를 정확하게 계산하여, 각속도 측정 오차를 감소시켜서 지향오차 및 지향안정성을 향상시킬 수 있는 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법을 제공함에 있다.
It is an object of the present invention to accurately calculate an error of a gyro misalignment and a scale factor of an angular velocity sensor mounted on a satellite, The present invention provides a method of correcting misalignment and scale factor error of a three-axis angular velocity sensor using a single difference that can improve a directional error and a directional stability.
본 발명의 일 실시예에 따른 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법은, 위성 탑재컴퓨터에서 결정된 자이로 표류오차 추정값의 단일차분(S20)과, 위성에 장착된 자이로 각속도 측정값의 단일차분(S10)을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법에 있어서, 상기 위성에 장착된 자이로 각속도 측정값에 대한 단일차분 결과(S10)값과 자이로 표류오차 추정값의 단일차분 결과(S20)값을 전달하는 데이터 획득 처리 단계(S100), 상기 데이터 획득 처리 단계(S100)로부터 상기 위성에 장착된 자이로 각속도 측정값에 대한 단일차분 결과(S10)값과 자이로 표류오차 추정값의 단일차분 결과(S20)값을 전달받아, T 행렬 및 자이로 표류오차 단일차분 벡터의 형태로 저장하는 데이터 저장 단계(S200), 상기 데이터 저장 단계(S200)에 의해 획득한 상기 위성의 적어도 세가지의 지구지향 자세에 대한 정보들을 이용하여, 의사 역함수(pseudo inverse)를 계산하여, 상기 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차값을 산출하는 오정렬 및 축척계수 오차 산출 단계(S300) 및 상기 오정렬 및 축척계수 오차 산출 단계(S300)에서 산출한 상기 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차값을 이용하여, 상기 각속도센서의 오정렬 및 축척계수를 보정하는 오차 보정 단계(S400)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
A method for correcting misalignment and scale factor error of a 3-axis angular velocity sensor using a single difference according to an embodiment of the present invention includes calculating a single difference (S20) of a gyro drift error estimate determined in a satellite-mounted computer and a gyro angular velocity measurement (S10) of a gyro angular velocity measurement value of a satellite and a single difference (S10) value of a gyro drift error estimation value of a gyro angular velocity measurement value mounted on the satellite, A data obtaining step S100 for transmitting a result S20 and a single difference result S10 for a gyro angular velocity measured value mounted on the satellite from the data obtaining step S100 and a single value of a gyro drift error estimated value A data storage step S200 for receiving the difference result S20 and storing the difference value in the form of a T matrix and a gyro drift error single differential vector, 200 and the pseudo inverse of the at least three earth-oriented postures of the satellite to calculate misalignment and scale factor error values of the angular velocity sensor, (Step S400) of correcting misalignment and scale factor of the angular velocity sensor using the misalignment and scale factor error values of the angular velocity sensor calculated in the calculation step S300 and the misalignment and scale factor error calculation step S300, ).
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법은 위성에 장착되어 사용되는 각속도센서인 자이로의 오정렬 및 축척계수에 대한 오차를 간단하게 보상하는 장점이 있다.The misalignment and scale factor error correction method of the 3-axis angular velocity sensor using the single difference according to the present invention having the above-described structure can easily compensate the error of the gyro misalignment and the scale factor, which is an angular velocity sensor mounted on the satellite .
즉, 기존의 확장칼만필터 기반의 오차 보정 방법은, 자이로 보정 기동과 같은 다양한 자세 기동을 제공하는 위성 자세제어 기능과 지상국 운용이 필요했지만, 본 발명으로 인해 정상적인 임무를 수행하는 도중에도 자이로 보정을 수행할 수 있는 장점이 있다.That is, the conventional error correction method based on the extended Kalman filter requires a satellite posture control function and a ground station operation to provide various posture maneuvers such as gyro correction start, but it is required to perform gyro correction even during normal mission due to the present invention There is an advantage to be able to perform.
또한, 종래의 오차 보정 방법들이 초기 예측 정보의 정확성이 수렴성능에 큰 영향을 주는 반면에, 본 발명의 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법은 정확한 초기 예측값이 필요치 않아서 항상 정확한 결과를 얻을 수 있다는 효과가 있다.
In addition, the accuracy of the initial prediction information greatly affects the convergence performance of the conventional error correction methods, whereas the method of correcting misalignment and scale factor error of the 3-axis angular velocity sensor using the single difference of the present invention does not require accurate initial prediction values It is possible to always obtain an accurate result.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법을 이용한 위성의 세가지 지구지향 자세의 예시도이다.
도 3은 도 2의 상기 위성의 세가지 지구지향 자세에 대한 자이로 측정값의 예시도이다.
도 4는 도 2의 상기 위성의 탑재컴퓨터에서 추정한 자이로 표류오차의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법에 의해 오정렬 및 축척계수 오차가 보정된 후의 자이로 편향오차를 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법에 의한 자이로 표류오차 감소를 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법에 의한 자세결정 필터의 보정 감소를 나타낸 예시도이다.1 is a flowchart of a method of correcting misalignment and scale factor error of a 3-axis angular velocity sensor using a single difference according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an illustration of three satellite-oriented orientations using a method of correcting misalignment and scale factor error of a 3-axis angular velocity sensor using a single difference according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an exemplary view of the gyro measurement values for three satellite-oriented postures of the satellite of FIG. 2;
Fig. 4 is an exemplary diagram of a gyro drift error estimated by the satellite computer of Fig. 2; Fig.
5 is a view illustrating an example of a gyro bias error after correction of misalignment and scale factor error by a misalignment and scale factor error correction method of a 3-axis angular velocity sensor using a single difference according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating gyro drift error reduction by a misalignment and scale factor error correction method of a 3-axis angular velocity sensor using a single difference according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an exemplary view illustrating correction correction of a posture determination filter by a misalignment and a scale factor error correction method of a 3-axis angular velocity sensor using a single difference according to an exemplary embodiment of the present invention.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, a method of correcting misalignment and scale factor error of a three-axis angular velocity sensor using a single difference according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following drawings are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the following drawings, but may be embodied in other forms. In addition, like reference numerals designate like elements throughout the specification.
이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
In this case, unless otherwise defined, technical terms and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In the following description and the accompanying drawings, A description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the description of the present invention will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법에 대한 순서도이며, 도 1을 참조로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법의 각 단계를 상세하게 설명한다.
FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of correcting misalignment and scale factor error of a 3-axis angular velocity sensor using a single difference according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, Each step of the misalignment and scale factor error correction method of the 3-axis angular velocity sensor will be described in detail.
본 발명의 일 실시예에 따른 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법은 데이터 획득 처리 단계(S100), 데이터 저장 단계(S200), 오정렬 및 축척계수 오차 산출 단계(S300) 및 오차 보정 단계(S400)로 이루어질 수 있으며, 위성에 장착된 자이로의 각속도 측정값 단일차분(S10) 결과와, 상기 위성 자세결정 로직에서 결정된 표류오차의 단일차분(S20) 결과를 이용하여 추정한 자이로 오정렬 및 축척계수 오차를 보정하는 방법이다.
The method of correcting misalignment and scale factor error of a three-axis angular velocity sensor using a single difference according to an embodiment of the present invention includes a data acquisition process step S100, a data storage step S200, a misalignment and scale factor error calculation step S300, And the error correction step (S400). The estimated difference is calculated by using a single difference (S10) result of the angular velocity measurement value of the gyro mounted on the satellite and a single difference (S20) result of the drift error determined in the satellite attitude determination logic This is a method of correcting gyro misalignment and scale factor error.
본 발명의 일 실시예에 따른 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법은 다양한 지상의 목표물에 대해서 영상을 촬영하는 위성과는 달리, 다양한 명령 자세가 필요 없으며 미리 정해진 몇 개의 지구지향 자세로만 제어되는 합성개구레이더를 장착한 저궤도 위성 등의 각속도센서인 자이로의 오정렬(misalignment) 및 축척계수(Scale Factor) 오차를 추정하여 오차를 보정할 수 있는 방법으로서,Unlike a satellite that captures an image of a variety of terrestrial targets, the method of correcting misalignment and scale factor error of a 3-axis angular velocity sensor using a single difference according to an embodiment of the present invention does not require various command postures, As a method for estimating misalignment and scale factor error of a gyro, which is an angular velocity sensor such as a low orbit satellite equipped with a synthetic aperture radar controlled only in a globally oriented attitude,
상기 위성의 자이로 내부의 정렬에 변동이 없다고 가정하더라도, 발사충격 및 우주환경 노출 등에 의해서 자이로 측정이 수행되는 자이로 측정 기준좌표계와, 상기 위성 동체 기준좌표계 사이에는 오정렬이 발생하게 된다.Misalignment occurs between the gyro measurement reference coordinate system in which the gyro measurement is performed by the launching shock and the cosmic environment exposure or the like and the satellite reference body coordinate system even if there is no variation in the alignment of the satellite inside the gyro.
자이로 오정렬을 표현하는 오일러각(
Euler angles representing gyro misalignment (
여기서, 
I는 3행3열의 단위행렬이며,I is a unit matrix of 3 rows and 3 columns,
[
[
또한, 상기 위성의 탐재컴퓨터 자세결정 논리에 적용되고 있는 자이로 오차 모델은 하기의 수학식 6으로 나타낼 수 있다.
In addition, the gyro error model applied to the pseudo computer attitude determination logic of the satellite can be expressed by the following equation (6).
여기서, 
이에 따라, 위성의 탑재컴퓨터에서 결정되는 자이로 표류오차는 자이로 오정렬 및 축척계수 오차의 영향이 포함되어, 자이로 표류오차 추정값이 위성의 자세에 따라 변하게 된다.Accordingly, the gyro drift error determined in the satellite computer includes the influence of the gyro misalignment and the scale factor error, and the estimated gyro drift error varies with the attitude of the satellite.
본 발명의 일 실시예에 따른 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법을 통해서 상기 위성의 자세에 상관없이 일정하게 유지될 수 있도록, 자이로의 오정렬 및 축척계수 오차를 추정하여, 보정할 수 있다.The gyro misalignment and scale factor error are estimated to be constant regardless of the attitude of the satellite through the misalignment and scale factor error correction method of the 3-axis angular velocity sensor using a single difference according to an embodiment of the present invention , Can be corrected.
이 때, 상기 각속도센서의 오정렬과 축척계수에 의한 오차가 포함된 자이로 오차 모델은 하기의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
At this time, the gyro error model including the error due to the misalignment of the angular velocity sensor and the scale factor can be expressed by the following equation (1).
(여기서, 
I는 3행3열의 단위행렬이며,I is a unit matrix of 3 rows and 3 columns,
[
따라서, 상기 수학식 6과 상기 수학식 1을 비교한 결과, 상기 각속도센서인 자이로의 표류오차(drift error) 추정값에는 상기 자이로의 오정렬과 축척계수 오차에 의한 영향이 포함되어 있는 것을 알 수 있다.Therefore, as a result of comparing Equation (6) with Equation (1), it can be seen that the drift error estimation value of the gyro as the angular velocity sensor includes the influence of misalignment of the gyro and the scale factor error.
더불어, 상기 위성 자세결정 로직에서 결정된 표류오차의 단일차분(S20)은 하기의 수학식 2에 기술된 오정렬 및 축척계수 오차가 포함된 자이로 오차 모델에 단일차분을 수행하여, 미지의 편향오차(bias error)가 제거된 계산값을 산출할 수 있다.In addition, the single difference (S20) of the drift error determined in the satellite attitude determination logic performs a single difference on the gyro error model including the misalignment and scale factor error described in Equation (2) below to calculate an unknown bias error error can be calculated.
즉, 상기 각속도센서의 오정렬과 축척계수에 의한 오차가 포함된 자이로 오차 모델인 상기의 수학식 1의 양변에 기대값을 취할 경우, 왼쪽 항이 상기의 수학식 6의 왼쪽 항과 동일하게 된다. 이를 이용하여, 근사화하여 하기의 수학식 2로 표현할 수 있다.
That is, when the expectation value is taken as both sides of
(여기서, 
상기 각속도센서인 자이로의 편향오차가 포함된 항은 상기 위성의 각속도와 상관없이 일정하게 유지되기 때문에, 서로 상이한 운동상태의 위성에 대한 자이로 표류오차 추정값의 단일차분을 수행하여, 상기 각속도센서의 편향오차가 제거된 하기의 수학식 3으로 나타낼 수 있다.Since the term including the deviation error of the gyro as the angular velocity sensor is kept constant irrespective of the angular velocity of the satellite, a single difference of the gyro drift error estimation values for the satellites of different motion states is performed, The error can be expressed by Equation (3) below.
이 때, 도 5는 오정렬 및 축척계수 오차가 보정된 후의 3축 각속도센서의 편향오차를 나타낸 예시도이다.
At this time, FIG. 5 is an example of a deviation error of the 3-axis angular velocity sensor after the misalignment and the scale factor error are corrected.
여기서, 윗첨자는 서로 상이한 운동상태의 위성에서 획득한 정보이다.
Here, superscripts are information obtained from satellites in different motion states.
상기 데이터 획득 처리 단계(S100)는 상기 위성에 장착된 자이로의 각속도 측정값 단일차분(S10) 결과와, 상기 위성 자세결정 로직에서 결정된 표류오차의 단일차분(S20) 결과를 계속 획득해야하는지 판단할 수 있으며,The data acquisition processing step S100 can determine whether to continue to acquire a single difference (S10) result of the angular velocity measurement value of the gyro mounted on the satellite and a single difference (S20) result of the drift error determined in the satellite attitude determination logic In addition,
판단 결과에 따라, 상기 위성에 장착된 자이로의 각속도 측정값 단일차분(S10) 결과와, 상기 위성 자세결정 로직에서 결정된 표류오차의 단일차분(S20) 결과를 상기 데이터 저장 단계(S200)로 전달하여 상기의 수학식 3의 왼쪽항과 하기의 수학식 4의 T행렬 형태로 저장하거나,According to the determination result, the single difference (S10) result of the angular velocity measurement value of the gyro mounted on the satellite and the single difference (S20) result of the drift error determined in the satellite attitude determination logic are transmitted to the data storage step (S200) The left term of Equation (3) and the T matrix of Equation (4)
또는, 상기 오정렬 및 축척계수 오차 산출 단계(S300)로 전달하여 상기 자이로의 오정렬 및 축척계수 오차를 결정할 수 있다.
Alternatively, the misalignment and scale factor error calculation step S300 may calculate the misalignment and scale factor error of the gyro.
(여기서, 행렬 
상기 오정렬 및 축척계수 오차 산출 단계(S300)는 상기 데이터 저장 단계(S200)에서 저장한 상기 T 행렬 및 자이로 표류오차 단일차분 벡터를 이용하여, 상기 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차값을 추정할 수 있다.The misalignment and scale factor error calculation step S300 estimates misalignment and scale factor error values of the three-axis angular velocity sensor using the T matrix and the gyro drift error single difference vector stored in the data storage step S200 can do.
다시 말하자면, 상기 수학식 3의 관계를 이용한 서로 다른 세가지 이상의 지구지향 자세에서 취득한 정보들을 이용하여, 상기의 수학식 4와 같은 의사 역함수를 계산하여, 상기 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차값을 산출할 수 있다.In other words, the pseudo inverse functions as shown in Equation (4) are calculated using the information obtained from three or more different earth-oriented attitudes using the relation of Equation (3), and the misalignment and the scale factor error value Can be calculated.
이 때, 상기 서로 다른 세가지 이상의 지구지향 자세는 도 2에 도시된 바와 같으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법은 도 2에 도시된 각각의 지구지향 자세에 대한 자이로 측정값과 상기 위성의 탑재컴퓨터에서 추정한 자이로 표류오차 정보를 이용할 수 있다.2, the method of correcting misalignment and scale factor error of a 3-axis angular velocity sensor using a single difference according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. 2, The gyro measurement value for each earth-oriented posture and the gyro drift error information estimated by the satellite computer can be used.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 자이로 측정값의 예시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 탑재컴퓨터에서 추정한 자이로 표류오차의 예시도이다.
FIG. 3 is an exemplary view of the gyro measurement value according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an exemplary view of a gyro drift error estimated by the on-board computer according to an embodiment of the present invention.
상기 오차 보정 단계(S400)는 상기 오정렬 및 축척계수 오차 산출 단계(S300)에서 산출한 상기 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차값을 이용하여, 상기 각속도센서의 오정렬 및 축척계수를 보정할 수 있다.
The error correction step (S400) may correct the misalignment and the scale factor of the angular velocity sensor using the misalignment and the scale factor error values of the angular velocity sensor calculated in the misalignment and scale factor error calculation step S300.
즉, 다시 말하자면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법은 추정 상태들에 대한 초기값 정보가 필요한 기존의 확장칼만기법 기반의 오차 보정 방법과는 달리, 상기 위성의 탑재컴퓨터에서 추정한 자이로 표류오차 추정값의 단일차분을 이용하여, 미지의 자이로 편향오차를 제거할 수 있으며, 최소자승법을 통해 자이로의 오정렬 및 축척계수 오차를 산출할 수 있으며, 이를 보정하여 각속도 측정 오차를 감소시킴으로써 지향오차 및 지향안정성을 향상시킬 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법을 적용할 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 벡터크기 기준 3배 이상 상기 3축 각속도센서의 축척계수 오차가 감소한 것을 알 수 있으며, 도 7에 도시된 바와 같이, 기동 중이나 기동 후에 자세결정 필터의 보정(innovation) 양이 줄어들고, 서로 다른 자세 및 운동상태에서도 보정 양이 일정함을 알 수 있다.
That is, in other words, a method of correcting misalignment and scale factor error of a 3-axis angular velocity sensor using a single difference according to an embodiment of the present invention is an error correction method based on an existing extended Kalman method It is possible to eliminate the unknown gyro deviation error by using a single difference of the gyro drift error estimated value estimated by the satellite computer and to calculate the misalignment and scale factor error of the gyro using the least squares method And correcting it to reduce the angular velocity measurement error, it is possible to improve the directional error and the directional stability. In case of applying the misalignment and scale factor error correction method of the 3-axis angular velocity sensor using the single difference according to the embodiment of the present invention, As shown in FIG. 6, the reduction in the scale factor error of the 3-axis angular velocity sensor by 3 times or more based on the vector size As shown in FIG. 7, it can be seen that the amount of innovation of the attitude determination filter during running or after starting is reduced, and the amount of correction is constant even in different attitudes and motions.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한 정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, fall within the scope of the present invention .
S100 내지 S400 : 본 발명의 단일차분을 이용한 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법의 각 단계S100 to S400: Each step of the misalignment and scale factor error correction method of the angular velocity sensor using the single difference of the present invention
Claims (3)
상기 위성에 장착된 자이로 각속도 측정값에 대한 단일차분 결과(S10)값과 자이로 표류오차 추정값의 단일차분 결과(S20)값을 전달하는 데이터 획득 처리 단계(S100);
상기 데이터 획득 처리 단계(S100)로부터 상기 위성에 장착된 자이로 각속도 측정값에 대한 단일차분 결과(S10)값과 자이로 표류오차 추정값의 단일차분 결과(S20)값을 전달받아, T 행렬 및 자이로 표류오차 단일차분 벡터의 형태로 저장하는 데이터 저장 단계(S200);
상기 데이터 저장 단계(S200)에 의해 획득한 상기 위성의 적어도 세가지의 지구지향 자세에 대한 정보들을 이용하여, 하기의 수식과 같은 의사 역함수(pseudo inverse)를 계산하여, 상기 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차값을 산출하는 오정렬 및 축척계수 오차 산출 단계(S300); 및
상기 오정렬 및 축척계수 오차 산출 단계(S300)에서 산출한 상기 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차값을 이용하여, 상기 각속도센서의 오정렬 및 축척계수를 보정하는 오차 보정 단계(S400);
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법.
(여기서, 행렬
A method for correcting misalignment and scale factor error of a 3-axis angular velocity sensor using a single difference (S20) of a gyro drift error estimate determined at a satellite computer and a single difference (S10) of a gyro angular velocity measurement value mounted on a satellite,
A data acquisition processing step (SlOO) for transferring a single difference result (S10) value of the gyro angular velocity measurement value mounted on the satellite and a single difference result (S20) value of the gyro drift error estimation value;
(S10) value of the gyro angular velocity measurement value mounted on the satellite and a single difference result (S20) value of the gyro drift error estimation value from the data acquisition processing step (S100). The T matrix and the gyro drift error Storing data in the form of a single difference vector (S200);
(Pseudo inverse) such as the following equation using information on at least three earth-oriented postures of the satellite acquired by the data storage step (S200), and calculates misalignment and scale factor of the angular velocity sensor A misalignment and scale factor error calculation step S300 for calculating an error value; And
An error correction step (S400) of correcting the misalignment and the scale factor of the angular velocity sensor using the misalignment and the scale factor error value of the angular velocity sensor calculated in the misalignment and scale factor error calculation step S300;
And correcting misalignment and scale factor error of a three-axis angular velocity sensor using a single difference.
(Where,
상기 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법은
하기의 수식과 같이 오정렬 및 축척계수 오차가 포함된 자이로 오차 모델을 산출하고,
(여기서,
I는 3행3열의 단위행렬이며,
[
상기 탑재컴퓨터 자세결정 로직의 자이로 오차 모델과 비교를 통해 자이로 표류오차 추정값에 대한 하기의 수식을 산출하고,
(여기서,
상기 자이로 표류오차 추정값의 단일차분 결과(S20)에 따라, 상기 각속도센서의 편향오차 제거된 하기의 수식을 산출하는 것을 특징으로 하는 단일차분을 이용한 3축 각속도센서의 오정렬 및 축척계수 오차 보정 방법.
The method according to claim 1,
The misalignment and scale factor error correction method of the 3-axis angular velocity sensor using the single difference
A gyro error model including misalignment and scale factor error is calculated as shown in the following equation,
(here,
I is a unit matrix of 3 rows and 3 columns,
[
The following equation for the estimated gyro drift error is calculated through comparison with the gyro error model of the mounting computer attitude determination logic,
(here,
Wherein the following equation is obtained by subtracting the deviation error of the angular velocity sensor according to a single difference result (S20) of the estimated gyro drift error, and a correction method of misalignment and scale factor error of the 3-axis angular velocity sensor using a single difference.
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|---|---|---|---|---|
| CN107817004A (en) * | 2017-09-22 | 2018-03-20 | 上海卫星工程研究所 | Gyro polarity test and output valve fault detection method |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101294623B1 (en) * | 2012-12-28 | 2013-08-08 | 한국항공우주연구원 | Enhanced ground based precise attitude determination method of imaging satellite |
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2013
- 2013-11-12 KR KR20130136717A patent/KR101510435B1/en active IP Right Grant
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