超小型航空機における 位置および姿勢の同定
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超小型航空機における 位置および姿勢の同定. 鈴木・土屋研究室 航空宇宙工学科 学部 4 年 成岡 優. 発表内容. 研究背景 問題提起 解法 構成 今後の予定 参考文献. 研究背景. 超小型航空機においても通常の航空機と同様、精度よく位置・姿勢情報を取得したい 航空機用の慣性航法装置 (Inertial Navigation System) は存在するが、超小型航空機で利用することは不可能 重量 重い サイズ 大きい 価格 高い. 問題提起. 一般の航空機と同様に、超小型航空機でも精度よく手軽に位置・姿勢情報を取得することができないだろうか 要求 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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超小型航空機における位置および姿勢の同定
鈴木・土屋研究室航空宇宙工学科 学部 4 年
成岡 優
23/04/19 鈴木・土屋研究室 2
発表内容1. 研究背景2. 問題提起3. 解法4. 構成5. 今後の予定6. 参考文献
23/04/19 鈴木・土屋研究室 3
研究背景 超小型航空機においても通常の航空機と同
様、精度よく位置・姿勢情報を取得したい 航空機用の慣性航法装置 (Inertial Navigation
System) は存在するが、超小型航空機で利用することは不可能
重量重い サイズ大きい 価格高い
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問題提起 一般の航空機と同様に、超小型航空機でも
精度よく手軽に位置・姿勢情報を取得することができないだろうか
要求1. 精度よく ( 誤差数 m 程度 ) 位置・姿勢情
報が取得可能2. 重量軽く (100g 程度 ) 、サイズ小さい
( 数 cm 程度 )3. 手軽に、すなわち安く ( 数万円程度 )
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要求 1 に対する解法 [ 要求 1] 精度よく位置・姿勢情報が取
得可能であること 複数のセンサで状態量を観測する
加速度センサ ジャイロ ( 角速度センサ ) GPS
それらで得られた情報に対し、 Kalman Filter を適用することで誤差修正を行う
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要求 2 に対する解法 [ 要求 2] 重量軽く、サイズが小さい
機械的な機構が必要でない Strap-Down方式を採用 (⇔Gimbal 方式 )
MEMS(Micro Electro-Mechanical System)技術を用いた軽量・小型センサの利用
高性能マイコンの利用
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要求 3 に対する解法 [ 要求 3] 安く作成できること
民生品の利用 部品点数を少なくする
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構成 全体の構成
加速度計
ジャイロ
GPS
マイコン
(Kalman Filter)
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構成 ( 詳細 1)- 座標系、機器配置 座標系と機器の配置
i-Frame 地面固定座標系 ( 航法座標系 )
b-Frame 航空機固定座標系 センサはこの座標軸に一致するよう配置
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構成 ( 詳細 2)- 変数 Input
:b-frame での加速度、加速度センサ(3)
: ジャイロ (3) :i-frame での位置、 GPS(3)
Output : i-frame での位置 (3) : i-frame での速度 (3) : 姿勢 (4)
'bx
'b
'ix
'ix
'iv
iq
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構成 ( 詳細 3)-Software 加速度センサ、ジャイロのデータを 2
0Hz で取得し積分、状態量更新 GPS(reference) は 1Hz で取得し誤差修
正 運動方程式は非線形であるので、偏差
に対して線形化を行い、その上で離散化した Kalman Filter を適用する
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構成 ( 詳細 3-1)-predict 時 GPS からデータの取得がないとき
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構成 ( 詳細 3-2)-correct 時 GPS からのデータの取得があるとき
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構成 ( 詳細 4)-Hardware 機器一覧
加速度センサ ジャイロ ( ロール、ピッチ ) ジャイロ ( ヨー ) GPS CPU ボード
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構成 ( 詳細 4-1)- 加速度センサ 加速度センサ
STMicroelctonics製『 LIS3L02AS』 3 軸 1パッケージ、 ±6G検出
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構成 ( 詳細 4-2)- ジャイロ① ジャイロ ( ロール、ピッチ )
マイクロストーン製『MG2-01Ba』 2 軸 1パッケージ、 ±90[degree/s]検出
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構成 ( 詳細 4-3)- ジャイロ② ジャイロ ( ヨー )
STL Japan製『司 21(HS-EG3)』 1 軸 1パッケージ、 ±60[degree/s]検出
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構成 ( 詳細 4-4)-GPS GPS
古野電気製『 GH-80』 重さ 10g 、 16衛星追尾
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構成 ( 詳細 4-5)-CPU ボード CPU ボード
BestTechnology製『BTC080』 ルネサス SH7145(50MHz)搭載、 RAM1
MB、 ROM2MB搭載、サイズ 49x 57[mm]
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今後の予定 (1) 機器の製作 センサの校正
特性の検出 (ノイズ等 ) 環境試験
シミュレーション 誤差モデルの作成 フィルタアルゴリズムの検証
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今後の予定 (2) リファレンス試験
ある程度運動がわかっているもので試験 ターゲットの例としては
エレベータ ジェットコースター
実機搭載試験 模型飛行機に搭載し、実際にデータを取得 取得データの検証 (ステレオ視など )
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参考文献 最適制御入門 -レギュレータとカルマ
ン・フィルタ ( 加藤寛一郎 ) Applied Mathematics in Integrated Navi
gation Systems, Second Edition(Robert M.Rogers)
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Appendix ARLISS2004プロジェクト (缶サット )
中須賀研 B4+B3+成岡 空缶サイズの衛星 ミッションは位置および姿勢推定
搭載機器は加速度センサ、ジャイロ、 GPS 、磁気センサ
7/14 、板倉というところで落としてきました 9月後半、アメリカでロケットから落としま
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