GPS attitude for a berthing guidance system.

Authors: Ueno, MamiSanterre, Rock
Abstract: This study was conducted on a ship's automatic berthing system where precise and real-time estimation of the state vector is required, e.g., heading ±0.05° for berthing of a 300 m ship. Rapid and reliable phase ambiguity resolution provides the ultimate accuracy for GPS attitude determination. The onboard GPS-based attitude system, consisting of an optimal 4-antenna configuration, has the capability of single-epoch ambiguity resolution and least-squares algorithms for attitude determination. The GPS results were compared with external sensors on board a hydrographic sounding ship. The RMS values of the difference of attitude angles between GPS and TSS/gyrocompass were: ±0.60° for heading, ±0.44° for roll and ±0.34° for pitch with GPS antenna separation of about 1.4 m. The new algorithms allow fast ambiguity resolution and would be suitable for real-time applications. As precision of attitude determination can be improved by extending baselines, a 5 m baseline configuration could satisfy the sensor requirements for berthing of a 300-m ship. The GPS-based attitude system has utilization potential for a berthing guidance system.
Cette étude a été conduite en vue de la mise au point d'un système automatique d'accostage de navires, ce qui demande l'estimation précise en temps réel du vecteur d'état, e.g., un azimut ±0.05° pour l'accostage d'un navire de 300 m. La résolution rapide et fiable des ambiguïtés de phase GPS fournit une précision ultime pour la détermination de l'attitude. Le système de bord basé sur le GPS, consiste d'une configuration optimale de 4 antennes, pouvant résoudre les ambiguïtés dès la première époque et déterminer l'attitude en utilisant des algorithmes. La détermination de l'attitude a été testée en comparant les résultats GPS avec ceux d'un senseur TSS et d'un gyrocompas sur un navire de sondage hydrographique. Les valeurs de RMS des différences des angles d'attitude entre le GPS et les senseurs TSS/gyrocompas ont été de ±0.60° pour l'azimut, de ±0.44° pour le roulis et de ±0.34° pour le tangage pour une séparation entre les antennes GPS d'environ 1.4 m. Les nouveaux algorithmes permettent la résolution rapide des ambiguïtés et seraient appropriés pour des applications en temps réel. Puisque la précision de l'attitude peut être améliorée en allongeant les lignes de base, une configuration des lignes de base de 5 m pourrait satisfaire les exigences de précision pour l'accostage d'un navire de 300 m. Le système basé sur le GPS a le potentiel pour l'utilisation dans un système d'accostage de navires.
Document Type: Article de recherche
Issue Date: 1 September 1999
Open Access Date: 22 November 2016
Document version: VoR
Permalink: http://hdl.handle.net/20.500.11794/12369
This document was published in: Canadian aeronautics and space journal, Vol. 43 (3), 264-269 (1999)
Canadian Aeronautics and Space Institute
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