Journal of Space Science and Technology

Journal of Space Science and Technology

Implementation of a Single-Degree-of-Freedom Rotary Inertial Navigation System Based on Low-Cost Inertial Sensors

Document Type : Original Research Paper

Authors
1 Department of Aerospace Engineering, Sharif University of Technology
2 aerospace department of Sharif University of Technology
Abstract
In conventional Inertial Navigation Systems (INS), the error accumulation due to the integration process leads to drift in the actual values of position, velocity, and attitude of an unmanned aerial vehicle. In this study, to mitigate such accumulated errors, a Rotating Inertial Navigation System (RINS) is implemented around the vertical axis using low-cost Inertial Measurement Unit (IMU) sensors. First, the influence of various error sources—including bias, scale factor, and misalignment errors—over time in a static scenario is analyzed for the rotary configuration. Then, a comparative evaluation is performed against a conventional INS. Subsequently, the effect of each error source is investigated in a dynamic test through software simulation of a single-degree-of-freedom RINS, with results compared to those of the conventional INS simulation. Moreover, to validate the simulation results, experimental tests are designed and conducted to assess the accuracy of the rotary inertial navigation system under real-world conditions. Finally, the RINS is implemented on a single-degree-of-freedom rate table in the Control Systems Laboratory environment of the aerospace department of Sharif University. The results demonstrate that the RINS configuration effectively reduces bias, scale factor, and misalignment errors around the body’s x and y axes.
Keywords
Subjects

Article Title Persian

پیاده سازی سیستم ناوبری اینرسی دوار تک درجه آزادی بر مبنای حسگرهای اینرسی ارزان قیمت

Authors Persian

علیرضا شریفی 1
امیر اسلامی 2
1 دانشکده مهندسی هوافضا دانشگاه صنعتی شریف
2 دانشکده مهندسی هوافضا دانشگاه صنعتی شریف
Abstract Persian

انباشت خطا در سیستم‌های ناوبری اینرسی مرسوم به‌دلیل انتگرال‌گیری منجر به دریفت در مقادیر واقعی موقعیت، سرعت و وضعیت یک وسیله بدون سرنشین می‌شود. در این پژوهش، به‌منظور جلوگیری از انباشت خطای ناشی، الگوریتم سیستم ناوبری اینرسی دوار (RINS) حول محور عمودی برمبنای حسگرهای اینرسی (IMU) ارزان‌قیمت پیاده‌سازی شده است. به این منظور، ابتدا، تاثیر انواع خطاهای بایاس، شدت مقیاس و خطای ناترازیابی در طی زمان در سیستم ناوبری اینرسی دوار در سناریوی استاتیک تحلیل شده و مقایسه‌ای با سیستم ناوبری اینرسی متعارف انجام شده است. سپس، میزان تأثیر هر یک از عوامل خطا در تست دینامیکی با انجام شبیه‌سازی نرم افزاری برای سیستم ناوبری اینرسی دوار تک‌درجه‌آزادی انجام شده و با نتایج شبیه‌سازی سیستم ناوبری اینرسی متعارف مقایسه شده است. در نهایت، سیستم ناوبری اینرسی دوار بر روی یک میز تک‌درجه‌آزادی کالیبراسیون، که در محیط آزمایشگاه سیستم های کنترل دانشکده مهندسی هوافضای دانشگاه صنعتی شریف است، پیاده‌سازی شده است. نتایج حاکی از عملکرد مناسب سیستم ناوبری اینرسی دوار در کاهش خطاهای بایاس، کاهش شدت مقیاس و کاهش خطای ناترازیابی حول محورهای x و y بدنی است.

Keywords Persian

سیستم ناوبری‌ اینرسی دوار
مدل‌سازی خطا
انباشت خطا
پیاده‌سازی آزمایشگاهی
خطاهای حسگر

Articles in Press, Accepted Manuscript
Available Online from 02 December 2025

  • Receive Date 12 August 2025
  • Revise Date 29 October 2025
  • Accept Date 22 November 2025
  • First Publish Date 02 December 2025