사용자들이 위치 정보를 가장 많이 요구하는 분야가 바로 육상교통 분야이다. 특히 보다 정확한 위치 정보를 제공함으로써 지능형 도로 교통 관리가 가능하고, 일반 사용자에게도 편리를 가져다준다. 무선 통신망의 발달로 언제 어디서나 주변 기준국의 GPS 정보를 수신할 수 있기 때문에 차량에서도 정밀 측위가 가능하다. 일반적으로 정밀 측위를 위해서는 코드, 반송파 측정치를 사용한다. 하지만 수신기에서는 코드, 반송파 측정치 뿐 아니라 도플러 측정치도 제공하고 있고 도플러 측정치는 속도에 대한 측정치이다. 속도는 육상교통 환경에서 요구되는 중요한 정보이기 때문에 본 논문에서는 도플러 측정치까지 추가하여 육상교통 환경에 적합한 정밀 측위 기법을 연구하였다. 정밀 측위 기법으로는 RTK(Real-Time Kinematic) 기법을 사용하였고, 여기에 측정치로 이중 차분된 도플러 측정치를 추가하였다. 그 결과 도심지역에서 발생하는 다중 경로 또는 반송파의 사이를 슬립(Cyde Slip)에 의한 위치 오차가 완화되었다. 하지만 여전히 발생하는 위치 오차를 완화시키기 위해서 도플러 측정치를 이용한 위치 영역에서의 스무딩 기법을 적용하였다.
사용자들이 위치 정보를 가장 많이 요구하는 분야가 바로 육상교통 분야이다. 특히 보다 정확한 위치 정보를 제공함으로써 지능형 도로 교통 관리가 가능하고, 일반 사용자에게도 편리를 가져다준다. 무선 통신망의 발달로 언제 어디서나 주변 기준국의 GPS 정보를 수신할 수 있기 때문에 차량에서도 정밀 측위가 가능하다. 일반적으로 정밀 측위를 위해서는 코드, 반송파 측정치를 사용한다. 하지만 수신기에서는 코드, 반송파 측정치 뿐 아니라 도플러 측정치도 제공하고 있고 도플러 측정치는 속도에 대한 측정치이다. 속도는 육상교통 환경에서 요구되는 중요한 정보이기 때문에 본 논문에서는 도플러 측정치까지 추가하여 육상교통 환경에 적합한 정밀 측위 기법을 연구하였다. 정밀 측위 기법으로는 RTK(Real-Time Kinematic) 기법을 사용하였고, 여기에 측정치로 이중 차분된 도플러 측정치를 추가하였다. 그 결과 도심지역에서 발생하는 다중 경로 또는 반송파의 사이를 슬립(Cyde Slip)에 의한 위치 오차가 완화되었다. 하지만 여전히 발생하는 위치 오차를 완화시키기 위해서 도플러 측정치를 이용한 위치 영역에서의 스무딩 기법을 적용하였다.
Ground Transportation is one of the most required field that users need positioning information Especially, more precise position can make smart traffic management possible and bring convenience to users. By advanced wireless network, cars can receive the GPS information of reference station in any ...
Ground Transportation is one of the most required field that users need positioning information Especially, more precise position can make smart traffic management possible and bring convenience to users. By advanced wireless network, cars can receive the GPS information of reference station in any tim e and any where. Thus land vehicles are possible to process precise positioning. In general, for precise positioning code and phase measurements are used. But receivers provide not only code and phase measurements but also doppler measurements and Doppler is direct measurement of velocity. In this paper, because velocity is very important information required in Ground Transportation, precise positioning for Ground Transportation is studied. For precise positioning RTK(Real-Time Kinematic) was used and double differenced doppler measurements were added, As a Result, positioning error by multipath and cycle slip was soften. However there still remained Positioning error. Thus smoothing technique using doppler measurement in position domain is used for softening positioning error.
Ground Transportation is one of the most required field that users need positioning information Especially, more precise position can make smart traffic management possible and bring convenience to users. By advanced wireless network, cars can receive the GPS information of reference station in any tim e and any where. Thus land vehicles are possible to process precise positioning. In general, for precise positioning code and phase measurements are used. But receivers provide not only code and phase measurements but also doppler measurements and Doppler is direct measurement of velocity. In this paper, because velocity is very important information required in Ground Transportation, precise positioning for Ground Transportation is studied. For precise positioning RTK(Real-Time Kinematic) was used and double differenced doppler measurements were added, As a Result, positioning error by multipath and cycle slip was soften. However there still remained Positioning error. Thus smoothing technique using doppler measurement in position domain is used for softening positioning error.
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문제 정의
본 논문에서는 위치 오차를 완화시키기 위해서 수신기에서 제공하는 또 하나의 측정치인 도플러 측정치를 이용하여 세 가지 구조를 제안하였다. 그리고 실제 차량 주행 실험을 통해 육상교통 환경에 적합한 정밀측위 알고리즘에 대해 성능을 분석하였다.
본 논문에서는 육상교통에서 보다 신뢰도 있고 정확성 높은 측위 결과를 얻기 위한 연구의 일환으로 도플러 측정치를 이용하여 정밀 측위하는 기법에 대해 연구하였다.
본 논문에서는 이러한 도플러 측정치를 이용하여 위치와 속도를 추정할 수 있는 3가지 구조를 연구했다.
제안 방법
본 논문에서는 육상교통에서 보다 신뢰도 있고 정확성 높은 측위 결과를 얻기 위한 연구의 일환으로 도플러 측정치를 이용하여 정밀 측위하는 기법에 대해 연구하였다. 그 첫 번째로 일반적인 RTK 알고리즘에 이중 차분된 도플러 측정치를 항법 필터에 추가하는 방식을 제안하였다. 그 결과 순간적으로 크게 발생하는 위치 오차가 완화되고, 또한 추정된 속도 정보가 차량의 주행 특성에 맞게 고도 방향 속도가 0에 가깝고 추정된 속도의 잡음 특성이 더 좋다는 장점을 보이고 있다.
본 논문에서는 위치 오차를 완화시키기 위해서 수신기에서 제공하는 또 하나의 측정치인 도플러 측정치를 이용하여 세 가지 구조를 제안하였다. 그리고 실제 차량 주행 실험을 통해 육상교통 환경에 적합한 정밀측위 알고리즘에 대해 성능을 분석하였다.
이 실험은 이동 실험이기 때문에 정확한 실제 위치를 알 수 없다. 따라서 정량적인 성능 분석이 불가능 하여 주행 궤적에 대한 분석으로 그 성능을 분석했다.
본 논문에서 도플러 측정치를 이용하기 위해 도플러 측정치도 이중 차분된 값을 사용한다. 기준국 r은 정지 상태이기 때문에 속도가 0이고, 이 정보를 이용하여 기준국 r과 이동국 u, 위성 i와 j의 이중 차분 식은 다음과 같다.
위에서 제안한 세 가지 구조를 적용하여 실제 차량 주행 실험을 통해서 그 성능을 분석하였다. 이 실험은 이동 실험이기 때문에 정확한 실제 위치를 알 수 없다.
일반적으로 많이 사용하는 정밀 측위 기법 중 하나가 바로 RTK(Real-Time Kinematic) 알고리즘이다. 이 알고리즘은 지속적으로 움직이는 수신기로부터 획득한 측정치를 이용하여 실시간으로(OTF, On The Fly) 정밀 측위를 수행한다. 앞서 연구된 바에 의하면 수신 환경이 양호한 지역에서 차량 주행 시 측위 정확도는 차선 구분이 가능하다[2].
하지만 이 경우에도 역시 커다란 위치 오차가 발생하였다. 이를 줄이기 위해 위치 영역에서의 스무딩을 수행하였다. 그 결과로 측위 궤적이 보다 차량 주행의 궤적에 가까운 결과를 보였다.
이론/모형
대표적인 방법으로는 PDP 필터[4]와 도플러 측정치를 이용한 위치 영역 스무딩 기법[5]이 존재한다. 본 논문에서는 도플러 측정치를 이용하여 위치의 변화량(Delta-Position)을 구하는 기법을 사용한다.
이를 가중 최소자승법(Weighted Least Square)을 이용하여 계산하면 다음과 같다.
성능/효과
그 첫 번째로 일반적인 RTK 알고리즘에 이중 차분된 도플러 측정치를 항법 필터에 추가하는 방식을 제안하였다. 그 결과 순간적으로 크게 발생하는 위치 오차가 완화되고, 또한 추정된 속도 정보가 차량의 주행 특성에 맞게 고도 방향 속도가 0에 가깝고 추정된 속도의 잡음 특성이 더 좋다는 장점을 보이고 있다. 하지만 이 경우에도 역시 커다란 위치 오차가 발생하였다.
후속연구
그러나 아직까지 신호 수신 환경이 나쁜 도심 구간에서는 큰 위치 오차가 발생하고, 이는 정밀 측위라는 개념에 적합하지 않다. 따라서 향후 연구에서는 차량의 주행 궤적을 예측하고, 이를 통해서 항법 필터에서 추정된 위치를 검증하는 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
반송파 측정치의 해상도는 얼마인가?
위성항법 기반의 정밀 측위를 위해서는 반송파 측정치를 사용해야 한다. 일반적으로 반송파 측정치의 해상도는 약 0.1mm 이다[1]. 하지만 이를 사용하기 위해서는 반송파의 미지정수 문제를 해결해야 한다.
위성항법 기반의 정밀 측위를 위해 사용해야 하는 것은 무엇인가?
위성항법 기반의 정밀 측위를 위해서는 반송파 측정치를 사용해야 한다. 일반적으로 반송파 측정치의 해상도는 약 0.
RTK(Real-Time Kinematic) 알고리즘의 기능은 무엇인가?
일반적으로 많이 사용하는 정밀 측위 기법 중 하나가 바로 RTK(Real-Time Kinematic) 알고리즘이다. 이 알고리즘은 지속적으로 움직이는 수신기로부터 획득한 측정치를 이용하여 실시간으로(OTF, On The Fly) 정밀 측위를 수행한다. 앞서 연구된 바에 의하면 수신 환경이 양호한 지역에서 차량 주행 시 측위 정확도는 차선 구분이 가능하다[2].
u-TSN 차량시스템 통합항법 알고리즘 개발, u-Transportation 기반 기술 개발, 교통체계 효율화 사업 최종보고서, 2010
L.Serrano, D.Kim, R.B. Langley, "A Single GPS Receiver as a Real-Time, Accurate Velocity and Acceleration Sensor", ION GNSS 17th ITM, 21-24 Sept. 2004, Long Beach, CA
Thomas J. Ford, Jason Hamilton, "A New Positioning Filter: Phase Smoothing in Position Domain", Journal of The Institute of Navigation, Vol. 50, No. 2, 2003
Helena Leppakoski, Jari Syrjarinne, Jarmo Takala, "Complementary Kalman Filter for Smoothing GPS Position with GPS Velocity", ION GPSGNSS 2003, Portland, OR
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