본 논문은 차량 환경에서 GPS 반송파 기반 위치 결정을 위한 반송파 불연속 측정치 검출에 대한 내용을 다룬다. 반송파 기반 위치 결정 방식에 있어서 위치 정확도의 신뢰도를 확보하기 위해서는 반송파 불연속 측정치를 검출해야 한다. 반송파 불연속 측정치를 검출하는 방식에는 여러 연구가 있지만 본 연구에서는 차분된 반송파 측정치와 저가의 관성센서를 이용해 추정한 차분된 반송파의 차이를 모니터링 값으로 설정함으로써 GPS 불연속 측정치를 검출한다. 저가의 불연속 측정치 검출 알고리즘을 개발하는 것을 목표로 설계된 불연속 측정치 검출 성능 만족을 위한 관성센서 성능 범위를 도출한다. 이를 통해 적절한 가격과 성능의 관성센서 선택이 가능하다. 선정된 관성센서가 설계치를 만족하는지를 검증하기 위하여 회전 테이블 실험을 진행하였다. 결과적으로 실험치가 설계된 불연속 측정치 검출 성능을 보수적으로 만족하는 검출 성능을 보였다.
본 논문은 차량 환경에서 GPS 반송파 기반 위치 결정을 위한 반송파 불연속 측정치 검출에 대한 내용을 다룬다. 반송파 기반 위치 결정 방식에 있어서 위치 정확도의 신뢰도를 확보하기 위해서는 반송파 불연속 측정치를 검출해야 한다. 반송파 불연속 측정치를 검출하는 방식에는 여러 연구가 있지만 본 연구에서는 차분된 반송파 측정치와 저가의 관성센서를 이용해 추정한 차분된 반송파의 차이를 모니터링 값으로 설정함으로써 GPS 불연속 측정치를 검출한다. 저가의 불연속 측정치 검출 알고리즘을 개발하는 것을 목표로 설계된 불연속 측정치 검출 성능 만족을 위한 관성센서 성능 범위를 도출한다. 이를 통해 적절한 가격과 성능의 관성센서 선택이 가능하다. 선정된 관성센서가 설계치를 만족하는지를 검증하기 위하여 회전 테이블 실험을 진행하였다. 결과적으로 실험치가 설계된 불연속 측정치 검출 성능을 보수적으로 만족하는 검출 성능을 보였다.
In this paper, the GPS cycle-slip detection for carrier-phase based positioning of land vehicle is presented. For the carrier phase based positioning, cycle-slip detection is necessary to get the reliability of positioning result. There exists many cycle-slip detection algorithms, but we detect the ...
In this paper, the GPS cycle-slip detection for carrier-phase based positioning of land vehicle is presented. For the carrier phase based positioning, cycle-slip detection is necessary to get the reliability of positioning result. There exists many cycle-slip detection algorithms, but we detect the cycle-slip by using the monitoring value which is defined as residual between the carrier phase measurement and estimated value from low-cost inertial sensor. To achieve goal of paper, low-cost cycle-slip detection system, permissible specification region of inertial sensor is derived. By using the result of permissible region, appropriate inertial sensor of cycle-slip detection can be decided, proper cost and proper specification. To verify the result of this paper, we conduct the rate table test. As a result, required cycle-slip detection performance is satisfied conservatively.
In this paper, the GPS cycle-slip detection for carrier-phase based positioning of land vehicle is presented. For the carrier phase based positioning, cycle-slip detection is necessary to get the reliability of positioning result. There exists many cycle-slip detection algorithms, but we detect the cycle-slip by using the monitoring value which is defined as residual between the carrier phase measurement and estimated value from low-cost inertial sensor. To achieve goal of paper, low-cost cycle-slip detection system, permissible specification region of inertial sensor is derived. By using the result of permissible region, appropriate inertial sensor of cycle-slip detection can be decided, proper cost and proper specification. To verify the result of this paper, we conduct the rate table test. As a result, required cycle-slip detection performance is satisfied conservatively.
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문제 정의
일반적으로 차량 내비게이션에는 코드 기반의 GPS 위치 결정 방식이 널리 사용된다. 그러나 코드 기반 방식은 서브 미터 급의 위치 정확도를 가지지 못하지 때문에 본 연구에서는 더욱 높은 정확도를 가지는 반송파 기반 위치 결정 방식 RTK (Real Time Kinematic)에 대하여 다룬다.
이에 반해 반송파-반송파 이온층 지연 검사 방식은 최소 1사이클까지 불연속 측정치를 검출할 수 있지만 고가의 이중주파수 수신기가 필요하다는 단점이 있다[2, 3, 4]. 따라서 본 연구에서는 관성 센서를 이용한 반송파 차분 방식의 불연속 측정치 검출에 대해 다룬다.
본 논문에서는 반송파의 불연속 측정치 검출을 위하여 저가의 시스템을 구축하는데 그 목표를 둔다. 반송파 불연속 측정치 검출 방식에는 반송파-코드 비교 방식, 반송파-반송파 이온층 지연 잔여오차 검사 방식, 도플러 적분 방식, 반송파 차분 방식 등이 있다 [1].
본 논문은 고속도로 환경에서 위험물 운반 차량의 GPS 반송파 기반 positioning을 위한 반송파 불연속 측정치 검출에 대한 연구를 진행하였다. 저가의 불연속 측정치 검출 시스템 구성을 목표로 단일 주파수의 수신기를 이용하여 불연속 측정치 검출이 가능한 알고리즘을 연구하였다.
본 연구에서는 불연속 측정치를 검출하기 위하여 수신된 반송파 측정치와 관성센서를 이용하여 추정한 측정치를 비교한다. 측정된 값과 추정된 값의 차이를 모니터링 값으로 정의하여 이 값을 모니터링 함으로써 불연속 측정치를 검출한다.
S 등의 연구자들에 의해 연구된 바 있지만 이들의 알고리즘은 이중주 파수 수신기를 사용하거나 고가의 관성센서를 사용한다[5, 6, 7, 8]. 본 연구의 목적은 저가의 시스템을 구축하는 것이기 때문에 먼저 단일주파수 수신기를 사용하고 원하는 성능의 불연속 측정치 검출 성능을 만족시키기 위해 필요한 관성센서 성능의 하한을 도출해낸다.
본 논문은 고속도로 환경에서 위험물 운반 차량의 GPS 반송파 기반 positioning을 위한 반송파 불연속 측정치 검출에 대한 연구를 진행하였다. 저가의 불연속 측정치 검출 시스템 구성을 목표로 단일 주파수의 수신기를 이용하여 불연속 측정치 검출이 가능한 알고리즘을 연구하였다. 저가의 관성센서를 이용하여 목표 검출 성능을 만족할 수 있도록 모니터링 값 오차 수식 유도를 통하여 불연속 측정치 검출 성능 만족을 위한 관성센서 성능 범위를 도출하였다.
제안 방법
회전 테이블은 약 120 deg/sec 의 속도로 회전시켰다. GPS 데이터는 시뮬레이션으로 생성한 데이터를 이용하고 관성센서 실측데이터를 이용하여 모니터링 값을 계산하였다.
본 연구에서는 저가의 불연속 측정치 검출 알고리즘을 개발하기 위하여 단일주파수 수신기와 저가 관성센서를 이용한다. 관성센서는 항법 급, 전술 급, MEMS 급의 세 가지로 분류할 수 있는데 본 연구에서는 MEMS 급의 비교적 저가인 관성센서를 사용한다. MEMS 관성센서 또한 가속도계와 자이로 성능에 따라 매우 많은 제품이 존재하고 가격 또한 달라진다.
GPS에 폭 간의 각도, 거리 추정 오차는 대부분 관성센서에 의한 위치 추정 오차에 의한 것이다. 따라서 이를 각각 자이로 오차와 가속도 오차로 나타내기 위해 관성 센서 오차를 다음과 같이 모델링하였다.
MEMS 관성센서 또한 가속도계와 자이로 성능에 따라 매우 많은 제품이 존재하고 가격 또한 달라진다. 때문에 불연속 측정치 검출 성능을 만족하면서도 저가의 제품을 선택할 수 있도록 관성센서 오차에 의한 모니터링 값 잔여오차 영향을 분석하였다. 모니터링 값의 분산을 수식적으로 유도한 결과는 다음과 같다.
모니터링 값의 수식적인 오차분석을 통해 구한 관성센서 성능 상한에 대한 분석을 위하여 실제 상용 제품을 선택하여 실험을 진행하였다.
원하는 성능의 불연속 측정치 검출 성능 만족을 위한 관성센서 오차 범위를 유도하여 저가 시스템 구축을 위한 관성센서를 선택한다. 선택된 관성센서가 원하는 불연속 측정치 검출 성능을 만족하는 지를 확인하기 위하여 턴테이블 실험을 실시하였다. 결과적으로 설계된 불연속 측정치 검출 성능을 보수적으로 만족하는 검출 성능을 보였다.
실제 관성센서 데이터를 이용한 불연속 측정치 검출 성능을 분석하기 위하여 관성센서 실측데이터와 GPS 반송파 시뮬레이션 데이터를 이용하여 성능 검증을 실시하였다. 관성센서 실측데이터는 회전 테이블을 제작하여 회전 테이블 실험을 통해 동적 실험 데이터를 수집하였다.
이를 위하여 모니터링 값을 설정하고 관성센서 오차와의 관계를 유도해낸다. 원하는 성능의 불연속 측정치 검출 성능 만족을 위한 관성센서 오차 범위를 유도하여 저가 시스템 구축을 위한 관성센서를 선택한다.
(k)에폭의 불연속 측정치를 검출하기 위해 (k-1)에폭의 RTK 위치와 (k)에폭 전까지의 관성센서 출력을 이용한다. 이를 통해 추정된 위성-사용자간 거리와 수신된 반송파를 차분하여 그 잔여오차를 확인함으로써 불연속 측정치를 검출한다.
저가의 불연속 측정치 검출 시스템 구성을 목표로 단일 주파수의 수신기를 이용하여 불연속 측정치 검출이 가능한 알고리즘을 연구하였다. 저가의 관성센서를 이용하여 목표 검출 성능을 만족할 수 있도록 모니터링 값 오차 수식 유도를 통하여 불연속 측정치 검출 성능 만족을 위한 관성센서 성능 범위를 도출하였다.
본 연구에서는 불연속 측정치를 검출하기 위하여 수신된 반송파 측정치와 관성센서를 이용하여 추정한 측정치를 비교한다. 측정된 값과 추정된 값의 차이를 모니터링 값으로 정의하여 이 값을 모니터링 함으로써 불연속 측정치를 검출한다.
이를 검증하기 위하여 관성센서 성능 범위 내에 존재하는 상용 제품을 선택하여 실측데이터를 수집하였다. 회전 테이블 실험을 통하여 관성센서 데이터를 수집하였으며 이를 이용하여 GPS 에폭 간 상대위치를 추정하였다. 최종적으로 추정된 상대위치를 이용하여 불연속 측정치 검출 모니터링 값을 계산하였다.
대상 데이터
실제 관성센서 데이터를 이용한 불연속 측정치 검출 성능을 분석하기 위하여 관성센서 실측데이터와 GPS 반송파 시뮬레이션 데이터를 이용하여 성능 검증을 실시하였다. 관성센서 실측데이터는 회전 테이블을 제작하여 회전 테이블 실험을 통해 동적 실험 데이터를 수집하였다. 회전 테이블은 약 120 deg/sec 의 속도로 회전시켰다.
이를 검증하기 위하여 관성센서 성능 범위 내에 존재하는 상용 제품을 선택하여 실측데이터를 수집하였다. 회전 테이블 실험을 통하여 관성센서 데이터를 수집하였으며 이를 이용하여 GPS 에폭 간 상대위치를 추정하였다.
이를 실제 실험으로 확인하기 위하여 위 그림 4의 MEMS 관성센서 중 ADIS16405 제품을 이용하여 테스트 하였다. 그림 4에서 ADIS16405 제품은 자이로와 가속도계 모두 허용 영역 내에 존재한다.
데이터처리
회전 테이블 실험을 통하여 관성센서 데이터를 수집하였으며 이를 이용하여 GPS 에폭 간 상대위치를 추정하였다. 최종적으로 추정된 상대위치를 이용하여 불연속 측정치 검출 모니터링 값을 계산하였다. 실험 결과 목표 성능을 보수적으로 만족하는 불연속 측정치 검출 성능을 보였다.
이론/모형
본 연구에서는 저가의 불연속 측정치 검출 알고리즘을 개발하기 위하여 단일주파수 수신기와 저가 관성센서를 이용한다. 관성센서는 항법 급, 전술 급, MEMS 급의 세 가지로 분류할 수 있는데 본 연구에서는 MEMS 급의 비교적 저가인 관성센서를 사용한다.
성능/효과
선택된 관성센서가 원하는 불연속 측정치 검출 성능을 만족하는 지를 확인하기 위하여 턴테이블 실험을 실시하였다. 결과적으로 설계된 불연속 측정치 검출 성능을 보수적으로 만족하는 검출 성능을 보였다.
모니터링 값의 RMS 오차가 작을수록 불연속 측정치 검출 성능은 향상되기 때문에 선택된 관성센서를 사용하였을 때 불연속측정치 검출 성능 또한 설계치보다 향상 될 것으로 예상할 수 있다. 따라서 회전 테이블 실험을 통하여 본 논문에서 제안한 방법으로 선정된 관성센서가 설계된 불연속 측정치 검출 성능을 만족함을 실험적으로 확인하였다.
최종적으로 추정된 상대위치를 이용하여 불연속 측정치 검출 모니터링 값을 계산하였다. 실험 결과 목표 성능을 보수적으로 만족하는 불연속 측정치 검출 성능을 보였다.
후속연구
본 연구를 이용하여 단일 주파수 수신기와 저가 관성센서를 이용한 불연속 측정치 검출 알고리즘의 개발에 적극 활용될 수 있을 것으로 예상된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
반송파 불연속 측정치 검출 방식에는 어떤 것들이 있는가?
본 논문에서는 반송파의 불연속 측정치 검출을 위하여 저가의 시스템을 구축하는데 그 목표를 둔다. 반송파 불연속 측정치 검출 방식에는 반송파-코드 비교 방식, 반송파-반송파 이온층 지연 잔여오차 검사 방식, 도플러 적분 방식, 반송파 차분 방식 등이 있다 [1]. 먼저 코드나 도플러가 사용된 방식은 그 측정치 자체의 잡음 때문에 고해상도의 불연속 측정치 검출이 어렵다.
RTK는 무엇에 민감한가?
그러나 RTK는 신호 단절이나 신호 방해 요소에 의해 발생하는 반송파 불연속 측정치에 매우 민감하다. 특히 반송파 측정치에 불연속이 발생하게 되면 위치 정확도에 큰 영향을 미치게 된다.
국내에서 고속도로 상의 위험물 운반 차량의 차선 감시를 위한 R&D 프로젝트가 진행되고 있는 이유는?
위험물 운송 사고는 차량의 1차적인 피해뿐만 아니라 불특정다수, 환경에 직접적인 영향을 미치는 2차적인 사고를 내재하고 있기 때문에 위험물 운반 차량 사고의 경우 사고의 사후 수습보다는 능동적인 사전 예방이 필요하다.
참고문헌 (11)
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