선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 이런 원시 측정치를 제공하는 수신기는 많지 않으며 대부분 고가이다. 본 논문에서는 원시 측정치를 제공하는 저가형 GPS 수신기인 u-blox사의 LEA-6T [11]를 이용하여 삼차원 자세 결정시스템을 구현하는 자세한 과정을 나타내었다. MATLAB을 이용하여 실시간으로 3개의 LEA-6T 수신기로부터 원시 측정치를 수신하고, BC-LAMBDA 기법을 적용하여 미지정 수를 결정하고 이로부터 자세를 구하는 과정을 설계하였다.
- 3장에서는 우선 u-blox의 LEA-6T 수신기를 이용한 3차원 자세결정시스템의 설계하고 고성능 수신기인 NovAtel사의 ProPak-V3 수신기와 저가형 수신기인 u-blox사의 LEA-6T에 적용한 결과를 보인다. 특히 저가형 수신기에서 발생하는 시계도약 현상을 분석하고 그 해결책을 제시한다. 4장에서는 구현된 자세결정 시스템을 이용한 실제 실험 결과와 성능 평가를 나타내고, 마지막 5장에 결론을 나타내었다.
제안 방법
- 그림 3.(a)는두 개의 NovAtel 수신기를 이용하여 PRN 4와 10번 위성의파장으로 나누어 사이클 단위의 이중 차분된 반송파 위상측정치를 나타내었다. 그림에서 영기저선 시험이므로 미지정수만 남으며 그 값이 정수에 근접함을 확인할 수 있다.
- 검출된 기저선의 항법 좌표계를 동체좌표계로 변환하여 자세를 계산한다. 2개의 GNSS 수신기를 사용하면 방위각과 앙각의 2차원 자세를 구하고, 3개의 수신기를 사용하면 롤까지 구할 수 있도록 자세결정 시스템을 구성하였다. 출력부는 매 epoch마다 실시간으로 설정된 출력형태로 출력되고 초기 설정에 따른 형식으로 TCP/IP 및 파일 출력, 시리얼 통신으로 출력한다.
- 3개의 U-blox 저가형 수신기 EVK-6T를 사용하여 2개의 기저선을 만들었다. 그림 9(a)와 같이 차량 위에 A, B, C 세개의 안테나를 설치했다.
- 본 논문에서는 원시 측정치를 제공하는 저가형 GPS 수신기인 u-blox사의 LEA-6T [11]를 이용하여 삼차원 자세 결정시스템을 구현하는 자세한 과정을 나타내었다. MATLAB을 이용하여 실시간으로 3개의 LEA-6T 수신기로부터 원시 측정치를 수신하고, BC-LAMBDA 기법을 적용하여 미지정 수를 결정하고 이로부터 자세를 구하는 과정을 설계하였다. 특히 저가 수신기 시계 오차로 발생하는 시계도약 문제를 해결하는 방법[12]을 포함한 3차원 자세결정시스템의 구현 방법을 제시하였다.
- 항법 및 자세결정부는 기준국 A 수신기의 위치를 절대위치 결정방법을 통해 갱신하며 기준국 A수신기로부터 B수신기까지의 기저선과 C수신기까지의 기저선을 검출한다. 검출된 기저선의 항법 좌표계를 동체좌표계로 변환하여 자세를 계산한다. 2개의 GNSS 수신기를 사용하면 방위각과 앙각의 2차원 자세를 구하고, 3개의 수신기를 사용하면 롤까지 구할 수 있도록 자세결정 시스템을 구성하였다.
- 저가형 u-blox 수신기의 성능을 파악하기 위하여 영기저선(Zero Baseline) 실험을 수행하였다. 결과 비교를 위하여 NovAtel 수신기도 동시에 영기저선 실험을 수행하였다. 두수신기에 대하여 NovAtel의 GPS-702-GG[18]가 사용되었고, GPS Source사의 S12[19]를 GPS 분배기(Splitter)로 사용하였다.
- 특히 저가 수신기 시계 오차로 발생하는 시계도약 문제를 해결하는 방법[12]을 포함한 3차원 자세결정시스템의 구현 방법을 제시하였다. 구현된 시스템은 실제 실험을 통하여 그 성능을 평가하였다.
- 구현된 시스템의 성능을 비교하기 위해 BC-LAMBDA를 사용하여 미지정수를 구하고, NovAtel 와 U-blox 각각의 수신기를 이용하여 자세결정 실험을 진행하였다. 기준선 1개로 실험을 진행하여 요와 피치가 출력된다.
- 먼저 고가의 수신기와 저가의 수신기의 비교 실험을 통해 저가형 수신기를 이용한 자세결정 시스템의 성능을 확인하였다. 구현된 자세결정 시스템으로 고가의 Novatel 수신기를 이용하여 출력된 자세와 저가의 U-blox 수신기를 이용하여 출력된 자세를 비교하여 저가형 수신기의 성능을 확인하였다. 또한 BC-LAMBDA와 LAMBDA의 미지정수 결정 방법에 따른 기저선 검출 성능을 비교하였다.
- 또한 3개의 수신기를 이용하여 결정된 자세의 성능을 확인하였다. 저가형 GPS 수신기 3개를 이용하여 실시간으로 고가의 GPS 수신기의 성능과 대등하게 동작함을 확인하였다.
- 구현된 자세결정 시스템으로 고가의 Novatel 수신기를 이용하여 출력된 자세와 저가의 U-blox 수신기를 이용하여 출력된 자세를 비교하여 저가형 수신기의 성능을 확인하였다. 또한 BC-LAMBDA와 LAMBDA의 미지정수 결정 방법에 따른 기저선 검출 성능을 비교하였다. 이 두 가지 실험은 정지 상태에서 1개의 기저선으로 진행하였으며, 충북대학교 E-10동 옥상에 1.
- 먼저 고가의 수신기와 저가의 수신기의 비교 실험을 통해 저가형 수신기를 이용한 자세결정 시스템의 성능을 확인하였다. 구현된 자세결정 시스템으로 고가의 Novatel 수신기를 이용하여 출력된 자세와 저가의 U-blox 수신기를 이용하여 출력된 자세를 비교하여 저가형 수신기의 성능을 확인하였다.
- 본 논문에서 저가형 수신기를 사용하여 GNSS 자세결정 시스템을 MATLAB에서 설계하고 실시간 동작을 확인하였다. 저가형 GPS 수신기의 반송파 측정치 특성을 알아보기 위해 0m 기저선 실험을 했으며, 내부 시계 오차로 서로 다른 두 수신기가 동일한 위치에서 바라보는 위성위치가 다른 현상을 확인하였다.
- 식(5)를 이용하여 자세를 구하는 방법은 Wahba 방법[14,15], 최소자승법[16,17] 및 직접법(direct method)[16]가 있다. 본 논문에서는 구현이 용이하고, 기저선이 하나일 경우 2차원 자세 결정이 가능하며, 두 개 이상의 기저선으로 3차원 자세결정이 가능한 직접법을 사용하였다. 그림 1과 같이 3개의 안테나 A, B, C가 항체에 부착된 경우, A를 기준 안테나로 두고 동체좌표계의 원점으로 정의한다.
- 성능비교를 위하여 GNSS 수신기를 고가의 NovAtel Propak-V3 수신기와 u-blox LEA-6T를 모두 사용할 수 있도록 시스템을 구성하였다.
- PC에서는 Matlab으로 자세결정 알고리즘을 실행한다. 실시간 동작을 위하여 미지정수를 계산은 epoch-by-epoch 방식으로 매 epoch 측정치를 독립적으로 처리하도록 구현하였다.
- 그림에서 가운데(0,0)에 위치한 별점은 기준 안테나의 위치이고 그 외에 분포되어 있는 점들은 기저선 위치이다. 약 3분동안 고정된 안테나를 이용하여 기저선을 검출하였다.
- 또한 BC-LAMBDA와 LAMBDA의 미지정수 결정 방법에 따른 기저선 검출 성능을 비교하였다. 이 두 가지 실험은 정지 상태에서 1개의 기저선으로 진행하였으며, 충북대학교 E-10동 옥상에 1.4m 간격으로 두 개의 안테나를 고정하여 실험을 진행하였다.
- 저가형 GPS 수신기의 반송파 측정치 특성을 알아보기 위해 0m 기저선 실험을 했으며, 내부 시계 오차로 서로 다른 두 수신기가 동일한 위치에서 바라보는 위성위치가 다른 현상을 확인하였다. 이 시계도약오차를 보정하고 저가형 GPS를 이용한 자세결정 시스템을 구현하였다.
- 앞의 두 실험을 통해 저가형 U-blox 수신기를 사용했을 경우 NovAtel 수신기를 사용했을 경우와 비슷한 성능을 보임과 기저선 길이를 알고 있을 때 BC-LAMBDA로 미지정수를 결정할 경우 기저선이 더욱 잘 검출되는 것을 확인 할 수 있었다. 이를 바탕으로 수신기는 저가의 U-blox 수신기를 사용하고, BC-LAMBDA를 이용하여 기저선을 검출하여 자세를 측정하였다.
- 실험은 U-blox 수신기를 이용하여 1개의 기저선을 이용하여 실험을 진행하였다. 일반적으로 사용하는 미지정수 검색방법인 LAMBDA와 기저선의 길이를 알고 있을 경우 사용 가능한 BC-LAMBDA를 사용하여 기저선 검출 성능을 비교하였다.
- a∈Zn는 이중 차분된 미지정수를, b∈Rp는 기저선 벡터를 나타낸다. 자세 결정의 경우 기저선의 길이가 짧고 항상 실시간 동적 모델을 사용하므로 본 논문에서는 p = 3인 모델을 고려한다. (n+1)개의 위성이 사용되는 경우 n개의 이중 차분된 미지정수가 있으며, 반송파 위상과 코드 측정치를 동시에 사용하면 측정치의 차수는 m = 2n이 된다.
- 본 논문에서 저가형 수신기를 사용하여 GNSS 자세결정 시스템을 MATLAB에서 설계하고 실시간 동작을 확인하였다. 저가형 GPS 수신기의 반송파 측정치 특성을 알아보기 위해 0m 기저선 실험을 했으며, 내부 시계 오차로 서로 다른 두 수신기가 동일한 위치에서 바라보는 위성위치가 다른 현상을 확인하였다. 이 시계도약오차를 보정하고 저가형 GPS를 이용한 자세결정 시스템을 구현하였다.
- 저가형 u-blox 수신기의 성능을 파악하기 위하여 영기저선(Zero Baseline) 실험을 수행하였다. 결과 비교를 위하여 NovAtel 수신기도 동시에 영기저선 실험을 수행하였다.
- MATLAB을 이용하여 실시간으로 3개의 LEA-6T 수신기로부터 원시 측정치를 수신하고, BC-LAMBDA 기법을 적용하여 미지정 수를 결정하고 이로부터 자세를 구하는 과정을 설계하였다. 특히 저가 수신기 시계 오차로 발생하는 시계도약 문제를 해결하는 방법[12]을 포함한 3차원 자세결정시스템의 구현 방법을 제시하였다. 구현된 시스템은 실제 실험을 통하여 그 성능을 평가하였다.
대상 데이터
- 구현된 시스템은 미지정수 결정 방법에 따라 다른 결과를 보였다. 실험은 U-blox 수신기를 이용하여 1개의 기저선을 이용하여 실험을 진행하였다. 일반적으로 사용하는 미지정수 검색방법인 LAMBDA와 기저선의 길이를 알고 있을 경우 사용 가능한 BC-LAMBDA를 사용하여 기저선 검출 성능을 비교하였다.
이론/모형
- 자세 결정 시스템은 3개의 GNSS 수신기와 1대의 PC로 구성 되어있으며 수신기와 PC 사이에는 USB를 통한 직렬 통신으로 115200bps로 데이터가 전송된다. PC에서는 Matlab으로 자세결정 알고리즘을 실행한다. 실시간 동작을 위하여 미지정수를 계산은 epoch-by-epoch 방식으로 매 epoch 측정치를 독립적으로 처리하도록 구현하였다.
- 결과 비교를 위하여 NovAtel 수신기도 동시에 영기저선 실험을 수행하였다. 두수신기에 대하여 NovAtel의 GPS-702-GG[18]가 사용되었고, GPS Source사의 S12[19]를 GPS 분배기(Splitter)로 사용하였다. 영기저선 시험에서는 그림 2에서 데이터 보정부의 시계오차를 보정하는 TTM Correction는 동작하지 않았다.
성능/효과
- NovAtel 수신기의 헤딩 35.88˚과 피치 –2.24˚와 비교하여 헤딩은 0.14˚ 피치는 0.22˚의 차이 이내로 정확한 결과를 얻을 수 있었다.
- 구현된 시스템의 성능을 확인하기 위해 동일한 환경에서 고가형 NovAtel 수신기와 저가형 U-blox수신기로 자세결정 알고리즘을 적용하였고, 자세 결과를 비교하여 성능이 비슷함을 확인하였다. 구현된 시스템에 적합한 미지정수 결정 방법을 알아보기 위해 미지정수 결정 방법 따른 기저선 검출 실험을 진행하였고, 기저선 길이의 제약을 두는 BC-LAMBDA가 구현된 시스템에 적합함을 확인 하였다. 저가형 GPS 수신기 3개를 사용하고 기저선은 BC-LAMBDA로 구하여 자세를 결정하였을 경우 미지정수 검색시간은 평균 약 9msec가 소요되었다.
- 저가형 GPS 수신기 3개를 사용하고 기저선은 BC-LAMBDA로 구하여 자세를 결정하였을 경우 미지정수 검색시간은 평균 약 9msec가 소요되었다. 구현된 시스템은 1초 간격으로 측정치를 수신하므로 실시간 동작 가능함을 확인했다.
- 구현된 시스템의 성능을 확인하기 위해 동일한 환경에서 고가형 NovAtel 수신기와 저가형 U-blox수신기로 자세결정 알고리즘을 적용하였고, 자세 결과를 비교하여 성능이 비슷함을 확인하였다. 구현된 시스템에 적합한 미지정수 결정 방법을 알아보기 위해 미지정수 결정 방법 따른 기저선 검출 실험을 진행하였고, 기저선 길이의 제약을 두는 BC-LAMBDA가 구현된 시스템에 적합함을 확인 하였다.
- 롤, 피치, 요의 평균값은 각각 0.44°, -0.127°, 40.61°이고, 표준편차는 2.20°, 1.48°, 0.32°이며, 미지정수 검색시간은 평균 9msec 최대 250msec로 구현된 자세결정 시스템이 1초 간격으로 실시간으로 동작되는 것을 확인하였다.
- 실험 결과는 그림10과 같으며 AB 기저선의 평면오차는 11mm이고, AC기저선의 평면 오차는 8mm로 1cm이내의 오차로 결과가 정밀함을 확인했다. 2개의 기저선을 이용하여 계산한 자세는 그림10(b)에 나타내었다.
- 앞의 두 실험을 통해 저가형 U-blox 수신기를 사용했을 경우 NovAtel 수신기를 사용했을 경우와 비슷한 성능을 보임과 기저선 길이를 알고 있을 때 BC-LAMBDA로 미지정수를 결정할 경우 기저선이 더욱 잘 검출되는 것을 확인 할 수 있었다. 이를 바탕으로 수신기는 저가의 U-blox 수신기를 사용하고, BC-LAMBDA를 이용하여 기저선을 검출하여 자세를 측정하였다.
- 구현된 시스템에 적합한 미지정수 결정 방법을 알아보기 위해 미지정수 결정 방법 따른 기저선 검출 실험을 진행하였고, 기저선 길이의 제약을 두는 BC-LAMBDA가 구현된 시스템에 적합함을 확인 하였다. 저가형 GPS 수신기 3개를 사용하고 기저선은 BC-LAMBDA로 구하여 자세를 결정하였을 경우 미지정수 검색시간은 평균 약 9msec가 소요되었다. 구현된 시스템은 1초 간격으로 측정치를 수신하므로 실시간 동작 가능함을 확인했다.
- 또한 3개의 수신기를 이용하여 결정된 자세의 성능을 확인하였다. 저가형 GPS 수신기 3개를 이용하여 실시간으로 고가의 GPS 수신기의 성능과 대등하게 동작함을 확인하였다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.