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초록
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본 논문에서는 상용 차량에 많이 쓰이는 GNSS, 비전 센서, 레이더 센서를 이용한 협력 항법시스템을 제안하였다. 기존의 무선신호(예:UWB) 기반의 협력 항법시스템 (Hybrid-Sum Product Algorithm over Wireless Network, H-SPAWN)을 바탕으로 하여 무선신호 방식 대신 비전 센서와 레이더 센서를 모델링하여 알고리즘을 구성하였다. 모의실험을 통해, 사용하는 센서에 따른 성능을 비교분석하였으며, 특히 레이더 센서를 사용할 시 다른 두 센서(비전, UWB) 대비 최대 50%의 오차저감 효과를 보임을 확인하였다. 따라서 상용 차량에 쓰이는 센서 기반의 협력 항법시스템은 기존의 협력항법 시스템의 정확도를 향상시키면서 적용비용을 줄일 수 있는 기술이 될 수 있을 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose a vehicular cooperative navigation system using GNSS, vision sensor and radar sensor that are frequently used in mass-produced cars. The proposed cooperative vehicular navigation system is a variant of the Hybrid-Sum Product Algorithm over Wireless Network (H-SPAWN), where ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 현재 양산되는 상용 차량에서 많이 사용되는 비전센서(카메라)와 레이더를 사용하여 신호음역지역에서의 위치정확도를 향상시키고, 차량집단 전체 위치정확도를 향상시킬 수 있는 H-SPAWN 기반의 협력 항법시스템을 소개할 것이다. Ⅱ장에서는 제안기술을 위한 기호(notation)을 정의하고 시스템 및 측정값 등의 관계식을 수식화 및 H-SPAWN 기반의 제안 기술을 설명한다.
  • 본 논문에서는 GNSS, 비전 센서, 레이더 센서를 이용한 협력 항법시스템을 제안하였다. 기존의 협력 항법시스템인 H-SPAWN 알고리즘을 바탕으로 하여 무선신호 거리측정 방식 대신 비전 센서와 레이더 센서를 모델링하여 알고리즘을 구성하였다.

가설 설정

  • 변수 vl는 상대거리의 측정치의 노이즈를 나타내며, 이 노이즈는 영 평균 가우시안 분포를 따른다고 가정하고, 표준편차 σl는 1m로 가정한다[10].
  • 본 논문에서는 개활지 도로상황(예:고속도로)을 가정하여, 의사거리의 노이즈 오차 vg는 영 평균 가우시안 분포(zero-mean Gaussian distribution)를 따른다고 가정하며, vg의 표준편차 σg는 GNSS의 경우 7.5m, DGNSS의 경우 2.5m 로 가정한다[1,7].
  • 차량들은 모두 평면상에 존재하며 개활지를 주행하는 것을 가정하였다. 차량 각각의 상태변수 초기값은 충분히 정확하게 알고 있다고 가정하며, 차량의 동적모델 정확도에 따라 예측오차(prediction error or time update error)를 두 가지 경우로 나누었다. 예측오차는 상태변수의 분산을 다음과 같은 두 가지 경우로 설정하여 계산하였다[13].
  • 5m로 설정하였다[1]. 차량들은 모두 평면상에 존재하며 개활지를 주행하는 것을 가정하였다. 차량 각각의 상태변수 초기값은 충분히 정확하게 알고 있다고 가정하며, 차량의 동적모델 정확도에 따라 예측오차(prediction error or time update error)를 두 가지 경우로 나누었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
협력 항법시스템 H-SPAWN 알고리즘의 장점은? 기존의 H-SPAWN 알고리즘은 GNSS의 의사거리와 센서 네트워크의 상대거리를 측정치로 사용하고, 위치 정보를 서로 주고받는 협력측위(cooperative positioning) 알고리즘이다. 이 알고리즘은 협력적 측위방식이기 때문에 정확도 향상뿐만 아니라 가시위성이 부족한 경우에도 측위가 가능한 장점이 있다[6]. 특히 H-SPAWN의 항법해는 베이시안 근사해이기 때문에 확장칼만필터기반의 협력항법시스템보다 정확한해를 도출하며, 파티클 필터 기반의 협력항법 시스템보다 계산량이 적은 장점이 있다. 이 알고리즘은 정밀측위가 필요한 자율주행 대상의 측위 시스템에서 핵심적인 기술로 예상되므로 본 논문에서 제안하는 알고리즘은 이 H-SPAWN 알고리즘을 바탕으로 한다.
GNSS는 무엇인가? Global Navigation Satellite System (GNSS) 은 위성에서 송신하는 신호들을 지상의 수신기에서 삼각측량 방식을 통해 위치를 계산하는 항법 시스템으로, 차량 및 항공기를 비롯한 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 이동수단 발전할수록 정밀측위에 대한 필요성이 강조되었는데, 특히 자동차 기술 부분에서 각광받고 있는 자율주행시스템은 차로구분이 가능할 정도(약 50cm 이하)의 정밀측위 기술을 필요로 한다.
GNSS의 측위 정확도를 향상하는 방법으로 무엇을 사용하고 있는가? 그러나 GNSS 만으로는 다양한 오차요소들 (시각오차, 이온층·전리층 오차, 잡음, 신호 음영지역 오차, 다중경로 오차 등)[1]로 인해 정확한 위치 측위 정확도를 보장하기 어렵기 때문에, 과거부터 현재까지 측위 정확도를 향상시키기 위한 많은 기술들이 연구·개발되어 왔다. Differential GNSS (DGNSS)를 통해 구조적 측정오차 (시각오차, 이온층·전리층 오차 등)를 제거하는 방식이 널리 사용되고 있고, GNSS에 다양한 센서들을 융합함으로써 측위 정확도를 향상시키려는 방식 (관성 항법 시스템(Inertial Navigation System, INS)[2], 차량속도계, 카메라, 레이더 등)[3] 또한 많이 사용되고 있다.
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참고문헌 (13)

  1. P. Misra and P. Enge, Global Positioning System: Signals, Measurements, and Performance, 2nd Ed., Ganga-Jamuna Press, Lincoln, MA, 2001. 

  2. D. H. Titterton and J. L. Weston, Strapdown Inertial Navigation Technology, 2nd Ed., Inst. Eng. Technol., London, U.K., 2004. 

  3. S. Son, T. Kim, Y. Jeon, and Y. Baek, "Smart camera technology to support high speed video processing in vehicular network," J. KICS, vol. 40, no, 1, pp. 152-164, 2012. 

  4. Y. H. Shim and Y. H. Kim, "Data dissemination in LTE-D2D based vehicular network," J. KICS, vol. 40, no. 3, pp. 602-612, 2015. 

  5. S. Kim, "An evaluation of the performance wireless network in vehicle communication environment," J. KICS, vol. 36, no. 10, pp. 816-822, 2011. 

  6. H. Wymeersch, J. Lien, and M. Z. Win, "Cooperative localization in wireless networks," in Proc. IEEE, vol. 97, no. 2, pp. 427-450, Feb. 2009. 

  7. P. K. Enge, R. M. Kalafus, and M. F. Ruane, "Differential operation of the global positioning system," IEEE Commun. Mag., vol. 26, pp. 48-60, Jul. 1988. 

  8. B. Barrois, et al., "3D pose estimation of vehicles using a stereo camera," IEEE Intell. Veh. Symp. 2009, pp. 267-272, China, Jun. 2009. 

  9. L. Danielsson, "Tracking and radar sensor modelling for automotive safety systems," Ph.D. Dissertation, Chalmers university of technology, 2010. 

  10. J. T. Park, "Waveform design and performance analysis of automotive radar for collision avoidance," M.S. Thesis, Korea Aerospace University, 2011. 

  11. F. R. Kschischang, B. J. Frey, and H. A. Loeliger, "Factor graphs and the sum-product algorithm," IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 47, no. 2, pp. 498-519, Feb. 2001. 

  12. B. Ristic and S. Arulampalam, Beyond the Kalman Filter: Particle Filters for Tracking Applications, Artech House, 2004. 

  13. R. Schubert, C. Adam, M. Obst, N. Mattern, V. Leonhardt, and G. Wanielik, "Empirical evaluation of vehicular models for ego motion estimation," in Proc. IEEE Intell. Veh. Symp., pp. 534-539, Germany, Jun. 2011. 

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