[논문]Design of Trajectory Generator for Performance Evaluation of Navigation Systems

Jae Hoon Son; Sang Heon Oh; Dong-Hwan Hwang

doi:10.11003/jpnt.2023.12.4.409

Design of Trajectory Generator for Performance Evaluation of Navigation Systems 원문보기

Journal of Positioning, Navigation, and Timing, v.12 no.4, 2023년, pp.409 - 421

Jae Hoon Son (Department of Electronics Engineering, Chungnam National University) , Sang Heon Oh (Advanced Technology Laboratory, Microinfinity Co., Ltd.) , Dong-Hwan Hwang (Department of Electronics Engineering, Chungnam National University)

Abstract ▼ AI-Helper

In order to develop navigation systems, simulators that provide navigation sensors data are required. A trajectory generator that simulates vehicle motion is needed to generate navigation sensors data in the simulator. In this paper, a trajectory generator for evaluating navigation system performance is proposed. The proposed trajectory generator consists of two parts. The first part obtains parameters from the motion scenario file whereas the second part generates position, velocity, and attitude from the parameters. In the proposed trajectory generator six degrees of freedom, halt, climb, turn, accel turn, spiral, combined, and waypoint motions are given as basic motions with parameters. These motions can be combined to generate complex trajectories of the vehicle. Maximum acceleration and jerk for linear motion and maximum angular acceleration and velocity for rotational motion are considered to generate trajectories. In order to show the usefulness of the proposed trajectory generator, trajectories were generated from motion scenario files and the results were observed. The results show that the proposed trajectory generator can accurately simulate complex vehicle motions that can be used to evaluate navigation system performance.

주제어

표/그림 (27)

그림 Fig. 1. Structure of proposed trajectory generator.
표 Table 2. Motion command format.
표 Table 1. Motion scenario file format.
표 Table 3. Symbol of motion command parameter.
그림 Fig. 2. Flow chart of position, velocity, attitude generation.
그림 Fig. 3. North acceleration and north velocity of the linear motion.
그림 Fig. 4. North acceleration of the vehicle, (a) case 1,(b) case 2.
표 Table 4. Time of case 1 and case 2 motion.
표 Table 5. Acceleration of case 1 and case 2 motion.
그림 Fig. 5. Position, velocity and attitude generation.
그림 Fig. 6. Climb motion.
그림 Fig. 7. Pitch angular velocity of the climb motion.
표 Table 6. Time of turn, accel turn, spiral, combined, way point motion.
표 Table 7. Ang ular velocity of turn, accel turn, spiral, combined and way point.
그림 Fig. 8. Roll angular velocity and yaw angular velocity of the turn motion.
그림 Fig. 9. Spiral motion.
그림 Fig. 10. Roll angular velocity, pitch angular velocity and yaw angular velocity of the spiral motion.
그림 Fig. 11. Combined motion.
그림 Fig. 12. Roll angular velocity, pitch angular velocity and yaw angular velocity of combined motion.
그림 Fig. 13. Roll angular velocity, pitch angular velocity and yaw angular velocity of waypoint motion.
그림 Fig. 14. (a) Yaw from the difference between vehicle position and target position, (b) Vehicle position and waypoint position at the turn motion ending point.
그림 Fig. 15. Motion scenario file of the first trajectory.
그림 Fig. 16. Position, velocity, attitude of the first trajectory.
그림 Fig. 17. Motion scenario file of the second trajectory.
그림 Fig. 19. Motion scenario file of the third trajectory.
그림 Fig. 18. (a) Position of the vehicle in the 3 dimensional space, (b) Position, velocity, attitude of the second trajectory.
그림 Fig. 20. (a) Position of the vehicle in the 3 dimensional space, (b) Position, velocity, attitude of the third trajectory.

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 논문에서는 항법 시스템의 성능 평가를 위한 궤적 생성기 설계법을 제안하였다. 제안한 궤적 생성기 설계법은 운동 시나리오 파일로부터 파라미터를 구하고, 이를 이용하여 궤적을 생성한다.
본 논문에서는 항법 시스템의 성능평가를 위한 궤적 생성기 설계 방법을 제안하고, 궤적 생성 결과를 제시하고자 한다. 제안한 궤적 생성기는 운동 시나리오 파일로부터 궤적을 생성하며, 항체의 가장 기본 운동인 6 degree of freedom 운동부터 halt, climb, turn, accel turn, spiral, combined, waypoint 운동을 모사할 수 있다.

제안 방법

본 논문에서 제안하는 방법은 비교적 간단하게 운동 시나리오 파일을 작성하여 궤적을 생성할 수 있다. 그리고, 제안한 궤적 생성기에서 최대 가속도, 최대 저크, 최대 각속도, 최대 각가속도를 제한하여 항체의 운동 종류에 따른 특성을 반영하였다. 제안한 궤적 생성기의 유용함을 보이기 위하여 정지한 항체의 궤적, 정지 후 직선 운동하는 항체의 궤적, 정지 후 복합운동 하는 항체의 궤적을 생성하였다.
16에 나타내었다. 두번째 궤적은 Halt command를 이용하여 정지를, 6 degree of freedom command로 60초 동안 North축 속도가 10 m/s가 될 때까지 직선 운동을 서술하였다. 이 경우의 운동 시나리오 파일을 Fig.
제안한 궤적 생성기 설계법은 운동 시나리오 파일로부터 파라미터를 구하고, 이를 이용하여 궤적을 생성한다. 본 논문에서 제안하는 방법은 비교적 간단하게 운동 시나리오 파일을 작성하여 궤적을 생성할 수 있다. 그리고, 제안한 궤적 생성기에서 최대 가속도, 최대 저크, 최대 각속도, 최대 각가속도를 제한하여 항체의 운동 종류에 따른 특성을 반영하였다.
본 논문에서는 항법 시스템의 성능 평가를 위한 궤적 생성기 설계법을 제안하였다. 제안한 궤적 생성기 설계법은 운동 시나리오 파일로부터 파라미터를 구하고, 이를 이용하여 궤적을 생성한다. 본 논문에서 제안하는 방법은 비교적 간단하게 운동 시나리오 파일을 작성하여 궤적을 생성할 수 있다.
본 논문에서는 항법 시스템의 성능평가를 위한 궤적 생성기 설계 방법을 제안하고, 궤적 생성 결과를 제시하고자 한다. 제안한 궤적 생성기는 운동 시나리오 파일로부터 궤적을 생성하며, 항체의 가장 기본 운동인 6 degree of freedom 운동부터 halt, climb, turn, accel turn, spiral, combined, waypoint 운동을 모사할 수 있다. 그리고, 운동을 모사할 때 최대 가속도, 최대 저크, 최대 각속도, 최대 각가속도를 고려하고 있다.
제안한 궤적 생성기의 유용함을 보이기 위하여 100초 동안 정지한 궤적, 40초 정지 후 30초 동안 North축 속도가 10 m/s가 될 때까지 직선 운동하는 궤적과 40초 동안 정지 후 6 degree of freedom, halt, climb, turn, accel turn, spiral, combined, waypoint 순으로 수행하는 운동 시나리오 파일을 작성한 후 궤적 생성 결과를 확인하였다. 3가지 궤적 모두 샘플링 시간은 0.
여러가지 복잡한 운동은 이러한 운동을 조합하여 구현할 수 있다. 제안한 궤적 생성기의 유용함을 보이기 위하여 정지한 항체, 정지 후 직선 운동하는 항체, 정지 후 8가지 운동을 포함하는 복잡한 운동을 하는 항체의 궤적을 생성한 결과를 제시하였다. 2장에서는 제안한 궤적 생성기의 구조를 서술하고, 3장에서는 궤적 생성 방법에 대하여 서술한다.
그리고, 제안한 궤적 생성기에서 최대 가속도, 최대 저크, 최대 각속도, 최대 각가속도를 제한하여 항체의 운동 종류에 따른 특성을 반영하였다. 제안한 궤적 생성기의 유용함을 보이기 위하여 정지한 항체의 궤적, 정지 후 직선 운동하는 항체의 궤적, 정지 후 복합운동 하는 항체의 궤적을 생성하였다. 궤적 생성 결과로부터 운동 시나리오 파일을 작성하여 간단한 궤적부터 복잡한 궤적을 잘 생성하는 것을 확인하였다.

대상 데이터

세번째 궤적은 Halt command로 40초 동안 정지를, 6 degree of freedom command로 North축 방향 직선 운동, climb command로 고도를 상승시키는 운동, turn command로 180도 원 운동, accel turn command로 180도 속력이 증가하면서 회전 반경이 변하는 원 운동, spiral command로 180도 회전하면서 고도가 상승하는 운동, combined command로 회전 후 고도가 상승하는 운동, waypoint로 위도 36.37도. 경도 127.

성능/효과

제안한 궤적 생성기의 유용함을 보이기 위하여 정지한 항체의 궤적, 정지 후 직선 운동하는 항체의 궤적, 정지 후 복합운동 하는 항체의 궤적을 생성하였다. 궤적 생성 결과로부터 운동 시나리오 파일을 작성하여 간단한 궤적부터 복잡한 궤적을 잘 생성하는 것을 확인하였다. 즉, 제안한 궤적 생성기를 이용할 경우, 항법 시스템의 성능평가를 하기 위한 궤적을 쉽게 만들 수 있다.
궤적 생성 결과로부터 운동 시나리오 파일을 작성하여 간단한 궤적부터 복잡한 궤적을 잘 생성하는 것을 확인하였다. 즉, 제안한 궤적 생성기를 이용할 경우, 항법 시스템의 성능평가를 하기 위한 궤적을 쉽게 만들 수 있다.

후속연구

추후에는 제안한 궤적 생성기를 이용하여 여러가지 종류의 항법 시스템의 평가를 수행할 예정이다. 그리고, 다른 상용 시뮬레이터의 궤적 생성기와 비교하여 제안한 궤적 생성기에서 제공하지 않는 운동을 추가할 것이다.
추후에는 제안한 궤적 생성기를 이용하여 여러가지 종류의 항법 시스템의 평가를 수행할 예정이다. 그리고, 다른 상용 시뮬레이터의 궤적 생성기와 비교하여 제안한 궤적 생성기에서 제공하지 않는 운동을 추가할 것이다.

참고문헌 (9)

CAST Navigation 2022, A True Reference: Theory meets？reality in synchronized simulation environments,？InsideGNSS, 15, 28-30. https://insidegnss.com/a-true-reference-theory-meets-reality-in-synchronized-simulation-environments/
Chae, M. S., Cho, S. Y., & Shin, K. H. 2020, Development of？a Real Trajectory-based Simulator for Performance？Evaluation of an Integrated Navigation System for？Trains, in 2020 IPNT Conference, 11-13 Nov 2020,？Yeosu, Korea, pp.87-90. https://ipnt.or.kr/2020proc/30
Koo, M., Kim, Y., Choi, K.-H., So, H., Oh, S.-H., et al. 2013,？Reference Trajectory Generation Algorithm of a Vehicle？with Motion for M&S Software Configuration, in 2013？ICS, 26-27 Apr 2013, Korea University, Korea. https://www.dbpia.co.kr/journal/articleDetail?nodeIdNODE02147125
Li, G., Mao, Y., & Song, C. 2012a, Design and Simulation？of Trajectory Generator, in 2012 4th International？Conference on Intelligent Human-Machine Systems？and Cybernetics, 26-27 Aug 2012, Nanching, China.？https://doi.org/10.1109/IHMSC.2012.57
Li, Z., Cai, Z.-x., Ren, X.-p., Chen, A.-b., & Xue, Z.-c. 2012b, Vehicle？kinematics modeling and design of vehicle trajectory？generator system, Journal of Central South University, 19,？2860-2865. https://doi.org/10.1007 s11771-012-1352-3

상세보기
Navsys Corporation, GNSS Signal Architect Product Suite, [Internet], cited 2019 Apr 12, available from: https://static1.squarespace.com/static/570a836659827e091de14a8a/t/5cb0a74cf9619acc7d678f6a/1555081036807/Signal-Architect-Brochure.pdf
Peteovello, M. G. & Curran, J. T. 2017, Simulators and Test？Equipment, Springer Handbook of Global Navigation？Satellite Systems, P. J. G. Teunissen & O. Montenbruck,？eds. (Gewerbestrasse, Switzerland: Springer)
SatGen 2023, SatGen GNSS Simulation Software, [Internet],？cited 2023 Sep 29, available from: https://www.labsat.co.uk/downloads/product-info/Flyers/SatGen4-Flyer.pdf
Spirent 2022, SimGEN ® Software Datasheet with Product？Specification, MS3008 Datasheet with Product？Specification. https://support-kb.spirent.com/resources/sites/SPIRENT/content/live/DOCUMENTATION/12000/DOC12114/en_US/MS3008%20Issue%2016-00%20SimGEN%20Software%20Datasheet%20with%20Product%20Specification.pdf

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증