초록 ▼

연구개발 목표
‘자율주행을 위한 고속 고정밀 측위 시스템 S/W’의 시스템 아키텍처 설계와 측위 시스템의 통신 방식·세부 알고리즘에 대한 사전연구, 최적 메카니즘 테스트를 위한 실제 차량의 주행 및 통신 환경을 반영한 시뮬레이션 테스트베드에 대한 사전연구

연구개발 내용
○ 고속 고정밀 측위 시스템 아키텍처 설계
- 측위 평균 오차범위를 30cm 내를 목표로 차량 GPS 정보, UWB, V2X 기반의 자율주차 및 자율주행을 위한 고속 고정밀 융합 측위 SW를 설계
○ 측위 정밀도 향상을 위한 UWB

연구개발 목표
‘자율주행을 위한 고속 고정밀 측위 시스템 S/W’의 시스템 아키텍처 설계와 측위 시스템의 통신 방식·세부 알고리즘에 대한 사전연구, 최적 메카니즘 테스트를 위한 실제 차량의 주행 및 통신 환경을 반영한 시뮬레이션 테스트베드에 대한 사전연구

연구개발 내용
○ 고속 고정밀 측위 시스템 아키텍처 설계
- 측위 평균 오차범위를 30cm 내를 목표로 차량 GPS 정보, UWB, V2X 기반의 자율주차 및 자율주행을 위한 고속 고정밀 융합 측위 SW를 설계
○ 측위 정밀도 향상을 위한 UWB 기반의 통신 기술 사전 연구
- 차량과 UWB 인프라 간 정밀 측위 시스템 S/W 시스템 및 UWB 통신 프레임워크 설계와 고정밀 측위를 위한 UWB Tag의 클럭 동기 중요도에 대한 연구 진행
○ GPS 보정 알고리즘 및 UWB TAG-LAP 간의 측위 사전 연구
- GPS 측위 오차율과 GPS 수신불가 음영지역에서의 측위 문제를 해결하기 위한 다양한 알고리즘(DGPS, RDK, TDOA, TOA, AOA, RSS, 등) 장단점의 대한 분석과 TDOA 알고리즘 기반의 사전연구로 시뮬레이션을 통한 측위 정확도 결과를 도출
- 차량과 같은 고속 주행 환경에 적합한 UWB/GPS 정밀 측위 보정 기술 연구로 도로 주행 구간과 흡사한 시나리오에 동적 필터링 기법(Kalman Filter)의 적용을 통해 위치 측위 오차가 30cm 이내로 줄어드는 시뮬레이션 결과 도출
- TDOA 기반의 유무선 동기 알고리즘 연구를 통해 유선과 무선의 장점을 융합하여 시스템 확장에 대한 연구 및 계획
○ 실제 차량의 주행 및 전파환경을 반영한 S/W 테스트 도구 선행 개발
- 네트워크 시뮬레이터, 교통 시뮬레이터와 컨트롤러 애플리케이션 구현을 통해 실제 차량 환경 및 북미 차량 통신 표준에 준수한 통신 환경 구축
- 네트워크 시뮬레이터에 전파 모델을 적용하여 실차 주행에서 발생할 수 있는 장애물에 의한 다중경로 분석
- 최적 AP 위치 설계를 위한 수신기 위치에 따른 측위 성능을 비교하는 시뮬레이션 결과 도출
- 실제 UWB LAP,TAG,LCT 등 실제 실내 환경을 프로토타입으로 구축하여 TDOA 알고리즘을 적용 시 LOS(Line of Sight), NLOS(Non-Line of Sight) 환경에서의 UWB 수신 신호 품질 분석을 통해 다중경로에 대한 결과 도출

연구개발성과
- 자율주차와 자율주행 환경에서 고속 고정밀 융합 측위를 위한 융합 측위 SW를 구체화 및 설계하였음
- TDOA 알고리즘에 Kalman Filter 동적 필터링을 적용과 미적용에 따른 위치 측위 성능에 대한 비교 분석을 통해 Kalman Filter를 적용 시 측위 오차범위가 30cm이하로 줄어 드는 것을 확인하였음
- 네트워크 시뮬레이터에 차량 통신 표준 구현, 교통 시뮬레이터에 실제 도로 구간 구현과 시뮬레이터 간의 연동을 위한 애플리케이션을 구현하여 실시간 교통 환경을 구축하여 테스트
- 수신기 위치에 따른 측위 정확도를 측정하는 시뮬레이션 환경을 구축함
- 실제 실험 장소에 고정 UWB Tag를 장착하여 기준점 20개를 지정하여 TDOA 결과를 1000개씩 샘플 수집과 랜덤 이동 Tag 테스트를 통해 위치 측위에 대한 측정도를 도출하였음
- 실제 UWB 송/수신기 개발 kit 장비를 활용하여 LOS(Line of Sight)와 NLOS(Non-Line of Sight) 같은 다양한 환경에서의 다중 경로 환경을 분석하는 실험을 통해 UWB 수신 신호 품질에 대한 분석을 진행하였음

활용계획 및 기대효과
○ 활용 계획
- 사전 연구의 다양한 시뮬레이션의 결과를 토대로 UWB LAP, TAG, LCP 장비에 TDOA 유무선 융합 기반의 알고리즘과 Kalman Filter와 같은 동적 필터링 기술의 적용 및 AP의 최적화된 위치를 선정하여 실제 환경에서 정확한 측위 환경 구축에 활용을 계획
- 네트워크 시뮬레이터에 적용시킨 전파모델과 같은 실제 차량 주행 환경에서 발생 할 수 있는 장애물로 인한 다중경로의 문제를 최소화시키는 실차 테스트 적용에 활용
- 네트워크 시뮬레이터와 교통 시뮬레이터 간의 연동시킴으로서 실제 차량 주행 환경에서의 차량의 급정지 상황, 주행 속도의 가속 및 감속의 상황을 반영하여 효율적인 실차 테스트 적용에 활용 계획
○ 기대 효과
- 정확한 위치 정보를 제공함으로서 다양한 지능형 교통 시스템(ITS) 서비스의 차량 안전 서비스에 높은 신뢰성과 안정성을 확보하여, 이를 기반으로 ITS관련 분야의 제품화 및 실용화를 가속화 시켜 측위 기술 선도를 통해 자율주행 서비스 도입의 가속화
- 실내외 측위의 높은 정확도를 제공하여 위치 기반 서비스를 제공하는 LBS(Location Based Service) 분야에 방대한 활용이 가능할 것으로 기대되며, 차량 서비스 이외에도 UWB 인프라를 통해 UWB Tag를 장착한 모바일 단말기에 고정밀 측위를 제공하여 증강현실, 보다 개선된 내비게이션 측위 성능의 실외 측위 서비스, 복잡한 건물 내의 위치 안내 제공 서비스, 미아방지 위치 추적 서비스 등 더 나아가 재난 구조와 같은 공공성을 위한 서비스로 발전 할 수 있을 것으로 기대
- GPS 신호 수신이 불가능한 음영지역에서도 높은 정확도를 가진 위치 정보를 제공하여 실외에서 실내, 실내에서 실외로의 이동 환경에서도 seamless 한 서비스를 제공 할 수 있을 것으로 기대
- 기존의 높은 정확도를 위한 측위 기술로 Lidar와 같은 고비용의 장비에서 저 비용으로 구축 가능한 UWB 인프라로 대체하여 상용화 및 사업화에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 정보통신·방송 연구개발 창조씨앗형 R&D-1단계 보고서 ... 2
• 제출문 ... 3
• 목차 ... 4
• 국문요약문 ... 5
• 1. 연구개발 목표 ... 10
• 가. 최종 목표 ... 10
• 나. 당해 (연도·단계) 연구개발 목표 및 결과 ... 10
• 2. 연구 범위 및 연구 수행 방법 ... 12
• 3. 연구개발 목표의 달성도 및 자체 평가 ... 13
• 가. 연구개발성과 및 평가 방법 ... 13
• 나. 당해 (연도·단계) 정량적 연구성과 목표 및 달성도 ... 36
• 다. 당해 (연도·단계) 질적 성과 목표 및 달성도 ... 37
• 4. 연구개발성과(해당되는 성과만 기재) ... 38
• 가. 지식재산권(특허, 실용신안, 의장, 디자인, 상표, 규격, 신품종, 프로그램) ... 38
• 나. 국내 논문 게재 ... 38
• 다. 국내 및 국제학술회의 발표 ... 38
• 라. 표준화 ... 38
• 마. 기술 거래(이전) 등 ... 38
• 바. 사업화 투자 실적 ... 39
• 사. 사업화 현황 ... 39
• 아. 저작권(소프트웨어, 서적 등) ... 39
• 자. 생명자원(생물자원, 생명정보)/화합물 ... 39
• 차. 전문 연구 인력 양성 ... 39
• 카. 산업 기술 인력 양성 ... 39
• 타. 기술요약정보 ... 39
• 하. 보고서 원문 ... 40
• 5. 구매 금액이 3천만원 이상인 연구시설ㆍ장비 구축 현황 ... 41
• 6. 연구개발비 집행 실적 ... 42
• 7. 연구 수행에 따른 문제점 및 개선 방향 ... 43
• 8. 중요 연구 변경 사항 ... 44
• 9. 기타 건의 사항 ... 45
• 붙임1. 자체 보안관리 진단표 ... 46
• 붙임2. 연구실 안전조치 이행표 ... 47
• 끝페이지 ... 48