KR100372509B1 - 혼합항법시스템 및 그 위치데이터 처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 GPS 수신기가 처리하는 데드레코닝 항법에 의한 위치추정을 자이로스코프를 통해 외부에 연결된 컴퓨터가 해결하도록 하여, 데드레코닝 항법이 가능한 GPS 수신기 사용에 대한 필요성을 제거하여 경제적인 항법 시스템 구축을 가능하게 하는 혼합항법시스템 및 그 위치데이터 처리방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 차량의 각변위량을 감지결과로부터 차량의 이동방향을 측정하여 출력하며, 상기 이동방향 측정신호와 상기 이동거리 측정신호 및/또는 상기 GPS 신호를 외부 기기로 바이패스시키기 위한 데이터 송수신경로를 지원하는 이동방향 측정 및 합성수단과, 상기 이동방향 측정 및 합성수단으로부터 전송되는 상기 GPS 수신신호 및/또는 상기 이동방향 측정신호와 이동거리 측정신호를 이용하여 선택적으로 GPS 위치좌표를 산출하거나 또는 데드레코닝 위치좌표를 추정하고, 상기 GPS 신호 수신 재개 시점의 GPS 위치좌표와 데드레코닝 위치좌표를 각각 산출 및 추정하여 상기 GPS 신호 수신 단절 구간의 데드레코닝 위치좌표를 보상하는 제어수단을 포함하여 구성한다.

Description

혼합항법시스템 및 그 위치데이터 처리방법{SENSOR FUSION NAVIGATION SYSTEMS AND POSITIONING DATA PROCESSING METHOD THEREOF}
본 발명은 데드-레코닝(Dead-Reckoning) 항법 또는 GPS(Global Positioning Systems) 측위항법에 의해 차량의 위치좌표를 추정 및 산출하는 혼합항법시스템에 관한 것으로서, 특히 GPS 신호와 차량의 주행거리계 센서신호를 자이로스코프의 시리얼 포트를 통해 외부 기기로 전송하고, 상기 자이로스코프의 시리얼 포트에 연결된 외부 컴퓨터에서 상기 데드레코닝 항법 또는 GPS 측위항법에 의한 위치좌표의 추정 및 산출이 이루어질 수 있게 한 혼합항법시스템 및 그 위치데이터 처리방법에 관한 것이다.
GPS는 미국의 국방성에서 개발한 범세계 측위 시스템으로서, 측정된 정보를 바탕으로 측정자의 위치를 3차원 좌표로 알아내는 시스템이다.
이러한 GPS 항법 시스템에서는 GPS 수신기가 필수적으로 사용되며, 이러한 GPS 수신기는 지구 상공에 있는 24개의 GPS 위성 중 최소 4개 이상의 위성으로부터 신호를 수신함으로써, 상기 GPS 위성과 GPS 수신기 간의 거리와 위성의 위치벡터를 이용하여 GPS 수신기의 위치벡터를 산출하는 기기로서, 이러한 GPS 수신기를 이용하면 전 세계 어디서나 수신자의 위치를 3차원의 좌표로 나타낼 수 있다.
상기 GPS 수신기를 이용하면 매우 정확한 위치취득이 가능하다. 그러나, 그 원리에서 보이듯이 위성신호를 수신할 수 있는 지역에서만 사용할 수 있다. 즉, GPS 위성을 이용하여 수신자의 위치를 산출하는 GPS 측위 시스템에서는 터널 내부나 나무가 우거진 숲 속 또는 고층빌딩으로 둘러싸인 도심지 내부 등에서는 GPS 수신기를 이용한 차량의 위치산출이 불가능하거나, 또는 위치산출 결과가 매우 부정확해지는 등의 문제점을 가지고 있다.
따라서 상기와 같이 GPS 위성을 이용하여 위치산출이 불가능하게 되는 문제점을 해결하기 위하여 차량의 이동거리와 이동방향을 측정하여 차량의 현재위치를 추정해나가는 추측항법이 도입되었다.
상기 추측항법 시스템은 회전수 및 각도변화량 감지센서를 탑재한 주행거리계와 자이로스코프 등을 이용하여 차량의 초기위치로부터 이동거리와 이동방향을 계속해서 측정하고, 상기 측정된 결과로부터 회전수 및 각도의 변화량을 계속해서 적분하여 외부의 도움 없이 독립적으로 차량의 현재위치를 연속적으로 알아내는 시스템이다.
이러한 추측항법 시스템은 반드시 초기에 참조할 만한 위치값을 알고 있어야 만 하므로 이를 데드레코닝(Dead-Reckoning) 항법이라고 한다.
그러나 이러한 추측항법 시스템은 초기 위치정보를 정확하게 설정해주어야 하며, 상기 추측항법 시스템을 이용하여 위치추정을 하는 상태에서 차량이 오랜 시간을 주행하게 되면 각 센서들이 갖고 있는 측정오차의 누적으로 인해 측정되는 위치가 부정확하게 되는 단점을 가지고 있다. 예를 들어 긴 터널이나 도로 양쪽에 높은 산이 길게 가로막고 있는 지역에서는 데드레코닝 항법이 계속해서 실행되어야 만 하므로 그 특성 상 누적오차가 시간에 따라 비례하여 커지게 된다.
이러한 단점을 극복하기 위하여 차량의 이동방향각을 산출하는 자이로스코프와 이동거리를 산출하는 주행거리계를 GPS 수신기에 접목한 형태의 혼합항법시스템이 개발되었다. 이러한 혼합항법 시스템은 GPS 수신기로 데드레코닝 항법에 필요한 참조 위치값을 제공하므로 GPS+데드레코닝 시스템이라고 불리운다. 이것은 각변위량을 측정하기 위한 자이로스코프와, 주행거리 측정을 위한 차량의 주행거리 측정수단을 이용하여 구할 수 있는 추측항법(데드레코닝)의 위치정보와, GPS 측위시스템에 의해 얻을 수 있는 위치정보를 칼만 필터(Kalman Filter)를 이용하여 최상의위치를 추정하는 혼합항법 시스템이다.
이러한 혼합항법시스템은 상기 GPS 항법 시스템과 추측항법 시스템이 혼합 적용되는 형태로서, GPS 신호가 정상적으로 수신되는 경우에는 GPS 항법 시스템에 의한 위치산출이 이루어지고, GPS 신호가 수신되지 않는 경우에는 상기 추측항법 시스템에 의한 위치추정이 이루어진다.
따라서 상기 개발된 기존의 혼합항법시스템은 GPS 수신이 가능한 시점에서는 GPS 수신기의 위치산출 결과를 이용하고, GPS 수신이 불가능한 시점에서는 가장 최근 시점의 GPS 수신 위치 산출 결과로부터 이동방향각과 이동거리를 수학적으로 계산하여 새로운 위치결과를 추정하였다.
그러나, 상기의 종래 혼합항법(GPS+데드레코닝) 시스템에서는 데드-레코닝 항법을 처리하는 역할을 GPS 수신기가 담당하였으므로 이를 위하여 특별히 제작된 GPS 수신기를 사용하여야만 하며, 따라서 데드레코닝 항법이 가능한 GPS 수신기는 동급의 정확도를 가진 일반의 GPS 수신기보다 가격이 비싸다. 또한 기존의 혼합항법 시스템은 GPS 수신기에서 데드레코닝 항법까지 처리하여 최종 결과물을 사용자에게 전달하므로 사용자가 특별한 알고리즘을 적용하여 결과물의 정확도를 향상시킬 수 있는 여지가 없었다.
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 GPS 수신기가 처리하는 데드레코닝 항법에 의한 위치추정을 자이로스코프를 통해 외부에 연결된 컴퓨터가 해결하도록 하여, 데드레코닝 항법이 가능한GPS 수신기 사용에 대한 필요성을 제거함으로써, 모든 종류의 GPS 수신기의 사용이 가능하게 됨에 따라 GPS 수신기 선택폭을 넓힐 수 있고 저렴한 GPS 수신기를 사용할 수 있어 경제적인 항법 시스템 구축을 가능하게 하는 혼합항법시스템 및 그 위치데이터 처리방법을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예는, 지구상공 수만 km 궤도상의 항법위성으로부터 발사되는 GPS(global positioning system)신호를 수신하여 GPS 위치좌표를 산출(GPS 측위항법)하고, 상기 GPS 신호가 수신되지 않은 구간에서 차량의 이동거리와 이동방향을 측정하여 데드레코닝 위치좌표를 추정(데드레코닝 항법)하는 혼합항법시스템에 있어서, 상기 GPS 신호 수신 재개 시점에서 GPS 위치좌표와 데드레코닝 위치좌표를 각각 산출 및 추정하고, 상기 산출 및 추정된 위치좌표를 이용하여 상기 GPS 신호 수신 단절구간의 각 시점에서 추정된 데드레코닝 위치좌표를 보상하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 혼합항법시스템을 제공한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예는, 지구상공 수만 km 궤도상의 항법위성으로부터 발사되는 GPS(global positioning system)신호를 수신하여 GPS 위치좌표를 산출(GPS 측위항법)하고, 상기 GPS 신호가 수신되지 않은 구간에서 차량의 이동거리와 이동방향을 측정하여 데드레코닝 위치좌표를 추정(데드레코닝 항법)하는 혼합항법시스템에 있어서, 차량의 각변위량을 감지결과로부터 차량의 이동방향을 측정하여 출력하며, 상기 이동방향 측정신호와 상기 이동거리 측정신호 및/또는 상기 GPS 신호를 외부 기기로 바이패스시키기 위한 데이터 송수신경로를 지원하는 이동방향 측정 및 합성수단; 상기 이동방향 측정 및 합성수단으로부터 전송되는 상기 GPS 수신신호 및/또는 상기 이동방향 측정신호와 이동거리 측정신호를 이용하여 선택적으로 GPS 위치좌표를 산출하거나 또는 데드레코닝 위치좌표를 추정하고, 상기 GPS 신호 수신 재개 시점의 GPS 위치좌표와 데드레코닝 위치좌표를 각각 산출 및 추정하여 상기 GPS 신호 수신 단절 구간의 데드레코닝 위치좌표를 보상하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합항법시스템을 제공한다.
상기 본 발명의 각 실시 예에서, 상기 제어수단은, 상기 이동방향 측정 및 합성수단으로부터 출력되는 이동방향 산출결과와 상기 GPS 수신결과와 상기 주행거리 측정결과를 입력신호로 하여, 상기 GPS 신호에 의해 차량의 GPS 위치좌표를 산출하거나 또는 GPS 신호 수신 단절 구간에서 상기 이동방향 및 이동거리 산출결과에 의해 데드레코닝 위치좌표를 추정하고, 상기 GPS 신호 수신 재개 시점에서 GPS 위치좌표와 데드레코닝 위치좌표를 각각 산출 및 추정하며, 상기 GPS 신호 수신 재개 시점에서의 두 위치좌표로 상기 GPS 신호 수신 단절 구간에서의 데드레코닝 위치좌표를 보상하여 차량의 위치좌표를 결정하는 위치데이터 보상 알고리즘 또는 함수를 처리하기 위한 제어로직을 탑재할 수 있다.
또한 상기 본 발명의 각 실시 예에서, 상기 위치데이터 알고리즘 또는 함수는 임의의 GPS 신호 수신시점(t0) 및 GPS 신호 수신 재개 시점(tn)에서 각각 산출된 GPS 위치좌표를 ( X0, Y0)( Xn, Yn)라 하고, 상기 GPS 신호 수신 단절 시간 동안의 각 시점()에서 기존의 데드레코닝 항법에 의해 추정된 데드레코닝 위치좌표를 각각라 할 때, 상기 각 위치좌표의 데드레코닝 위치좌표에 대한 보상좌표( Xk, Yk) 에 대하여,(단,)로 표현할 수 있다.
또한 상기 위치데이터 보상 알고리즘 또는 함수는, 상기 GPS 신호 수신 재개시점(tn)에서의 GPS 위치좌표( Xn, Yn)와 데드레코닝 위치좌표를 각각 산출하고, 상기 산출된 두 위치좌표간의 차이에 비례하는 값으로 상기 GPS 신호 수신 단절 시간동안의 각 시점()에서의 데드레코닝 위치좌표를 보상하도록 설정될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시 예는, 지구상공 수만 km 궤도상의 항법위성으로부터 발사되는 GPS(global positioning system)신호를 수신하여 GPS 위치좌표를 산출(GPS 측위항법)하고, 상기 GPS 신호가 수신되지 않은 구간에서 차량의 이동거리와 이동방향을 측정하여 데드레코닝 위치좌표를 추정(데드레코닝 항법)하는 혼합항법시스템에서의 위치데이터 처리방법에 있어서, GPS 신호의 수신여부를 체크하여 GPS 신호 수신상태에서의 GPS 위치좌표를 산출하거나 또는 GPS 신호 수신 단절구간에서의 차량의 이동방향 및 주행거리 측정결과로부터 데드레코닝 위치좌표를 추정하는 제 1처리단계와, 상기 GPS 신호 수신 단절 이후 다시 GPS 신호의 수신이 재개되는지를 판단하여 GPS 신호 수신 재개 시점에서의 GPS 위치좌표와 데드레코닝 위치좌표를 각각 산출 및 추정하는 제 2처리단계와, 상기 GPS 신호 수신 재개 시점에서 각각 산출 및 추정된 두 위치좌표값으로 상기 GPS 신호 수신 단절 구간에서의 데드레코닝 위치좌표를 보상하여 차량의 위치좌표를 결정하는 제 3처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합항법시스템에서의 위치데이터 처리방법을 제공한다.
상기 본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 제 3처리단계는, 상기 GPS 신호 수신 재개 시점에서 각각 산출 및 추정된 두 위치좌표값을 이용하여 상기 GPS 신호 수신 단절 구간에서의 데드레코닝 위치좌표를 보상할 것인지에 대한 처리여부를 선택적으로 결정하기 위한 사용자 선택단계를 더 포함하여 구성할 수도 있다.
상기 본 발명의 또 다른 실시 예에서 상기 제 3처리단계는, 상기 GPS 신호 수신 재개시점(tn)에서 산출된 두 위치좌표간의 차이에 비례하는 값으로 상기 GPS 신호 수신 단절 시간동안의 각 시점()에서의 데드레코닝 위치좌표를 보상하여 차량의 위치좌표를 결정하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 혼합항법시스템의 간략한 구성을 나타낸 블록도
도 2는 상기 제어수단이 실행하는 위치데이터 보상방법을 설명하기 위하여 도시한 혼합항법 알고리즘의 일 실시 예 흐름도
도 3은 본 발명에 의한 보상결과를 설명하기 위한 참고도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 전원공급수단 20 : GPS 안테나
30 : GPS 수신수단 40 : 이동거리 측정수단
50 : 이동방향 측정 및 합성수단 60 : 제어수단
본 발명의 이들 목적과 특징 및 장점은 첨부 도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
이하에서의 본 발명은 지구상공 수만 km 궤도상의 항법위성으로부터 발사되는 GPS(global positioning system)신호를 수신하여 GPS 위치좌표를 산출하는 GPS측위항법과, GPS 신호가 수신되지 않은 구간에서 초기위치를 기준으로 차량의 이동방향과 이동거리를 측정한 결과로부터 차량의 위치좌표를 추정하는 추측항법인 데드레코닝 항법을 필요에 따라 적절하게 혼합 사용하는 혼합항법시스템 및 그 위치데이터 처리방법을 바람직한 실시 예로서 제안한다. 또한 GPS 항법 또는 데드레코닝 항법에서 사용되는 실제 위치좌표는 3차원이나, 알고리즘의 설명을 위해서는 위치좌표를 2차원으로 가정하여도 마찬가지이므로 이하의 위치좌표를 2차원으로 가정한다. 또한 이하의 본 명세서에서는 차량의 이동방향각 측정수단으로 자이로스코프를 사용하고, 상기 자이로스코프의 각 신호 수신단자에 차량의 이동거리 측정수단인 주행거리계와 GPS 신호 수신수단인 GPS 수신기를 연결하여 시리얼포트로 바이패스시킴으로써, 상기 자이로스코프의 시리얼포트에 차량의 이동거리 및 이동방향 측정결과와 GPS 수신신호가 함께 출력될 수 있도록 구성하고, 및 상기 자이로스코프의 시리얼 포트에 데드레코닝 항법에 의한 위치좌표를 추정을 담당하는 제어수단인 외부 컴퓨터를 연결하여 상기 자이로스코프와 제어수단 사이의 데이터 송수신에 의해 데드레코닝 위치좌표 및 GPS 위치좌표 추정 및 산출 또는 보상이 이루어지는 경우를 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시 될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 혼합항법시스템의 간략한 구성을 나타낸 블록도로서, 본 발명은 GPS 항법위성에서 송출되는 위성신호를 수신하는 GPS 안테나(20) 및 GPS 수신수단(30)과, 차량의 주행거리를 측정하는 이동거리 측정수단(40)과, 차량의 이동방향을 측정하고 상기 GPS 수신 및 이동거리 측정 결과를 입력으로 받아 출력 처리하는 이동방향 측정 및 합성수단(50)과, 상기 각 수단에 동작전원을 공급하는 전원공급수단(10)과, 상기 이동방향 측정 및 합성수단의 통신포트에 연결되는 제어수단(60)을 포함하여 구성할 수 있다.
상기 GPS 안테나(20) 및 GPS 수신수단(30)은 GPS 항법위성으로부터 송출되는 위성신호를 수신하여 자신의 위치좌표를 생성할 수 있는 기본적인 GPS 수신기로 구성할 수 있다.
상기 이동거리 측정수단(40)은 차량 주행 시에 발생되는 회전수를 연속적으로 측정하여 그 회전수 측정결과로부터 차량의 주행거리를 산출해내는 주행거리계(Odometer)로 구성할 수 있다.
상기 이동방향 측정 및 합성수단(50)은 하나 이상의 입력포트 또는 출력포트 또는 데이터 송수신이 동시에 가능한 통신포트(특히 시리얼 포트 또는 적외선 무선통신 포트)를 구비하고, 각각의 입출력포트를 이용하여 외부 신호를 입력받아 신호 처리하는 신호처리 경로 또는 입력상태 그대로 출력단자를 통해 내보내는 신호바이패스 경로를 지원할 수 있을 뿐만 아니라, 차량의 각변위량을 연속적으로 감지하여 그 각변위량 감지결과로부터 차량의 이동방향을 측정할 수 있는 자이로스코프(Gyroscope)로 구성할 수 있다. 특히 본 발명에서 자이로스코프는 상기 GPS 수신수단(30)으로부터 출력되는 GPS 신호 및 상기 이동거리 측정수단(40)으로부터 출력되는 이동거리 측정신호를 입력받을 수 있도록 상기 GPS 수신수단(30) 및 이동거리 측정수단(40)이 직접 연결되며, 그와 동시에 차량의 각변위량을 연속적으로 감지하여 그 각변위량 감지결과로부터 차량의 이동방향을 측정할 수 있도록구성되고, 또한 상기 바이패스 경로를 통해 상기 이동거리 측정신호 및/또는 상기 GPS 신호를 외부 기기로 바이패스시키도록 구성된다.
본 발명에서 상기 자이로스코프의 통신 포트에는 유선 통신을 가능하게 하는 통신 케이블(혹은 무선통신을 가능하게 하는 무선통신 지원수단도 가능함)을 통해 상기 제어수단(60)을 연결하여, 상기 제어수단이 상기 자이로스코프의 통신 포트를 통해 GPS 신호와 이동거리 측정신호와 이동방향 측정신호를 제공받을 수 있도록 한다.
여기서 상기 제어수단(60)은 GPS 신호를 이용하여 GPS 위치좌표를 산출하는 GPS 측위항법과 GPS 신호가 수신되지 않은 구간에서 초기위치를 기준으로 차량의 이동방향과 이동거리를 측정한 결과로부터 차량의 위치좌표를 추정하는 데드레코닝 항법을 필요에 따라 적절하게 혼합 사용하는 혼합 항법 알고리즘을 탑재한 외부 컴퓨터를 이용하여 독립적으로 구현될 수 있다.
또한 상기 제어수단(60)은 상기 자이로스코프의 통신 포트를 통해 전송되는 상기 GPS 신호의 수신여부를 체크하여 그 수신여부에 따라 선택적으로 GPS 신호 수신상태에서의 GPS 위치좌표를 산출하거나 또는 GPS 신호 수신 단절구간에서의 차량의 이동방향 및 주행거리 측정결과로부터 데드레코닝 위치좌표를 추정하고, 이후 상기 GPS 신호 수신 재개 시점을 판단하여 해당 시점에서의 GPS 위치좌표와 데드레코닝 위치좌표를 각각 산출 및 추정하여 상기 GPS 신호 수신 단절 구간의 데드레코닝 위치좌표를 보상하는 위치데이터 보상 알고리즘을 탑재하고, 해당 알고리즘 처리를 위한 내부 구동 로직을 프로그래밍할 수 있다.
도 2는 상기 제어수단이 실행하는 위치데이터 보상방법을 설명하기 위하여 도시한 혼합항법 알고리즘의 일 실시 예 흐름도로서, 상기 자이로스코프로부터 GPS 신호와 이동거리 측정신호와 이동방향 측정신호를 수신 받아 연산 처리하기 위한 여러 종류의 입력 변수 및 파라미터 등을 초기 설정하는 초기화단계(S11-S17)와, 상기 GPS 신호의 수신여부에 따라 GPS 항법에 의한 위치좌표를 산출하거나 또는 데드레코닝 항법에 의한 위치좌표를 추정하는 제 1처리단계(S18-S21)와, 상기 GPS 신호 수신 단절 이후 다시 GPS 신호의 수신이 재개되는 시점에서의 GPS 위치좌표와 데드레코닝 위치좌표를 각각 산출 및 추정하는 제 2처리단계(S22-S23)와, 상기 GPS 신호 수신 단절 구간에서 추정된 데드레코닝 위치좌표를 상기 두 위치좌표값을 이용하여 보상하는 제 3처리단계(S24)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 흐름도에서, 초기화단계(S11-S17)는 기존의 혼합항법 시스템에서 일반적으로 처리되는 과정과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하고, 본 발명의 핵심기술인 위치데이터 보상 알고리즘 부분에 대한 제 1처리단계 내지 제 3처리단계의 처리과정(S18-S24)을 상세히 설명하기로 한다.
상기 제 1처리단계는, GPS 신호의 수신여부를 체크하는 단계(S18)와, GPS 위성수와 위성분산지수(DOP)가 양호한 상태인지를 체크하는 단계(S19)와, 상기 체크결과 GPS 신호가 수신되고 위성수 및 위성 분산지수가 양호한 상태이면 GPS 신호를 이용하여 GPS 위치좌표를 산출하는 단계(S20)와, 상기 체크결과 GPS 신호가 수신되지 않거나, 혹은 GPS 신호가 수신되는 상태라 하더라도 위성수 및 위성 분산지수가 양호한 상태가 아니면 GPS 신호 수신 단절구간으로 인식하여 차량의 이동방향 및주행거리 측정결과로부터 데드레코닝 위치좌표를 추정하는 단계(S21)를 포함한다.
상기 제 2처리단계는, 상기 GPS 신호 수신 단절 이후 다시 GPS 신호의 수신이 재개되는지를 판단하는 단계(S22)와, 상기 판단 결과 GPS 신호가 다시 수신되면 그 시점에서의 GPS 위치좌표와 데드레코닝 위치좌표를 각각 산출 및 추정하는 단계(S23)를 포함한다.
상기 제 3처리단계는, 상기 GPS 신호 수신 재개 시점에서 각각 산출 및 추정된 두 위치좌표값을 이용하여 상기 GPS 신호 수신 단절 구간에서의 데드레코닝 위치좌표를 보상하는 단계(S24)로서, 특히 이 처리단계를 위하여 상기 제어수단은 위치데이터 보상 알고리즘 또는 함수를 기억한다.
여기서 상기 보상함수는, 임의의 GPS 신호 수신시점(t0)에서 산출된 GPS 위치좌표를 ( X0, Y0)라 하고, GPS 신호 수신 단절 구간의 각 시점()에서 추정된 데드레코닝 위치좌표를라 하며, GPS 신호 수신 재개 시점(tn)에서 산출된 GPS 위치좌표를 ( Xn, Yn)라 할 때,
상기 각 위치좌표의 상기 데드레코닝 위치좌표에 대하여,
(단,)로 수정할 수 있다.
상기 함수에서 보듯이 상기 제어수단은 상기 GPS 신호 수신 재개시점(tn)에서 산출된 두 위치좌표 간의 차이에 비례하는 값()으로 상기 GPS 신호 수신 단절 시간동안의 각 시점()에서의 데드레코닝 위치좌표를 새로운 위치좌표( Xk, Yk) 로 보상하여 최종적으로 차량의 위치좌표를 정확하게 결정할 수 있게 된다.
또한 상기 제 3처리단계는, 상기 GPS 신호 수신 재개 시점에서 각각 산출 및 추정된 두 위치좌표값을 이용하여 상기 GPS 신호 수신 단절 구간에서의 데드레코닝 위치좌표를 보상하는 단계(S24)를 실행할 것인지의 여부를 외부 사용자의 결정에 의해서 선택적으로 처리되도록 구성할 수 있다. 이 경우 상기 제 3처리단계는 상기 스텝 S24를 처리하기 이전에 사용자 선택여부를 체크하기 위한 판단단계(도면에서는 생략됨)를 더 추가하여, 사용자 선택(또는 지정된 시간 이내의 사용자 선택)이 있을 경우 상기 제어수단은 위치데이터 보상 단계를 처리한 후 좌표변환 체크루트로 진입하고, 그 이외의 경우는 상기 스텝 S24를 처리하지 않고 좌표변환 체크루트로 진입한다.
도 3에서는 보상되기 이전의 기존 데드레코닝 위치좌표들을 연결한 곡선(A)과, 상기와 같은 보상 알고리즘을 통하여 수정된 데드레코닝 항법 구간에서의 새로운 위치좌표들을 연결한 곡선(B)과, 상기 새로운 위치좌표와 기존 데드레코닝 위치좌표간의 차이값을 보다 정확하게 비교하여 도시하기 위한 새로운 위치좌표값의 기준선(C)을 도시하고 있다.
상기 도 3에서 보듯이, 상기 GPS 신호 수신 단절 시간동안의 각시점()에서의 데드레코닝 위치좌표는 상기 GPS 신호 수신 재개시점(tn)에서 산출된 GPS 위치좌표( Xn, Yn)와 데드레코닝 위치좌표간의 차이에 비례하는 값()으로 보상되는 것을 알 수 있다.
따라서, 데드레코닝 항법의 경우 시간이 지날수록 누적오차가 커지는 것을 고려할 때, 본 발명에 의한 위치좌표 보정결과는 도 3에서 보는 바와 같이 기존 결과에 비해 훨씬 정확한 위치값을 가진다는 것을 알 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 동작 및 그에 따른 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제어수단이 어느 시점 t0에서 GPS 수신기에서 수신한 GPS 신호로부터 얻은 위치좌표를 ( X0, Y0)라 하고, 이후 계속하여 일정한 시간 동안 위성신호 수신상태가 나빠서 데드레코닝 항법을 이용하여 위치좌표를 상기 일정한 시간동안의 각 시점에서 순차적으로과 같이 얻었다고 가정하자. 이제 시점 tn에서 다시 위성신호 수신상태가 양호해져서 GPS 수신기에서 수신한 GPS 신호로부터 위치좌표값이 ( Xn, Yn)으로 얻어졌다고 가정하자.
그러면, 기존의 GPS 항법과 데드레코닝 항법 혼합 시스템에서는 다음과 같이 결과물을 순차적으로 산출하게 된다.
그런데 이때 본 발명에서는 기존의 결과물을 위치데이터 보상함수를 이용하여 다음과 같이 보정한다.
즉, 데드레코닝 항법에 의한 위치좌표는 상기 위성신호 수신 재개 시점 tn에서도 여전히 얻을 수 있으므로, 데드레코닝 항법에 의한 위치좌표를이라 하면, 본 발명에서 보정된 결과는 다음과 같다.
(단)
여기서 상기 본 발명의 보정함수에 각 시점에서의 비례상수 k/n값을 대입하여 보면, 도 3에서 이미 설명된 바와 같이, 양 끝 시점( X0, Y0)( Xn, Yn)에서의 새로운 위치좌표는 GPS 항법에 의해 GPS 신호로부터 산출된 위치좌표와 그 결과가 같음을 알 수 있으나, 데드레코닝 항법에 의한 위치좌표 추정시점에서의 새로운 위치좌표는 각 시점에서의 비례상수값에 의존하여 상기 데드레코닝 항법에 의한 위치좌표값으로부터 달라지게 된다.
즉, 상기 본 발명에 의한 위치데이터 보정알고리즘 또는 보정함수에 의한 처리결과는 보정 시작 시점에 가까울수록 데드레코닝 결과와 유사한 위치좌표를 얻을 수 있고, 보정 끝 시점에 가까울수록 GPS 위치 산출값에 가까운 위치좌표값을 얻을 수 있게 된다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시 예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
따라서 본 발명에 의하면, 전체적으로 외부에 연결된 컴퓨터가 모든 자료를 전송 받아서 처리하므로 자료의 후처리가 가능하게 되어 데드레코닝 항법이 가능한 고가의 GPS 수신기를 사용할 필요성을 제거할 수 있으므로, 모든 종류의 GPS 수신기를 사용하는 것이 가능하게 하여, 사용자로 하여금 선택의 폭을 넓힐 수 있고 가격이 싼 GPS 수신기를 사용할 수 있게 되어 보다 경제적인 시스템을 구축할 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명에 의하면, 기존의 GPS 항법과 데드레코닝 항법을 혼합한 시스템에서보다 훨씬 정확한 위치산출을 할 수 있게 되는 이점이 있다.

Claims (11)

  1. 지구상공 수만 km 궤도상의 항법위성으로부터 발사되는 GPS(global positioning system)신호를 수신하여 GPS 위치좌표를 산출(GPS 측위항법)하고, 상기 GPS 신호가 수신되지 않은 구간에서 차량의 이동거리와 이동방향을 측정하여 데드레코닝 위치좌표를 추정(데드레코닝 항법)하는 혼합항법시스템에 있어서,
    상기 GPS 신호 수신 재개 시점에서 GPS 위치좌표와 데드레코닝 위치좌표를 각각 산출 및 추정하고, 상기 산출 및 추정된 위치좌표를 이용하여 상기 GPS 신호 수신 단절구간의 각 시점에서 추정된 데드레코닝 위치좌표를 보상하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 혼합항법시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어수단은,
    상기 GPS 신호 수신 재개시점(tn)에서의 GPS 위치좌표( Xn, Yn)와 데드레코닝 위치좌표를 각각 산출하고, 상기 산출된 두 위치좌표간의 차이에 비례하는 값으로 상기 GPS 신호 수신 단절 시간동안의 각 시점()에서의 데드레코닝 위치좌표를 보상하는 위치데이터 보상함수에 의해 차량의 위치좌표를 결정하는 것을 특징으로 하는 혼합항법시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 위치데이터 보상함수는,
    임의의 GPS 신호 수신시점(t0) 및 GPS 신호 수신 재개 시점(tn)에서 각각 산출된 GPS 위치좌표를 ( X0, Y0)( Xn, Yn)라 하고,
    상기 GPS 신호 수신 단절 시간 동안의 각 시점()에서 추정된 데드레코닝 위치좌표를라 할 때,
    상기 각 위치좌표의 데드레코닝 위치좌표에 대한 보상좌표( Xk, Yk) 에 대하여,
    (단,)로 표현되는 것을 특징으로 하는 혼합항법시스템.
  4. 지구상공 수만 km 궤도상의 항법위성으로부터 발사되는 GPS(global positioning system)신호를 수신하여 GPS 위치좌표를 산출(GPS 측위항법)하고, 상기 GPS 신호가 수신되지 않은 구간에서 차량의 이동거리와 이동방향을 측정하여 데드레코닝(Dead-Reckoning) 위치좌표를 추정(데드레코닝 항법)하는 혼합항법시스템에 있어서,
    차량의 각변위량을 감지결과로부터 차량의 이동방향을 측정하여 출력하며, 상기 이동방향 측정신호와 상기 이동거리 측정신호 및/또는 상기 GPS 신호를 외부 기기로 바이패스시키기 위한 데이터 송수신경로를 지원하는 이동방향 측정 및 합성수단;
    상기 이동방향 측정 및 합성수단으로부터 전송되는 상기 GPS 수신신호 및/또는 상기 이동방향 측정신호와 이동거리 측정신호를 이용하여 선택적으로 GPS 위치좌표를 산출하거나 또는 데드레코닝 위치좌표를 추정하고, 상기 GPS 신호 수신 재개 시점의 GPS 위치좌표와 데드레코닝 위치좌표를 각각 산출 및 추정하여 상기 GPS 신호 수신 단절 구간의 데드레코닝 위치좌표를 보상하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합항법시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제어수단은,
    상기 이동방향 측정 및 합성수단으로부터 출력되는 이동방향 산출결과와 상기 GPS 수신결과와 상기 주행거리 측정결과를 입력신호로 하여, 상기 GPS 신호에 의해 차량의 GPS 위치좌표를 산출하거나 또는 GPS 신호 수신 단절 구간에서 상기 이동방향 및 이동거리 산출결과에 의해 데드레코닝 위치좌표를 추정하고, 상기 GPS 신호 수신 재개 시점에서 GPS 위치좌표와 데드레코닝 위치좌표를 각각 산출 및 추정하며, 상기 GPS 신호 수신 재개 시점에서의 두 위치좌표로 상기 GPS 신호 수신 단절 구간에서의 데드레코닝 위치좌표를 보상하여 차량의 위치좌표를 결정하는 위치데이터 보상 알고리즘을 탑재한 것을 특징으로 하는 혼합항법시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 위치데이터 보상알고리즘은,
    상기 GPS 신호 수신 재개시점(tn)에서의 GPS 위치좌표( Xn, Yn)와 데드레코닝 위치좌표를 각각 산출하고, 상기 산출된 두 위치좌표간의 차이에 비례하는 값으로 상기 GPS 신호 수신 단절 시간동안의 각 시점()에서의 데드레코닝 위치좌표를 보상하는 것을 특징으로 하는 혼합항법시스템.
  7. 제 5에 있어서, 상기 위치데이터 보상 알고리즘은,
    임의의 GPS 신호 수신시점(t0)에서 산출된 GPS 위치좌표를 ( X0, Y0)라 하고,
    GPS 신호 수신 단절 구간의 각 시점()에서 추정된 데드레코닝 위치좌표를라 하며,
    GPS 신호 수신 재개 시점(tn)에서 산출된 GPS 위치좌표를 ( Xn, Yn)라 할 때,
    상기 각 위치좌표의 상기 데드레코닝 위치좌표를
    (단,)로 보상하는 것을 특징으로 하는 혼합항법시스템.
  8. 지구상공 수만 km 궤도상의 항법위성으로부터 발사되는 GPS(global positioning system)신호를 수신하여 GPS 위치좌표를 산출(GPS 측위항법)하고, 상기 GPS 신호가 수신되지 않은 구간에서 차량의 이동거리와 이동방향을 측정하여 데드레코닝 위치좌표를 추정(데드레코닝 항법)하는 혼합항법시스템에서의 위치데이터 처리방법에 있어서,
    GPS 신호의 수신여부를 체크하여 GPS 신호 수신상태에서의 GPS 위치좌표를 산출하거나 또는 GPS 신호 수신 단절구간에서의 차량의 이동방향 및 주행거리 측정결과로부터 데드레코닝 위치좌표를 추정하는 제 1처리단계;
    상기 GPS 신호 수신 단절 이후 다시 GPS 신호의 수신이 재개되는지를 판단하여, GPS 신호 수신 재개 시점에서의 GPS 위치좌표와 데드레코닝 위치좌표를 각각 산출 및 추정하는 제 2처리단계;
    상기 GPS 신호 수신 재개 시점에서 각각 산출 및 추정된 두 위치좌표값으로 상기 GPS 신호 수신 단절 구간에서의 데드레코닝 위치좌표를 보상하여 차량의 위치좌표를 결정하는 제 3처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합항법시스템에서의 위치데이터 처리방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제 3처리단계는,
    상기 GPS 신호 수신 재개 시점에서 각각 산출 및 추정된 두 위치좌표값을 이용하여 상기 GPS 신호 수신 단절 구간에서의 데드레코닝 위치좌표를 보상할 것인지에 대한 처리여부를 선택적으로 결정하기 위한 사용자 선택단계를 더 포함하여, 사용자 선택에 의해 상기 GPS 신호 수신 단절 구간에서의 데드레코닝 위치좌표를 보상하는 것을 특징으로 하는 혼합항법시스템에서의 위치데이터 처리방법.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 상기 제 3처리단계는,
    상기 GPS 신호 수신 재개시점(tn)에서 산출된 두 위치좌표간의 차이에 비례하는 값으로 상기 GPS 신호 수신 단절 시간동안의 각 시점()에서의 데드레코닝 위치좌표를 보상하는 보상함수에 의해 차량의 위치좌표를 결정하는 것을 특징으로 하는 혼합항법시스템에서의 위치데이터 처리방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 보상함수는,
    임의의 GPS 신호 수신시점(t0)에서 산출된 GPS 위치좌표를 ( X0, Y0)라 하고,
    GPS 신호 수신 단절 구간의 각 시점()에서 추정된 데드레코닝 위치좌표를라 하며,
    GPS 신호 수신 재개 시점(tn)에서 산출된 GPS 위치좌표를 ( Xn, Yn)라 할 때,
    상기 각 위치좌표의 상기 데드레코닝 위치좌표에 대하여,
    (단,)로 표현되는 것을 특징으로 하는 혼합항법시스템에서의 위치데이터 처리방법.
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