KR100516320B1 - 위치 결정용 위성 수신기를 구비한 위치 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나의 하우징 내에 위성 수신기, 방향 센서인 회전 속도 센서, 거리 센서인 가속도계가 배치된 위치 센서에 관한 것이다. 이들 센서의 신호는 하나의 공동 필터에 전달되므로, 위치 센서의 출력에서 위치, 이동 속도 및/또는 이동 방향에 관한 데이터가 픽업될 수 있다. 개별 센서들을 컴팩트하게 배열하므로써, 예를 들어 필터와 같은 개별 소자들을 여러번 사용할 수 있다.

Description

위치 결정용 위성 수신기를 구비한 위치 센서{Position detector with satellite signal receiver}

본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 위치 결정용 위성 수신기를 구비한 위치 센서에 관한 것이다.

특히, 차량의 위치를 결정하기 위해 위치 측정 및 네비게이션 시스템을 사용하는 것은 이미 공지되어 있다. 네비게이션 시스템에는 종종 주행 방향과 주행된 거리를 결정하기 위한 센서들이 접속된다. 또한 차량의 절대 위치를 결정하기 위해서, 예를 들어 GPS 시스템(범용 지구 측위 시스템)으로 공지되어 있는 위성 수신기가 사용될 수 있다.

그러나 차량에 방향 센서 및 거리 센서를 조립하는 것은 비교적 복잡하다. 한편 GPS 수신기에 의해 위치를 결정하는 것은 비교적 부정확하며, 그 결과 복잡한 도로망에서 항상 정확한 위치가 결정될 수는 없다.

또한 건물이 많은 도시 구역에서는 GPS 위성이 충분히 수신될 수 없기 때문에, 위성 수신을 기초로 하는 위치 결정이 항상 만족스럽지는 않다. 그 뿐만 아니라 위성 수신기의 신호와 방향 센서 및 거리 센서의 신호는 상응하는 필터에 의해 처리되어야 하므로, 위치 결정은 불확실할 뿐만 아니라 복잡하다.

본 발명의 실시예를 도면에 도시하며 이하의 설명을 통하여 상세히 설명한다.

도 1은 공지된 위치 측정 네비게이션 시스템의 블록 회로도.

도 2는 본 발명에 따른 실시예를 나타내는 도면.

독립 청구항의 특징을 가진 본 발명에 따른 위치 센서는 상술한 바에 비하여 위치 센서의 동일한 하우징 내에 센서들을 설치하므로써 매우 컴팩트한 구성을 이룰 수 있다는 장점을 가진다. 이를 통하여 조립 비용뿐만 아니라 제조 비용도 줄일 수 있다. 컴팩트 구성 방식을 통하여, 예를 들어 필터와 같은 신호 평가용 개별 소자들이 여러번 사용될 수 있으며, 그 결과 위치 센서를 위한 제조 비용을 추가로 줄일 수 있다는 점이 특히 바람직하다. 위치 센서의 출력에서의 호환성 데이타 포맷에 의해 종래의 위성 수신기가 대체될 수 있다.

바람직하게는, 종속 청구항에 기재된 특징을 통하여 독립 청구항에 제시된 위치 센서의 바람직한 실시와 개선이 가능하다. 특히 바람직하게 위성 수신기로서 GPS 및/또는 GLONASS 시스템이 사용되는데, 그 이유는 상기 시스템들이 이미 설치되어 있으며 일부가 일반인의 사용에 대해 허가되어 있기 때문이다.

거리 센서 또는 방향 센서로서의 하나 이상의 가속도 센서 및/또는 회전 속도 센서(자이로 센서)의 사용은, 이 센서들이 차량의 신호 제너레이터와 무관하게 위치 센서의 하우징 내에 설치될 수 있기 때문에 바람직하다. 이로 인하여 추가의 외부 차량 설비와 커넥터가 생략될 수 있다.

기압 고도계 또는 온도 센서의 추가 사용을 통하여 위치 결정의 정확도가 모니터링될 수 있으며 개선될 수 있다. GPS 위성 신호를 충분히 수신하면 고도 결정도 가능하기 때문에, 기압 고도계의 측정값과의 비교를 통하여 위치 결정이 보정(calibrate)될 수 있다. 또한 사용된 부품의 작동 정확성은 주위 온도에 의존하기 때문에 에러들은 온도 센서에 의해 바람직하게 보상될 수 있다.

센서 신호의 매우 불리한 수신 조건에서도 위치 결정을 가능하게 하기 위해서 또는 센서, 예를 들어 가속도 센서를 보정하기 위해서, 타코미터가 접속되는 것이 바람직하다. 이때 타코미터는 차량에 제공된, 거리에 대한 신호 제너레이터이며, 그 신호는 가속도 센서의 보정을 위해 추가로 사용될 수 있다.

공동 위치 필터에 개별 센서들을 함께 접속하므로써 각각의 개별 센서를 위해 필요한 추가의 부품이 필요없게 된다. 이때 센서 신호가 우선 순위 팩터로 가중됨으로써, 예컨대 위성 신호가 충분히 수신될 수 있을 만큼 GPS 수신기를 통한 위치 결정이 가장 높은 우선 순위를 가지는 것이 특히 바람직하다. 이에 반해, 예를 들어 터널에서 위성 신호가 더 이상 수신될 수 없으면, 거리 센서와 방향 센서가 가장 높은 우선 순위를 얻는다. 그 경우 우선 순위는 위성 신호가 충분한 품질로 다시 수신될 수 있을 때까지 유지된다.

특히 바람직하게는, 위치 필터로서 칼만 필터가 제공된다. 이 필터에서는 개별 센서들의 에러가 서로 보상되므로 위치 측정 결과가 개선된다.

도 1은 GPS 수신기(1), 방향 센서로서의 자기 컴퍼스(3), 거리 센서(4), 예컨대 휠 센서와 함께 차량에 구성된 공지의 위치 시스템을 도시한다. 이때 GPS 수신기(1)는 수신된 위성 신호로부터 위치를 결정하기 위한 위치 필터(6)를 가진다. 센서의 신호는 컴퓨터(5)에 접속되며, 컴퓨터의 출력(9)에서는 위치 또는 위치 데이터가 픽업될 수 있다.

GPS 수신기(1) 및 개별 센서(3, 4)들과 컴퓨터(5)는 상이한 하우징 내에 설치되며, 개별 하우징은 차량의 각각의 적절한 위치에 고정된다.

도 2는 본 발명에 따른 위치 센서(10)의 실시예를 도시하며, 그 하우징(11)내에는 위성 신호 수신기(1)가 방향 센서(3) 및 거리 센서(4)와 함께 컴팩트 유닛으로 배치된다. 거리 센서는 예컨대 집적된 회전 속도 센서(자이로 센서)로서 형성된다. 자이로 센서는 공지되어 있으므로 상세하게 설명하지 않는다. 거리 센서(4)로서 가속도계가 제공되며, 가속도계의 신호로부터 주행된 거리가 적분을 통하여 계산될 수 있다. 센서들의 출력들은 하나의 위치 필터(6)에 접속된다. 상기 위치 필터(6)는 바람직하게 칼만 필터로서 형성된다.

위치 데이터의 유효성을 더욱 향상시키기 위해서, 온도 센서(12) 및/또는 기압 고도계(7)가 제공될 수 있다. 그 출력들도 위치 필터(6)에 접속된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 거리 센서로서 타코미터(14)가 제공되며, 그 신호는 외부 단자를 거쳐 마찬가지로 위치 필터(6)에 안내된다. 추가로, 안테나(2)가 위성 수신기(1)에 제공된다. 위치 필터(6)는 개별 센서들의 신호로부터 순시 차량 위치, 주행 방향, 거리를 계산하며, 이 데이터들을 호환성 데이타 포맷으로 출력(9)에 제공한다.

칼만 필터는 시스템 다이나믹, 프로세스 및 측정 잡음의 추계 데이터, 초기 정보로부터 시스템 상태의 평가를 최소 평가 에러로 제공하는 최적 필터이다. 상세한 설명은 로베르트 그로버 브라운, 파트릭크 와이. 시. 황; 존 윌리와 선, 인코포레이티드; 뉴욕 1992의 "랜덤 신호와 응용 필터링에 대한 소개"에 기재되어 있다.

이하에서 장치의 작동 방식을 상세하게 설명한다. 위치 필터(6)는 모든 접속된 센서들과 신호 제너레이터의 신호를 처리하도록 설계된다. 위치 필터는 칼만 필터로서 형성되며, 접속된 센서들의 개별 에러 신호를 보상할 수 있으므로 가능한 최대 확률로 실제 위치가 출력된다.

위성 수신기(1)의 신호와 방향 센서(3) 및 거리 센서(4)의 신호가 에러를 가지며 특히, 방향 센서(3) 및 거리 센서(4)의 에러가 축적되기 때문에, 가급적 신뢰할만한 위치를 결정하기 위해서 본 발명에 따른 장치에 의해 에러를 최소화하게 된다. 본 발명의 중요한 사상은 개별 소자의 신호들이 우선 순위 팩터로 가중된다는 것이다. 상기 가중된 신호는 추측 네비게이션(dead-reckoning navigation)의 규칙에 따라 평가될 수 있다. 예를 들어, GPS 위성이 충분히 수신될 수 있으면, 위성 수신기(1)의 위치 결정은 최고 우선 순위, 예컨대 팩터 1을 얻는 반면, 방향 센서(3)와 거리 센서(4)는 팩터 0을 얻는다. 수신 상태가 좋지 않을 때, 예를 들어 건물이 많은 도시 구역에서 또는 터널에서 위성 수신이 방해 받으면, GPS 위성 수신기(1)는 가장 낮은 우선 순위 팩터, 예를 들어 0을 얻는다. 위치 필터(6)가 자이로 센서(3) 및 가속도 센서(4)에 의해 얻어진 위치 데이터를 위성 수신기(1)의 위치 데이터와 함께 연속적으로 피드백 및 비교하기 때문에, GPS 신호가 제공되지 않을 때도 차량 위치가 검출될 수 있다. 이 경우에, 자이로 센서(3)와 가속도 센서(4)는 최고 우선 순위, 예를 들어 값 1을 얻는다. 위성이 다시 충분하게 수신될 수 있으면, 마지막 위치는 위성 수신기(1)에 의해 결정된 위치와 비교되며 필요한 경우에 보정된다. 수신 질에 의존하는 우선 순위 팩터의 가중에 의해 위치의 높은 정확도가 얻어진다. 따라서 개별 센서(3, 4)들이 서로 모니터링되므로 개별 센서 자체의 정확도는 그리 중요하지 않다. 자이로 센서(3)와 가속도 센서(4)가 제한된 거리에서만 사용되기 때문에, 바람직하게는 이 센서들의 축적된 에러도 제한된다. 이로써 정확도가 약간 떨어지지만 저렴한 상용 자이로 센서가 자이로 센서로서 사용될 수 있는데 이는, 위치 데이터의 계산을 위해 GPS 위성 수신기(1)의 보다 정확한 측정 데이터가 제공될 수 없는 경우만 상기 센서의 데이터가 가중되기 때문이다.

온도 센서(12) 및/또는 기압 고도계(7)를 사용하므로써, 위치 결정에 대해 추가 최적화가 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는 거리 센서인 타코미터(14)의 신호도 사용된다. 가속도 센서(4)의 사용시, 복합 가속도 벡터로부터 거리 정보 및 방향 정보를 직접 얻기 위해 가속도는 3 개의 상호 수직 공간축에서 검출된다. 이 경우에 방향 정보를 발생시키기 위한 자이로 센서의 사용은 생략될 수 있다.

자이로 센서(3)와 가속도 센서(4)가 마이크로 메카닉 부품으로서 바람직하게 반도체칩 상에 구성되면, 이들은 기판 상의 집적 회로나 모듈로서 공간 절약 방식으로 구현될 수 있다.

호환성 데이터 출력 포맷을 통해, 기존 GPS 수신기(1)가 추가 비용 없이 본 발명에 따른 위치 센서(10)로 교체될 수 있다는 장점이 얻어진다.

Claims (11)

1. 위치 결정을 위한 위성 수신기를 구비하며, 동일한 하우징(11) 내에 적어도 하나의 방향 센서(3)와 거리 센서(4)가 배치된, 위치 결정용 위성 수신기를 구비한 위치 센서에 있어서,

   위성 신호 수신기(1)가 상기 동일한 하우징(11) 내에 장착되며, 상기 방향 센서(3)와 상기 거리 센서(4)의 출력 신호는 상기 위성 수신기(1)의 위치 필터(6)에 접속될 수 있고, 상기 부품(1, 3, 4)들의 신호들은 우선 순위 팩터로 가중되며, 상기 우선 순위 팩터는 상기 신호들의 유효성에 따라 가중되고, 상기 위치 센서(10)는 위치, 이동 속도 또는 이동 방향에 대한 데이터가 상기 위치 센서(10)의 출력(9)에 출력될 수 있도록 형성되며, 출력 가능한 데이터는 호환성 데이타 포맷으로 픽업될 수 있는 것을 특징으로 하는 위치 결정용 위성 수신기를 구비한 위치 센서.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 위성 수신기(1)는 GPS 위성 또는 GLONASS 위성을 수신하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 위치 결정용 위성 수신기를 구비한 위치 센서.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 거리 센서(4)는 가속도 센서인 것을 특징으로 하는 위치 결정용 위성 수신기를 구비한 위치 센서.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방향 센서(3)는 회전 속도 센서(자이로 센서)인 것을 특징으로 하는 위치 결정용 위성 수신기를 구비한 위치 센서.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 하우징(11) 내에는 기압 고도계(7)가 배치되며, 상기 기압 고도계의 출력은 상기 위치 필터(6)에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 위치 결정용 위성 수신기를 구비한 위치 센서.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 하우징(11) 내에는 온도 센서(12)가 배치되며, 상기 온도 센서의 출력은 상기 위치 필터(6)에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 위치 결정용 위성 수신기를 구비한 위치 센서.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 하우징(11)에는 외부 센서 특히, 타코미터(14)가 연결될 수 있으며, 그 신호는 외부 단자를 거쳐 상기 위치 필터(6)에 안내될 수 있는 것을 특징으로 하는 위치 결정용 위성 수신기를 구비한 위치 센서.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 위치 필터(6)는 칼만 필터인 것을 특징으로 하는 위치 결정용 위성 수신기를 구비한 위치 센서.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 위치 센서(10)는 차량용 네비게이션 시스템에 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 위치 결정용 위성 수신기를 구비한 위치 센서.
10. 제 3 항에 있어서, 상기 가속도 센서(4)는 3 개의 축에서 가속도를 검출하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 위치 결정용 위성 수신기를 구비한 위치 센서.
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