KR100541485B1

KR100541485B1 - 차량 항법 유도 시스템 및 이를 이용한 차량 항법 유도방법

Info

Publication number: KR100541485B1
Application number: KR1020020061006A
Authority: KR
Inventors: 김형진
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2006-01-10
Also published as: KR20040031871A

Abstract

본 발명은 차량 항법을 유도하기 위하여 GPS 위성, 자이로 센서 및 스피드미터를 이용하여 장치 부담을 줄이면서, 차량 항법 유도의 정밀도를 높인 차량 항법 유도 시스템 및 이를 이용한 차량 항법 유도방법을 개시한다. 개시된 본 발명은 지리 정보와, 교통 정보를 공급하는 원거리 경로 탐색 서버; 상기 원거리 경로 탐색 서버로부터 차량 항법 유도 장치에 정보를 공급하기 위한 통신 서버; 차량의 위치를 정보를 공급하는 GPS 위성; 및 상기 통신 서버로부터 지리 정보와, 교통 정보를 수신하는 탐색 경로 수신부와, 상기 GPS 위성으로부터 차량의 위치 정보를 수신하는 차량 위치 정보 수신부와, 상기 차량의 자체 내장되어 있는 지리 정보 공급부, 차량 경로 탐색부와, 상기 차량 위치 정보 수신부로부터 주기적으로 차량 주행 정보를 추출하는 차량 주행 정보 추출부와, 상기 탐색 경로 수신부, 차량 위치 정보 수신부, 지리 정보 공급부 및 차량 경로 탐색부를 이용하여 차량을 유도하는 경로 안내/이탈 판단부로 구성된 차량 항법 유도장치; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

차량, 항법, GPS, 자이로, 스피도미터, 칼만 필터,

Description

차량 항법 유도 시스템 및 이를 이용한 차량 항법 유도방법{NAVIGATION GUIDANCE FOR CAR AND METHOD FOR CAR NAVIGATION GUIDANCE USING THE SAME}

도 1은 일반적으로 사용되는 GPS를 이용한 차량 항법 시스템을 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따라 차량 항법 유도 시스템의 구조를 도시한 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 차량 항법 유도 시스템의 자립 항법 장치의 자이로 출력값을 구하기 위한 시스템.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 자이로 동적 특성에 따른 자이로 노미널 전압 보정 방법을 설명하기 위한 플로 챠트.

도 6은 본 발명에 따른 자이로 스케일 펙터 보정방법을 설명하기 위한 플로챠트.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

20: 차량 항법 유도장치 21: 경로 안내/이탈 판단부

22: 탐색 경로 수신부 23: 경로 탐색부

24: 지리 정보 공급부 25: 차량 위치 정보 수신부

26: 차량 주행 정보 추출부 31: 경로 탐색 서버

33: 통신 서버 35: GPS 위성

본 발명은 차량 항법 유도 시스템 및 차량 항법 유도방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 차량에 별도의 유도 장비를 추가하지 않고, 차량 항법 유도의 정밀도를 높일 수 있는 차량 항법 유도 시스템 및 차량 항법 유도방법에 관한 것이다.

일반적으로 전형적인 네비게이션(Navigation) 시스템은 표시화면에 표시되는 지도 상에 위치측정장치(Global Positioning System: 이하 'GPS'라 칭함)로부터 수신된 정보를 이용하여 계산된 이동체의 현재위치를 표시하여 준다.

또한 상기 네비게이션 시스템은 이동체의 진행 방향, 가고자 하는 목적지까지의 거리, 이동체의 현재 이동속도, 운전자가 주행 전에 설정한 경로, 목적지까지의 최적 경로 등을 표시하여 주는 등 주행에 필요한 각종의 정보를 운전자에게 제공한다.

이러한 차량 주행을 유도하는 네비게이션 시스템(혹은 GPS 위치 장치)은 현재 선박, 항공기, 자동차 등과 같은 각종의 이동체들에 탑재되어 이동체의 현재위치와 이동속도를 확인하거나 이동경로를 결정하기 위해 널리 이용되고 있다.

특히, 상기 네비게이션 시스템은 이동체의 현재 위치를 GPS에 속하는 복수개의 인공 위성으로부터 위도, 경도, 고도 등을 나타내는 전파를 수신하여 연산한 후 이 현재 위치가 포함되는 지도 정보를 운전자에게 시각적으로 표시시켜 주거나 청각적으로 알려준다.

도 1은 일반적으로 사용되는 GPS를 이용한 차량 항법 시스템을 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 위치 추적을 위한 네비게이션 시스템은 CD ROM 등에 수록된 도로 지도 데이터부(1)를 표시부(5)에 디스플레이하고, GPS 수신부(7)로부터 얻은 신호와 센서부(11)로부터 얻은 신호를 하이브리드 방식(Hybrid Type)으로 계산하여 차량의 현재 위치를 상기 표시부(5) 상에 휘점으로 표시하는 방식이다.

상기 GPS 수신부(7)와 CPU(3)는 인공 위성(9)으로부터 발사된 전파의 도달시간을 계측하여 위성으로부터의 거리를 계산함으로써 차량의 위도와 경도를 제공한다.

그러나, 대도시의 빌딩 숲이나 터널 내부 등에서는 전파의 수신이 불가능하므로,GPS 방식 외에 다른 센서를 추가로 사용하여 차량의 현재위치를 측정하게 된다. 이러한 센서로서, 차량의 진행방향을 측정하기 위한 앵귤러 센서와 주행거리를 측정하기 위한 차륜회전 센서가 사용된다. 상기 앵귤러 센서로 부터 얻어진 차체의 각속도를 적분하면 차량의 진행 방향이 얻어지게 된다.

상기 CPU(3)는, 앵귤러 센서로 부터 얻은 각속도를 적분하여 차량의 진행방향(θ)을 얻고 차륜 회전 센서로부터는 차량의 이동거리를 전송받아, 차량의 위치 좌표(X, Y)를 계산하고, 그 결과를 상기 표시부에 디스플레이 한다.

상기 CPU(3)에서는 차량의 시동후 출발 전까지 일정 시간 동안 센서의 특성 오차(ΔG)를 측정하고, 측정된 특성 오차(ΔG)를 이용하여 센서의 각속도를 보정한 다.

일반적으로 차량에 시동이 걸리면 약간의 시간동안 워밍 업을 하게되므로, 차량은 정지한 상태로 있게 된다. 이러한 정지 상태에서 센서가 검출하는 각속도는 0이 되어야 하는데, 이때 검출된 각속도가 0 이 아닌 경우 이 값을 특성오차(ΔG)로 정의하고, 추후 검출되는 센서의 각속도에서 이 값만큼을 빼면 센서의 측정값이 보정된다.

그리고 센서에 의한 차량 항법 보정 방법에는 차량이 주행중인가를 판단한 다음, 주행 중인 차량에 대한 하이브리드(Hybrid) 방식에 의하여 차량의 위치를 계산한다.

통상적으로 차량 주행 시에 적용되는 하이브리드 방식은, 센서의 각속도를 적분하는 진행방향(θ) 및 거리측정 센서의 진행거리에 의한DR(Dead Reckoning ; 비천측 위치측정)방식과 위성과의 거리에 의한 GPS 방식을 혼합하여 차량의 위치를 계산하고, 이를 표시부(5) 상에 디스플레이된 도로 지도에 매칭시켜 좌표 형태로 표시한다.

상기에서 GPS를 이용한 차량 위치 추적 뿐만 아니라 차량의 자체 내에서 이동하는 위치와 거리를 판단할 수 있는 자립 항법 장치가 사용되었는데, 상기 자립 항법 장치는 차량의 주행 각도, 속력을 이용하여 주행에 따른 기준 점에 대한 차량의 상대적 위치를 계산하기 때문에 입력의 정밀도가 상기 자립 항법 장치의 위치를 파악하는데 중요한 자료가 된다.

상기의 자립 항법 장치에 입력되어 차량의 주행 각도와 속력을 판단하는 중 요한 장치는 자이로(Gyro)와 스피드 신호(Speed Signal)인데, 이중에서 온도 특성, 기하학적 특성에 영향을 받는 자이로에서 발생하는 신호는 상기 자립 항법 장치의 정밀도에 큰 영향을 미친다.

상기 자이로에서 사용되는 계수는 자이로 노미널 전압(Gyro Nominal Voltage), 자이로 스케일 펙터(Gyro Scale Factor), 자이로 온도 특성(Gyro Temperature Characteristics)이 있다.

상기에서 나타낸 자이로 계수의 보정을 위해서 종래에는 Gyro 출력을 보정하기 위해 자이로 노미널 전압과 자이로 스케일 펙터를 칼만 필터(Kalman Filter)로 보정하였다. 이때, 상기 보정을 위한 방법은 자이로(Gyro) 출력에 대한 급격한 추정 오류가 없다는 가정 하에서 점진적인 보정을 수행하는 단점을 내재하고 있다.

이러한 단점을 보완하기 위하여 필터링을 통하여 누적된 오차를 상쇄시키는 방법과 영 속도 보정을 이용하여 차량 정지 시점에서 측정된 자이로 출력의 평균을 이용하여 자이로의 노미널 전압을 보정할 수 있도록 대한민국 특허출원 제 1997-0026015호로 제안하였다.

그리고, 이러한 특허출원에서 영 속도 보정을 이용하는 방법에 추가적으로 온도 특성에 따른 자이로 값을 반영하여 차후 보정을 위한 기록을 수행하는 방법을 미국 특허 US 6374190 B2로 제안되었다.

상기에서 제시한 대한민국 특허와 미국 특허는 누적되는 오차를 정확한 값으로 보정할 수 있는 장점이 있다.

그러나, 상기에서 제안된 특허들은 모두 정지 상태에서의 누적 오차를 보정 할 수 있도록 하였기 때문에, 실제 차량이 이동 중인 상태에서는 자이로 동작 특성들이 변동하기 때문에 차량의 항법 유도시 많은 오차를 발생시켰다.

즉, 정지 상태에서 자이로 특성을 보정함으로써 자립 항법 장치에 정밀한 입력값을 인가하여 보다 정밀한 위치 추적을 할 수 있도록 하였으나, 이동 중에 자이로의 출력 값이 변동하여 오차를 유발하게 된다.

또한, 정밀한 항법 측정을 위한 자이로 계수 값들 중에서 회전 방향에 대한 자이로 스케일 펙터에 대한 정보에 대하여는 아무런 보정이 없어 보다 정밀한 차량 항법 시스템을 구현하기에는 한계가 있었다.

따라서, 자이로를 차량에 탑재하여 사용하는 경우 차량 이동으로 인하여 자이로의 출력값이 크게 영향을 받는 점을 모두 고려할 필요가 있으나, 종래에는 이동중인 자이로의 특성 변화를 고려하지 않았기 때문에 오차 폭이 증대되는 요인이 되었다.

본 발명은, 차량 주행을 유도하는 차량 항법 유도장치에 GPS 위성, 자이로 센서에서 출력되는 값, 스피도미터의 출력 값을 이용하여 자이로 노미널 전압과, 스케일 펙터 값을 보정하도록 함으로써 보다 정밀한 차량 항법을 유도할 수 있는 차량 항법 유도 시스템 및 이를 이용한 차량 항법 유도방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 차량 항법 유도 시스템은,

지리 정보와, 교통 정보를 공급하는 원거리 경로 탐색 서버;

상기 원거리 경로 탐색 서버로부터 차량 항법 유도 장치에 정보를 공급하기 위한 통신 서버;

차량의 위치를 정보를 공급하는 GPS 위성; 및

상기 통신 서버로부터 지리 정보와, 교통 정보를 수신하는 탐색 경로 수신부와, 상기 GPS 위성으로부터 차량의 위치 정보를 수신하는 차량 위치 정보 수신부와, 상기 차량의 자체 내장되어 있는 지리 정보 공급부, 차량 경로 탐색부와, 상기 차량 위치 정보 수신부로부터 주기적으로 차량 주행 정보를 추출하는 차량 주행 정보 추출부와, 상기 탐색 경로 수신부, 차량 위치 정보 수신부, 지리 정보 공급부 및 차량 경로 탐색부를 이용하여 차량을 유도하는 경로 안내/이탈 판단부로 구성된 차량 항법 유도장치; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, GPS 위성으로부터 차량의 위치 정보를 수신하는 GPS 수신부;

차량의 주행 각도와 속력에 대한 정보를 출력하는 자이로 센서부;

이동하고 있는 차량의 속도 정보를 공급하는 스피드 센서부;

상기 GPS 수신부, 자이로 센서부 및 스피드 센서부에서 공급되는 데이터를 처리하는 드라이버부;

상기 드라이버부에서 처리된 상기 자이로 센서부와 스피드 센서부의 각속도, 속도를 적분한 진행 방향 및 진행 거리를 측정하는 DR;

상기 DR에서 처리된 정보에서 스피드 오차를 보정하는 제 1 칼만 필터;

상기 제 1 칼만 필터에서 공급되는 보정된 오차와 상기 DR에서 공급되는 에 러 보상 값의 차를 이용하여 위치 정보를 판단하는 합산기; 및

상기 합산기의 정보와 상기 GPS 수신부에서 수신된 정보를 이용하여 위치 보정을 하는 제 2 칼만 필터; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 제 1 칼만 필터와 제 2 칼만 필터에서는 상기 자이로 센서부에서의 자이로 노미널 전압 계수, 자이로 스케일 펙터 계수 정보를 보정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 실시 예에 의한 차량 항법 유도 방법은,

차량 항법 유도 장치의 자이로 노미널 전압을 초기화하는 단계;

차량이 정지 상태인지 이동중인지를 판단하는 단계;

상기 차량이 주행 중인 상태로 판단될 경우에는 GPS 위성으로부터의 수신 상태의 양호도를 확인하는 단계;

상기 GPS 수신 상태가 양호한 경우에는 GPS의 방향각 추이가 임계각이하인지를 판단하는 단계;

상기 방향각 추이가 임계각 이하인 경우에는 직성 주행으로 판단하고, 주행상태의 시간과 이때의 자이로 노미널 전압을 저장하는 단계;

상기 주행 상태 시간이 지정 고속 주행 상태 시간보다 큰 경우에는 상기 저장된 자이로 노미널 전압의 평균치를 고속 자이로 노미널 전압으로 수정하는 단계; 및

상기 수정된 자이로 노미널 전압을 기준으로 차량 주행 속력이 고속과 저속에 따라 노미널 전압을 수정하여 자립 항법 장치의 칼만 필터로 필터링 하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 차량이 정지상태인 경우에는 정지 상태의 시간과 이때의 자이로 노미널 전압 값을 저장하고, 상기 정지 상태의 시간이 지정 저속 상태 시간 간격보다 큰 경우에는 상기 저장된 노미널 전압의 평균치를 자이로 노미널 전압으로 보정하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 GPS 위성 수신 상태가 양호하지 않는 경우에는 곧 바로 상기 수정된 자이로 노미널 전압을 기준으로 차량 주행 속력이 고속과 저속에 따라 노미널 전압을 수정하여 자립 항법 장치의 칼만 필터로 필터링 하는 단계로 넘어 가고, 상기 GPS의 방향각 추이가 임계각보다 큰 경우에는 직선 주행과 곡선 주행을 함께 하고 있는 것으로 판단하여 상기 수정된 자이로 노미널 전압을 기준으로 차량 주행 속력이 고속과 저속에 따라 노미널 전압을 수정하여 자립 항법 장치의 칼만 필터로 필터링 하는 단계로 넘어 가는 것을 특징으로 한다.

아울러 상기 주행 상태 시간이 지정 고속 주행 상태 시간보다 작은 경우에는 상기 수정된 자이로 노미널 전압을 기준으로 차량 주행 속력이 고속과 저속에 따라 노미널 전압을 수정하여 자립 항법 장치의 칼만 필터로 필터링 하는 단계로 넘어 가고, 상기 정지 상태의 시간이 지정 저속 상태 시간 간격보다 작은 경우에는 상기 수정된 자이로 노미널 전압을 기준으로 차량 주행 속력이 고속과 저속에 따라 노미널 전압을 수정하여 자립 항법 장치의 칼만 필터로 필터링 하는 단계로 넘어 가는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 차량 항법 유도방법은.

차량 항법 유도 장치의 자이로 스케일 펙터 값을 초기화하는 단계;

GPS 위성으로부터의 수신 상태와 차량의 속도의 양호도를 확인하는 단계;

상기 GPS 수신 상태와 차량의 속도가 양호한 경우에는 GPS의 방향각 추이가 0보다 큰가를 판단하는 단계;

상기 GPS의 방향각 추이가 0보다 큰 경우에는 우측 방향의 자이로 스케일 펙터 값을 업데이트하는 단계;

상기 업데이트된 자이로 스케일 펙터를 이용하여 자립 항법 장치내의 칼만 필터에서 필터링 하는 단계;

상기 보정된 우측 방향의 자이로 스케일 펙터 값(Sf_N+)을 저장하는 단계;

상기 보정된 우측 방향의 자이로 스케일 펙터 값과, 이전에 보정후 저장된 GPS 방향각 추이가 0보다 큰 경우의 좌측 방향의 자이로 스케일 펙터 값(Sf_N-) 이 같은지를 판단하는 단계; 및

상기 우측과 좌측 방향의 자이로 스케일 펙터 값이 상기 GPS 위성 수신 상태와 차량 속도 상태가 불량한 경우에 구해지는 일측 방향의 자이로 스케일 펙터 값 (Sf_N+l-)과 비교하여 같은 경우에는 상기 일측 방향의 자이로 스케일 펙터 값을 보정 값으로 하여 저장하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 GPS 수신 상태와 차량의 속도가 양호하지 않은 경우에는 일측 방향의 스케일 펙터 값의 평균을 업데이트하고, 상기 업데이트된 일측 방향의 자이로 스케일 펙터 값을 자립 항법 장치내의 칼만 필터에서 필터링하며, 상기 GPS 수 신 상태와 차량의 속도가 양호하고, GPS의 방향각 추이가 0보다 작은 경우에는 좌측 방향의 자이로 스케일 펙터 값을 업데이트 하는 것을 특징으로 한다.

아울러 상기 업데이트된 좌측 방향의 자이로 스케일 펙터 값을 자립 항법 장치내의 칼만 필터에서 필터링하고, 저장하며, 상기 우측과 좌측 방향의 자이로 스케일 펙터 값이 상기 일측 방향의 자이로 스케일 펙터 값(Sf_N+l-)과 비교하여 다른 경우에는 자이로 스케일 펙터 값을 상기 일측 방향의 자이로 스케일 펙터 값으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 자이로의 노미널 전압, 스케일 펙터 등의 계수 특성들을 차량의 이동 상태에 따라 독립적으로 각각 보정을 한 다음, 이를 차량의 자립 항법 장치에 적용함으로써 실제 물리적인 자이로 특성과 유사하도록 하여 정밀한 항법을 유도할 수 있는 이점이 있다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명에 따라 차량 항법 유도 시스템의 구조를 도시한 블록도 이다.

도 2에 도시된 바와 같이, GPS 위성과 차량내의 자립 항법 장치를 이용하여 차량 항법을 유도하는 차량 항법 유도 시스템이다. 상기 GPS 위성으로부터는 위치 신호를 수신하여 차량의 위치와 항법에 필요한 부가적인 정보를 구하고, 자이로(Gyro), 스피도미터(Speedometer)의 출력을 이용하여 자립 항법 유도한다.

차량 항법 유도 시스템은 GPS 위성(35)과 차량 내에 자립 항법을 포함하는 차량 항법 유도 장치(20)에 의하여 이동하는 차량의 위치와 지리적 정보, 주행 정보를 외부로부터 얻을 수 있도록 구성되어 있다.

즉, 이동하는 차량을 중심으로 원거리 경로 탐색을 위하여 지리적 정보와 교통 정보를 원거리 경로 탐색 서버(31)로부터 공급받는다. 상기 원거리 경로 탐색 서버(31)에서는 상기 차량 항법 유도 장치(20)에 지리 정보와 교통 정보를 제공하기 위한 통신 서버(33)에 교통 정보와 지리적 정보를 송신하고, 상기 통신 서버(33)는 인가 받은 교통 정보와 지리적 정보를 상기 차량 항법 유도 장치(20)의 탐색 경로 수신부(22)에 송신한다.

또한, 상기 이동중인 차량의 위치 정보를 얻기 위하여 GPS 위성(35)으로부터 현재 위치를 알 수 있는 정보 신호를 상기 차량 항법 유도 장치(20)의 차량 위치 정보 수신부(25)에서 수신한다.

상기 탐색 경로 수신부(22)에서 수신한 차량 이동을 위한 교통 정보, 지리적 정보와 상기 차량 위치 정보 수신부(25)에서 상기 GPS 위성(35)으로부터 수신한 위치 정보를 이용하여 이동 중인 차량의 주행을 유도한다.

상기 탐색 경로 수신부(22)와 상기 차량 위치 정보 수신부(25)에서 수신된 정보는 상기 차량 항법 유도 장치(20) 내의 경로 안내/이탈 판단부(21)에 전송되고, 이동중인 차량이 앞으로 진행하게 될 경로를 안내하도록 하면서, 이동하는 경로를 수시로 이탈하였는지를 판단한다.

또한, 상기 경로 안내/이탈 판단부(21)에서는 차량 내에 자체적으로 경로를 탐지하는 경로 탐색부(23)로부터 주기적으로 정보를 수신 받는데, 상기 경로 탐색부(23)는 자체적으로 도로망 또는 교통 지도 정보를 저장하고 있는 지리 정보 공급부(24)에서 정보를 얻는다.

상기 지리 정보 공급부(24)에서는 자체 저장된 도로망 정보와 교통 지도 정보를 이용하여 차량이 경로를 이탈하는 것을 방지하기 시키기 위해서 상기 경로 탐색부(23)에 인가하고, 상기 경로 탐색부(23)는 상기 차량 위치 정보 수신부(25)에서 수신한 위치 정보를 함께 상기 경로 안내/이탈 판단부(21)로 전송하여, 상기 탐색 경로 수신부(22)와 차량 위치 정보 수신부(25)로부터 인가되는 정보들과 비교하여 이동 중인 차량을 안내하거나 경로를 이탈하지 않도록 유도한다.

상기 차량 위치 정보 수신부(25)에서 상기 경로 탐색부(23)에 전송하는 현재 차량의 위치 정보를 주행 정보 추출부(26)에서 추출하여 이동 중인 차량을 유도하도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 차량 항법 유도 시스템의 자립 항법 장치의 자이로 출력값을 구하기 위한 시스템이다.

도 3에 도시된 바와 같이, GPS 위성으로부터 차량의 위치 정보 신호를 수신하는 GPS 수신부(41)와, 차량의 각도, 속력에 관한 정보를 얻기 위하여 자이로 노미널 전압, 자이로 스케일 펙터 및 자이로 온도 특성 계수값을 측정하는 자이로 센서부(43)와, 차량의 속도를 측정하는 스피드 센서부(45)와, 상기 GPS 수신부(41), 자이로 센서부(43) 및 스피드 센서부(45)로부터 수신된 정보 신호들의 오차를 보정하기 위한 드라이버(47)와, 상기 드라이버(47)를 통과한 상기 자이로 센서부(43)와 스피드 센서부(45)로부터 얻은 정보를 계산하는 DR(Dead Reckoning: 비천측 위치측정 49)와, 상기 DR(49)에서 자이로 각속도를 적분하여 차량의 진행 방향과 거리 측정 값들을 필터링하여 스피드 오차 정보를 보정하는 제 1 칼만 필터(51)와, 상기 제 1 칼만 필터(51)에서 스피드 오차를 보정한 정보와, 상기 DR(49)에서 계산된 값들을 합산하는 합산기(53)와, 상기 합산기(53)에서 합산된 정보와 상기 GPS 수신부(41)로부터 현재 위치 정보를 얻은 정보를 이용하여 위치 오차를 보정하는 제 2 칼만 필터(55)로 구성되어 있다.

상기 DR(49)은 비천측 위치측정 장치로서 상기 자이로 센서부(43)와 스피드 센서부(45)로부터 얻은 각속도, 속도등의 정보에 의하여 적분 처리에 의하여 차량의 진행 방향과 차량의 이동거리에 관한 정보를 얻는다.

차량 항법 유도 장치내의 자립 항법 장치에서 상기 제 1 , 제 2 칼만 필터(51, 55)에서 필터링하여 누적 오차를 상쇄하는 방법은 다음과 같은 수식으로 주어진다.

상기에서 제시한 수식을 이용하면 자이로의 동적 특성에 따른 자이로 노미널 전압(Gyro Nominal Voltage)을 계산할 수 있다.

이동중인 차량이 저속으로 운행할 때, 자이로 노미널 전압(ν＜V_Threshold)은 가장 적절한 값으로 초기화를 하는데, 이전 노미널 전압 값이 저장되어 있는 경우에는 그 값을 사용한다. 그리고 지정 시간 간격(T_{Low Speed}) 이상으로 차량이 정지 상태를 유지하는 경우에는 정지 상태의 영 속도를 보정하여 상기 수식으로 연산한 평균 값으로 보정한다.

그런 다음, 차량이 저속 상태로 운행을 계속하면 GPS 위성으로부터 수신되는 위치 정보의 신뢰도가 낮으므로 보정을 하지 않는다.

또한, 이동중인 차량이 고속으로 운행할 때, 자이로 노미널 전압(ν＜V_Threshold)은 저속 주행에 대한 노미널 전압 값을 초기 값으로 하는데, 이전 노미널 전압 값이 저장되어 있는 경우에는 그 값을 사용한다.

그런 다음, GPS 위성으로부터 수신되는 신호 상태가 양호한지와 그렇지 않은지를 판단하여, 지정 시간 간격(T_{High Speed}) 이상 GPS 방향각 추이가 임계 각도 이내를 유지한 경우 상기 영 속도 보정 방식과 동일한 방식으로 노미널 전압을 보정한다.

아울러 고속 주행 상태에서 GPS 위성으로부터 수신된 정보는 저속 주행 때보다 위치 정보의 신뢰도가 높으므로 자이로 노미널 전압 보정을 위하여 GPS 위치 정보를 사용한다.

그리고 상기와 같이 자이로 노미널 전압을 보정할 때에는 동적 특성을 반영하기 위한 GPS의 임계 허용 오차 각도의 범위에 따라 차량이 실제 완만하게 기울어진 방향을 지속적으로 주행할 경우 오차가 발생할 수 있다.

또한, 저속과 고속의 노미널 전압 보정 방법이 별도로 적용될 경우에는 스위칭에 대한 오 동작을 억제하기 위해 주기적으로 노미널 전압을 평균하여 완곡하게 하는 방법을 적용한다.

그리고, 자이로 계수 값중 종래 기술에서는 고려하지 않았던 자이로 스케일 펙터를 적용하는 방식은 다음과 같다.

상기 자이로 스케일 펙터는 기본적으로 차량의 양방향 회전에 대하여 독립적인 스케일 펙터를 적용할 수 있도록 각 방향에 대한 스케일 펙터를 분리하여 차량 항법을 조절한다.

먼저 양방향 자이로 스케일 펙터(Gyro Scale Factor)를 관리(Sf_N+, Sf_N-)하기 위하여 기존 자이로 스케일 펙터 보정을 위해 사용되는 스케일 펙터를 분리하고, 좌우 스케일 펙터의 차가 임계 오차를 초과한 경우 양방향 스케일 펙터 값의 평균을 구한다. 그리고 저속 주행과 고속 주행 간의 스케일 펙터 차를 허용 범위 이내로 유지하도록 한다.

또한 각 방향에 대한 업데이트는 GPS 위성과 차량의 주행 속력에 따라 반영하도록 하고, 저속 주행 상태 일 때는 하나의 자이로 스케일 펙터에 적용하는 기존 방법을 유지하도록 하며, 고속 주행 상태일 때는 GPS 위성 수신 상태가 양호한 경우 GPS 방향각 추이를 이용한다.

임계 오차를 초과하는 경우에는 자이로의 동작이 기기 상의 치명적인 문제 등으로 정상 상태를 벗어난 오동작을 수행하거나 GPS에서 비정상 기준치를 출력함으로써 누적된 오차라고 판단하여 해당 기간 동안의 누적 차이를 평균하여 상쇄해 준다. 고속 주행에 대한 기준은 전술한 노미널 전압 연산에 적용한 기준과 동일한 기준으로 사용한다.

그리고 주행 상태 판정은 회전 이전 지정 시간 동안 유지된 속력을 기준으로 고속/저속을 판단하게 된다. 또한, 저속에서 고속으로 이전되는 경우 해당 자이로 스케일 펙터를 양방향에 동일하게 적용하고, 고속에서 저속으로 이전되는 경우 각 방향의 자이로 스케일 펙터를 평균하여 동일한 자이로 스케일 펙터에 의해 보정한다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 자이로 동적 특성에 따른 자이로 노미널 전압 보정 방법을 설명하기 위한 플로 챠트이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 주행중인 차량의 차량 항법 유도 장치가 작동을 하게 되면, 먼저 자이로 계수 값들 중에서 자이로 노미널 전압 값을 초기화한다(S411). 따라서 이전에 저장되어 있는 자이로 노미널 전압 값을 로딩 시키거나(S411), 외부로부터 저속 주행과 고속 주행에 따라 보정된 자이로 노미널 전압 필터 값을 차량 항법 유도 장치의 초기 자이로 노미널 전압 값으로 사용한다(C).

그런 다음, 차량이 정지 상태인지 주행 상태인지를 판단하고(S412), 차량이 주행 중인 상태인 경우에는 GPS 위성으로부터 현재 위치에 관한 정보의 수신 상태를 점검한다(S413). 그리고 상기 GPS 위성으로부터 수신되는 위치 정보의 상태가 양호하고, 차량의 이동 속도 판단도 양호한지를 확인하는데(S414), 양호하다고 판단되는 경우에는 GPS 방향각 추이가 GPS의 임계 각보다 같거나 작은지를 판단한다(S415).

그리고 GPS 위성으로부터 수신되는 위치 정보가 양호하지 않다고 판단되는 경우에는 자이로 노미널 전압을 보정하기 위하여 B 루푸로 진행하도록 한다.

상기 GPS 위성으로부터 수신되는 정보가 양호하고, GPS의 방향각이 GPS 임계 각보다 크다고 판단되는 경우에는(S416), 이것은 차량이 경로를 따라 옆으로 이탈하지 않고, 직진하고 있음을 나타낸다.

하지만, GPS 방향각 추이가 GPS 임계 각보다 큰 경우에는 일반적으로 차량이 직진과 커브를 교대로하고 있는 것으로 판단하여 자이로 노미널 전압을 보정하기 위하여 B루프에서 보정을 실시한다.

상기 GPS 위성의 방향각 추이가 임계 각보다 작은 경우에는 차량이 직선으로 진행하고 있음을 나타내는 것이고, 이때 차량 항법 유도 장치에서는 직진하고 있는 시간을 측정하고 아울러 이때의 자이로 노미널 전압 값을 저장한다.

상기 직진으로 주행하는 차량의 상태가 고속 주행시의 지정 시간 간격(T_{High Speed})보다 큰 경우에는 저장된 자이로 노미널 전압의 평균치를 자이로 노미널 전압으로 수정한다(S418).

상기 직진으로 주행하는 차량의 상태가 고속 주행시의 지정 시간 간격(T_{High Speed})보다 작은 경우에는 저장된 자이로 노미널 전압을 B 루프로 돌려 자이로 노미널 전압을 보정하도록 한다.

또한, 상기 차량 정지 상태 확인을 한 결과(S412) 차량이 정지 상태에 있는 경우에는 정지 상태의 시간(T)을 측정하고, 그때의 자이로 노미널 전압 값을 저장한다(S421).

정지 상태의 시간(T)이 지정 시간 간격(T_{Low Speed})보다 큰 경우에는(S422) 저장된 노미널 전압의 평균치를 구하여 저속 자이로 노미널 전압으로 보정하고(S423), 정지 상태의 시간이 지정 시간 간격(T_{Low Speed})보다 작은 경우에는 자이로 노미널 전압을 보정하기 위하여 B루프에서 보정하도록 한다.

그리고, A에서와 같이 차량을 운행하고, 정지하여 차량 항법 유도 장치를 작동하지 않게 되는 경우에는 동작이 정지할 때의 자이로 노미널 전압을 저장한 다 음, 차량 항법 유도 장치를 정지시키고, 이후 다시 동작을 시킬 때 초기 자이로 노미널 전압 값으로 사용한다(S401).

도 5에 도시된 바와 같이, 주행 중인 차량에서의 GPS 위성으로부터 수신되는 위치 정보 상태가 불량한 경우, 양호하더라도 GPS 방향각 추이가 GPS 임계 각보다 작은 경우, 임계 각보다 크더라도 주행 시간이 지정 간격 시간(T_{High Speed})보다 작은 경우, 정지 상태에서 정지 지정 간격 시간(T_{Low Speed})보다 작은 경우에 노미널 전압의 보정을 위하여 B루프로 인가한다.

상기 자이로 노미널 전압을 보정하기 위하여 차량의 주행 속력을 판단하는데(S501), 차량의 주행 속력이 저속 인 경우(S502)와 고속인 경우(S503)를 분리하여 자이로 노미널 전압을 보정하도록 한다.

차량 주행 속력이 저속인 경우에는 자이로 출력에 저속 자이로 노미널 전압으로 수정하고, 고속인 경우에는 자이로 출력에 고속 자이로 노미널 전압을 적용한 다음 자립 항법 장치의 칼만 필터에 인가하여 보정을 한다(S504).

도 6은 본 발명에 따른 자이로 스케일 펙터 보정방법을 설명하기 위한 플로챠트이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 차량의 회전 방향에 따른 자이로 스케일 펙터 값을 보정하기 위하여 기존의 자이로 스케일 펙터 값을 로딩 시킨 다음(S601), GPS 위성으로부터 수신되는 현재 위치 정보 신호 상태와 차량의 속도 상태가 양호한 지를 판단한다(S602).

상기 차량의 속도와 GPS 위성으로부터 수신 상태가 양호한 경우에는 GPS 위성의 방향각 추이가 0°보다 큰가를 판단하고(S603) 0°보다 큰 경우에는 상기 도 3에서 설명한 우측 방향의 자이로 스케일 펙터 Sf_N+을 업데이트 하고(S607), 자립 항법 장치 보정을 위하여 칼만 필터를 이용하여 필터링을 실시한다(S608). 그런 다음 필터링된 상기 우측 방향의 자이로 스케일 펙터 Sf_N+ 값을 저장한다(S609).

상기 본 발명에서는 우측 방향의 자이로 스케일 펙터 값을 Sf_N+ 으로 표기하고, 좌측 방향의 자이로 스케일 펙터 값을 Sf_N-으로 표기하고, Sf_N+l-을 일측 방향의 자이로 스케일 펙터 값으로 표기하였다.

그리고, GPS 위성의 방향각 추이가 0°크지 않는 경우에는 좌측 방향의 자이로 스케일 펙터 Sf_N-로서 업데이트를 하고(S604), 자립 항법 장치 보정을 위하여 칼만 필터를 이용하여 필터링을 실시한다(S605). 그런 다음 필터링된 상기 좌측 방향의 자이로 스케일 펙터 Sf_N- 값을 저장한다(S606).

또한, 상기 GPS 위성으로부터 현재 위치 정보의 수신 상태와 차량의 속도 상태가 양호하지 않는 경우에는 일측 방향의 자이로 스케일 펙터 Sf_N+l-을 업데이트 하고(S610), 자립 항법 장치의 칼만 필터에서 필터링을 시킨 후(S611)에 상기 일측 방향의 자이로 스케일 펙터 Sf_N+l-값을 저장한다(S612).

상기 일측 방향의 자이로 스케일 펙터 Sf_N+l-값을 기준으로 상기 우측 방향 또는 좌측 방향의 자이로 스케일 펙터 값과 같은 값을 갖는지(벨런스) 판단하고, 같은 경우에는 같은 값을 일측 방향의 보정된 스케일 펙터 값으로 저장한다(S620, S622).

상기 일측 방향의 자이로 스케일 펙터 Sf_N+l-값을 기준으로 상기 우측 방향 또는 좌측 방향의 자이로 스케일 펙터 값과 같은 값을 갖지 않는 경우에는(unbalance) 스케일 펙터를 상기 일측 스케일 펙터 값의 평균으로 설정하여 저장하여 보정한다(S621, S622).

따라서, 본 발명에서는 첫째, 저속 주행 중인 차량의 자이로 노미널 전압과 정지 상태의 영 속도 보정을 함으로써 연산한 평균 값으로 보정할 수 있도록 하였고, 둘째, 고속 주행 상태의 자이로 노미널 전압의 GPS 위성 수신이 양호하고, 방향각 추이가 임계 각도 이내인 경우 동 방법으로 보정하였다.

단, 해당 입력에 대한 신뢰도 기준은 통상적으로 알려진 사실을 이용한다. 즉, 스피드미터의 오차는 상대적으로 영향이 크지 않으며, 일반적으로 위성 상태가 양호한 경우 차량이 고속 주행할 때, GPS 위치 오차가 작다는 가정을 사용한다.

또한, 자이로 기구의 물리적인 특성 때문에 회전 방향에 따라 특성이 달라지는 자이로 스케일 펙터의 변동을 다음과 같이 반영한다.

첫째, 양방향 자이로 스케일 펙터를 기존 자이로 스케일 펙터 보정을 위해 사용하는 스케일 펙터 분리하고, 스케일 펙터 통합 적용이 필요한 경우 양방향 스케일 펙터를 평균하여 사용하였다.

둘째, 각 방향의 업데이트는 GPS 위성과 차량의 주행 속력에 따라 저속 주행 상태일 때, 하나의 자이로 스케일 펙터에 적용하는 기존 방법 유지하도록 하였고, 고속 주행 상태일 때, GPS 위성으로부터 수신 상태가 양호한 경우 GPS 방향각 추이와 임계 각을 이용하였다.

상기 방법을 이용하여 자이로 스케일 펙터를 정밀하게 추정할 수 있도록 구성한 방법이며, 자이로 스케일 펙터를 보정하기 위해 유효한 판단 기준이라고 생각되는 GPS 위성의 출력과 유효성을 판단하기 위한 GPS 위성 수신 상태와 차량의 속도를 이용한다.

본 발명에서는 기존의 차량 정지 상태에서 적용한 자이로 노미널 전압의 영 속도 보정 방식에 하이브리드 방법으로 주행 중인 특성 변동을 반영하여 실제 자이로 노미널 전압의 드리프트에 가깝도록 모델링하여, 정밀한 차량 항법을 할 수 있도록 하였다.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 차량 항법 유도를 위하여 종래에는 자이로 계수 중에서 누락시켰던 자이로 스케일 펙터를 추가함으로써 차량 유도를 위한 정밀도를 향상시킨 효과가 있다.

또한, 자립 항법을 위하여 GPS와 스피도미터의 입력을 이용하여 추가적인 장비 설치 없이 신뢰성이 우수한 차량 항법 유도 장치를 제조할 수 있다.

아울러, 차량의 이동 중에 사용되는 자이로 노미널 전압 등을 적용함으로써 차량 이동을 위한 오차 범위를 최소화한 효과가 있다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims

삭제
지리 정보를 공급받고, 차량 경로 탐색 및 차량 주행 정보 추출을 통해 차량항법을 유도하는 차량 항법 유도 시스템에 있어서,

GPS 위성으로부터 차량의 위치 정보를 수신하는 GPS 수신부;

차량의 주행 각도와 속력에 대한 정보를 출력하는 자이로 센서부;

이동하고 있는 차량의 속도 정보를 공급하는 스피드 센서부;

상기 GPS 수신부, 자이로 센서부 및 스피드 센서부에서 공급되는 데이터를 처리하는 드라이버부;

상기 드라이버부에서 처리된 상기 자이로 센서부와 스피드 센서부의 각속도, 속도를 적분한 진행 방향 및 진행 거리를 측정하는 DR;

상기 DR에서 처리된 정보에서 스피드 오차를 보정하는 제 1 칼만 필터;

상기 제 1 칼만 필터에서 공급되는 보정된 오차와 상기 DR에서 공급되는 에러 보상 값의 차를 이용하여 위치 정보를 판단하는 합산기; 및

상기 합산기의 정보와 상기 GPS 수신부에서 수신된 정보를 이용하여 위치 보정을 하는 제 2 칼만 필터; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 항법 유도 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 제 1 칼만 필터와 제 2 칼만 필터에서는 상기 자이로 센서부에서의 자이로 노미널 전압 계수, 자이로 스케일 펙터 계수 정보를 보정하는 것을 특징으로 하는 차량 항법 유도 시스템.
차량 항법 유도 장치의 자이로 노미널 전압을 초기화 하는 단계;

차량이 정지 상태인지 이동 중인지를 판단하는 단계;

상기 차량이 주행 중인 상태로 판단될 경우에는 GPS 위성으로부터의 수신 상태의 양호도를 확인하는 단계;

상기 GPS 수신 상태가 양호한 경우에는 GPS의 방향각 추이가 임계각 이하인지를 판단하는 단계;

상기 방향각 추이가 임계각 이하인 경우에는 직성 주행으로 판단하고, 주행 상태의 시간과 이때의 자이로 노미널 전압을 저장하는 단계;

상기 주행 상태 시간이 지정 고속 주행 상태 시간보다 큰 경우에는 상기 저장된 자이로 노미널 전압의 평균치를 고속 자이로 노미널 전압으로 수정하는 단계; 및

상기 수정된 자이로 노미널 전압을 기준으로 차량 주행 속력이 고속과 저속에 따라 노미널 전압을 수정하여 자립 항법 장치의 칼만 필터로 필터링하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 항법 유도 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 차량이 정지상태인 경우에는 정지 상태의 시간과 이때의 자이로 노미널 전압 값을 저장하는 것을 특징으로 하는 차량 항법 유도방법.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 정지 상태의 시간이 지정 저속 상태 시간 간격보다 큰 경우에는 상기 저장된 노미널 전압의 평균치를 자이로 노미널 전압으로 보정하는 것을 특징으로 하는 차량 항법 유도방법.
제 4 항에 있어서,

상기 GPS 위성 수신 상태가 양호하지 않는 경우에는 곧 바로 상기 수정된 자이로 노미널 전압을 기준으로 차량 주행 속력이 고속과 저속에 따라 노미널 전압을 수정하여 자립 항법 장치의 칼만 필터로 필터링하는 단계로 넘어 가는 것을 특징으로 하는 차량 항법 유도방법.
제 4 항에 있어서,

상기 GPS의 방향각 추이가 임계 각보다 큰 경우에는 직선 주행과 곡선 주행을 함께 하고 있는 것으로 판단하여 상기 수정된 자이로 노미널 전압을 기준으로 차량 주행 속력이 고속과 저속에 따라 노미널 전압을 수정하여 자립 항법 장치의 칼만 필터로 필터링하는 단계로 넘어 가는 것을 특징으로 하는 차량 항법 유도방법.
제 4 항에 있어서,

상기 주행 상태 시간이 지정 고속 주행 상태 시간보다 작은 경우에는 상기 수정된 자이로 노미널 전압을 기준으로 차량 주행 속력이 고속과 저속에 따라 노미널 전압을 수정하여 자립 항법 장치의 칼만 필터로 필터링하는 단계로 넘어 가는 것을 특징으로 하는 차량 항법 유도방법.
제 6 항에 있어서,

상기 정지 상태의 시간이 지정 저속 상태 시간 간격보다 작은 경우에는 상기 수정된 자이로 노미널 전압을 기준으로 차량 주행 속력이 고속과 저속에 따라 노미널 전압을 수정하여 자립 항법 장치의 칼만 필터로 필터링하는 단계로 넘어 가는 것을 특징으로 하는 차량 항법 유도방법.
차량 항법 유도 장치의 자이로 스케일 펙터 값을 초기화 하는 단계;

GPS 위성으로부터의 수신 상태와 차량의 속도의 양호도를 확인하는 단계;

상기 GPS 수신 상태와 차량의 속도가 양호한 경우에는 GPS의 방향각 추이가 0보다 큰가를 판단하는 단계;

상기 GPS의 방향각 추이가 0보다 큰 경우에는 우측 방향의 자이로 스케일 펙터 값을 업데이트 하는 단계;

상기 업데이트된 자이로 스케일 펙터를 이용하여 자립 항법 장치내의 칼만 필터에서 필터링하는 단계;

상기 보정된 우측 방향의 자이로 스케일 펙터 값(Sf_N+)을 저장하는 단계;

상기 보정된 우측 방향의 자이로 스케일 펙터 값과, 이전에 보정후 저장된 GPS 방향각 추이가 0보다 큰 경우의 좌측 방향의 자이로 스케일 펙터 값(Sf_N-) 이 같은지를 판단하는 단계; 및

상기 우측과 좌측 방향의 자이로 스케일 펙터 값이 상기 GPS 위성 수신 상태와 차량 속도 상태가 불량한 경우에 구해지는 일측 방향의 자이로 스케일 펙터 값 (Sf_N+l-)과 비교하여 같은 경우에는 상기 일측 방향의 자이로 스케일 펙터 값을 보정 값으로 하여 저장하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 항법 유도방법.
제 11 항에 있어서,

상기 GPS 수신 상태와 차량의 속도가 양호하지 않은 경우에는 일측 방향의 스케일 펙터 값의 평균을 업데이트 하는 것을 특징으로 하는 차량 항법 유도방법.
제 12 항에 있어서,

상기 업데이트된 일측 방향의 자이로 스케일 펙터 값을 자립 항법 장치내의 칼만 필터에서 필터링하고, 저장하는 것을 특징으로 하는 차량 항법 유도방법.
제 11 항에 있어서,

상기 GPS 수신 상태와 차량의 속도가 양호하고, GPS의 방향각 추이가 0보다 작은 경우에는 좌측 방향의 자이로 스케일 펙터 값을 업데이트 하는 것을 특징으로 하는 차량 항법 유도방법.
제 14 항에 있어서,

상기 업데이트된 좌측 방향의 자이로 스케일 펙터 값을 자립 항법 장치내의 칼만 필터에서 필터링하고, 저장하는 것을 특징으로 하는 차량 항법 유도방법.
제 11 항에 있어서,

상기 우측과 좌측 방향의 자이로 스케일 펙터 값이 상기 일측 방향의 자이로 스케일 펙터 값(Sf_N+l-)과 비교하여 다른 경우에는 자이로 스케일 펙터 값을 상기 일측 방향의 자이로 스케일 펙터 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 차량 항법 유도방법.