KR101489726B1 - 위성 항법 시스템을 이용한 자세 제어 장치 및 방법 - Google Patents

위성 항법 시스템을 이용한 자세 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위성 항법 시스템을 이용한 자세 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 차량용 블랙박스에 위성항법 수신기를 복수 개 장착하여 차량의 회전 운동에 대한 데이터를 수집하여 자동차의 움직임을 보다 자세하게 파악할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 장치는, 자세제어 장치에 있어서, 차량에 장착된 복수 개의 위성항법 안테나를 이용해 위성항법 시스템에서 송신하는 위성항법 데이터를 수신하기 위한 위성항법 수신기들과, 위성항법의 오차를 보정하기 위해 위성항법 기준국에서 송출하는 보정정보 데이터를 수신하는 보정정보 수신부와, 상기 수신한 위성항법 데이터와 상기 보정정보 데이터를 이용하여 상기 차량의 정밀위치 및 자세와 회전상태를 계산하는 정밀위치 계산부와, 상기 계산된 데이터를 이용하여 실시간으로 상기 차량의 자세제어를 하고, 상기 차량의 상태를 파악하여 미리 결정된 임계치 이상의 변화가 감지될 시 자동 자세제어 명령을 생성하는 자세제어부와, 상기 차량에 탑재된 보조센서에서 수집된 데이터를 이용하여 상기 위성항법으로 계산된 위치를 검증하는 보조센서 수집부를 포함한다.
위성항법, 차량 블랙박스, 차량 제어

Description

위성 항법 시스템을 이용한 자세 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ATTITUDE CONTROLLER USING SATELLITE NAVIGATION SYSTEM}
본 발명은 자세 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위성 항법 시스템을 이용한 자세 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
"본 발명은 지식경제부의 위성항법 지상국시스템 및 탐색구조 단말기 개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제고유번호: 2007-S-301-03, 과제명: 위성항법지상국시스템 및 탐색구조단말기 기술개발]."
위성항법 장치(Global Positioning System; GPS)는 비행기, 선박, 자동차뿐만 아니라 세계 어느 곳에서든지 인공위성을 이용하여 자신의 위치를 정확히 알 수 있는 장치이다. 즉, 위성항법 장치는 항법위성으로부터 사용자의 위치를 계산하는 장치이다.
위성항법 장치는 사용자의 현재 위치를 파악할 수 있어 항공기 항법장치 및 차량용 항법장치에 널리 이용되고 있다. 또한, 항공기에서는 항공사고에 대한 기록을 위해서 위성항법 장치에서 수집한 위치정보를 항공기 블랙박스에 저장하고, 사고 발생 시 이는 사건의 정황을 밝히는 주요한 자료로 사용된다.
현재의 항법장치의 측위 정확도는 1m 이상으로 항공 교통에서 사고의 데이터로 사용하는 데에는 무리가 없으며 사고 경위를 조사하는데 유용하다. 이러한 점에 착안하여 차량용 블랙박스에도 위성항법 장치를 활용하자는 제안이 있었으나 차량과 같은 소형시스템에서 1m의 오차로 인한 정밀한 사고 경위의 파악은 쉽지 않다.
또한, 차량 사고에 경우에는 사고 책임에 대한 배상문제가 있어 가해자와 피해자의 정확한 구분이 필요하므로, 정밀한 위치 추적이 이루어져야 진정한 차량용 블랙박스의 역할을 수행할 수 있다.
종래의 기술은 단순 위성항법 정보를 수집하여 차량용 블랙박스 장치에 저장하는 기능을 수행하고 있다. 이러한 차량용 블랙박스는 교통위반 사항을 조사하는 등 차량의 위치를 대략적으로 파악하는데 있다. 그러나 단순한 위성항법 장치를 사용하는 경우에는 항법 성능이 원활하지 않아, 교통사고 조사와 같은 정밀한 부분이나 차량의 자세를 파악하는 장치에 사용하는 것은 바람직하지 않다.
또한, 종래의 위성항법을 이용한 차량용 블랙박스에서는 보정정보의 사용 없이 위성항법 신호를 이용하므로 오차가 크게 발생하고 정확한 사고 경위를 파악하기에는 어려움이 있다.
삭제
따라서 본 발명은, 차량용 블랙박스에 위성항법 수신기를 복수 개 장착하여 차량의 회전 운동에 대한 데이터를 수집하여 자동차의 움직임을 보다 자세하게 파악할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
삭제
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 장치는, 자세제어 장치에 있어서, 차량에 장착된 복수 개의 위성항법 안테나를 이용해 위성항법 시스템에서 송신하는 위성항법 데이터를 수신하기 위한 위성항법 수신기들과, 위성항법의 오차를 보정하기 위해 위성항법 기준국에서 송출하는 보정정보 데이터를 수신하는 보정정보 수신부와, 상기 수신한 위성항법 데이터와 상기 보정정보 데이터를 이용하여 상기 차량의 정밀위치 및 자세와 회전상태를 계산하는 정밀위치 계산부와, 상기 계산된 데이터를 이용하여 실시간으로 상기 차량의 자세제어를 하고, 상기 차량의 상태를 파악하여 미리 결정된 임계치 이상의 변화가 감지될 시 자동 자세제어 명령을 생성하는 자세제어부와, 상기 차량에 탑재된 보조센서에서 수집된 데이터를 이용하여 상기 위성항법으로 계산된 위치를 검증하는 보조센서 수집부를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 방법은, 위성항법 시스템을 이용한 자세제어 방법에 있어서, 복수 개의 위성항법 데이터를 입력받는 과정과, 위성항법의 오차를 보정하기 위해 보정정보를 수신하는 과정과, 상기 입력된 데이터와 상기 수신된 보정정보를 이용하여 차량의 정밀 위치를 계산하는 과정과, 상기 계산된 차량의 정밀 위치를 저장하는 과정과, 상기 차량의 자세 및 위치가 미리 결정된 임계치 이상의 변화가 있는지 판별하는 과정과, 상기 위성항법 데이터가 미리 결정된 임계치 이상의 변화가 감지될 시 차량에 탑재된 보조센서로부터 수집된 데이터의 변화 상태가 동일한가를 검사하는 과정과, 상기 차량의 자세를 상기 입력받은 복수의 항법데이터를 이용하여 정밀하게 분석하여 제어명령을 생성하는 과정과, 상기 차량을 안정화시킬 수 있는 상기 제어명령을 출력하는 과정을 포함한다.
본 발명을 적용하여, 고정밀 위성항법 시스템을 복수로 사용할 경우 자동차의 운동궤적을 정밀하게 파악할 수 있다. 자동차의 사고 당시의 운동궤적을 정밀하게 파악하면 사고 조사에 중요한 정보로 사용할 수 있다. 또한, 고정밀의 위성항법 시스템은 차선구분이 가능하므로 사고 경위를 파악하는데 아주 중요한 역할을 할 수 있다.
또한, 본 발명의 자세제어 장치에서는 차량의 회전 등의 정보가 정확하게 제공되므로 자세제어 장비의 성능을 향상시킬 수 있다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하에서 설명되는 각 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 사용된 것일 뿐이며, 각 제조 회사 또는 연구 그룹에서는 동일한 용도임에도 불구하고 서로 다른 용어로 사용될 수 있음에 유의해야 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른, 차량용 블랙박스 및 자세제어 장치의 개념도이다.
차량용 블랙박스 및 자세제어 장치는 항법신호를 송출하는 다수개의 항법위성(101, 102, 103, 104)과 차량용 블랙박스 장착 차량(105), 복수 개의 위성항법 안테나(106, 107), 위성항법 보정정보 수신기(108), 위성항법 기준국(109) 등으로 구성할 수 있다.
항법위성(101, 102, 103, 104)은 지구상의 수신기가 위치를 파악할 수 있도록 항법신호를 송출한다. 지구상의 수신기가 받는 항법신호에는 항법위성의 오차 성분뿐만 아니라 항법신호가 전달되어 오는 과정에서 추가되는 오차 성분이 포함되게 된다. 따라서 수신기가 계산해 내는 위치에는 도로 위의 차선을 구분하거나 사고 상황을 정밀하게 밝힐 수는 없어 차량용 블랙박스로 이용하는 데는 기능상으로 한계가 있다.
차량의 사고책임을 밝히고 사고경위를 자세히 밝히기 위해서는 차선을 구분할 수 있도록 수 cm의 정확도를 확보하여야 한다. 이러한 정확도를 확보하기 위하여 위성항법 보정정보가 필요하다. 위성항법 보정정보를 이용하여 수신기의 위치를 정밀하게 파악하는 데는 DGPS(Differential GPS)와 RTK(Real Time Kinematics) 방식이 있다. 일반적으로 RTK 방식은 반송파를 이용하여 실시간으로 위치를 계산하는데 사용된다.
본 발명에서는 수 cm의 정확도를 보장하기 위해 위성항법 기준국(109)이 위성항법 보정정보를 송출한다. 차량(105)에는 위성항법 기준국(109)에서 송출하는 보정정보를 수신하는 안테나(108)가 있어, 보정정보를 수신하여 수신기의 위치를 정밀하게 계산할 수 있도록 한다.
위성항법 수신기는 차량(105) 내부에 장착되어 있으며 복수 개의 위성항법 안테나(106, 107)가 장착되어 있다. 위성항법 수신기는 4개 이상의 항법위성(101, 102, 103, 104)으로부터 신호를 받아 위성항법 안테나(106, 107)의 위치를 계산하게 된다.
차량용 블랙박스는 위성항법 안테나(106, 107)와 보정정보 수신 안테나(108)에서 수집한 데이터를 이용하여 차량의 정밀위치를 계산하고, 이 데이터를 차량용 블랙박스에 저장하며 차량 자세제어 정보로 활용하게 된다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른, 차량용 블랙박스 및 자세제어 장치의 블록 구성도이다.
차량용 블랙박스 및 자세제어 장치는 위성항법 수신기1(201), 위성항법 수신기2(202), 보정정보 수신부(203), 정밀위치 계산부(204), 위치기록 장치(205), 보조센서 수집부(206), 자세제어부(207)를 포함한다.
차량용 블랙박스는 위성항법 수신기1(201), 위성항법 수신기2(202), 보정정보 수신부(203), 정밀위치 계산부(204), 위치기록 장치(205)로 구현할 수 있으며, 차량용 블랙박스를 이용한 자세제어 장치는 보조센서 수집부(206), 자세제어부(207)를 더 포함하고 있다.
위성항법 수신기들(201, 202)은 위성항법 안테나(106, 107)를 통해 위성항법 데이터를 수신하고, 수신한 위성항법 데이터를 바탕으로 안테나의 위치와 항법, 관측데이터를 정밀위치 계산부(204)에 전달한다.
보정정보 수신부(203)는 위성항법 기준국(109)으로부터 수신한 보정정보를 처리하여 정밀위치 계산부(204)에 전달한다.
정밀위치 계산부(204)는 위성항법 수신기들(201,202)로부터 입력받은 데이터와 보정정보 수신부(203)로부터 입력받은 데이터를 이용하여 차량(105)의 정밀위치를 계산하고 차량(105)의 회전상태 등 자세를 파악한다.
정밀위치 계산부(204)는 계산된 차량(105)의 자세와 회전상태를 위치기록 장치(205)와 자세제어부(207)에 전달한다.
위치기록 장치(205)는 정밀위치 계산부(204)에서 입력받은 계산된 차량(105)의 자세와 회전상태를 차량용 블랙박스에 저장한다. 이와 같이 저장된 데이터는 향후 사고 발생 시 활용할 수 있다.
자세제어부(207)는 정밀위치 계산부(204)에서 수집한 데이터를 실시간으로 차량(105)의 자세제어를 하기 위해 이용한다.
보조센서 수집부(206)는 차량에 탑재된 자이로 센서, 속도센서, 가속도센서 등의 보조센서에서 데이터를 수집하여, 위성항법으로 계산된 위치를 검증하기 위해 자세제어부(207)에 전달한다.
자세제어부(207)는 차량(105)의 미끄러짐이나 급격한 충돌이 있을 때 차량(105)을 안정시키기 위하여 자동 자세제어를 실시하며, 제어명령을 생성하기 위하여 차량(105)의 자세는 정밀위치 계산부(204)에서 입력받는다. 그러나 위성항법 신호에 오류가 있을 때에는 잘못된 제어명령을 생성할 수 있으므로 위성항법 신호를 이용하여 계산한 데이터의 검증을 위해 보정센서 즉 자이로 센서, 속도센서, 가속도센서 등의 도움을 받아 현재 차량(105) 상태를 정밀하게 파악한다. 또한, 자세제어부(207)는 차량의 상태를 파악하여 차량의 미끄러짐 등이 발생했을 때 자동 자세제어를 실시한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른, 차량용 블랙박스 및 자세제어 장치의 정밀위치계산부가 차량의 자세와 회전을 파악하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
차량(105)에 위성항법 안테나(106, 107)는 복수 개로 장착되어 차량(105)의 회전을 감지할 수 있다. 보정정보를 수신하지 않는 위성항법 장치는 차량에 복수 개의 안테나(106, 107)를 설치하더라도 오차가 커서 차량의 회전까지 감지하기에는 어려움이 있다. 하지만, 보정정보를 수신하는 위성항법 장치는 수신기 위치가 정밀하여 두 개 이상의 안테나를 장착한다면 차량의 회전까지 검출해 낼 수 있다.
차량(105)의 회전을 감지하고 위성항법 안테나(106, 107)의 위치를 정밀하게 계산해 내면 차량(105)의 회전을 감지하여 미끄러짐을 감지하고 이러한 데이터는 자세제어부(207)에 전달하게 된다.
정밀위치계산이 이루어지면 차량의 안정성을 위한 자세제어뿐만 아니라 차량이 차선 정보까지 분별해 낼 수 있어 자동 운전이나 중앙선 침범 시 알람기능 등에도 활용이 가능하다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른, 차량용 블랙박스 및 자세제어 장치의 동작 흐름도이다.
402 단계에서 차량용 블랙박스 및 자세제어 장치는 위성항법 수신기(201, 202)로부터 복수 개의 항법 데이터를 입력받는다. 403 단계에서 차량용 블랙박스 및 자세제어 장치는 정밀위치를 파악하기 위해 위성항법 기준국(109)에서 송출한 보정정보를 입력받는다.
그러면, 404 단계에서 정밀위치 계산부(204)는 위성항법 수신기(201, 202)에서 입력되는 위성항법 데이터와 위성항법 기준국(109)에서 입력되는 보정정보를 이 용하여 차량의 정밀 위치를 계산한다. 405 단계에서, 차량용 블랙박스는 상기 계산된 결과를 저장하며, 교통사고 발생 시 이용할 수 있다.
406 단계에서 차량의 자세파악을 위해서 차량의 자세 및 위치가 미리 결정된 임계치 이상의 변화감지가 있는지를 판별한다.
406 단계에서 위성항법 데이터가 미리 결정된 임계치 이상의 변화가 없을 경우는 402 단계로 되돌아가 위성항법 데이터를 수집을 다시 시작해 계속해서 운행 데이터를 저장한다.
406 단계에서 위성항법 데이터의 미리 결정된 임계치 이상의 변화가 있는 경우에는 407 단계로 진행한다. 407 단계에서 위성항법 데이터의 검증을 위해서 보조센서의 데이터도 미리 결정된 임계치 이상의 변화가 있었는지를 검사한다.
407 단계에서 보조센서 데이터에 미리 결정된 임계치 이상의 변화가 검출되지 않으면, 402단계로 되돌아가 다시 항법데이터의 수집을 계속한다.
만약, 보조센서에서 미리 결정된 임계치 이상의 변화가 있는 경우는 동일한 각도, 또는 동일한 회전, 또는 동일한 가속도의 변화가 있는 경우이다. 예를 들어 설명하면, 특정한 기준 축에서 위성항법 데이터가 +방향으로 임계치 이상의 변화인 경우 보조센서도 동일하게 기준 축에서 + 방향으로 미리 결정된 임계값 이상의 변화가 있는 경우에 해당한다.
407 단계에서 보조센서로부터 미리 결정된 임계치 이상의 변화가 검출되면 408 단계로 진행하여 차량자세를 복수의 항법수신기로부터 받은 데이터를 이용해 정밀하게 자세를 분석한다.
409 단계에서 자세제어부(207)는 차량 제어 명령을 생성하며, 410 단계에서 차량을 안정화시킬 수 있는 제어 명령을 출력하고 종료한다.
본 발명은 위성항법 보정정보를 이용한 정밀 위성항법 시스템으로, 차량블랙박스 장치를 구성하고 위성항법 수신기를 복수 개로 구성하여 차량의 자세정보까지 파악할 수 있다. 상기와 같이 차량의 정밀위치와 자세파악이 이루어지면, 이를 이용하여 차량에 미끄러짐 등의 사고가 발생하였을 때 자동 자세제어 등에 이용할 수 있다.
본 발명은 중앙선 감지장치나 차선안내 네비게이션 및 자동 운전 장치로까지 용분야가 넓다. 또한, 본 발명은 보조 센서를 이용하여 위성항법 시스템을 검증함으로써 위성항법 시스템의 고장으로 인한 오작동을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른, 차량용 블랙박스 및 자세제어 장치의 개념도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른, 차량용 블랙박스 및 자세제어 장치의 블록 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른, 차량용 블랙박스 및 자세제어 장치의 정밀위치계산부가 차량의 자세와 회전을 파악하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른, 차량용 블랙박스 및 자세제어 장치의 동작 흐름도이다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 자세제어 장치에 있어서,
    차량에 장착된 복수 개의 위성항법 안테나를 이용해 위성항법 시스템에서 송신하는 위성항법 데이터를 수신하기 위한 위성항법 수신기들과,
    위성항법의 오차를 보정하기 위해 위성항법 기준국에서 송출하는 보정정보 데이터를 수신하는 보정정보 수신부와,
    상기 수신한 위성항법 데이터와 상기 보정정보 데이터를 이용하여 상기 차량의 정밀위치 및 자세와 회전상태를 계산하는 정밀위치 계산부와,
    상기 계산된 데이터를 이용하여 실시간으로 상기 차량의 자세제어를 하고, 상기 차량의 상태를 파악하여 미리 결정된 임계치 이상의 변화가 감지될 시 자동 자세제어 명령을 생성하는 자세제어부와,
    상기 차량에 탑재된 보조센서에서 수집된 데이터를 이용하여 상기 위성항법으로 계산된 위치를 검증하는 보조센서 수집부
    를 포함하는 자세제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 계산된 차량의 자세와 회전상태를 저장하여 향후 사고 발생 시 사용하는 위치기록장치
    를 더 포함하는 자세제어 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 보조센서 수집부는,
    자이로 센서, 속도 센서. 가속도 센서를 포함하는, 자세제어 장치.
  5. 삭제
  6. 위성항법 시스템을 이용한 자세제어 방법에 있어서,
    복수 개의 위성항법 데이터를 입력받는 과정과,
    위성항법의 오차를 보정하기 위해 보정정보를 수신하는 과정과,
    상기 입력된 데이터와 상기 수신된 보정정보를 이용하여 차량의 정밀 위치를 계산하는 과정과,
    상기 계산된 차량의 정밀 위치를 저장하는 과정과,
    상기 차량의 자세 및 위치가 미리 결정된 임계치 이상의 변화가 있는지 판별하는 과정과,
    상기 위성항법 데이터가 미리 결정된 임계치 이상의 변화가 감지될 시 차량에 탑재된 보조센서로부터 수집된 데이터의 변화 상태가 동일한가를 검사하는 과정과,
    상기 차량의 자세를 상기 입력받은 복수의 항법데이터를 이용하여 정밀하게 분석하여 제어명령을 생성하는 과정과,
    상기 차량을 안정화시킬 수 있는 상기 제어명령을 출력하는 과정
    을 포함하는 자세제어 방법.
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KR20090125788A KR101489726B1 (ko) 2009-12-16 2009-12-16 위성 항법 시스템을 이용한 자세 제어 장치 및 방법

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KR101916908B1 (ko) * 2016-09-28 2018-11-08 광주과학기술원 위치 추정 시스템 및 위치 추정 시스템을 포함하는 무인 이동 장치

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JP2003232845A (ja) 2002-02-12 2003-08-22 Furuno Electric Co Ltd 移動体の方位および姿勢検出装置
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