KR101928190B1 - 물체 간 충돌 예측 방법 - Google Patents

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Abstract

물체 간 충돌 예측 방법이 제공된다. 3차원 공간에서 각각의 궤도를 따라 이동하는 복수의 물체 간의 충돌을 예측하는 방법에 있어서, 상기 물체들 간의 보로노이 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 면들을 산출하는 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계, 상기 물체들 중 상기 보로노이 다이어그램의 면과 가장 인접한 물체들을 충돌 예상 물체들로 추출하는 충돌 예상 물체 추출 단계 및 상기 충돌 예상 물체들의 이동 속도를 분석하여 상기 충돌 예상 물체들의 충돌 여부를 판단하는 충돌 여부 판단 단계를 포함한다.

Description

물체 간 충돌 예측 방법{Method for predicting collision among moving objects}
본 발명은 물체 간 충돌 예측 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 보로노이(Voronoi) 다이어그램에 기반하여, 3차원 공간에서 궤도를 따라 이동하는 물체들 간의 충돌을 신속하고 정확하게 예측하는 물체 간 충돌 예측 방법에 관한 것이다.
3차원 공간에서 복수의 물체 사이의 충돌을 효율적으로 예측하는 기술은, 우주공간상에서의 상황인식 (space situational awareness)에 적용될 수 있다. 최근에는 인공위성의 수가 기하급수적으로 늘어나고 있으며, 우주공간상에 떠다니는 파편이나 잔해물들이 급격하게 증가함에 따라, 인공위성 및 기타 우주 파편들 사이의 근접 (conjunction) 및 충돌 (collision)의 가능성이 점점 높아지고 있다. 이러한 근접 및 충돌의 가능성을 정확하게 예측하지 못하여, 2009년 Iridium 33과 Kosmos 2251의 충돌사건과 같은 매우 위험한 상황이 발생하는 경우가 있다.
현재, 일반적으로 사용되고 있는 3차원 공간에서 물체 사이의 근접 및 충돌의 위험을 예측하기 위한 기술은, 1984년에 Hoots등이 고안한 세 가지 필터(apogee/perigee filter, orbit path filter, time filter)에 기반을 둔 방법을 개선한 것이다. 이러한 필터들을 이용하면 물체 사이의 근접위험을 확인하기 위해서 수행해야 하는 직접적인 교차계산(intersection computation)의 양을 부분적으로 감소시킬 수는 있지만 근본적으로 매우 큰 계산 양을 피할 수 없으며 충돌을 정확하게 감지하지 못할 수도 있다는 문제가 있다.
따라서, 물체 사이의 충돌 감지 확률이 향상되고, 충돌 감지를 위한 계산량이 감소된 물체 간 충돌 예측 기술들이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 충돌 예측 속도가 향상된 물체 간 충돌 예측 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 궤도 정보가 주어진 모든 물체들 사이의 충돌을 놓치지 않고 감지 할 수 있는 물체 간 충돌 예측 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 충돌 예측을 위한 계산량이 감소된 물체 간 충돌 예측 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 물체 간 충돌 예측 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 3차원 공간에서 각각의 궤도를 따라 이동하는 복수의 물체 간의 충돌을 예측하는 방법에 있어서, 상기 물체들 간의 보로노이 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 면들을 산출하는 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계, 상기 물체들 중 상기 보로노이 다이어그램의 면과 가장 인접한 물체들을 충돌 예상 물체들로 추출하는 충돌 예상 물체 추출 단계 및 상기 충돌 예상 물체들의 이동 속도를 분석하여 상기 충돌 예상 물체들의 충돌 여부를 판단하는 충돌 여부 판단 단계를 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 물체들은 지구 주위를 공전하는 인공위성일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 충돌 예상 물체들로 추출하는 단계는, 상기 물체들의 경계와 상기 보로노이 다이그램의 면 사이 거리가 가장 작은 물체들을 상기 충돌 예상 물체들로 추출할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 물체들 각각은 상이한 반경을 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 충돌 여부 판단 단계는, 상기 충돌 예상 물체들 중 제1 충돌 예상 물체(A)와 제2 충돌 예상 물체(B)의 반경이 각각 rA, rB이고, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 제1 기준 시점에서의 중심점 위치가 각각 (Ax, Ay, Az), (Bx, By, Bz)이고, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)가 궤도를 따라 이동하는 속도가 각각 VA=(vx, vy, vz), UB=(ux, uy, uz) 일 때, t 시간 경과 후 상기 제1 충돌 예상 물체(A)의 예상 위치를 A(t), 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 예상 위치를 B(t)라 할 경우, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 충돌 여부는 하기 수학식 1을 통해 연산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112017051637116-pat00001
(rx는 Ax-Bx, ry는 Ay-By, rz는 Az-Bz, wx는 vx-ux, wy는 vy-uy, wz는 vz-uz)
일 실시 예에 따르면, 상기 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계, 상기 충돌 예상 물체 추출 단계, 그리고 상기 충돌 여부 판단 단계는 기 설정된 주기마다 반복 수행될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 3차원 공간에서 각각의 궤도를 따라 이동하는 복수의 물체 간의 충돌을 예측하는 방법에 있어서, 상기 물체들의 궤도를 n개의 직선 구간으로 근사화하여 제1 근사 궤도를 생성하고, 상기 물체들의 궤도와 상기 제1 근사 궤도 간의 오차를 반영하여 상기 물체들의 크기를 1차 보정하고, 크기가 1차 보정된 물체들간의 충돌 여부를 판단하는 1차 물체 충돌 여부 판단 단계 및 상기 1차 물체 충돌 여부 판단 단계에서 상기 크기가 1차 보정된 물체들 간에 충돌이 발생될 경우, 상기 물체들의 궤도를 상기 n개보다 큰 m개의 직선 구간으로 근사화하여 제 2 근사 궤도를 생성하고, 상기 물체들의 궤도와 상기 제2 근사 궤도 간의 오차를 반영하여 상기 물체들의 크기를 2차 보정하고, 크기가 2차 보정된 물체들간의 충돌 여부를 판단하는 2차 물체 충돌 여부 판단 단계를 포함하되, 상기 1차 물체 충돌 여부 판단 단계 및 상기 2차 물체 충돌 여부 판단 단계 각각은, 크기가 보정된 물체들 간의 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 면들을 산출하는 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계, 상기 크기가 보정된 물체들 중 상기 보로노이 다이어그램의 면과 가장 인접한 물체들을 충돌 예상 물체들로 추출하는 충돌 예상 물체 추출 단계 및 상기 충돌 예상 물체들의 이동 속도를 분석하여 충돌 여부를 판단하는 충돌 여부 판단 단계를 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 충돌 예상 물체들로 추출하는 단계는, 상기 물체들의 경계와 상기 보로노이 다이그램의 면 사이 거리가 가장 작은 물체들을 상기 충돌 예상 물체들로 추출할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계, 상기 충돌 예상 물체 추출 단계, 그리고 상기 충돌 여부 판단 단계는 기 설정된 주기마다 반복 수행되되, 상기 1차 물체 충돌 여부 판단 단계의 반복 수행 주기와 상기 2차 물체 충돌 여부 판단 단계의 반복 수행 주기는 동일하게 설정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 충돌 여부 판단 단계는, 상기 충돌 예상 물체들 중 제1 충돌 예상 물체(A)와 제2 충돌 예상 물체(B)의 반경이 각각 rA, rB이고, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 제1 기준 시점에서의 중심점 위치가 각각 (Ax, Ay, Az), (Bx, By, Bz)이고, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)가 궤도를 따라 이동하는 속도가 각각 VA=(vx, vy, vz), UB=(ux, uy, uz) 일 때, t 시간 경과 후 상기 제1 충돌 예상 물체(A)의 예상 위치를 A(t), 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 예상 위치를 B(t)라 할 경우, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 충돌 여부는 하기 수학식 1을 통해 연산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112017051637116-pat00002
(rx는 Ax-Bx, ry는 Ay-By, rz는 Az-Bz, wx는 vx-ux, wy는 vy-uy, wz는 vz-uz)
본 발명의 실시 예에 따른 물체 간 충돌 예측 방법은 3차원 공간에서 궤도를 따라 이동하는 복수의 물체 사이의 보로노이 다이어그램을 연산하고, 보로노이 다이어그램으로부터 충돌 예상 물체를 산출하고, 충돌 예상 물체들에 대해서만 충돌 여부를 계산함으로써, 적은 계산량으로 물체들의 충돌 여부를 신속하고 정확하게 판단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 물체 간의 충돌을 예측하는 시스템을 간략하게 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 물체 간 충돌 예측 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계와 충돌 예상 물체 추출 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 충돌 여부 판단 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 물체 간 충돌 예측 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 물체 간 충돌 예측 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 물체 간 충돌 예측 방법의 1차 물체 충돌 여부 판단 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 물체 간 충돌 예측 방법의 2차 물체 충돌 여부 판단 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 물체 간 충돌 예측 방법의 3차 물체 충돌 여부 판단 단계를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
본 발명에 따른 물체 간 충돌 예측 시스템은 3차원 공간에서 각각의 궤도를 따라 이동하는 복수의 물체 간의 충돌을 보로노이 다이어그램을 이용하여 예측한다. 3차원 공간에서 복수의 물체 간의 보로노이 다이어그램을 연산하는 경우, 보로노이 다이어그램의 면이 산출될 수 있다.
다만, 설명의 편의를 위하여, 도 3, 도 5, 도 7 내지 도 9에서는 3차원 공간에서의 물체들의 움직임을 2차원 평면 상에 표현하였고, 생성된 보로노이 다이어그램의 면을 선으로 표현하였다. 표현된 선은 3 차원 공간에서의 보로노이 다이어그램의 면으로 이해된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 물체 간의 충돌을 예측하는 시스템을 간략하게 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 물체 간의 충돌을 예측하는 시스템(10)은 3차원 공간에서 각각의 궤도를 따라 이동하는 복수의 물체 간의 충돌을 예측한다. 물체 간의 충돌을 예측하는 시스템은 통신부(11), 저장부(12), 그리고 연산부(13)를 포함한다. 통신부(11)는 궤도를 따라 이동하는 복수의 물체들과 통신가능하며, 각각의 물체들로부터 위치 및 속도 정보를 수신한다. 수신된 정보들은 저장부(12)에 저장된다. 연산부(13)는 저장부(12)로부터 물체들의 위치 및 속도 정보를 수신하며, 정보들로부터 물체들의 이동 궤도를 생성한다. 또한, 연산부(13)는 사용자에 의해 기 설정된 주기로, 궤도를 따라 이동하는 물체들의 충돌 여부를 예측한다. 연산부(13)가 물체간 충돌을 예측하는 방법에 대해서는 도 2 내지 도 9를 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 연산부(13)는 물체간 충돌을 예측하는 프로그램으로, 저장매체에 기록되어 컴퓨터에 의해 읽을 수 있다.
도 2은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 물체 간 충돌 예측 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 물체 간 충돌 예측 방법은 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계(S110), 충돌 예상 물체 추출 단계(S120), 그리고 충돌 여부 판단 단계(S130)를 포함한다.
보로노이 다이어그램의 면 산출 단계(S110)는 물체들 간의 보로노이 다이어그램을 연산하여, 보로노이 다이어그램의 면들을 산출한다. 실시 예에 따르면, 상기 물체들을 3차원 구(sphere)로 모델링 한 뒤, 상기 보로노이 다이어그램을 연산할 수 있다. 실시 예에 따르면, 상기 물체들은 지구 주위를 공전하는 인공위성일 수 있다. 실시 예에 따르면, 상기 물체들 각각은 상이한 반경을 가질 수 있다.
충돌 예상 물체 추출 단계(S120)는 상기 물체들 중 상기 보로노이 다이어그램의 면과 가장 인접한 물체들을 충돌 예상 물체들로 추출한다. 구체적으로, 상기 충돌 예상 물체들은, 상기 물체들의 경계와 상기 보로노이 다이그램의 면 사이 거리가 가장 작은 물체들일 수 있다.
충돌 여부 판단 단계(S130)는 상기 충돌 예상 물체들의 이동 속도를 분석하여 상기 충돌 예상 물체들의 충돌 여부를 판단한다.
물체 간 충돌 예측 방법은 물체들 간 충돌 여부를 지속적으로 모니터링하기 위해 기 설정된 주기마다 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계(S110), 충돌 예상 물체 추출 단계(S120) 그리고 충돌 여부 판단 단계(S130)를 반복 수행한다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 물체 간 충돌 예측 방법을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계와 충돌 예상 물체 추출 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 충돌 여부 판단 단계를 설명하기 위한 도면이다.
먼저 도 3을 참조하면, 상기 물체들 간의 보로노이 다이어그램(110)이 연산되고, 보로노이 다이어그램의 면(112)들이 산출된다. 상기 물체들 중 보로노이 다이어그램의 면(112)와 가장 인접 위치하는 제1 물체(210)와 제2 물체(310)가 상기 충돌 예상 물체들로 추출된다.
도 4를 참조하면, 상기 충돌 예상 물체들의 이동 속도를 분석하여 상기 충돌 예상 물체들의 충돌 여부를 판단한다. 보다 구체적인 설명을 위해 충돌이 예상되는 두 물체(210, 310)를 아래의 조건으로 설정한다. 제1 물체(210)의 반경(214)은 rA이고, 제2 물체(310)의 반경(314)은 rB이다, 제1 물체(210)의 제1 기준 시점에서의 중심점(216) 위치는 (Ax, Ay, Az)이고, 제2 물체(310)의 상기 제1 기준 시점에서의 중심점(316) 위치는 (Bx, By, Bz)이다. 제1 물체(210)가 궤도를 따라 이동하는 속도(218)는 VA=(vx, vy, vz)이고, 제2 물체(310)가 궤도를 따라 이동하는 속도(318)는 UB=(ux, uy, uz)이다.
상술된 조건들에서, 상기 제1 기준 시점에서부터 t 시간 경과 후, 제1 물체(210)의 중심점(216)의 예상 위치는 A(t)이고, 제2 물체(310)의 중심점(316)의 예상 위치는 B(t)로 정의되며, 제1 물체(210)와 제2 물체(310)의 충돌 여부는 하기 수학식 1을 통해 연산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112017051637116-pat00003
(rx는 Ax-Bx, ry는 Ay-By, rz는 Az-Bz, wx는 vx-ux, wy는 vy-uy, wz는 vz-uz)
d(t)는 상기 제1 기준 시점에서부터 t 시간 경과 후, 제1 물체(210)와 제2 물체(310) 사이의 거리이다. d(t)가 제1 물체(210)의 반경(214)과 제2 물체(310)의 반경(314)의 합에 수렴할 경우, 제1 물체(210)와 제2 물체(310)가 충돌하는 것으로 판단할 수 있다.
제1 물체(210)와 제2 물체(310)의 충돌 시점은 하기 수학식 2를 통해 연산될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112017051637116-pat00004
-
Figure 112017051637116-pat00005
이하, 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 물체 간 충돌 예측 방법을 설명한다. 본 발명의 실시 예들에서는 지구 둘레를 공전하는 인공위성들을 예로 들어 충돌 예측 방법을 설명한다. 그러나 본 발명의 실시 예들은 이에 국한되지 않으며, 일정 궤도를 따라 움직이는 다양한 물체들의 충돌 예측에도 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 물체 간 충돌 예측 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 (A) 내지 (C)를 참조하면, 지구(100)의 둘레를 제1 인공위성(210)이 제1 궤도(220)를 따라 공전하고, 제2 인공위성(310)이 제2 궤도(320)를 따라 공전하고, 제3 인공위성(410)이 제3 궤도(420)를 따라 공전한다.
도 5의 (A)는 제1 기준 시점에서의 제1 내지 제3 인공위성(210, 310, 410)들의 위치를 나타내고, 도 5의 (B)는 상기 제1 기준 시점으로부터 설정 시간 경과 후, 제2 기준 시점에서의 제1 내지 제3 인공위성(210, 310, 410)들의 위치를 나타내고, 도 5의 (C)는 상기 제2 기준 시점으로부터 설정 시간 경과 후, 제3 기준 시점에서의 제1 내지 제3 인공위성(210, 310, 410)들의 위치를 나타낸다.
도 5의 (A)를 참조하면, 상기 제1 기준 시점에서 제1 내지 제3 인공위성(210, 310, 410)들에 대한 보로노이 다이어그램(110)을 연산하여 보로노이 다이어그램의 면이 산출된다.
제1 내지 제3 인공위성(210, 310, 410)들 중 보로노이 다이어그램의 면과 가장 인접한 제2 및 제3 인공위성(310, 410)이 충돌 예상 물체들로 추출된다.
상기 충돌 예상 물체들로 추출된 제2 및 제3 인공위성(310, 410)들의 이동 속도를 분석하여, 충돌 여부를 판단한다. 실시 예에 따르면, 제2 및 제3 인공위성(310, 410)들은 충돌하지 않는 것으로 판단된다.
도 5의 (B)를 참조하면, 상기 제2 기준 시점에서 제1 내지 제3 인공위성(210, 310, 410)들에 대한 보로노이 다이어그램(110)을 연산하여 보로노이 다이어그램의 면이 산출된다.
제1 내지 제3 인공위성(210, 310, 410)들 중 보로노이 다이어그램의 면과 가장 인접한 제2 및 제3 인공위성(310, 410)이 충돌 예상 물체들로 추출된다.
상기 충돌 예상 물체들로 추출된 제2 및 제3 인공위성(310, 410)들의 이동 속도를 분석하여, 충돌 여부를 판단한다. 실시 예에 따르면, 제2 및 제3 인공위성(310, 410)들은 충돌하지 않는 것으로 판단된다.
도 5의 (C)를 참조하면, 상기 제3 기준 시점에서 제1 내지 제3 인공위성(210, 310, 410)들의 위치를 확인할 수 있다. 상기 제3 기준 시점에서 제2 및 제3 물체(310, 410)들이 충돌하는 것을 알 수 있다.
도 6는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 물체 간 충돌 예측 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 1차 물체 충돌 여부 판단 단계(S200)가 수행된다. 1차 물체 충돌 여부 판단 단계는 1차 궤도 근사화 및 물체 크기 보정 단계(S210), 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계(S220), 충돌 예상 물체 추출 단계(S230) 그리고 충돌 여부 판단 단계(S240)를 포함한다.
1차 궤도 근사화 및 물체 크기 보정 단계(S210)는 물체들의 궤도를 n 개의 직선 구간으로 근사화하여 제1 근사 궤도들을 생성한다. 그리고 상기 물체들의 궤도와 상기 제1 근사 궤도들 간의 오차를 반영하여, 상기 물체들의 크기를 1차 보정한다.
상기 크기가 1차 보정된 물체들 간의 충돌 여부를 판단하기 위해, 상기 크기가 1차 보정된 물체들에 대해 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계(S220), 충돌 예상 물체 추출 단계(S230) 그리고 충돌 여부 판단 단계(S240)를 수행한다. 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계(S220), 충돌 예상 물체 추출 단계(S230) 그리고 충돌 여부 판단 단계(S240)는 도 2를 참조하여 설명된 것과 동일하게 수행될 수 있다.
1차 물체 충돌 여부 판단 단계(S200)에서 상기 크기가 1차 보정된 물체들 간의 충돌이 발생하지 않은 것으로 판단되는 경우, 기 설정된 시간이 경과 후 해당 시점에서의 물체들에 대한 1차 물체 충돌 여부 판단 단계(S200)가 반복적으로 수행될 수 있다.
1차 물체 충돌 여부 판단 단계(S200)에서 상기 크기가 1차 보정된 물체들 간의 충돌이 발생한 것으로 판단되는 경우, 2차 물체 충돌 여부 판단 단계(S300)가 수행된다. 2차 물체 충돌 여부 판단 단계(S300)는 2차 궤도 근사화 및 물체 크기 보정 단계(S310), 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계(S320), 충돌 예상 물체 추출 단계(S330) 그리고 충돌 여부 판단 단계(S340)를 포함한다.
2차 궤도 근사화 및 물체 크기 보정 단계(S310)는 상기 물체들의 궤도를 상기 n 개보다 큰 m 개의 직선 구간으로 근사화하여 제2 근사 궤도들을 생성한다. 그리고 상기 물체들의 궤도와 상기 제2 근사 궤도들 간의 오차를 반영하여 상기 물체들의 크기를 2차 보정한다. 상기 크기가 2차 보정된 물체들의 크기는 1차 보정된 물체들의 크기보다 작다.
상기 크기가 2차 보정된 물체들 간의 충돌 여부를 판단하기 위해, 상기 크기가 2차 보정된 물체들에 대해 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계(S320), 충돌 예상 물체 추출 단계(S330) 그리고 충돌 여부 판단 단계(S340)를 수행한다.
2차 물체 충돌 여부 판단 단계(S300)에서 상기 크기가 2차 보정된 물체들 간의 충돌이 발생하지 않은 것으로 판단되는 경우, 기 설정된 주기마다 2차 물체 충돌 여부 판단 단계(S300)가 반복적으로 수행될 수 있다.
2차 물체 충돌 여부 판단 단계(S300)에서 상기 크기가 2차 보정된 물체들 간의 충돌이 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 물체들의 궤도를 상기 m 개보다 더 많은 직선 구간들로 근사화하여 물체의 충돌 여부를 판단하는 3차 물체 충돌 여부 판단을 수행할 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 3차 물체 충돌 여부 판단은 궤도 근사화 및 물체의 크기 보정을 하지 않고, 도 9와 같이 물체의 실제 크기와 물체의 실제 궤도에서 물체의 충돌 여부를 판단할 수 있다.
3차 충돌 여부 판단 단계는 앞서 설명한 물체들에 대해 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계, 충돌 예상 물체 추출 단계, 그리고 충돌 여부 판단 단계를 포함한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 물체 간 충돌 예측 방법의 1차 물체 충돌 여부 판단 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 물체 간 충돌 예측 방법의 2차 물체 충돌 여부 판단 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 물체 간 충돌 예측 방법의 3차 물체 충돌 여부 판단 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 1차 물체 충돌 여부 판단 단계가 수행된다.
도 7의 (A)는 제1 기준 시점에서의 크기가 1차 보정된 제1 내지 제3 인공위성(240, 340, 440)들의 위치를 나타낸 도면이고, 도 7의 (B)는 상기 제1 기준 시점으로부터 설정 시간 경과 후, 제2 기준 시점에서의 크기가 1차 보정된 제1 내지 제3 인공위성(240, 340, 440)들의 위치를 나타낸 도면이다.
도 7의 (A)를 참조하면, 상기 제1 기준 시점에서, 제1 내지 제3 궤도(220, 320, 420)를 5 개의 직선 구간으로 근사화 하여 제1 내지 제3 인공위성의 제1 근사 궤도(230, 330, 430)를 생성한다. 제1 내지 제3 궤도(220, 320, 420)와 제1 내지 제3 인공위성의 제1 근사 궤도(230, 330, 430) 간의 오차를 반영하여 제1 내지 제3 인공위성(210, 310, 410)들의 크기를 1차 보정한다.
크기가 1차 보정된 제1 내지 제3 인공위성(240, 340, 440)들에 대한 보로노이 다이어그램(110)을 연산하여 보로노이 다이어그램의 면이 산출된다.
크기가 1차 보정된 제1 내지 제3 인공위성(240, 340, 440)들 중 보로노이 다이어그램의 면과 가장 인접한 크기가 1차 보정된 제2 및 제3 인공위성(340, 440)이 충돌 예상 물체들로 추출된다.
상기 충돌 예상 물체들로 추출된 크기가 1차 보정된 제2 및 제3 인공위성(340, 440)의 이동 속도를 분석하여, 충돌 여부를 판단한다. 실시 예에 따르면, 크기가 1차 보정된 제2 및 제3 인공위성(340, 440)은 충돌하지 않는 것으로 판단된다.
도 7의 (B)를 참조하면, 상기 제2 기준 시점에서, 도 7의 (A)를 참조하여 설명된 것과 같은 1차 물체 충돌 여부 판단 단계가 반복하여 수행된다.
상기 제2 기준 시점에서, 크기가 1차 보정된 제1 및 제2 인공위성(240, 340)가 충돌 예상 물체들로 추출되고, 크기가 1차 보정된 제1 및 제2 인공위성(240, 340)의 이동 속도를 분석하여, 충돌 여부를 판단한다. 실시 예에 따르면, 크기가 1차 보정된 제1 및 제2 인공위성(240, 340)은 충돌하는 것으로 판단된다.
도 8을 참조하면, 2차 물체 충돌 여부 판단 단계가 수행된다.
도 8의 (A)는 상기 제2 기준 시점으로부터 설정 시간 경과 후, 제3 기준 시점에서의 크기가 2차 보정된 제1 내지 제3 인공위성(260, 360, 460)들의 위치를 나타낸 도면이고, 도 8의 (B)는 상기 제3 기준 시점으로부터 설정 시간 경과 후, 제4 기준 시점에서의 크기가 2차 보정된 제1 내지 제3 인공위성(260, 360, 460)들의 위치를 나타낸 도면이다.
도 8의 (A)를 참조하면, 상기 제3 기준 시점에서, 제1 내지 제3 궤도(220, 320, 420)를 10 개의 직선 구간으로 근사화 하여 제1 내지 제3 인공위성의 제2 근사 궤도(250, 350, 450)를 생성한다. 제1 내지 제3 궤도 (220, 320, 420)와 제1 내지 제3 인공위성의 제2 근사 궤도(250, 350, 450) 간의 오차를 반영하여 크기가 1차 보정된 제1 내지 제3 인공위성(240, 340, 440)들의 크기를 2차 보정한다.
크기가 2차 보정된 제1 내지 제3 인공위성(260, 360, 460)들에 대한 보로노이 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 면이 산출된다.
크기가 2차 보정된 제1 내지 제3 인공위성(260, 360, 460)들 중 보로노이 다이어그램의 면과 가장 인접한 크기가 2차 보정된 제1 및 제2 인공위성(260, 360)가 충돌 예상 물체들로 추출된다.
상기 충돌 예상 물체들로 추출된 크기가 2차 보정된 제1 및 제2 인공위성(260, 360)의 이동 속도를 분석하여, 충돌 여부를 판단한다. 실시 예에 따르면, 크기가 2차 보정된 제1 및 제2 인공위성(260, 360)은 충돌하지 않는 것으로 판단된다.
도 8의 (B)를 참조하면, 상기 제4 기준 시점에서, 도 8의 (A)를 참조하여 설명된 것과 같은 2차 물체 충돌 여부 판단 단계가 반복하여 수행된다.
상기 제4 기준 시점에서, 크기가 2차 보정된 제2 및 제3 인공위성(360, 460)이 상기 충돌 예상 물체들로 추출되고, 크기가 2차 보정된 제2 및 제3 인공위성(360, 460)의 이동 속도를 분석하여, 충돌 여부를 판단한다. 실시 예에 따르면, 크기가 2차 보정된 제2 및 제3 인공위성(360, 460)은 충돌하는 것으로 판단된다.
도 9를 참조하면, 3차 물체 충돌 판단 단계가 수행된다.
상기 제4 기준 시점에서, 제2 및 제3 인공위성(310, 410)이 상기 충돌 예상 물체들로 추출되고, 이동 속도를 분석하여 충돌 여부를 판단한다. 실시 예에 따르면, 제2 및 제3 인공위성(310, 410)은 충돌하는 것으로 판단된다.
도 8의 (B)와 도 9의 결과를 비교하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 물체 간 충돌 예측 방법이, 물체의 실제 크기와 물체의 실제 궤도에 따라 물체의 충돌 여부를 판단하는 3차 물체 충돌 여부 판단 결과와 일치하는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 물체 간 충돌 예측 방법을 이용하여 3차원 공간에서 궤도를 따라 이동하는 물체들 사이의 충돌을 예측하는 경우, 계산량이 감소하여 충돌 예측 속도가 향상되고, 충돌 예측의 정확도가 향상될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10: 시스템
11: 통신부
12: 저장부
13: 연산부
100: 지구
110: 보로노이 다이어그램
112: 보로노이 다이어그램의 면
210: 제1 물체(인공위성)
214: 제1 물체의 반경
216: 제1 물체의 중심점
218: 제1 물체의 이동 속도
220: 제1 궤도
230: 제1 인공위성의 제1 근사 궤도
240: 크기가 1차 보정된 제1 인공위성
250: 제1 인공위성의 제2 근사 궤도
260: 크기가 2차 보정된 제1 인공위성
310: 제2 물체(인공위성)
314: 제2 물체의 반경
316: 제2 물체의 중심점
318: 제2 물체의 이동 속도
320: 제2 궤도
330: 제2 인공위성의 제1 근사 궤도
340: 크기가 1차 보정된 제2 인공위성
350: 제2 인공위성의 제2 근사 궤도
360: 크기가 2차 보정된 제2 인공위성
410: 제3 물체(인공위성)
420: 제3 궤도
430: 제3 인공위성의 제1 근사 궤도
440: 크기가 1차 보정된 제3 인공위성
450: 제3 인공위성의 제2 근사 궤도
460: 크기가 2차 보정된 제3 인공위성

Claims (10)

  1. 3차원 공간에서 각각의 궤도를 따라 이동하는 복수의 물체 간의 충돌을 예측하는 방법에 있어서,
    상기 물체들 간의 보로노이 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 면들을 산출하는 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계;
    상기 물체들 중 상기 보로노이 다이어그램의 면과 가장 인접한 물체들을 충돌 예상 물체들로 추출하는 충돌 예상 물체 추출 단계; 및
    상기 충돌 예상 물체들의 이동 속도를 분석하여 상기 충돌 예상 물체들의 충돌 여부를 판단하는 충돌 여부 판단 단계를 포함하되,
    상기 충돌 여부 판단 단계는,
    상기 충돌 예상 물체들 중 제1 충돌 예상 물체(A)와 제2 충돌 예상 물체(B)의 반경이 각각 rA, rB이고, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 제1 기준 시점에서의 중심점 위치가 각각 (Ax, Ay, Az), (Bx, By, Bz)이고, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)가 궤도를 따라 이동하는 속도가 각각 VA=(vx, vy, vz), UB=(ux, uy, uz) 일 때,
    t 시간 경과 후 상기 제1 충돌 예상 물체(A)의 예상 위치를 A(t), 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 예상 위치를 B(t)라 할 경우, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 충돌 여부는 하기 수학식 1을 통해 연산되는 물체 간 충돌 예측 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112018070957685-pat00017

    (rx는 Ax-Bx, ry는 Ay-By, rz는 Az-Bz, wx는 vx-ux, wy는 vy-uy, wz는 vz-uz)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 물체들은 지구 주위를 공전하는 인공위성인 물체 간 충돌 예측 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충돌 예상 물체들로 추출하는 단계는, 상기 물체들의 경계와 상기 보로노이 다이그램의 면 사이 거리가 가장 작은 물체들을 상기 충돌 예상 물체들로 추출하는 물체 간 충돌 예측 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 물체들 각각은 상이한 반경을 갖는 물체 간 충돌 예측 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계, 상기 충돌 예상 물체 추출 단계 그리고 상기 충돌 여부 판단 단계는 기 설정된 주기마다 반복 수행되는 물체 간 충돌 예측 방법.
  7. 3차원 공간에서 각각의 궤도를 따라 이동하는 복수의 물체 간의 충돌을 예측하는 방법에 있어서,
    상기 물체들의 궤도를 n개의 직선 구간으로 근사화하여 제1 근사 궤도를 생성하고, 상기 물체들의 궤도와 상기 제1 근사 궤도 간의 오차를 반영하여 상기 물체들의 크기를 1차 보정하고, 크기가 1차 보정된 물체들 간의 충돌 여부를 판단하는 1차 물체 충돌 여부 판단 단계; 및
    상기 1차 물체 충돌 여부 판단 단계에서 상기 크기가 1차 보정된 물체들 간에 충돌이 발생될 경우, 상기 물체들의 궤도를 상기 n개보다 큰 m개의 직선 구간으로 근사화하여 제 2 근사 궤도를 생성하고, 상기 물체들의 궤도와 상기 제2 근사 궤도 간의 오차를 반영하여 상기 물체들의 크기를 2차 보정하고, 크기가 2차 보정된 물체들 간의 충돌 여부를 판단하는 2차 물체 충돌 여부 판단 단계를 포함하되,
    상기 1차 물체 충돌 여부 판단 단계 및 상기 2차 물체 충돌 여부 판단 단계 각각은,
    크기가 보정된 물체들 간의 다이어그램을 연산하여 보로노이 다이어그램의 면들을 산출하는 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계;
    상기 크기가 보정된 물체들 중 상기 보로노이 다이어그램의 면과 가장 인접한 물체들을 충돌 예상 물체들로 추출하는 충돌 예상 물체 추출 단계; 및
    상기 충돌 예상 물체들의 이동 속도를 분석하여 충돌 여부를 판단하는 충돌 여부 판단 단계를 포함하되,
    상기 충돌 여부 판단 단계는,
    상기 충돌 예상 물체들 중 제1 충돌 예상 물체(A)와 제2 충돌 예상 물체(B)의 반경이 각각 rA, rB이고, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 제1 기준 시점에서의 중심점 위치가 각각 (Ax, Ay, Az), (Bx, By, Bz)이고, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)가 궤도를 따라 이동하는 속도가 각각 VA=(vx, vy, vz), UB=(ux, uy, uz) 일 때,
    t 시간 경과 후 상기 제1 충돌 예상 물체(A)의 예상 위치를 A(t), 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 예상 위치를 B(t)라 할 경우, 상기 제1 충돌 예상 물체(A)와 상기 제2 충돌 예상 물체(B)의 충돌 여부는 하기 수학식 1을 통해 연산되는 물체 간 충돌 예측 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112018070957685-pat00018

    (rx는 Ax-Bx, ry는 Ay-By, rz는 Az-Bz, wx는 vx-ux, wy는 vy-uy, wz는 vz-uz)
  8. 제7항에 있어서,
    상기 충돌 예상 물체들로 추출하는 단계는, 상기 물체들의 경계와 상기 보로노이 다이그램의 면 사이 거리가 가장 작은 물체들을 상기 충돌 예상 물체들로 추출하는 물체 간 충돌 예측 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 보로노이 다이어그램의 면 산출 단계, 상기 충돌 예상 물체 추출 단계, 그리고 상기 충돌 여부 판단 단계는 기 설정된 주기마다 반복 수행되되,
    상기 1차 물체 충돌 여부 판단 단계의 반복 수행 주기와 상기 2차 물체 충돌 여부 판단 단계의 반복 수행 주기는 동일하게 설정되는 물체 간 충돌 예측 방법.
  10. 삭제
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