KR102072630B1 - 다중 GNSS를 활용한 위치영역 Hatch 필터 기반 위치 추정 방법 및 장치 - Google Patents
다중 GNSS를 활용한 위치영역 Hatch 필터 기반 위치 추정 방법 및 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본원은 다중 GNSS를 활용한 위치영역 Hatch 필터 기반 위치 추정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 위치 추정 방법은, (a) k번째 시점에서 복수의 GNSS 위성 중 하나 이상의 가시위성이 존재하는 경우, GNSS 수신기가 상기 하나 이상의 가시위성으로부터 GNSS 원시 데이터를 제공받는 단계, (b) 위치영역 Hatch 필터가 시전달용 간접 측정치를 이용하여 상기 k번째 시점보다 이전인 (k-1)번째 시점에서의 이전 위치 추정치를 상기 k번째 시점에서의 금번 위치 추정치로 시전달(time propagation)하는 단계를 포함하되,상기 복수의 GNSS 위성은 서로 다른 종류의 위성을 포함하고, 상기 이전 위치 추정치 및 상기 금번 위치 추정치는, 상기 GNSS 수신기의 추정 위치 및 상기 복수의 GNSS 위성에 대한 상기 GNSS 수신기의 추정 시계오차를 포함하며, 상기 시전달용 간접 측정치는, 상기 GNSS 원시 데이터를 고려하여 생성되는 실제 측정치 및 상기 GNSS 수신기의 시계오차 조건과 동적 상태 조건을 고려하여 생성되는 가상 측정치를 포함한다.
Description
본원은 다중 GNSS를 활용한 위치영역 Hatch 필터 기반 위치 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 자율주행 시스템의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 자율주행 시스템에 있어 안전성은 필수적으로 보장되어야 하는 요소 중 하나이며, 안전성은 정확한 위치정보로부터 시작된다. 정확한 위치 추정을 위하여 GNSS (Global Navigation Satellite System)를 기반으로 한 여러 가지 연구가 진행되어 왔다.
그러나 도심지에서는 고층 빌딩 및 고가도로 등의 영향으로 GNSS 가시위성 확보에 어려움을 겪는 경우가 빈번하게 발생한다. 일반적으로, GNSS 가시위성의 수가 부족할 경우 위치 추정이 불가능하거나 큰 측위 오차가 발생한다.
또한, 기존의 도심지 위치 추정에 대한 연구에서는 GPS에 INS, LiDAR, 영상 센서 등 다양한 센서의 결합을 통하여 단독 위성항법군인 GPS의 가시위성 부족 현상을 완화하려고 했다. 그러나, GPS의 가시위성 부족 현상 완화를 위해 결합하는 상기 하드웨어들은 비교적 고가이며 위치 추정 알고리즘 또한 복잡하다.
본원의 배경이 되는 기술은 H.K. Lee and C. Rizos, "Position-domain Hatch filter for kinematic differential GPS/GNSS," IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 44(1), January 2008에 개시되어 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, GPS만을 활용하는 단일 GNSS가 아닌 서로 다른 종류의 위성(예를 들면, GPS, GLONASS, 및 BeiDou)을 포함하는 다중 GNSS를 활용하여 GNSS 가용성을 대폭 향상시킬 수 있는 다중 GNSS를 활용한 위치영역 Hatch 필터 기반 위치 추정 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복수의 GNSS를 결합하는 위치영역 Hatch 필터를 설계하여 정밀하고 연속적인 측위가 가능한 다중 GNSS를 활용한 위치영역 Hatch 필터 기반 위치 추정 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다중GNSS를 활용하여 추가적인 가시위성을 확보하고, 위치영역 Hatch 필터를 통하여 상태변수와 연산량을 감소시키며 동시에 연속적이고 정확한 위치를 추정하는 다중 GNSS를 활용한 위치영역 Hatch 필터 기반 위치 추정 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1 측면에 따른 다중 GNSS를 활용한 위치영역 Hatch 필터 기반 위치 추정 방법은, (a) k번째 시점에서 복수의 GNSS 위성 중 하나 이상의 가시위성이 존재하는 경우, GNSS 수신기가 상기 하나 이상의 가시위성으로부터 GNSS 원시 데이터를 제공받는 단계, (b) 위치영역 Hatch 필터가 시전달용 간접 측정치를 이용하여 상기 k번째 시점보다 이전인 (k-1)번째 시점에서의 이전 위치 추정치를 상기 k번째 시점에서의 금번 위치 추정치로 시전달(time propagation)하는 단계를 포함하되, 상기 복수의 GNSS 위성은 서로 다른 종류의 위성을 포함하고, 상기 이전 위치 추정치 및 상기 금번 위치 추정치는, 상기 GNSS 수신기의 추정 위치 및 상기 복수의 GNSS 위성에 대한 상기 GNSS 수신기의 추정 시계오차를 포함하며, 상기 시전달용 간접 측정치는, 상기 GNSS 원시 데이터를 고려하여 생성되는 실제 측정치 및 상기 GNSS 수신기의 시계오차 조건과 동적 상태 조건을 고려하여 생성되는 가상 측정치를 포함할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 시계오차 조건은, 상기 GNSS 수신기가 하나의 진동자(Oscillator)에 의하여 구동된다는 점에 기반하여, 상기 서로 다른 종류의 위성 각각에 대한 상기 GNSS 수신기의 시계오차 증분치가 동일하다고 가정한 조건이고, 상기 동적 상태 조건은, 상기 (k-1)번째 시점과 상기 k번째 시점 사이의 간격이 초 단위의 간격이라는 점에 기반하여, 상기 (k-1)번째 시점에서의 상기 GNSS 수신기의 동적 상태와 상기 k번째 시점에서의 상기 GNSS 수신기의 동적 상태가 동일하다고 가정한 조건인 것일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 실제 측정치는, 상기 GNSS 원시 데이터로부터 획득되는 상기 서로 다른 종류의 위성 각각에 대한 반송파 위상 측정치의 증분을 이용하여 생성될 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, (c) 위치영역 Hatch 필터가, 상기 k번째 시점에서의 상기 GNSS 원시 데이터의 획득 상태에 기반하여 상기 k번째 시점에서의 가시위성의 개수가 미리 설정된 개수 이 상을 충족하는지 판단하는 단계 및 (d) 상기 가시위성의 개수가 충족된다고 판단되면, 갱신용 간접 측정치를 이용하여 상기 k번째 시점에서의 금번 위치 추정치를 갱신하여 갱신 측정치를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 갱신 측정치는, 상기 하나 이상의 가시위성으로부터 제공되는 GNSS 원시 데이터를 통해 획득되는 의사거리 측정치를 이용하여 생성될 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 서로 다른 종류의 위성은, GPS 위성, GLONASS 위성 및 BeiDou 위성을 포함할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 (a) 단계에서, 데이터 처리부가 FDI(Fault Detection and Isolation) 기법 중 도플러 비교 기법을 이용하여 상기 GNSS 원시 데이터를 정상 데이터 또는 비정상 데이터로 식별하고, 상기 (b) 단계는, 상기 GNSS 원시 데이터 중 정상 데이터만을 고려하여 수행될 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 (a) 단계에서, 상기 데이터 처리부는, 상기 하나 이상의 가시위성 중 어느 하나의 가시위성으로부터 제공된 GNSS 원시 데이터에 포함된 도플러 측정치와 의사거리의 증분 사이의 차이 가 미리 설정된 제1 차이보다 큰 경우 또는 상기 도플러 측정치와 반송파 위상 측정치의 증분 사이의 차이가 미리 설정된 제2 차이보다 큰 경우, 상기 어느 하나의 가시위성으로부터 제공된 GNSS 원시 데이터를 비정상 데이터로 식별할 수 있다.
또한, 본원의 제2 측면에 따른 다중 GNSS를 활용한 위치영역 Hatch 필터 기반 위치 추정 장치는, k번째 시점에서 복수의 GNSS 위성 중 하나 이상의 가시위성이 존재하는 경우, GNSS 수신기가 상기 하나 이상의 가시위성으로부터 GNSS 원시 데이터를 제공받는 GNSS 원시 데이터 수신부, 시전달용 간접 측정치를 이용하여 상기 k번째 시점보다 이전인 (k-1)번째 시점에서의 이전 위치 추정치를 상기 k번째 시점에서의 금번 위치 추정치로 시전달(time propagation)하는 위치영역 Hatch 필터부를 포함하되, 상기 복수의 GNSS 위성은 서로 다른 종류의 위성을 포함하고, 상기 이전 위치 추정치 및 상기 금번 위치 추정치는, 상기 GNSS 수신기의 추정 위치 및 상기 복수의 GNSS 위성에 대한 상기 GNSS 수신기의 추정 시계오차를 포함하며, 상기 시전달용 간접 측정치는, 상기 GNSS 원시 데이터를 고려하여 생성되는 실제 측정치 및 상기 GNSS 수신기의 시계오차 조건과 동적 상태 조건을 고려하여 생성되는 가상 측정치를 포함할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 시계오차 조건은, 상기 GNSS 수신기가 하나의 진동자(Oscillator)에 의하여 구동된다는 점에 기반하여, 상기 서로 다른 종류의 위성 각각에 대한 상기 GNSS 수신기의 시계오차 증분치가 동일하다고 가정한 조건이고, 상기 동적 상태 조건은, 상기 (k-1)번째 시점과 상기 k번째 시점 사이의 간격이 초 단위의 간격이라는 점에 기반하여, 상기 (k-1)번째 시점에서의 상기 GNSS 수신기의 동적 상태와 상기 k번째 시점에서의 상기 GNSS 수신기의 동적 상태가 동일하다고 가정한 조건일 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 실제 측정치는, 상기 GNSS 원시 데이터로부터 획득되는 상기 서로 다른 종류의 위성 각각에 대한 반송파 위상 측정치의 증분을 이용하여 생성될 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 위치영역 Hatch 필터는, 상기 k번째 시점에서의 상기 GNSS 원시 데이터의 획득 상태에 기반하여 상기 k번째 시점에서의 가시위성의 개수가 미리 설정된 개수 이 상을 충족하는지 판단하는 판단부, 상기 가시위성의 개수가 충족된다고 판단되면, 갱신용 간접 측정치를 이용하여 상기 k번째 시점에서의 금번 위치 추정치를 갱신하여 갱신 측정치를 생성하는 갱신 측정치 생성부를 포함할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 갱신 측정치는, 상기 하나 이상의 가시위성으로부터 제공되는 GNSS 원시 데이터를 통해 획득되는 의사거리 측정치를 이용하여 생성될 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 서로 다른 종류의 위성은, GPS 위성, GLONASS 위성 및 BeiDou 위성을 포함할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, FDI(Fault Detection and Isolation) 기법 중 도플러 비교 기법을 이용하여 상기 GNSS 원시 데이터를 정상 데이터 또는 비정상 데이터로 식별하는 데이터 처리부를 더 포함하고, 상기 위치영역 Hatch 필터는 상기 GNSS 원시 데이터 중 정상 데이터만을 고려하여 수행할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 데이터 처리부는, 상기 하나 이상의 가시위성 중 어느 하나의 가시위성으로부터 제공된 GNSS 원시 데이터에 포함된 도플러 측정치와 의사거리의 증분 사이의 차이 가 미리 설정된 제1 차이보다 큰 경우 또는 상기 도플러 측정치와 반송파 위상 측정치의 증분 사이의 차이가 미리 설정된 제2 차이보다 큰 경우, 상기 어느 하나의 가시위성으로부터 제공된 GNSS 원시 데이터를 비정상 데이터로 식별할 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 추정된 정확한 위치 정보는 자율주행 시스템, 공간 정보 시스템, 측지/측량 시스템, 교량 감시 시스템 등 다양한 분야에 적용 및 응용이 가능할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 위치영역 Hatch 필터는 반송파 위상 측정치의 증분값을 활용함으로써 실시간으로 정밀한 위치 추정이 가능할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 위치영역 Hatch 필터의 시전달 과정에서 가상 측정치를 활용하며, 가시위성을 활용한 Fault Detection and Isolation (FDI) 알고리즘을 추가하여 도심지에서 발생할 수 있는 사이클 슬립이나 다중 경로에 의한 측위 오차를 최소화할 수 있다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 위치 추정 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본원의 일 실시예예 따른 위치영역 Hatch 필터 전체 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본원의 일 실시예에 따른 위치 추정 장치(100)의 성능을 평가하기 위해 수행된 실험예이다.
도4는 본원의 일 실시예에 따른 위치 추정 방법의 개략적은 흐름도이다.
도 2는 본원의 일 실시예예 따른 위치영역 Hatch 필터 전체 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본원의 일 실시예에 따른 위치 추정 장치(100)의 성능을 평가하기 위해 수행된 실험예이다.
도4는 본원의 일 실시예에 따른 위치 추정 방법의 개략적은 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원은 다중 GNSS를 활용한 위치영역 Hatch 필터 설계 방법 및 장치에 관한 것으로, GPS 이외에 GLONASS, BeiDou 등을 활용하는 위치영역 Hatch 필터의 설계에 관한 것이다. 또한, 본원은 다중위성항법군에 관한 것이다. 본원의 일 실시예에 의하면, 복수의 GNSS 위성을 활용하여 가시위성의 수를 향상시키고, 위치영역 Hatch 필터를 적용하여 현재 시점과 이전 시점의 측정치를 차분한 증분값을 활용하여 미지정수를 구하지 않고 별도의 처리과정 없이 위치 정보를 추정할 수 있다. 또한, 본원은 가시위성이 충분히 확보된 경우에만 측정치를 갱신함으로써, 위치 정확도를 향상시킬 수 있으며, 도플러 측정치를 활용한 FDI 기법을 적용하여 사이클 슬립이나 다중 경로 오차가 포함된 채널의 측정치를 검출하여 분리할 수 있다.
도 1 은 본원의 일 실시예에 따른 위치 추정 장치의 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 위치 추정 장치(100)는 GNSS 수신기(110), 데이터 처리부(120) 및 위치영역 Hatch 필터(130)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예시적으로, 위치 추정 장치(100)는 추정된 위치 정보를 제공하는 위치 정보 제공부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
GNSS(위성항법시스템, Global Navigation Satellite System)는 다양한 사용자의 위치, 속도, 그리고 시간 등의 정보를 손쉽게 획득할 수 있는 가장 편리한 항법시스템 중의 하나이다. GNSS(위성항법시스템)은 인공위성을 이용하여 지상에 있는 목표물의 위치, 속도, 그리고 시각 등의 정보를 제공하는 시스템이다. GNSS 수신기는 GNSS 위성으로부터 송신된 신호를 기반으로 위성과 수신기의 위치를 결정한다.
위치 추정 장치(100)는 도심 지역의 열악한 신호 수신 환경에서 보다 정밀하고 연속적인 다중위성항법군을 형성하기 위하여 GPS 이외에 GLONASS 및 BeiDou를 추가적으로 활용하여 가시위성의 수를 대폭 늘릴 수 있다. 또한 위치 추정 장치(100)는 수신된 모든 측정치에 대하여 FDI (Fault Detection and Isolation) 기법을 적용하여 도심지에서 연속적이고 정밀한 측위를 가능하도록 할 수 있다. GNSS를 활용한 측위에는 대표적으로 의사거리 측정치와 반송파 위상 측정치가 활용되며, 반송파 위상 측정치의 활용은 난이도가 높으나 의사거리 측정치에 비교하여 매우 정밀하다.
의사거리 측정치만을 활용하는 기본 측위 기법과 달리 위치 추정 장치(100)는 위치영역 Hatch 필터를 반송파 위상 측정치와 함께 활용하여 측위 정밀도를 높일 수 있다. 위치 추정 장치(100)는 위치영역 Hatch 필터의 시전달 과정에서 가상측정치를 활용하기 때문에 가시위성이 없는 경우에도 연속적인 측위가 가능하다. 위치 추정 장치(100)는 위치영역 Hatch 필터를 포함함으로써 기타 센서를 결합할 수 있는 확장성을 증대시킬 수 있다.
GNSS 수신기(110)는 k번째 시점에서 복수의 GNSS 위성 중 하나 이상의 가시위성이 존재하는 경우, 하나 이상의 가시위성으로부터 GNSS 원시 데이터를 제공받을 수 있다. 복수의 GNSS 위성은 서로 다른 종류의 위성을 포함할 수 있다. 복수의 GNSS 위성은 GPS 위성, GLONASS 위성 및 BeiDou 위성을 포함할 수 있다. GPS 위성, GLONASS 위성 및 BeiDou 위성 각각은 GNSS 수신기(110)로 GPS 신호, GLONASS 신호, BeiDou신호를 제공할 수 있다.
GNSS 수신기(110)는 GPS 위성으로부터 GPS 신호를 제공받을 수 있다. GPS 신호는 반송 주파수, BPSK (Binary Phase Shift Keying) 방식으로 변조된 PRN (Pseudo Random Noise) 코드, 그리고 BPSK 방식으로 변조된 항법 메시지 (Navigation message)로 구성되며 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)가 정의한 1 GHz~2 GHz의 L 주파수 대역 (Frequency band)을 사용한다. GPS 위성 네트워크는 코드 분할 다중 접속 (CDMA, Code Division Multiple Access) 방식을 사용한다.
또한, GNSS 수신기(110)는 GLONASS 위성으로부터 GLONASS 신호를 제공받을 수 있다. GLONASS 위성 네트워크는 주파수 분할 다중 접속 (FDMA, Frequency Division Multiple Acce) 방식을 사용한다.
또한, GNSS 수신기(110)는 BeiDou 위성으로부터 BeiDou 신호를 제공받을 수 있다. BeiDou위성은 GPS위성과 같이 사용자의 위치, 속도, 그리고 시간 정보 등을 추정할 수 있다. BeiDou 신호는 반송 주파수, 코드, 그리고 항법 메시지로 구성되며 GPS와 마찬가지로 1 GHz~2 GHz의 L 주파수 대역을 사용한다. 반송 주파수는 L 대역 중에서도 특정 주파수인 B1, B1-2, B2, 그리고 B3을 사용하며 각각 1561.098 MHz, 1589.742 MHz, 1207.140 MHz, 그리고 1268.520 MHz이다. B1, B1-2, B2, 그리고 B3 신호는 위상이 90° 차이 나는 I 채널 신호와 Q 채널 신호의 합으로 구성되며 코드와 항법 메시지는 QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) 방식으로 변조된다. BeiDou 위성 네트워크는 코드 분할 다중 접속 (CDMA, Code Division Multiple Access) 방식을 사용한다.
예시적으로, GNSS 수신기(110)는 k번째 (예를 들어, 1번째) 시점에서 GPS 위성, GLONASS 위성 및 BeiDou 위성 중 GPS위성 및 BeiDou 위성 각각으로부터 GNSS 원시 데이터를 제공받을 수 있다. GNSS 수신기(110)는 GPS위성으로부터 GPS 신호를 수신하고, BeiDou 위성으로부터 BeiDou 신호를 수신할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 데이터 처리부(120)는 FDI(Fault Detection and Isolation) 기법 중 도플러 비교 기법을 이용하여 GNSS 원시 데이터를 정상 데이터 또는 비정상 데이터로 식별할 수 있다. 데이터 처리부(120)는 GNSS수신기(110)로부터 GNSS 원시 데이터를 제공받을 수 있다. 데이터 처리부(120)는 GNSS 원시 데이터를 기반으로 정상 데이터 또는 비정상 데이터로 식별할 수 있다.
일반적으로 GNSS 수신기의 채널은 지연 추적 회로 (DLL, Delay Locked Loop)와 위상 추적 회로 (PLL, Phase Locked Loop)로 구성된다. 지연 추적 회로는 코드 신호를 이용하여 의사거리 측정치를 생성하고, 위상 추적 회로는 위상 신호를 이용하여 반송파 누적 위상 측정치를 생성한다. 단일 GNSS 수신기에서 측정된 의사거리와 반송파 누적 위상에는 전리층 지연 (Ionospheric delay), 대류권 지연 (Tropospheric delay), 시계오차 (Clock bias), 사이클 슬립, 다중경로 (Multipath) 오차 등 다양한 오차가 포함되어 있다.
또한, GNSS 위성은 매우 높은 고도에서 신호를 송신하기 때문에 수신기에서 신호를 수신할 때 그 세기가 매우 낮다. 따라서 높은 빌딩이나 고가도로 등 신호 전파에 방해 요소가 많은 도심지에서는 일시적으로 신호가 단절되는 사이클 슬립(Cycle slip)이 발생하거나, 다중 경로(Multipath) 오차 등에 의하여 신뢰할 수 없는 측정치가 획득되는 경우를 빈번하게 볼 수 있다. 도플러 측정치는GNSS 수신기(110)에서 얻어진 순간적인 위성과 수신기의 움직임에 의해 얻어질 수 있다.
데이터 처리부(120)는 이와 같은 측정치들을 식별하기 위하여 도플러 측정치를 활용한 FDI 기법을 이용하여 GNSS 원시 데이터를 정상 데이터 또는 비정상 데이터로 식별할 수 있다.
일반적으로 도플러 측정치를 시간에 대하여 적산하면 반송파 측정치가 된다. 따라서 이론적으로 현재 시점의 도플러 측정치는 이전 시점의 의사거리 또는 반송파 위상을 이용한 등가 의사거리에서 현재 시점의 의사거리 또는 반송파 위상을 이용한 등가 의사거리를 각각 차분한 값과 동일하다. 이러한 원리를 이용하여 데이터 처리부(120)는 사이클 슬립이나 다중 경로 오차가 포함된 채널의 측정치를 검출하여 분리할 수 있다.
데이터 처리부(120)는 하나 이상의 가시위성 중 어느 하나의 가시위성으로부터 제공된 GNSS 원시 데이터에 포함된 도플러 측정치와 의사거리의 증분 사이의 차이 가 미리 설정된 제1 차이보다 큰 경우 또는 도플러 측정치와 반송파 위상 측정치의 증분 사이의 차이가 미리 설정된 제2 차이보다 큰 경우, 어느 하나의 가시위성으로부터 제공된 GNSS 원시 데이터를 비정상 데이터로 식별할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 데이터 처리부(120)는 수학식1로부터 반송파 누적 위상을 이용한 등가 의사거리의 사이클 슬립(Cycle Slip)을 검출할 수 있다. 달리 말해, 데이터 처리부(120)는 하나 이상의 가시위성 중 어느 하나의 가시위성으로부터 제공된 GNSS 원시 데이터에 포함된 도플러 측정치와 의사거리의 증분 사이의 차이가 미리 설정된 제1 차이보다 큰 경우 해당 채널에서의 고장을 검출하고 분리할 수 있다.
이하에서 설명되는 수학식 1 및 수학식 2에서, 
, 
, 
, 
는 각각 k번째 시점에서 채널 j에 대한 반송파 위상 측정치, 의사거리 측정치, 도플러 측정치, 그리고 GNSS 신호의 파장 이며 
과 
는 임의의 상수이다.
[수학식 1]
수학식 1 에서 
는 j번째 위성에 대한 (k-1)번째 시점에서 k번째 시점으로의 반송파 누적 위상 측정치의 증분이고, 
는 j번째 위성에 대한 k번째 시점에서의 도플러 측정치, 즉 
의 등가량 (Equivalent quantity)이고, 
는, j번째 위성에 대한 (k-1)번째 시점에서 k번째 시점으로의 반송파 누적 위상 측정치의 증분과 k번째 시점에서의 도플러 측정치와의 차분값이다.
데이터 처리부(120)는 수학식 1을 기반으로 
의 값이 
의 값보다 클 경우 해당 채널의 고장을 검출하고 분리할 수 있다. 여기서, 
은 고장 검출에 적합한 값을 가지도록 미리 설정된 상수일 수 있다.
또한, 데이터 처리부(120)는 수학식 2로부터 다중경로오차 등의 오차가 포함되어 신뢰할 수 없는 의사거리 측정치를 검출할 수 있다. 달리 말해, 데이터 처리부(120)는 도플러 측정치와 반송파 위상 측정치의 증분 사이의 차이가 미리 설정된 제2 차이보다 큰 경우, 어느 하나의 가시위성으로부터 제공된 GNSS 원시 데이터를 비정상 데이터로 식별할 수 있다.
[수학식 2]
수학식 2에서 
는 j번째 위성에 대한 (k-1)번째 시점에서 k번째 시점으로의 의사거리 측정치의 증분이고, 
는 j번째 위성에 대한 k번째 시점에서의 도플러 측정치, 즉 
의 등가량(Equivalent quantity)이다. 
는 j번째 위성에 대한 (k-1)번째 시점에서 k번째 시점으로의 의사거리 측정치의 증분과 k번째 시점에서의 도플러 측정치와의 차분값이다.
데이터 처리부(120)는 수학식 2를 기반으로 
의 값이 
의 값보다 클 경우 해당 채널의 고장을 검출하고 분리할 수 있다. 여기서, 
는 고장 검출에 적합한 값을 가지도록 미리 설정된 상수일 수 있다.
데이터 처리부(120) RINEX 파일 형식을 위치영역 Hatch 필터(130)로 전달할 수 있다. RINEX(Receiver Independent Exchange Format) 파일 형식은 GNSS 수신기 제조사마다 다르게 처리되는 GNSS 데이터를 사용자가 효율적으로 활용할 수 있도록 만들어진 세계적인 공통 형식이다.
본원의 일 실시예에 따르면, 위치영역 Hatch 필터(130)는 판단부(131) 및 갱신 측정치 생성부(132)를 포함할 수 있다.
판단부(131)는 k번째 시점에서의 GNSS 원시 데이터의 획득 상태에 기반하여 k번째 시점에서의 가시위성의 개수가 미리 설정된 개수 이상을 충족하는지 여부를 판단할 수 있다.
가시위성수(Number of Visible Satellite)와 관련하여, 의사거리를 이용하여 미지점의 자동적인 3차원 위치(위도, 경도, 높이, 시간)를 계산하기 위해서는 4대 이상의 위성이 가시위성으로서 추적될 수 있어야 한다. 4대의 위성만을 이용하여 미지점의 3차원 위치를 계산할 수 있을지라도, 더 많은 위성을 관측하는 것이 수학적으로 더 강력한 위치해를 제공하기 때문에 5대 이상의 위성에서 GNSS 원시 데이터를 획득함이 보다 바람직하다. GPS 측량을 실시할 경우에, 여분의 위성들은 잉여의 반송파-위상 관측값을 제공하며, 신호 단절(Cycle Slip)이 발생할 때 시간에 대한 안전요소를 제공한다. 실시간 측량의 경우에 자동적인 초기화를 위해 5대의 위성이 필요하다.
예시적으로, 판단부(131)는 도심지에서 정밀하고 연속적인 측위를 하기 위해서 가시위성의 개수가 미리 설정된 개수(예를 들어, 5대) 이상을 충족하는지 여부를 판단할 수 있다.
위치영역 Hatch 필터(130)는 데이터 처리부(120)로부터 제공받은 GNSS 원시 데이터 중 정상 데이터만을 고려하여 시전달 및 측정치 갱신 과정을 수행할 수 있다. 위치영역 Hatch 필터(130)는 GNSS 원시 데이터 중 정상 데이터만 고려하여 시전달 및 측정치 갱신 과정을 수행함으로써 측위 정확도 및 고장 검출 능력을 향상시킬 수 있다. 예시적으로, 위치영역 Hatch 필터(130)는 시전달 과정에서 반송파 위상 측정치의 시차분 값을 활용하고, 측정치 갱신 과정에서는 의사거리 측정치를 활용할 수 있다.
위치영역 Hatch 필터(130)는 GPS, GLONASS, BeoDou 각각의 반송파 위상 측정치를 증분할 수 있다. 위치영역 Hatch 필터(130)는 증분값을 사용함으로써 미지정수를 구하지 않고 활용할 수 있다. 반송파 위상 측정치에는 미지정수 성분이 포함되어 있기 때문에 복잡한 처리과정을 거치지 않으면 활용할 수 없으나, 현재 시점과 이전 시점의 측정치를 차분한 증분값을 활용하면 미지정수가 상쇄되어 별도의 처리과정 없이 활용이 가능하다.
위치영역 Hatch 필터(130)는 3D 위치 3개와 GPS, GLONASS, BeoDou 각각에 대한 수신기 시계오차를 포함하여 총 6개의 상태변수로부터 참 상태(True state)를 추정할 수 있다. 달리 말해, 위치영역 Hatch 필터(130)는 GNSS를 활용한 측위에서의 3D(X,Y,Z) 위치 이외의 각각의 GNSS에 대한 수신기 오차를 추정할 수 있다. 또한, 위치영역 Hatch 필터(130)는 GPS, GLONASS, BeoDou 총 세 개의 GNSS를 활용하기 때문에 3D 위치 3개 이외의 3개의 수신기 시계오차를 포함하여 총 6개의 상태 변수를 추정할 수 있다.
[수학식 3]
수학식 3의 
는 필터가 추정하는 참 상태(True state) 변수로, k번째 시점에서 GNSS 수신기의 3차원 위치인 
와 각각의 GNSS에 대한 수신기 시계오차인 
로 구성된다. 
는 ECEF 좌표계의 3축 좌표인
, 
및 
로 구성되며 
는 GPS에 대한 수신기 시계오차와GLONASS에 대한 수신기 시계오차 및 BeiDou에 대한 수신기 시계 오차인 
, 
및 
로 구성된다.
위치영역 Hatch 필터(130)는 시전달용 간접 측정치를 이용하여k번째 시점보다 이전인 (k-1)번째 시점에서의 이전 위치 추정치를 k번째 시점에서의 금번 위치 추정치로 시전달(time propagation)할 수 있다. 달리 말해, 위치영역 Hatch 필터(130)는 (k-1)번째 시점의 후 추정치 
를 k번째 시점의 전 추정치 
로 전달하는 시전달(Time propagation)을 하기 위하여 간접 측정치 
를 생성할 수 있다. 간접 측정치 
는 실제 측정치와 가상 측정치를 포함할 수 있다.
위치영역 Hatch 필터(130)는 수학식 4를 기반으로 시전달 과정을 수행할 수 있다.
[수학식 4]
수학식 4에서 
는 시전달 과정에서 활용되는 간접 측정치, 
는 각 GNSS 반송파 위상 측정치의 증분값, D는 각 GNSS 시계오차 증분의 차, 
은 이전 시점 수신기의 동적 상태이다. 또한, 
는 시전달 과정의 관측행렬이고, 
는 각 GNSS 위성에 대한 시선각 벡터이다.
이전 위치 추정치 및 금번 위치 추정치 각각은, GNSS 수신기의 추정 위치 및 복수의 GNSS 위성에 대한 GNSS 수신기의 추정 시계오차를 포함할 수 있다.
시계오차 조건은, GNSS 수신기가 하나의 진동자(Oscillator)에 의하여 구동된다는 점에 기반하여, 서로 다른 종류의 위성 각각에 대한 GNSS 수신기의 시계오차 증분치가 동일하다고 가정한 조건일 수 있다. 예시적으로, 시계오차 조건은, 동일한 진동자 (Oscillator)에 의하여 구동되는 GNSS 수신기에 있어서 GPS 위성, GLONASS 위성 및 BeiDou 위성 각각에 대한 수신기 시계오차의 절대값에는 차이가 있지만 짧은 시간 사이의 시계오차 증분치는 동일하다고 가정한 조건일 수 있다. 달리 말해, 시계오차 조건은, 동일한 진동자에 의하여 구동되는 GNSS 수신기에 있어 각각의 GNSS에 대한 수신기 시계오차 절대값에는 차이가 있지만 짧은 시간 동안 각각의 GNSS에 대한 수신기 시계오차 증분치는 동일하며, 짧은 시간 동안 수신기의 동적 상태는 동일하다고 가정한 조건일 수 있다. 일예로, 이와 같이 생성된 가상 측정치는 항상 요구되는 측정치의 개수가 같거나 많기 때문에 가시위성의 수가 0개인 경우에도 위치 추정이 가능할 수 있다.
시전달용 간접 측정치는 GNSS 원시 데이터를 고려하여 생성되는 실제 측정치 및 GNSS 수신기의 시계오차 조건과 동적 상태 조건을 고려하여 생성되는 가상 측정치를 포함할 수 있다. 실제 측정치는 GNSS 원시 데이터로부터 획득되는 서로 다른 종류의 위성 각각에 대한 반송파 위상 측정치의 증분을 이용하여 생성되는 것일 수 있다. 예시적으로, 실제 측정치는 GPS, GLONASS, 그리고 BeiDou 각각에 대한 반송파 위상 측정치를 이용한 등가 의사거리의 증분값을 활용하여 생성될 수 있다. 또한, 가상 측정치는 각 GNSS 사이의 수신기 시계오차 제약조건과 이전 시점의 동적 상태를 활용하여 생성될 수 있다.
동적 상태 조건은 (k-1)번째 시점과 k번째 시점 사이의 간격이 초 단위의 간격이라는 점에 기반하여 (k-1)번째 시점에서의 GNSS 수신기의 동적 상태와 k번째 시점에서의 GNSS 수신기의 동적 상태가 동일하다고 가정한 조건일 수 있다. 예시적으로, 1초와 같이 짧은 초 단위의 간격으로 상태 변수를 추정하기 때문에 이전 시점((k-1)번째)과 현재 시점(k번째) 시점의 GNSS 수신기의 동적 상태가 동일하다고 가정할 수 있다.
여기서, 초 단위란, 10초 이내의 한 자리수 초 단위를 의미한다. 예를 들어, (k-1)번째 시점과 k번째 시점 사이의 간격은 1초 간격으로 설정될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 초 단위는 자연수 형태의 단위만을 의미하는 것은 아니며, 양의 실수 형태의 단위를 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
위치영역 Hatch 필터(130)는 시전달 과정의 한계를 극복하기 위해 갱신 측정치 생성부(132)로부터 갱신 측정치를 생성할 수 있다. 달리 말해, 위치영역 Hatch 필터(130)는 측정치의 증분을 활용하기 때문에 상대적인 위치 추정이라는 한계가 존재하고, 가상 측정치를 활용하기 때문에 시간이 지남에 따라 오차가 누적될 수 있다.
갱신 측정치 생성부(132)는 판단부(131)의 가시위성이 충분히 확보되었다고 판단하는 경우에만 측정치 갱신을 수행할 수 있다. GNSS 의사거리 측정치는 상대적으로 오차가 크고, 가시위성의 수가 충분하지 않을 경우, 오히려 위치 정확도가 저하되기 때문에 가시위성의 개수가 미리 설정된 개수 이상을 충족하는지 여부를 판단하고 측정치 갱신을 수행할 수 있다.
갱신 측정치 생성부(132)는 가시위성의 개수가 충족된다고 판단되면, 갱신용 간접 측정치를 이용하여 k번째 시점에서의 금번 위치 추정치를 갱신하여 갱신 측정치를 생성할 수 있다. 달리 말해, 갱신 측정치 생성부(132)는 k번째 시점의 전 추정치 
를 후 추정치 
로 갱신하는 측정치 갱신(Measurement update)을 하기 위하여 간접 측정치 
를 생성할 수 있다.
갱신 측정치는, 하나 이상의 가시위성으로부터 제공되는 GNSS 원시 데이터를 통해 획득되는 의사거리 측정치를 이용하여 생성되는 것일 수 있다.
갱신 측정치 생성부(132)는 수학식 5에 기반하여 측정치를 갱신할 수 있다.
[수학식 5]
수학식 5에서 
는 측정치 갱신 과정에서 활용되는 간접 측정치로, 각 GNSS 의사거리 측정치를 포함한다. 
는 측정치 갱신 과정의 관측 행렬, 
는 각 GNSS 위성에 대한 시선각 벡터를 나타낸다.
도 2는 본원의 일 실시예예 따른 위치영역 Hatch 필터 전체 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다. 도2를 참조하면, 위치영역 Hatch 필터(130)는 초기화(Initialization) 과정 후에 시전달(Time propagation) 과정 및 측정치 갱신(Measurement update) 과정을 반복하여 수행할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따르면, 위치영역 Hatch 필터(130)는 수학식 4 및 수학식 5로부터 정리된 두 가지 간접 측정치 
와 
를 활용하여 위치 추정 방법을 재귀적으로 형성할 수 있다.
도2를 참조하면, 위성의 출몰이 빈번한 도심지의 특성을 반영하기 위하여 위성 선택 행렬 
를 추가하여 초기화 과정 후에 시전달 과정 및 측정치 갱신 과정을 반복하여 수행하는 위치영역 Hatch 필터(130)를 설명하고자 한다. 위성 선택 행렬 
는 1과 0으로 구성되며 (k-1)번째 시점과 k번째 시점에서 모두 신뢰할 수 있는 위성의 채널에 대하여 1 값이 주어진다.
위치영역 Hatch 필터(130)는 GPS 의사거리 측정치, GLONASS 의사거리 측정치, BeiDou 의사거리 측정치를 이용하여 초기화 과정을 수행할 수 있다.
위치영역 Hatch 필터(130)는 수학식7를 기반으로 초기화 과정을 수행할 수 있다.
[수학식 7]
수학식 7에서 H는 관측 행렬이고, X는 필터에서 추정하는 상태변수이고, 
는 위성 선택 행렬이고, P는 오차 공분산 행렬이고, 윗첨자
는 각각 시전달을 의미하는 전(priori), 측정치 갱신을 의미하는 후(posteriori)를 나타낸다.
또한, 위치영역 Hatch 필터(130)는 수학식 8을 기반으로 시전달 과정을 수행할 수 있다.
[수학식 8]
수학식 8에서 H는 관측 행렬이고, X는 필터에서 추정하는 상태변수이고, 
는 위성 선택 행렬이고, P는 오차 공분산 행렬이고, 
는 시전달 간접 측정치이고, 
은 측정치 잡음이고, K는 Hatch 형 이득(가중치)행렬이고, 윗첨자 
는 각각 시전달을 의미하는 전(priori), 측정치 갱신을 의미하는 후(posteriori)를 나타낸다.
가중치 행렬인 
와 간접 측정치에 대하여 발생하는 오차 
와 
는 다음과 같다. 
는 이전 시점과 상관관계를 가지는 간접측정치에 대한 오차이며 
는 이전 시점과 상관관계를 가지지 않는 간접측정치에 대한 오차이다.
위치영역 Hatch 필터(130)는 GPS 의사거리 측정치, GLONASS 의사거리 측정치, BeiDou 의사거리 측정치를 적용하여 초기화 과정을 수행할 수 있다. 또한, 위치영역 Hatch 필터(130)는 GPS 반송파 위상 측정치 증분, GLONASS 반송파 위상 측정치 증분, BeiDou 반송파 위상 측정치 증분, 수신기의 GNSS간 시계오차 증분의 차, 이전 시점 수신기 동적 특성을 적용하여 시전달 과정을 수행할 수 있다. 또한, 위치영역 Hatch 필터(130는 GPS 의사거리 측정치, GLONASS의 의사거리 측정치 및 BeiDou 의사거리 측정치를 적용하여 측정치 갱신 과정을 수행할 수 있다. 위치영역 Hatch 필터(130)는 가시위성이 충분히 확보된 경우에만 측정치 갱신을 수행하며, 시전달 및 측정치 갱신 과정을 반복적으로 수행할 수 있다.
즉, 위치영역 Hatch필터(130)는 시전달 과정과 측정치 갱신 과정으로 이루어지며, 시전달 과정에서는 반송파 위상 측정치의 시차분 값, 측정치 갱신 과정에서는 의사거리 측정치가 활용된다. 측정치 갱신 과정은 GNSS 가시위성이 충분히 확보되었을 경우에만 수행될 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본원의 일 실시예에 따른 위치 추정 장치(100)의 성능을 평가하기 위해 수행된 실험예이다.
위치 추정 장치(100)의 성능을 평가하기 위해, 한국에서 가장 신호 수신 환경이 좋지 않은 곳 중 하나인 강남 테헤란로에서 도심지 차량 실험이 수행되었으며, GNSS 수신기는 NovAtel사의 ProPak6가 사용되었다. 실험에서 획득된 하나의 데이터에 대하여 GPS snapshot 알고리즘, GPS/GLONASS/Bei Dou snapshot 알고리즘, GPS 위치영역 Hatch 필터, 그리고 GPS/GLONASS/BeiDou 위치영역 Hatch 필터 총 네 가지 측위 알고리즘을 활용하여 결과를 산출하였다.
도 3a는 GPS snapshot 알고리즘, GPS/GLONASS/Bei Dou snapshot 알고리즘, GPS 위치영역 Hatch 필터, 그리고 GPS/GLONASS/BeiDou 위치영역 Hatch 필터 총 네 가지 측위 알고리즘을 활용한 결과를 산출한 결과를 비교하기 위한 표이다.
도 3b는 획득한 하나의 데이터에 대하여 GPS snapshot 알고리즘, GPS/GLONASS/Bei Dou snapshot 알고리즘, GPS 위치영역 Hatch 필터, 그리고 GPS/GLONASS/BeiDou 위치영역 Hatch 필터 총 네 가지 측위 알고리즘의 위치 결정 결과를 나타낸 도면이다.
도 3c는 GPS, GPS/GLONASS, 그리고 GPS/GLONASS/BeiDou를 활용한 가시위성의 수를 비교한 그래프이다.
GPS snapshot 알고리즘은 측위가 되지 않거나 부정확한 구간이 많았으며 GPS/GLONASS/BeiDou snapshot 알고리즘에서는 다소 궤적이 원만하지 않지만 개선된 것을 확인할 수 있다. GPS 위치영역 Hatch 필터를 활용하였을 경우 다소 부정확한 구간이 있지만 GPS snapshot 알고리즘과 비교하여 많은 부분이 개선되었음이 확되었다. 또한 GPS/GLONASS/B eiDou 위치영역 Hatch 필터를 활용하였을 경우 추정되지 않는 구간 없이 원만한 궤적을 산출한다.
가시위성의 수와 관련하여, GPS, GPS/GLONASS, 그리고 GPS/GLONASS/BeiDou를 활용한 경우를 비교하였으며 활용되는 GNSS를 추가할수록 가시위성의 수가 대폭 증가하는 것을 확인할 수 있다. 도3a에서 확인할 수 있듯이 가시위성의 수에 기반하여 GPS snapshot과 GPS/GLONASS/BeiDou 알고리즘의 위치정보 가용성은 78.5%, 96.4%을 나타내었으며 위치영역 Hatch 필터를 활용하였을 경우 가상 측정치를 설정하였기 때문에 100%의 위치정보 가용성을 나타내었다.
위치 추정 장치(100)의 실험 예에서는 도심지에서 정밀하고 연속적인 위치 추정을 위하여 GPS, GLONASS, 그리고 BeiDou를 통합하는 위치영역 Hatch 필터가 제안되었다. GPS 이외에 GLONASS와 BeiDou를 추가적으로 활용하여 도심지에서 가시위성을 확보하지 못하는 문제점을 완화시켰으며 위치영역 Hatch 필터를 통하여 정밀하고 연속적인 위치 추정을 가능하도록 하였다. 또한 도플러 측정치를 활용한 FDI 기법을 추가하여 도심지에서 발생할 수 있는 사이클 슬립 및 다중 경로에 의한 오차를 최소화 하였다.
차량 실험 결과 snapshot 알고리즘을 활용한 GPS 단독 측위와 GPS/GLONASS/BeiDou 통합 측위는 각각 78.5%, 96.4%의 위치정보 가용성을 나타내었으며 위치영역 Hatch 필터를 활용한 GPS 단독 측위와 GPS/GLONASS/BeiDou 통합 측위는 모두 100%의 위치정보 가용성을 나타내었다. 또한 궤적의 원만함을 근거로 제안된 필터가 도심지에서 위치 추정 정확도를 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 가시위성의 수 또한 단일 GNSS를 활용하였을 때 보다 다중 GNSS를 활용하였을 때 대폭 증가함을 확인하였다.
도4는 본원의 일 실시예에 따른 위치 추정 방법의 개략적은 흐름도이다. 이하 도 4에 도시된 방법은 앞서 설명된 본원의 일 실시예에 따른 위치 추정 장치(100)에 의하여 수행될 수 있다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 도 1 내지 도 3c를 통해 위치 추정 장치(100)에 대하여 설명된 내용은 도4에도 적용된다.
단계 S410에서, 위치 추정 장치(100)는 k번째 시점에서 복수의 GNSS 위성 중 하나 이상의 가시위성이 존재하는 경우, GNSS 수신기가 하나 이상의 가시위성으로부터 GNSS 원시 데이터를 제공받을 수 있다. 이때, 복수의 GNSS 위성은 서로 다른 종류의 위성을 포함할 수 있다.
단계 S420에서, 위치 추정 장치(100)는 위치영역 시전달용 간접 측정치를 이용하여 k번째 시점보다 이전인 (k-1)번째 시점에서의 이전 위치 추정치를 k번째 시점에서의 금번 위치 추정치로 시전달(time propagation)하는 과정을 수행할 수 있다. 이때, 이전 위치 추정치 및 금번 위치 추정치는 GNSS 수신기의 추정 위치 및 복수의 GNSS 위성에 대한 GNSS 수신기의 추정 시계오차를 포함하며, 시전달용 간접 측정치는, GNSS 원시 데이터를 고려하여 생성되는 실제 측정치 및 GNSS 수신기의 시계오차 조건과 동적 상태 조건을 고려하여 생성되는 가상 측정치를 포함할 수 있다.
단계 S430에서, 위치 추정 장치(100)는, k번째 시점에서의 GNSS 원시 데이터의 획득 상태에 기반하여 k번째 시점에서의 가시위성의 개수가 미리 설정된 개수 이상을 충족하는지 여부를 판단할 수 있다.
단계 S440에서, 위치 추정 장치(100)는 가시위성의 개수가 충족된다고 판단되면, 갱신용 간접 측정치를 이용하여 k번째 시점에서의 금번 위치 추정치를 갱신하여 갱신 측정치를 생성할 수 있다.
도시하진 않았으나, 위치 추정 장치(100)는 미리 설정된 개수 이상을 충족하는 여부의 판단 결과에 기반하여, 가시위성의 개수가 충족된다고 판단되면, 위치 추정치를 갱신하여 갱신 측정치를 생성한 후 추정된 위치 정보를 제공할 수 있다. 반면, 위치 추정 장치(100)는 가시위성의 개수가 충족되지 않는다고 판단되면, 위치 추정치를 갱신하지 않고 추정된 위치 정보를 제공할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다만, 도 4을 통해 설명되는 실시예는 본 발명의 다양한 실시예 중 하나에 불과하므로, 이에 한정되어 해석되는 것은 아니며, 다양한 실시예가 더 존재할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 위치 추정 방법은, 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 또는 어플리케이션의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 위치 추정 장치
110: GNSS 수신기
120: 데이터 처리부
130: 위치영역 Hatch 필터
110: GNSS 수신기
120: 데이터 처리부
130: 위치영역 Hatch 필터
Claims (17)
- 위치 추정 방법에 있어서,
(a) k번째 시점에서 복수의 GNSS 위성 중 하나 이상의 가시위성이 존재하는 경우, GNSS 수신기가 상기 하나 이상의 가시위성으로부터 GNSS 원시 데이터를 제공받는 단계;
(b) 위치영역 Hatch 필터가 시전달용 간접 측정치를 이용하여 상기 k번째 시점보다 이전인 (k-1)번째 시점에서의 이전 위치 추정치를 상기 k번째 시점에서의 금번 위치 추정치로 시전달(time propagation)하는 단계를 포함하되,
상기 복수의 GNSS 위성은 서로 다른 종류의 위성을 포함하고,
상기 이전 위치 추정치 및 상기 금번 위치 추정치는, 상기 GNSS 수신기의 추정 위치 및 상기 복수의 GNSS 위성에 대한 상기 GNSS 수신기의 추정 시계오차를 포함하며,
상기 시전달용 간접 측정치는, 상기 GNSS 원시 데이터를 고려하여 생성되는 실제 측정치 및 상기 GNSS 수신기의 시계오차 조건과 동적 상태 조건을 고려하여 생성되는 가상 측정치를 포함하고,
상기 시계오차 조건은, 상기 GNSS 수신기가 하나의 진동자(Oscillator)에 의하여 구동된다는 점에 기반하여, 상기 서로 다른 종류의 위성 각각에 대한 상기 GNSS 수신기의 시계오차 증분치가 동일하다고 가정한 조건이고,
상기 동적 상태 조건은, 상기 (k-1)번째 시점과 상기 k번째 시점 사이의 간격이 초 단위의 간격이라는 점에 기반하여, 상기 (k-1)번째 시점에서의 상기 GNSS 수신기의 동적 상태와 상기 k번째 시점에서의 상기 GNSS 수신기의 동적 상태가 동일하다고 가정한 조건이고,
상기 (a) 단계에서, 데이터 처리부는 FDI(Fault Detection and Isolation) 기법 중 도플러 비교 기법을 이용하여 상기 GNSS 원시 데이터를 정상 데이터 또는 비정상 데이터로 식별하되, 상기 하나 이상의 가시위성 중 어느 하나의 가시위성으로부터 제공된 GNSS 원시 데이터에 포함된 도플러 측정치와 의사거리의 증분 사이의 차이가 미리 설정된 제1 차이보다 큰 경우 또는 상기 도플러 측정치와 반송파 위상 측정치의 증분 사이의 차이가 미리 설정된 제2 차이보다 큰 경우, 상기 어느 하나의 가시위성으로부터 제공된 GNSS 원시 데이터를 비정상 데이터로 식별하고,
상기 (b) 단계는, 상기 GNSS 원시 데이터 중 정상 데이터만을 고려하여 수행되는 것인, 다중 GNSS를 활용한 위치영역 Hatch 필터 기반 위치 추정 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 실제 측정치는, 상기 GNSS 원시 데이터로부터 획득되는 상기 서로 다른 종류의 위성 각각에 대한 반송파 위상 측정치의 증분을 이용하여 생성되는 것인, 다중 GNSS를 활용한 위치영역 Hatch 필터 기반 위치 추정 방법. - 제3항에 있어서,
(c) 위치영역 Hatch 필터가, 상기 k번째 시점에서의 상기 GNSS 원시 데이터의 획득 상태에 기반하여 상기 k번째 시점에서의 가시위성의 개수가 미리 설정된 개수 이 상을 충족하는지 판단하는 단계; 및
(d) 상기 가시위성의 개수가 충족된다고 판단되면, 갱신용 간접 측정치를 이용하여 상기 k번째 시점에서의 금번 위치 추정치를 갱신하여 갱신 측정치를 생성하는 단계를 더 포함하는, 다중 GNSS를 활용한 위치영역 Hatch 필터 기반 위치 추정 방법. - 제4항에 있어서,
상기 갱신 측정치는, 상기 하나 이상의 가시위성으로부터 제공되는 GNSS 원시 데이터를 통해 획득되는 의사거리 측정치를 이용하여 생성되는 것인, 다중 GNSS를 활용한 위치영역 Hatch 필터 기반 위치 추정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 서로 다른 종류의 위성은, GPS 위성, GLONASS 위성 및 BeiDou 위성을 포함하는 것인, 다중 GNSS를 활용한 위치영역 Hatch 필터 기반 위치 추정 방법. - 삭제
- 삭제
- 위치 추정 장치에 있어서,
k번째 시점에서 복수의 GNSS 위성 중 하나 이상의 가시위성이 존재하는 경우, 상기 하나 이상의 가시위성으로부터 GNSS 원시 데이터를 제공받는 GNSS 수신기;
시전달용 간접 측정치를 이용하여 상기 k번째 시점보다 이전인 (k-1)번째 시점에서의 이전 위치 추정치를 상기 k번째 시점에서의 금번 위치 추정치로 시전달(time propagation)하는 위치영역 Hatch 필터; 및
FDI(Fault Detection and Isolation) 기법 중 도플러 비교 기법을 이용하여 상기 GNSS 원시 데이터를 정상 데이터 또는 비정상 데이터로 식별하는 데이터 처리부를 포함하되,
상기 복수의 GNSS 위성은 서로 다른 종류의 위성을 포함하고,
상기 이전 위치 추정치 및 상기 금번 위치 추정치는, 상기 GNSS 수신기의 추정 위치 및 상기 복수의 GNSS 위성에 대한 상기 GNSS 수신기의 추정 시계오차를 포함하며,
상기 시전달용 간접 측정치는, 상기 GNSS 원시 데이터를 고려하여 생성되는 실제 측정치 및 상기 GNSS 수신기의 시계오차 조건과 동적 상태 조건을 고려하여 생성되는 가상 측정치를 포함하고,
상기 시계오차 조건은, 상기 GNSS 수신기가 하나의 진동자(Oscillator)에 의하여 구동된다는 점에 기반하여, 상기 서로 다른 종류의 위성 각각에 대한 상기 GNSS 수신기의 시계오차 증분치가 동일하다고 가정한 조건이고,
상기 동적 상태 조건은, 상기 (k-1)번째 시점과 상기 k번째 시점 사이의 간격이 초 단위의 간격이라는 점에 기반하여, 상기 (k-1)번째 시점에서의 상기 GNSS 수신기의 동적 상태와 상기 k번째 시점에서의 상기 GNSS 수신기의 동적 상태가 동일하다고 가정한 조건이고,
상기 데이터 처리부는, 상기 하나 이상의 가시위성 중 어느 하나의 가시위성으로부터 제공된 GNSS 원시 데이터에 포함된 도플러 측정치와 의사거리의 증분 사이의 차이가 미리 설정된 제1 차이보다 큰 경우 또는 상기 도플러 측정치와 반송파 위상 측정치의 증분 사이의 차이가 미리 설정된 제2 차이보다 큰 경우, 상기 어느 하나의 가시위성으로부터 제공된 GNSS 원시 데이터를 비정상 데이터로 식별하고,
상기 위치영역 Hatch 필터는 상기 GNSS 원시 데이터 중 정상 데이터만을 고려하여 수행하는 것인, 다중 GNSS를 활용한 위치영역 Hatch 필터 기반 위치 추정 장치. - 삭제
- 제9항에 있어서,
상기 실제 측정치는, 상기 GNSS 원시 데이터로부터 획득되는 상기 서로 다른 종류의 위성 각각에 대한 반송파 위상 측정치의 증분을 이용하여 생성되는 것인, 다중 GNSS를 활용한 위치영역 Hatch 필터 기반 위치 추정 장치. - 제11항에 있어서,
상기 위치영역 Hatch 필터는,
상기 k번째 시점에서의 상기 GNSS 원시 데이터의 획득 상태에 기반하여 상기 k번째 시점에서의 가시위성의 개수가 미리 설정된 개수 이 상을 충족하는지 판단하는 판단부; 및
상기 가시위성의 개수가 충족된다고 판단되면, 갱신용 간접 측정치를 이용하여 상기 k번째 시점에서의 금번 위치 추정치를 갱신하여 갱신 측정치를 생성하는 갱신 측정치 생성부를 포함하는, 다중 GNSS를 활용한 위치영역 Hatch 필터 기반 위치 추정 장치. - 제12항에 있어서,
상기 갱신 측정치는, 상기 하나 이상의 가시위성으로부터 제공되는 GNSS 원시 데이터를 통해 획득되는 의사거리 측정치를 이용하여 생성되는 것인, 다중 GNSS를 활용한 위치영역 Hatch 필터 기반 위치 추정 장치. - 제9항에 있어서,
상기 서로 다른 종류의 위성은, GPS 위성, GLONASS 위성 및 BeiDou 위성을 포함하는 것인, 다중 GNSS를 활용한 위치영역 Hatch 필터 기반 위치 추정 장치. - 삭제
- 삭제
- 제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체.
Priority Applications (1)
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| PCT/KR2018/013409 WO2019143006A1 (ko) | 2018-01-17 | 2018-11-06 | 다중 gnss를 활용한 위치영역 hatch 필터 기반 위치 추정 방법 및 장치 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Family Applications (1)
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-
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Non-Patent Citations (2)
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|---|
| Lee, H. K 외 1명. Position-domain hatch filter for kinematic differential GPS/GNSS. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2008.* |
| Siejka, Zbigniew. Multi-GNSS as a combination of GPS, GLONASS and BeiDou measurements carried out in real time. Artificial satellites. 2015.* |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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