KR102460842B1 - Method for vehicle location estimation by sensor fusion - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 센서 퓨전(fusion)에 의한 차량의 위치 추정 방법은, 파티클 필터(Particle Filter, PF)를 이용하여 센서(sensor)로부터 수신되는 측정 데이터 및 이전 시점에서 추정된 이전 상태 정보에 기초하여 차량의 제1 상태 정보를 산출하는 단계, 및 무향 칼만 필터(Unscented Kalman Filter, UKF)를 이용하여 파티클 필터로부터 수신되는 차량의 제1 상태 정보에 기초하여 차량의 최종 상태 정보를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The method for estimating the position of a vehicle by sensor fusion according to an embodiment is based on measurement data received from a sensor using a particle filter (PF) and previous state information estimated at a previous time point calculating the first state information of the vehicle, and calculating the final state information of the vehicle based on the first state information of the vehicle received from the particle filter using an unscented Kalman filter (UKF). may include

Figure R1020200145317
Figure R1020200145317

Description

센서 퓨전에 의한 차량의 위치 추정 방법{METHOD FOR VEHICLE LOCATION ESTIMATION BY SENSOR FUSION}Method for estimating the location of a vehicle by sensor fusion

이하의 설명은 파티클 필터(Particle Filter, PF) 및 무향 칼만 필터(Unscented Kalman Filter, UKF)를 이용하여 차량의 위치를 추정하는 방법에 관한 것이다.The following description relates to a method of estimating a vehicle position using a particle filter (PF) and an unscented Kalman filter (UKF).

차량의 위치 추정은 자율 주행 차량 운영의 핵심 요소이다. 칼만 필터(Kalman Filter, KF)는 가우시안 노이즈(Gaussian noise)가 포함되어 있는 측정치를 바탕으로 선형 역학계의 상태를 추정하는 재귀 필터이다. 칼만 필터에서는 기본적으로 모델의 선형성을 가정하고 있지만, 실제적으로는 많은 모델들이 비선형 구조를 가지고 있다. 이에, 칼만 필터를 수정해 비선형 모델에도 사용할 수 있도록 한 무향 칼만 필터(Unscented Kalman Filter, UKF)가 제안되었다. 무향 칼만 필터는 평균 주변에 시그마 포인트(sigma point)를 사용하여 무향 변환(unscented transform)을 기초로 비가우시안 노이즈(non-Gaussian noise)를 가우시안 노이즈로 근사할 수 있다. 무향 칼만 필터는 비선형성을 적절히 캡처(capture)할 수 있다. 무향 칼만 필터는 비가우시안 노이즈를 시그마 포인트로 근사하기 때문에, 시그마 포인트를 선택하는 경우 다른 정보를 결합하기 쉽고 자코비안 행렬(Jacobian matrix)를 계산할 필요가 없다.Estimating the location of a vehicle is a key component of autonomous vehicle operation. A Kalman filter (KF) is a recursive filter that estimates the state of a linear dynamic system based on a measurement value that includes Gaussian noise. Although the Kalman filter basically assumes the linearity of the model, in reality, many models have a nonlinear structure. Accordingly, the Unscented Kalman Filter (UKF), which modified the Kalman filter so that it can be used even for nonlinear models, has been proposed. The undirected Kalman filter may approximate non-Gaussian noise to Gaussian noise based on an unscented transform using a sigma point around the mean. An anechoic Kalman filter can properly capture non-linearity. Since the undirected Kalman filter approximates the non-Gaussian noise as a sigma point, it is easy to combine other information when a sigma point is selected and there is no need to calculate a Jacobian matrix.

칼만 필터 및 무향 칼만 필터는 측정치의 노이즈가 가우시안이라는 기본적인 가정이 있다. 그러나, 실제로 대부분의 노이즈에는 가우시안 속성이 존재하지 않는다. 이에, 비가우시안 노이즈를 처리하기 위하여 파티클 필터(Particle Filter, PF)가 제안된다. 파티클 필터는 파티클(particle)을 사용하여 비가우시안 속성을 근사할 수 있다. 파티클은 무작위로 생성되기 때문에 충분한 수로 생성되면, 측정치의 비가우시안 노이즈의 속성을 정확하게 표현할 수 있다. 그러나 차량에는 계산 리소스(computational resource)가 제한되어 있다. 다시 말해, 효과적인 파티클 필터 기반 시스템 모델을 생성하는 경우, 정밀도와 계산 리소스 사이에 트레이드 오프 관계가 있다. 무향 칼만 필터는 비가우시안 노이즈를 필터링 하는데 한계점이 존재하여, 파티클 필터는 계산 리소스가 제한되기 때문에 파티클을 일정량 이상 생성하지 못하여 비가우시안 노이즈의 속성을 정확하게 표현하지 못하는 문제점뿐만 아니라 추정결과가 비연속인 문제점도 존재한다. 이하에서는, 무향 칼만 필터 및 파티클 필터를 융합함으로써 비가우시안 노이즈를 효과적으로 필터링하고, 차량의 위치 추정의 정확도를 높이는 센서 퓨전 방법이 설명된다.The Kalman filter and the unscented Kalman filter have the basic assumption that the noise in the measurement is Gaussian. However, in practice, most noises do not have Gaussian properties. Accordingly, a particle filter (PF) is proposed to process non-Gaussian noise. Particle filters can approximate non-Gaussian properties using particles. Since particles are randomly generated, if a sufficient number is generated, the properties of the non-Gaussian noise of the measurement can be accurately expressed. However, the vehicle has limited computational resources. In other words, when creating an effective particle filter-based system model, there is a trade-off between precision and computational resources. The undirected Kalman filter has a limitation in filtering non-Gaussian noise, and since the particle filter has limited computational resources, it cannot generate more than a certain amount of particles, so it cannot accurately express the properties of non-Gaussian noise. There are also problems. Hereinafter, a sensor fusion method for effectively filtering non-Gaussian noise and increasing the accuracy of vehicle position estimation by fusing an anechoic Kalman filter and a particle filter will be described.

일 실시예에 따른 차량(vehicle)에 의해 수행되는 위치 추정 방법은 파티클 필터(Particle Filter, PF)를 이용하여 센서(sensor)로부터 수신되는 측정 데이터 및 이전 시점에서 추정된 이전 상태 정보에 기초하여 상기 차량의 제1 상태 정보를 산출하는 단계, 및 무향 칼만 필터(Unscented Kalman Filter, UKF)를 이용하여 상기 제1 상태 정보에 기초하여 상기 차량의 제2 상태 정보를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.A method for estimating a position performed by a vehicle according to an embodiment is based on measurement data received from a sensor using a particle filter (PF) and previous state information estimated at a previous point in time. The method may include calculating first state information of the vehicle, and calculating second state information of the vehicle based on the first state information using an unscented Kalman filter (UKF).

일 실시예에 따른 차량에 의해 수행되는 위치 방법의 상기 차량의 제1 상태 정보를 산출하는 단계는, 미리 정한 개수의 파티클(particle)을 생성하는 단계, 상기 파티클 필터의 제1 예측 모델을 사용하여 상기 차량의 상태에 관한 제1 임시 정보를 예측하는 단계, 및 상기 생성된 파티클 마다 가중치(weight)를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.Calculating the first state information of the vehicle of the location method performed by the vehicle according to an embodiment may include generating a predetermined number of particles, using a first prediction model of the particle filter The method may include predicting first temporary information about the state of the vehicle, and calculating a weight for each of the generated particles.

일 실시예에 따른 차량에 의해 수행되는 위치 방법에서, 상기 제1 예측 모델은 바이시클 모델(bicycle model)일 수 있다.In the location method performed by a vehicle according to an embodiment, the first prediction model may be a bicycle model.

일 실시예에 따른 차량에 의해 수행되는 위치 방법의 상기 차량의 제2 상태 정보를 산출하는 단계는, 시그마 포인트들(sigma points)을 생성하는 단계, 상기 무향 칼만 필터의 제2 예측 모델을 사용하여 상기 차량의 상태에 관한 제2 임시 정보를 예측하고, 상기 제2 임시 정보로부터 상기 차량의 측정 값을 예측하는 단계, 및 상기 파티클 필터로부터 추출된 상기 제1 상태 정보, 상기 제2 임시 정보, 및 상기 측정 값에 기초하여 상기 차량의 상기 제2 상태 정보를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Calculating the second state information of the vehicle of the location method performed by the vehicle according to an embodiment may include generating sigma points, using a second prediction model of the undirected Kalman filter. predicting second temporary information about the state of the vehicle, predicting a measurement value of the vehicle from the second temporary information, and the first state information extracted from the particle filter, the second temporary information, and The method may include calculating the second state information of the vehicle based on the measured value.

일 실시예에 따른 차량에 의해 수행되는 위치 방법의 상기 제2 임시 정보로부터 상기 차량의 측정 값을 예측하는 단계는, 상기 제2 임시 정보로부터 상기 차량의 위치 좌표 및 요우잉 각도에 관한 정보를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.Predicting the measured value of the vehicle from the second temporary information of the location method performed by the vehicle according to an embodiment may include extracting information about the location coordinates and yaw angle of the vehicle from the second temporary information may include the step of

일 실시예에 따른 차량에 의해 수행되는 위치 방법의 상기 제2 예측 모델은 등선회율 및 등속도(constant turn rate and velocity, CTRV) 모델일 수 있다.The second prediction model of the location method performed by the vehicle according to an embodiment may be a constant turn rate and velocity (CTRV) model.

일 실시예에 따른 차량에 의해 수행되는 위치 방법의 상기 제1 상태 정보는 상기 차량의 위치 좌표 및 방향(orientation)에 관한 정보를 포함할 수 있다.The first state information of the location method performed by the vehicle according to an embodiment may include information about location coordinates and orientation of the vehicle.

일 실시예에 따른 차량에 의해 수행되는 위치 방법의 상기 제2 상태 정보는 상기 차량의 위치 좌표, 요우잉 각도, 및 상기 차량의 상태에 대한 공변량 행렬(covariance matrix)을 포함할 수 있다.The second state information of the position method performed by the vehicle according to an exemplary embodiment may include a position coordinate of the vehicle, a yaw angle, and a covariance matrix for the state of the vehicle.

일 실시예에 따른 차량에 의해 수행되는 위치 방법의 상기 차량의 제2 상태 정보를 산출하는 단계는, 측정 공변량 행렬, 칼만 이득(Kalman gain), 및 이전 공변량 행렬에 기초하여 상기 공변량 행렬을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Calculating the second state information of the vehicle of the location method performed by the vehicle according to an embodiment comprises: Calculating the covariate matrix based on a measurement covariate matrix, a Kalman gain, and a previous covariate matrix may include steps.

일 실시예에 따른 차량에 의해 수행되는 위치 방법은 상기 제2 상태 정보에 기초하여 상기 차량의 조향, 속도, 및 가속도 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The location method performed by the vehicle according to an embodiment may further include adjusting at least one of steering, speed, and acceleration of the vehicle based on the second state information.

일 실시예에 따른 위치 추정을 수행하는 차량은 파티클 필터의 제1 예측 모델 및 무향 칼만 필터의 제2 예측 모델을 저장하는 메모리, 및 상기 파티클 필터를 이용하여 외부 센서로부터 수신되는 측정 데이터 및 이전 시점에서 추정된 이전 상태 정보에 기초하여 상기 차량의 제1 상태 정보를 산출하고, 상기 무향 칼만 필터를 이용하여 상기 제1 상태 정보에 기초하여 상기 차량의 제2 상태 정보를 산출하는 프로세서를 포함할 수 있다.A vehicle performing position estimation according to an embodiment includes a memory for storing a first prediction model of a particle filter and a second prediction model of an unscented Kalman filter, and measurement data received from an external sensor using the particle filter and a previous time point a processor for calculating first state information of the vehicle based on the previous state information estimated in have.

도 1은 바이시클 모델(bicycle model)을 설명한다.
도 2에서는 파티클 필터를 이용하여 차량의 제1 상태 정보를 산출하는 방법에 대하여 설명한다.
도 3은 글로벌 좌표계에서 차량과 인프라의 배치를 도시한다.
도 4는 글로벌 좌표계에서 실제 차량 주변에 임의로 생성된 파티클들을 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 필터 융합(fusion)에 의한 차량 위치 추정 방법에 관하여 설명한다.
도 6은 무향 칼만 필터에서 평균 값 주위의 대칭적인 영역으로 생성된 시그마 포인트들(sigma points)을 도시한다.
도 7은 시뮬레이션 상에서 차량이 이동하는 도로를 나타낸다.
도 8a는 S자형 도로에서 추정된 필터들의 궤적 결과를 도시한다.
도 8b는 직선형 도로에서 추정된 필터들의 궤적 결과를 도시한다.
도 9는 일 실시예에 따른 차량의 구성을 설명하는 블록도이다.
1 illustrates a bicycle model.
In FIG. 2 , a method of calculating first state information of a vehicle using a particle filter will be described.
3 shows the arrangement of vehicles and infrastructure in a global coordinate system.
4 shows particles randomly generated around a real vehicle in a global coordinate system.
5 is a description of a vehicle position estimation method by filter fusion according to an embodiment.
6 shows sigma points generated as a symmetrical area around the mean value in an anechoic Kalman filter.
7 shows a road on which a vehicle moves in a simulation.
8A shows the results of the trajectories of filters estimated on the S-shaped road.
8B shows the trajectory results of filters estimated on a straight road.
9 is a block diagram illustrating a configuration of a vehicle according to an exemplary embodiment.

실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments are disclosed for purposes of illustration only, and may be changed and implemented in various forms. Accordingly, the embodiments are not limited to a specific disclosure form, and the scope of the present specification includes changes, equivalents, or substitutes included in the technical spirit.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Although terms such as first or second may be used to describe various elements, these terms should be interpreted only for the purpose of distinguishing one element from another. For example, a first component may be termed a second component, and similarly, a second component may also be termed a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it should be understood that another component may exist in between.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that the described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof exists, and includes one or more other features or numbers, It should be understood that the possibility of the presence or addition of steps, operations, components, parts or combinations thereof is not precluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present specification. does not Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in each figure indicate like elements.

도 1은 바이시클 모델(bicycle model)을 설명한다.1 illustrates a bicycle model.

파티클 필터를 이용하여 차량의 상태 정보를 추정하는 경우, 차량의 모션(motion)을 표현하기 위하여 제1 예측 모델(prediction model)이 사용될 수 있다. 제1 예측 모델은 바이시클 모델(bicycle model)일 수 있다. 도 1을 참조하면, 바이시클 모델을 이용하여 차량의 모션을 표현할 수 있다. 차량(vehicle)은 1개의 앞 바퀴(front wheel, 101) 및 1개의 뒷 바퀴(rear wheel, 102)로 간략화 할 수 있으며, 차량의 상태는 2차원 공간에서의 x 좌표, y 좌표, 및 요우잉 각도(yaw angle,

Figure 112020117266818-pat00001
)로 표현할 수 있다. 이때, 요우잉 각도는 앞 바퀴(101)와 뒷 바퀴(102)를 잇는 가상의 직선과 x축이 이루는 각도를 의미할 수 있다. 이하에서는, 파티클 필터를 이용하여 외부 센서(sensor)로부터 수신되는 측정 데이터 및 이전 시점에서 추정된 노이즈가 포함된 이전 상태 정보에 기초하여 차량의 제1 상태 정보를 산출하는 방법에 대하여 설명한다.When estimating vehicle state information using a particle filter, a first prediction model may be used to represent the motion of the vehicle. The first prediction model may be a bicycle model. Referring to FIG. 1 , a motion of a vehicle may be expressed using a bicycle model. A vehicle can be simplified to one front wheel 101 and one rear wheel 102, and the state of the vehicle is an x-coordinate, a y-coordinate, and a yaw in a two-dimensional space. angle (yaw angle,
Figure 112020117266818-pat00001
) can be expressed as In this case, the yaw angle may mean an angle formed by an imaginary straight line connecting the front wheel 101 and the rear wheel 102 and the x-axis. Hereinafter, a method of calculating first state information of a vehicle based on measured data received from an external sensor using a particle filter and previous state information including noise estimated at a previous point in time will be described.

도 2에서는 파티클 필터를 이용하여 차량의 제1 상태 정보를 산출하는 방법에 대하여 설명한다.In FIG. 2 , a method of calculating first state information of a vehicle using a particle filter will be described.

단계(201)에서는 초기화(initialization) 과정이 이루어질 수 있다. 차량의 위치를 글로벌 좌표계(global coordinates)에서 결정하기 위하여, 차량의 초기 위치는 필수적으로 제공되어야 한다. 따라서 일 실시예에서는, GPS(Global Positioning System) 센서를 이용하여 차량의 초기 위치를 제공받을 수 있다. 차량에서 다중 경로 및 차단 문제(blocking issue)로 인하여 GPS 신호가 원활히 수신되지 않더라도, GPS 신호는 차량의 초기 위치를 결정하기 위한 제한적 영역(limited area)을 제공할 수 있다. 파티클 필터가 GPS 신호를 수신하는 경우, 파티클 필터는 N개의 파티클들(particles)을 생성할 수 있다. 예를 들어, N은 1 이상의 자연수를 나타낼 수 있다.In step 201, an initialization process may be performed. In order to determine the position of the vehicle in global coordinates, the initial position of the vehicle must be provided. Accordingly, in one embodiment, the initial location of the vehicle may be provided using a Global Positioning System (GPS) sensor. Even if the GPS signal is not smoothly received due to multi-path and blocking issues in the vehicle, the GPS signal may provide a limited area for determining the initial location of the vehicle. When the particle filter receives a GPS signal, the particle filter may generate N particles. For example, N may represent 1 or more natural numbers.

단계(202)에서는 차량의 상태에 관한 제1 임시 정보를 제1 예측 모델을 이용하여 예측하는 과정이 이루어질 수 있다. 차량의 상태는, 2차원 공간에서 차량의 위치 좌표(x축 좌표, y축 좌표) 및 요우잉 각도에 관한 정보를 포함할 수 있다. 구체적으로, k시간에서 추정된 노이즈가 포함된 이전 상태 정보 및 제1 예측 모델을 이용하여 k+1 시간에서 차량의 상태에 관한 제1 임시 정보를 예측할 수 있다. 제1 예측 모델은 바이시클 모델일 수 있다.In step 202, a process of predicting the first temporary information about the vehicle state using the first prediction model may be performed. The state of the vehicle may include information about position coordinates (x-axis coordinates, y-axis coordinates) and yaw angle of the vehicle in a two-dimensional space. Specifically, it is possible to predict the first temporary information about the state of the vehicle at time k+1 by using the previous state information including noise estimated at time k and the first prediction model. The first predictive model may be a bicycle model.

수학식 1에서는, k 시간에서 추정된 차량의 이전 상태 정보 및 바이시클 모델을 이용하여 k+1 시간에서의 차량의 상태에 관한 제1 임시 정보를 예측하는 과정을 나타낸다. 수학식 1에서는, 도시 내에서 차량의 이동은 일반적으로 빠르지 않기 때문에 미끄러짐 각도(slip angle)는 무시된다.Equation 1 shows a process of predicting the first temporary information about the state of the vehicle at time k+1 by using the vehicle model and previous state information of the vehicle estimated at time k. In Equation 1, the slip angle is neglected because the movement of a vehicle within a city is generally not fast.

Figure 112020117266818-pat00002
Figure 112020117266818-pat00002

여기서,

Figure 112020117266818-pat00003
은 k+1 시간에서 예측된 제1 임시 정보,
Figure 112020117266818-pat00004
는 k 시간에서의 차량의 속도,
Figure 112020117266818-pat00005
는 k 간에서의 차량의 요우잉 속도(yaw rate)를 나타낼 수 있다.here,
Figure 112020117266818-pat00003
is the first temporary information predicted at k+1 time,
Figure 112020117266818-pat00004
is the speed of the vehicle at time k,
Figure 112020117266818-pat00005
may represent a yaw rate of the vehicle between k.

단계(203)에서는 생성된 N개의 파티클들 마다 가중치(weight)를 계산하는 과정이 설명된다.In step 203, a process of calculating a weight for each of the generated N particles is described.

차량 외부에는 하나 이상의 인프라들(infrastructures)이 배치될 수 있다. 이하에서는 L개의 인프라가 차량 외부에 배치되는 것으로 가정한다. L은 1 이상의 자연수를 나타낼 수 있다.One or more infrastructures may be deployed outside the vehicle. Hereinafter, it is assumed that L infrastructures are disposed outside the vehicle. L may represent a natural number of 1 or more.

차량은 외부 인프라와 차량 사이의 거리 데이터 및 방향 데이터를 센서로부터 수신할 수 있다. 예를 들어, 센서는 고정밀지도(HD map) 또는 거리 센서(range sensor)를 의미할 수 있다. 센서로부터 수신한 데이터는 노이즈를 포함할 수 있으며, 해당 노이즈는 비선형 노이즈(nonlinear noise)일 수 있다. 이하에서는, 비선형 노이즈를 포함하는 데이터를 필터링하여 차량의 제1 상태 정보를 산출하는 과정을 설명한다.The vehicle may receive distance data and direction data between the vehicle and the external infrastructure from the sensor. For example, the sensor may mean a high-definition map (HD map) or a range sensor. Data received from the sensor may include noise, and the corresponding noise may be nonlinear noise. Hereinafter, a process of calculating the first state information of the vehicle by filtering data including nonlinear noise will be described.

센서로부터 수신한 거리 데이터 및 방향 데이터는 노이즈를 포함할 수 있으며 수학식 2와 같이 모델링 될 수 있다.Distance data and direction data received from the sensor may include noise and may be modeled as in Equation (2).

Figure 112020117266818-pat00006
Figure 112020117266818-pat00006

여기서,

Figure 112020117266818-pat00007
은 k+1 시간에서 차량과 인프라들 사이의 상대적 거리 및 상대적 각도에 대한 정보를 포함하는 측정 벡터(measurement vector)를 나타낼 수 있다.here,
Figure 112020117266818-pat00007
may represent a measurement vector including information on a relative distance and a relative angle between the vehicle and the infrastructure at k+1 time.

수학식 2는 하기 수학식 3과 같이 구체화될 수 있다.Equation 2 may be embodied as Equation 3 below.

Figure 112020117266818-pat00008
Figure 112020117266818-pat00008

도 3은 글로벌 좌표계에서 차량과 인프라의 배치를 도시한다. 도 3에서, 차량(301)은 바이시클 모델에 의하여 간략화 될 수 있고, 차량(301)의 중심점(

Figure 112020117266818-pat00009
)은 바이시클 모델에서 차량의 중심점과 대응된다.3 shows the arrangement of vehicles and infrastructure in a global coordinate system. In FIG. 3 , the vehicle 301 can be simplified by a bicycle model, and the center point of the vehicle 301 (
Figure 112020117266818-pat00009
) corresponds to the center point of the vehicle in the bicycle model.

도 3을 참조하면,

Figure 112020117266818-pat00010
는 차량(301)과 i번째 인프라(311) 사이의 상대적 거리,
Figure 112020117266818-pat00011
는 차량(301)과 i번째 인프라(311) 사이의 상대적 각도를 나타낼 수 있다.
Figure 112020117266818-pat00012
는 k 시간에서 차량의 예측된 x축 위치 좌표,
Figure 112020117266818-pat00013
는 k 시간에서 차량의 예측된 y축 위치 좌표를 나타낼 수 있다.
Figure 112020117266818-pat00014
는 인프라(311)의 x축 위치 좌표,
Figure 112020117266818-pat00015
는 인프라(311)의 y축 위치 좌표를 나타낼 수 있다.
Figure 112020117266818-pat00016
는 차량(301)의 진행 방향(391)과 x축이 이루는 각도를 나타낼 수 있다. 또한,
Figure 112020117266818-pat00017
는 센서로부터 수신된 차량과 인프라 사이의 거리 데이터에 관한 노이즈,
Figure 112020117266818-pat00018
는 센서로부터 수신된 차량과 인프라 사이의 방향 데이터에 관한 노이즈를 나타낼 수 있다. 해당 노이즈들은 비선형(non-linear)의 노이즈일 수 있다.Referring to Figure 3,
Figure 112020117266818-pat00010
is the relative distance between the vehicle 301 and the i-th infrastructure 311,
Figure 112020117266818-pat00011
may represent a relative angle between the vehicle 301 and the i-th infrastructure 311 .
Figure 112020117266818-pat00012
is the predicted x-axis position coordinates of the vehicle at time k,
Figure 112020117266818-pat00013
may represent the predicted y-axis position coordinates of the vehicle at k time.
Figure 112020117266818-pat00014
is the x-axis position coordinate of the infrastructure 311,
Figure 112020117266818-pat00015
may indicate the y-axis location coordinates of the infrastructure 311 .
Figure 112020117266818-pat00016
may represent an angle between the traveling direction 391 of the vehicle 301 and the x-axis. In addition,
Figure 112020117266818-pat00017
is the noise about the distance data between the vehicle and the infrastructure received from the sensor,
Figure 112020117266818-pat00018
may represent noise regarding the direction data between the vehicle and the infrastructure received from the sensor. The corresponding noises may be non-linear noise.

도 4는 글로벌 좌표계에서 실제 차량 주변에 임의로 생성된 파티클들을 도시한다.4 shows particles randomly generated around a real vehicle in a global coordinate system.

도 4를 참조하면, 초기화 단계에서 생성된 파티클들은 글로벌 좌표계에서 차량의 실제 위치 주변에 임의로 생성될 수 있다. 제1 파티클(421), 제2 파티클(422), 및 제3 파티클(423)이 차량 주변으로 생성될 수 있다. 파티클은 차량에서 미리 설정된 개수만큼 생성될 수 있다.Referring to FIG. 4 , particles generated in the initialization step may be randomly generated around the actual location of the vehicle in the global coordinate system. The first particle 421 , the second particle 422 , and the third particle 423 may be generated around the vehicle. Particles may be generated as many as a preset number in the vehicle.

각 파티클 마다 i번째 인프라의 위치가 다르게 측정될 수 있다. 파티클들 마다 배치된 위치가 다르기 때문에, i번째 인프라의 위치는 파티클 마다 다르게 측정될 수 있다. 예를 들어, i번째 인프라의 글로벌 좌표계에서 실제 위치(311)는 제n 파티클(441)에서 측정된 i번째 인프라 가상의 위치(451)와 상이할 수 있다. 하기 수학식 4에서는 파티클에서 측정된 인프라 가상의 위치와 실제 인프라의 위치 차이에 따른 에러(error)를 이용하여 파티클들의 가중치를 계산하는 과정이 설명된다. 하기 수학식 4에서는, 파티클은 N개가 생성되며, 차량 주변으로 인프라가 L개 배치되는 것으로 가정한다. 여기서, N 및 L은 1 이상의 자연수일 수 있다.The location of the i-th infrastructure may be measured differently for each particle. Since the location of each particle is different, the location of the i-th infrastructure may be measured differently for each particle. For example, the real location 311 in the global coordinate system of the i-th infrastructure may be different from the virtual location 451 of the i-th infrastructure measured by the n-th particle 441 . In Equation 4 below, a process of calculating the weights of particles using an error according to a difference between the virtual location of the infrastructure and the actual location of the infrastructure measured from the particle is described. In Equation 4 below, it is assumed that N particles are generated and L infrastructures are disposed around the vehicle. Here, N and L may be 1 or more natural numbers.

Figure 112020117266818-pat00019
Figure 112020117266818-pat00019

n은 1부터 N사이 자연수의 값을 가질 수 있으며, i는 1부터 L사이 자연수의 값을 가질 수 있다.

Figure 112020117266818-pat00020
는 제n 파티클(441)과 i번째 인프라(311) 사이의 가중치를 나타낼 수 있다.
Figure 112020117266818-pat00021
는 센서로부터 수신한 거리 데이터의 x축 방향 노이즈의 공분산(covariance),
Figure 112020117266818-pat00022
는 센서로부터 수신한 거리 데이터의 y축 방향 노이즈의 공분산을 나타낼 수 있다.n may have a value of a natural number between 1 and N, and i may have a value of a natural number between 1 and L.
Figure 112020117266818-pat00020
may represent a weight between the n-th particle 441 and the i-th infrastructure 311 .
Figure 112020117266818-pat00021
is the covariance of the noise in the x-axis direction of the distance data received from the sensor,
Figure 112020117266818-pat00022
may represent the covariance of noise in the y-axis direction of distance data received from the sensor.

Figure 112020117266818-pat00023
는 제n 파티클(441)로부터 측정된 i번째 인프라의 가상의 위치(451)에 대한 x축 좌표,
Figure 112020117266818-pat00024
는 제n 파티클(441)로부터 측정된 i번째 인프라의 가상의 위치(451)에 대한 y축 좌표를 나타낼 수 있다.
Figure 112020117266818-pat00025
는 글로벌 좌표계에서 실측 정보(예를 들어, 그라운드 트루스)에 따른 i번째 인프라의 실제 x위치 좌표,
Figure 112020117266818-pat00026
는 글로벌 좌표계에서 실측 정보에 따른 i번째 인프라의 y 위치 좌표를 나타낼 수 있다. 파티클과 개별 인프라 사이의 가중치를 계산하기 위하여, 다변량 정규 분포 함수(multivariable normal distribution function)가 사용될 수 있다.
Figure 112020117266818-pat00023
is the x-axis coordinate for the virtual location 451 of the i-th infrastructure measured from the n-th particle 441,
Figure 112020117266818-pat00024
may represent the y-axis coordinate of the virtual location 451 of the i-th infrastructure measured from the n-th particle 441 .
Figure 112020117266818-pat00025
is the actual x-location coordinate of the i-th infrastructure according to the actual measurement information (eg, ground truth) in the global coordinate system,
Figure 112020117266818-pat00026
may indicate the y location coordinate of the i-th infrastructure according to the actual measurement information in the global coordinate system. To calculate the weights between particles and individual infrastructure, a multivariable normal distribution function can be used.

제n 파티클(441)과 i번째 인프라(311) 사이의 가중치인

Figure 112020117266818-pat00027
는, 실측 정보에 따른 i번째 인프라의 실제 위치(311)와 제n 파티클에서 측정된 i번째 인프라의 가상의 위치(451) 차이에 상응하는 오류(error)가 커질수록 감소할 수 있다.The weight between the n-th particle 441 and the i-th infrastructure 311 is
Figure 112020117266818-pat00027
may decrease as an error corresponding to the difference between the actual location 311 of the i-th infrastructure according to the actual measurement information and the virtual location 451 of the i-th infrastructure measured from the n-th particle increases.

하기 수학식 5에서는, 수학식 4에 의하여 계산된 파티클과 인프라 사이 개별적으로 계산된 가중치를 이용하여 파티클의 가중치를 계산하는 과정이 설명된다.In Equation 5 below, a process of calculating the weight of a particle by using the weight individually calculated between the particle calculated by Equation 4 and the infrastructure is described.

Figure 112020117266818-pat00028
Figure 112020117266818-pat00028

n은 1부터 N사이의 자연수 값을 가질 수 있다. 위 수학식 5를 참조하면, 제n 파티클의 가중치는, 제n 파티클의 L개의 모든 인프라에 대한 개별 가중치들을 곱하여 계산될 수 있다.n may have a value of a natural number between 1 and N. Referring to Equation 5 above, the weight of the n-th particle may be calculated by multiplying individual weights for all L infrastructures of the n-th particle.

단계(204)에서는 리샘플링(resampling)이 이루어지는 과정이 설명된다. 수학식 5에 의하여 각 파티클 마다 가중치가 계산된 후, 가중치에 기초하여 파티클을 선택함으로써 차량의 제1 상태 정보를 산출할 수 있다. 예를 들어, 그러나 한정되지 않게, 생성된 파티클들 중 가중치가 가장 높은 파티클을 선택할 수 있다.In step 204, the resampling process is described. After the weight is calculated for each particle according to Equation 5, the first state information of the vehicle may be calculated by selecting the particle based on the weight. For example, but not limited to, a particle having the highest weight among generated particles may be selected.

하기 표 1은 파티클 필터의 의사 코드(pseudo-code)를 나타낸다.Table 1 below shows the pseudo-code of the particle filter.

Figure 112020117266818-pat00029
Figure 112020117266818-pat00029

여기서,

Figure 112020117266818-pat00030
은 제1 파티클(particle), 제2 파티클, ?? 제N 파티클의 가중치를 나타내며,
Figure 112020117266818-pat00031
는 센서에서 측정된 거리의 불확실성,
Figure 112020117266818-pat00032
는 센서에서 측정된 방향의 불확실성,
Figure 112020117266818-pat00033
는 파티클 필터에서 추정된 차량의 제1 상태 정보를 나타낼 수 있다.here,
Figure 112020117266818-pat00030
is the first particle (particle), the second particle, ?? Represents the weight of the Nth particle,
Figure 112020117266818-pat00031
is the uncertainty of the distance measured from the sensor,
Figure 112020117266818-pat00032
is the uncertainty of the direction measured by the sensor,
Figure 112020117266818-pat00033
may represent the first state information of the vehicle estimated by the particle filter.

아래에서 설명하겠으나, 파티클 필터로부터 추정된 차량의 최종 상태 정보

Figure 112020117266818-pat00034
를 무향 칼만 필터에 융합하여 차량의 위치 추정의 정확도를 향상시킬 수 있다.As described below, the final state information of the vehicle estimated from the particle filter
Figure 112020117266818-pat00034
can be fused to an undirected Kalman filter to improve the accuracy of vehicle location estimation.

도 5는 일 실시예에 따른 필터 융합(fusion)에 의한 차량 위치 추정 방법에 관하여 설명한다.5 is a description of a vehicle position estimation method by filter fusion according to an embodiment.

무향 칼만 필터에서, 파티클 필터로부터 추정된 차량의 제1 상태 정보에 기초하여 차량의 제2 상태 상태 정보를 산출할 수 있다. 파티클 필터로부터 산출된 차량의 제1 상태 정보를 이용하여 무향 칼만 필터에서 차량의 위치를 보다 정확하게 추정할 수 있다. 이하에서는, 무향 칼만 필터와 파티클 필터를 융합한 파티클 보조 무향 칼만 필터(Particle Aided Unscented Kalman Filter, PAUKF)에 관하여 설명한다.In the non-directional Kalman filter, second state state information of the vehicle may be calculated based on the first state information of the vehicle estimated from the particle filter. The location of the vehicle may be more accurately estimated in the non-directional Kalman filter by using the first state information of the vehicle calculated from the particle filter. Hereinafter, a Particle Aided Unscented Kalman Filter (PAUKF) in which an unscented Kalman filter and a particle filter are fused will be described.

도 5를 참조하면, 단계(511)에서는 파티클 필터에서 바이시클 모델 및 노이즈가 포함된 이전 상태 정보에 기초하여 차량의 상태에 관한 제1 임시 정보를 예측할 수 있다. 단계(512)에서는, 차량은 센서로부터 비가우시안 노이즈가 포함된 측정 데이터를 수신할 수 있다. 단계(513)에서는 제1 임시 정보 및 측정 데이터에 기초하여 차량의 제1 상태 정보를 산출할 수 있다. 단계(521)에서는 무향 칼만 필터에서 노이즈가 포함된 이전 상태 정보에 기초하여 차량의 상태에 관한 제2 임시 정보를 예측할 수 있다. 단계(522)에서는 파티클 필터로부터 산출된 차량의 제1 상태 정보를 수신할 수 있다. 단계(523)에서는 제2 임시 정보를 제1 상태 정보를 이용하여 업데이트함으로써 차량의 최종 상태 정보인 제2 상태 정보를 산출할 수 있다. 이하에서는, 파티클 보조 무향 칼만 필터의 차량 상태 정보의 추정 과정을 수학식과 함께 구체적으로 설명한다.Referring to FIG. 5 , in step 511 , the particle filter may predict first temporary information about the state of the vehicle based on the bicycle model and previous state information including noise. In operation 512 , the vehicle may receive measurement data including non-Gaussian noise from the sensor. In operation 513, first state information of the vehicle may be calculated based on the first temporary information and the measurement data. In operation 521 , the second temporary information regarding the state of the vehicle may be predicted based on the previous state information including noise in the non-directional Kalman filter. In operation 522, first state information of the vehicle calculated from the particle filter may be received. In operation 523, second state information, which is final state information of the vehicle, may be calculated by updating the second temporary information using the first state information. Hereinafter, a process of estimating vehicle state information of the particle-assisted anechoic Kalman filter will be described in detail with equations.

도 6은 무향 칼만 필터에서 평균 값 주위의 대칭적인 영역으로 생성된 시그마 포인트들(sigma points)을 도시한다.6 shows sigma points generated as a symmetrical area around the mean value in an anechoic Kalman filter.

도 6을 참조하면, 시그마 포인트들은 랜덤 베리어블인 상태 벡터의 기대치, 즉 평균 값(600) 주위의 대칭적인 영역으로 생성될 수 있다. 예를 들어, 제1 시그마 포인트(601)은 제2 시그마 포인트(602)와 평균 값을 기준으로 대칭일 수 있고, 제3 시그마 포인트(603)은 제4 시그마 포인트(604)와 평균 값을 기준으로 대칭일 수 있다. 시그마 포인트들은 하기 수학식 6을 사용하여 계산된 파라미터

Figure 112020117266818-pat00035
에 의하여 정의될 수 있다. 수학식 7은 무향 칼만 필터에서 차량의 상태 정보에 대응하는 상태 벡터를 나타낸다.Referring to FIG. 6 , sigma points may be generated as a symmetric region around an expected value of a state vector that is a random variable, that is, an average value 600 . For example, the first sigma point 601 may be symmetrical with respect to the second sigma point 602 and the average value, and the third sigma point 603 may be symmetric with the fourth sigma point 604 and the average value. can be symmetrical. The sigma points are parameters calculated using Equation 6 below.
Figure 112020117266818-pat00035
can be defined by Equation 7 represents a state vector corresponding to vehicle state information in the undirected Kalman filter.

Figure 112020117266818-pat00036
Figure 112020117266818-pat00036

Figure 112020117266818-pat00037
Figure 112020117266818-pat00037

수학식 6에서,

Figure 112020117266818-pat00038
는 상태 벡터의 크기(size)로서 5를 나타낼 수 있다. 수학식 7에서,
Figure 112020117266818-pat00039
는 k 시간에서 제2 예측 모델을 이용하여 예측된 차량의 상태 정보에 대응하는 상태 벡터를 나타낼 수 있다. 수학식 7에서,
Figure 112020117266818-pat00040
는 차량의 x 위치 좌표,
Figure 112020117266818-pat00041
는 차량의 y 위치 좌표,
Figure 112020117266818-pat00042
는 차량의 속도(velocity),
Figure 112020117266818-pat00043
는 차량의 요우잉 각도,
Figure 112020117266818-pat00044
는 차량의 요우잉 속도(예를 들어, 회전 속도)를 나타낼 수 있다. 상태 벡터
Figure 112020117266818-pat00045
는 시그마 포인트들이 개별적으로 갖는 상태 벡터의 평균을 나타낼 수 있다. 하기 수학식 8을 사용하여 시그마 포인트들이 생성될 수 있다.In Equation 6,
Figure 112020117266818-pat00038
may represent 5 as the size (size) of the state vector. In Equation 7,
Figure 112020117266818-pat00039
may represent a state vector corresponding to the state information of the vehicle predicted by using the second prediction model at k time. In Equation 7,
Figure 112020117266818-pat00040
is the x position coordinate of the vehicle,
Figure 112020117266818-pat00041
is the y position coordinate of the vehicle,
Figure 112020117266818-pat00042
is the vehicle's velocity,
Figure 112020117266818-pat00043
is the yaw angle of the vehicle,
Figure 112020117266818-pat00044
may represent a yaw speed (eg, rotation speed) of the vehicle. state vector
Figure 112020117266818-pat00045
may represent the average of the state vectors each sigma points have. Sigma points may be generated using Equation 8 below.

Figure 112020117266818-pat00046
Figure 112020117266818-pat00046

Figure 112020117266818-pat00047
는 k 시간에서 시그마 포인트들의 상태 정보에 대응하는 상태 벡터,
Figure 112020117266818-pat00048
는 k 시간에서 차량 상태의 평균 값,
Figure 112020117266818-pat00049
는 k 시간에서 차량 상태의 공분산 행렬(covariance matrix)을 나타낼 수 있다.
Figure 112020117266818-pat00050
Figure 112020117266818-pat00051
의 행렬을 나타낼 수 있다. 수학식 8에 의하여, 평균 값에 상응하는 시그마 포인트를 포함하여 총
Figure 112020117266818-pat00052
개의 시그마 포인트들이 생성될 수 있다.
Figure 112020117266818-pat00047
is a state vector corresponding to the state information of the sigma points at time k,
Figure 112020117266818-pat00048
is the average value of the vehicle state at time k,
Figure 112020117266818-pat00049
may represent a covariance matrix of the vehicle state at k time.
Figure 112020117266818-pat00050
Is
Figure 112020117266818-pat00051
can represent a matrix of According to Equation 8, including the sigma point corresponding to the average value, the total
Figure 112020117266818-pat00052
n sigma points may be generated.

시그마 포인트들을 생성한 후, 무향 칼만 필터의 제2 예측 모델을 사용하여 차량의 상태에 관한 제2 임시 정보를 예측할 수 있다. 예를 들어, 제2 예측 모델은 등선회율 및 등속도(constant turn rate and velocity magnitude, CTRV) 차량 모션 모델일 수 있다. 이하에서는, 등선회율 및 등속도 차량 모션 모델을 CTRV 모델이라고 설명한다. 제2 예측 모델은 CTRV 모델로 한정하지 않고, 다른 예측 모델이 사용될 수도 있다.After generating the sigma points, the second temporary information about the state of the vehicle may be predicted using the second prediction model of the undirected Kalman filter. For example, the second prediction model may be a constant turn rate and velocity magnitude (CTRV) vehicle motion model. Hereinafter, a constant turn rate and constant velocity vehicle motion model will be described as a CTRV model. The second predictive model is not limited to the CTRV model, and other predictive models may be used.

차량의 정확한 위치를 획득하기 위하여, 무향 칼만 필터는 차량의 더 많은 상태들 및 상태들에 대한 비선형 노이즈의 영향을 고려할 수 있다. 예를 들어, 차량은 가속도(acceleration) 및 요우잉 가속도(yaw acceleration)를 노이즈로 고려할 수 있다. 특히, 가속도 및 요우잉 가속도 노이즈는 비선형일 수 있다. 해당 비선형 잡음을 처리하기 위하여, 하기 수학식 9에 표현된 바와 같은 보강된(augmented) 상태 벡터가 고려될 수 있다.In order to obtain an accurate location of the vehicle, the anechoic Kalman filter can take into account more states and the influence of non-linear noise on the states of the vehicle. For example, a vehicle may consider acceleration and yaw acceleration as noise. In particular, the acceleration and yaw acceleration noise may be non-linear. In order to deal with the nonlinear noise, an augmented state vector as expressed in Equation 9 below may be considered.

Figure 112020117266818-pat00053
Figure 112020117266818-pat00053

수학식 9에서,

Figure 112020117266818-pat00054
는 k 시간에서 가속도 및 요우잉 가속도를 상태 벡터로 포함하는 보강된 상태 벡터를 나타낼 수 있다.
Figure 112020117266818-pat00055
는 차량 가속도의 노이즈,
Figure 112020117266818-pat00056
는 차량 요우잉 가속도의 노이즈를 나타낼 수 있다.In Equation 9,
Figure 112020117266818-pat00054
may represent the augmented state vector including the acceleration and the yaw acceleration as state vectors at k time.
Figure 112020117266818-pat00055
is the noise of vehicle acceleration,
Figure 112020117266818-pat00056
may represent noise of vehicle yaw acceleration.

하기 수학식 10 및 수학식 11을 참조하면,

Figure 112020117266818-pat00057
Figure 112020117266818-pat00058
의 분산을 갖는 정규 가우스 분포(normal Gaussian distribution)로 설정될 수 있고,
Figure 112020117266818-pat00059
Figure 112020117266818-pat00060
의 분산을 갖는 정규 가우스 분포로 설정될 수 있다.Referring to Equations 10 and 11 below,
Figure 112020117266818-pat00057
Is
Figure 112020117266818-pat00058
It can be set to a normal Gaussian distribution with a variance of
Figure 112020117266818-pat00059
Is
Figure 112020117266818-pat00060
It can be set to a normal Gaussian distribution with a variance of .

Figure 112020117266818-pat00061
Figure 112020117266818-pat00061

Figure 112020117266818-pat00062
Figure 112020117266818-pat00062

차량은 차량의 상태 벡터로 가속도 및 요우잉 가속도를 고려함으로써, 공분산 행렬

Figure 112020117266818-pat00063
는 하기 수학식 12에 표현된 바와 같이, 가속도 노이즈의 분산 및 요우잉 가속도 노이즈의 분산을 포함하는
Figure 112020117266818-pat00064
로 보강될 수 있다.The vehicle considers the acceleration and yaw acceleration as the vehicle's state vector, so that the covariance matrix
Figure 112020117266818-pat00063
As expressed in Equation 12 below, including the dispersion of acceleration noise and the dispersion of yaw acceleration noise
Figure 112020117266818-pat00064
can be reinforced with

Figure 112020117266818-pat00065
Figure 112020117266818-pat00065

일 실시예에 따른 PAUKF 필터에서, k 시간에서의 확장된 상태 정보

Figure 112020117266818-pat00066
및 제2 예측 모델을 사용하여 차량의 상태에 관한 제2 임시 정보를 예측할 수 있다. 제2 예측 모델은 CTRV 모델일 수 있다. 수학식 13 및 수학식 14에서는 k 시간에서 추정된 차량의 이전 상태 정보 및 CTRV 모델을 이용하여 k+1 시간에서의 차량의 상태에 관한 제2 임시 정보를 예측하는 과정을 표현한다. 제2 임시 정보란, 이전 시간에서 추정된 차량의 이전 상태 정보로부터 제2 예측 모델을 이용하여 예측된 시그마 포인트들의 상태 벡터에 대응하는 차량의 예측된 상태 정보를 의미한다.In the PAUKF filter according to an embodiment, extended state information at k time
Figure 112020117266818-pat00066
and the second prediction model may be used to predict second temporary information regarding the state of the vehicle. The second predictive model may be a CTRV model. Equations 13 and 14 express a process of predicting the second temporary information about the state of the vehicle at time k+1 by using the previous state information of the vehicle estimated at time k and the CTRV model. The second temporary information means predicted state information of a vehicle corresponding to a state vector of sigma points predicted using a second prediction model from previous state information of the vehicle estimated at a previous time.

Figure 112020117266818-pat00067
Figure 112020117266818-pat00067

수학식 13에서,

Figure 112020117266818-pat00068
은 k+1 시간에서의 차량의 상태 벡터,
Figure 112020117266818-pat00069
는 k 시간에서 차량의 상태 벡터, 및
Figure 112020117266818-pat00070
는 k 시간에서 차량의 상태 벡터를 미분한 값을 나타낼 수 있다.In Equation 13,
Figure 112020117266818-pat00068
is the state vector of the vehicle at time k+1,
Figure 112020117266818-pat00069
is the state vector of the vehicle at time k, and
Figure 112020117266818-pat00070
may represent a value obtained by differentiating the state vector of the vehicle at time k.

수학식 13을 기초로, 수학식 14에서는 k 시간에서의 차량의 확장된 상태 벡터 및 CTRV 모델을 이용하여 k+1 시간에서의 차량의 확장된 상태 벡터를 예측하는 과정을 설명한다.Based on Equation 13, Equation 14 describes a process of predicting the extended state vector of the vehicle at time k+1 using the CTRV model and the extended state vector of the vehicle at time k.

Figure 112020117266818-pat00071
Figure 112020117266818-pat00071

수학식 14에서,

Figure 112020117266818-pat00072
는 k+1 시간에서의 차량의 확장된 상태 벡터,
Figure 112020117266818-pat00073
는 k 시간에서의 차량의 확장된 상태 벡터를 나타낼 수 있다.In Equation 14,
Figure 112020117266818-pat00072
is the extended state vector of the vehicle at time k+1,
Figure 112020117266818-pat00073
may represent the extended state vector of the vehicle at time k.

더 나아가, 가속도 및 요우잉 가속도를 고려하는 확장된 상태 벡터 예측 단계에서

Figure 112020117266818-pat00074
는 확장된 상태 벡터의 크기로서 7을 나타내는
Figure 112020117266818-pat00075
로 변환되고, 파라미터
Figure 112020117266818-pat00076
는 하기 수학식 15에 의하여 계산될 수 있다.Further, in the extended state vector prediction step taking into account the acceleration and the yaw acceleration,
Figure 112020117266818-pat00074
is the size of the expanded state vector, representing 7
Figure 112020117266818-pat00075
is converted to a parameter
Figure 112020117266818-pat00076
can be calculated by Equation 15 below.

Figure 112020117266818-pat00077
Figure 112020117266818-pat00077

Figure 112020117266818-pat00078
Figure 112020117266818-pat00078

각 시그마 포인트들의 가중치는 하기 수학식 17 및 수학식 18에 기초하여 계산될 수 있다.The weight of each sigma point may be calculated based on Equations 17 and 18 below.

수학식 17은 평균 값에 상응하는 시그마 포인트(600)의 가중치를 계산하는 과정을 설명하고, 수학식 18은 시그마 포인트(600) 이외의 시그마 포인트들의 가중치를 계산하는 과정을 설명한다.Equation 17 describes the process of calculating the weight of the sigma point 600 corresponding to the average value, and Equation 18 describes the process of calculating the weight of the sigma points other than the sigma point 600 .

Figure 112020117266818-pat00079
Figure 112020117266818-pat00079

Figure 112020117266818-pat00080
Figure 112020117266818-pat00080

수학식 19는 시그마 포인트들의 상태 정보 및 가중치에 기초하여 평균 상태 벡터를 계산하는 과정을 설명하고, 수학식 20은 시그마 포인트들의 상태 정보 및 평균 상태 벡터에 기초하여 공분산을 계산하는 과정을 설명한다.Equation 19 describes a process of calculating an average state vector based on state information and weights of sigma points, and Equation 20 describes a process of calculating covariance based on state information and average state vectors of sigma points.

Figure 112020117266818-pat00081
Figure 112020117266818-pat00081

Figure 112020117266818-pat00082
Figure 112020117266818-pat00082

수학식 19에서,

Figure 112020117266818-pat00083
는 k+1 시간에서 시그마 포인트들의 상태 벡터에 가중치가 곱해진 예측된 평균 상태 벡터를 나타낼 수 있다.In Equation 19,
Figure 112020117266818-pat00083
may represent the predicted average state vector in which the weight is multiplied by the state vector of sigma points at k+1 time.

수학식 20에서,

Figure 112020117266818-pat00084
는 k+1시간에서 예측된 공분산 행렬을 나타낼 수 있다.In Equation 20,
Figure 112020117266818-pat00084
may represent the predicted covariance matrix at k+1 time.

수학식 14를 참조하면, k+1 시간에서의 차량의 확장된 상태 벡터를 CTRV 모델을 이용하여 예측하는 경우, 가속도 노이즈 및 요우잉 가속도 노이즈에 관한 정보를 x좌표, y좌표, 차량의 속도, 요우잉 각도, 요우잉 속도가 포함할 수 있다. 따라서, 보강된 상태 벡터는 가속도 상태 벡터 및 요우잉 가속도 상태 벡터를 제외하고, 5의 크기(size)를 갖는 기존 상태 벡터로 다시 변경될 수 있다.Referring to Equation 14, when the extended state vector of the vehicle at time k+1 is predicted by using the CTRV model, information on acceleration noise and yaw acceleration noise can be obtained from x-coordinate, y-coordinate, vehicle speed, It may include yaw angle and yaw speed. Accordingly, the augmented state vector can be changed back to an existing state vector having a size of 5, except for the acceleration state vector and the yawing acceleration state vector.

이하에서는, 무향 칼만 필터에서 예측된 제2 임시 정보를 파티클 필터로부터 수신한 제1 상태 정보를 이용하여 업데이트함으로써 차량의 제2 상태 정보를 산출하는 과정을 설명한다.Hereinafter, a process of calculating the second state information of the vehicle by updating the second temporary information predicted by the non-directional Kalman filter using the first state information received from the particle filter will be described.

무향 칼만 필터에서는 차량이 센서로부터 노이즈를 갖는 측정 데이터를 수신하는 대신, 파티클 필터로부터 산출된 차량의 제1 상태 정보(

Figure 112020117266818-pat00085
)를 수신하여 제2 상태 정보를 산출할 수 있다. 다시 말해, 차량의 제1 상태 정보(
Figure 112020117266818-pat00086
)는 가상의 센서(virtual sensor)가 되어, 기존 센서보다 더 정확한 차량의 상태를 산출할 수 있다.In the non-directional Kalman filter, instead of receiving the measurement data having noise from the sensor, the vehicle first state information (
Figure 112020117266818-pat00085
) may be received to calculate the second state information. In other words, the vehicle's first state information (
Figure 112020117266818-pat00086
) becomes a virtual sensor, which can calculate the vehicle state more accurately than existing sensors.

하기 수학식 21은 파티클 필터로부터 수신하는 제1 상태 정보에 관한 정보를 나타낸다.Equation 21 below represents information about the first state information received from the particle filter.

Figure 112020117266818-pat00087
Figure 112020117266818-pat00087

수학식 21을 참조하면, 파티클 필터로부터 수신하는 제1 상태 정보는 차량의 x 위치 좌표, y 위치 좌표, 및 요우잉 각도를 포함할 수 있다.Referring to Equation 21, the first state information received from the particle filter may include an x position coordinate, a y position coordinate, and a yaw angle of the vehicle.

수학식 22에서는, 측정 값에 상응하는 측정 벡터를 예측하는 과정을 설명한다.Equation 22 describes a process of predicting a measurement vector corresponding to a measurement value.

Figure 112020117266818-pat00088
Figure 112020117266818-pat00088

Figure 112020117266818-pat00089
Figure 112020117266818-pat00089

수학식 22에서,

Figure 112020117266818-pat00090
는 k+1 시간에서의 측정 벡터를 나타낼 수 있다.
Figure 112020117266818-pat00091
는 k+1 시간에서의 시그마 포인트들의 상태 벡터를 나타낼 수 있고,
Figure 112020117266818-pat00092
은 k+1 시간에서의 비선형 노이즈(non-linear)를 나타낼 수 있다.In Equation 22,
Figure 112020117266818-pat00090
may represent the measurement vector at k+1 time.
Figure 112020117266818-pat00091
may represent the state vector of sigma points at k+1 time,
Figure 112020117266818-pat00092
may represent non-linear noise at k+1 time.

수학식 23의 A행렬을 참조하면, 수학식 22에서 측정 벡터를 계산하기 위하여 제2 임시 정보의 k+1 시간에서 예측된 시그마 포인트들의 상태 벡터로부터 차량의 위치 좌표(x 위치 좌표, y 위치 좌표) 및 요우잉 각도에 관한 정보를 추출할 수 있다. k+1 시간에서의 시그마 포인트들의 상태 벡터는 이전 k 시간에서의 시그마 포인트들을 이용하여 상태 벡터를 계산하므로, 노이즈가 포함될 수 있다. 따라서, 수학식 23에서는 비선형 노이즈인

Figure 112020117266818-pat00093
을 추가하여 모델링할 수 있다.Referring to matrix A in Equation 23, in order to calculate the measurement vector in Equation 22, the vehicle's position coordinates (x position coordinates, y position coordinates) from the state vector of sigma points predicted at k+1 time of the second temporary information ) and information about the yaw angle can be extracted. Since the state vector of the sigma points at k+1 time is calculated using the sigma points at the previous k time, noise may be included. Therefore, in Equation 23, the nonlinear noise
Figure 112020117266818-pat00093
can be modeled by adding

수학식 24는 예측된 평균 측정 벡터를 계산하는 과정을 설명한다.Equation 24 describes a process of calculating the predicted average measurement vector.

Figure 112020117266818-pat00094
Figure 112020117266818-pat00094

수학식 24에서,

Figure 112020117266818-pat00095
는 k+1시간에서의 예측된 평균 측정 벡터를 나타낼 수 있다.In Equation 24,
Figure 112020117266818-pat00095
may represent the predicted average measurement vector at k+1 time.

이어서, 수학식 25는 측정 공분산을 예측하는 과정을 설명한다. 수학식 26은 노이즈 공분산을 나타낼 수 있다.Next, Equation 25 describes a process of predicting the measurement covariance. Equation 26 may represent noise covariance.

Figure 112020117266818-pat00096
Figure 112020117266818-pat00096

Figure 112020117266818-pat00097
Figure 112020117266818-pat00097

수학식 25에서,

Figure 112020117266818-pat00098
는 k+1 시간에서 예측된 측정 공분산 행렬을 나타낼 수 있다. 수학식 26에서,
Figure 112020117266818-pat00099
는 파티클 필터에서 센서로부터 수신한 거리 데이터의 x축 방향 노이즈의 공분산,
Figure 112020117266818-pat00100
는 파티클 필터에서 센서로부터 수신한 거리 데이터의 y축 방향 노이즈의 공분산,
Figure 112020117266818-pat00101
는 파티클 필터에서 센서로부터 수신한 방향 데이터의 요 각도 노이즈의 공분산을 나타낼 수 있다. 측정 공분산 행렬
Figure 112020117266818-pat00102
는 수학식 25 및 26을 참조하면, 파티클 필터에서 센서로부터 수신한 데이터의 노이즈에 따라 변할 수 있다.In Equation 25,
Figure 112020117266818-pat00098
may represent the predicted measurement covariance matrix at k+1 time. In Equation 26,
Figure 112020117266818-pat00099
is the covariance of the noise in the x-axis direction of the distance data received from the sensor in the particle filter,
Figure 112020117266818-pat00100
is the covariance of the noise in the y-axis direction of the distance data received from the sensor in the particle filter,
Figure 112020117266818-pat00101
may represent the covariance of the yaw angle noise of the direction data received from the sensor in the particle filter. Measurement covariance matrix
Figure 112020117266818-pat00102
Referring to Equations 25 and 26, the particle filter may change according to the noise of data received from the sensor.

하기 수학식 27에서는 교차 상관 관계 행렬(cross-correlation matrix)을 계산하는 과정이 설명된다.In Equation 27 below, a process of calculating a cross-correlation matrix is described.

Figure 112020117266818-pat00103
Figure 112020117266818-pat00103

Figure 112020117266818-pat00104
는 k+1시간에서 시그마 포인트들의 상태 정보 및 k+1시간에서 시그마 포인트들의 측정 정보 사이의 교차 상관 관계 행렬을 나타낼 수 있다. 교차 상관 관계 행렬과 측정 공분산에 기초하여, 칼만 이득(Kalman gain)은 수학식 28과 같이 계산된다.
Figure 112020117266818-pat00104
may represent a cross-correlation matrix between state information of sigma points at time k+1 and measurement information of sigma points at time k+1. Based on the cross-correlation matrix and the measured covariance, the Kalman gain is calculated as in Equation (28).

Figure 112020117266818-pat00105
Figure 112020117266818-pat00105

Figure 112020117266818-pat00106
는 k+1 시간에서의 칼만 이득을 나타낼 수 있다.
Figure 112020117266818-pat00106
may represent the Kalman gain at k+1 time.

차량의 제2 임시 정보는 파티클 필터로부터 수신한 제1 상태 정보를 이용하여 제2 상태 정보로 업데이트될 수 있다. 하기 수학식 29는 제2 상태 정보는 차량의 위치 좌표, 요우잉 각도, 및 차량의 상태에 대한 공변량 행렬(covariance matrix)을 포함할 수 있다.The second temporary information of the vehicle may be updated to the second state information by using the first state information received from the particle filter. In Equation 29 below, the second state information may include a position coordinate of a vehicle, a yaw angle, and a covariance matrix for a state of the vehicle.

Figure 112020117266818-pat00107
Figure 112020117266818-pat00107

수학식 29에서,

Figure 112020117266818-pat00108
는 PAUKF에서 계산된 차량의 최종 상태 벡터를 나타낸다.
Figure 112020117266818-pat00109
는 차량의 위치 좌표(x 좌표, y 좌표) 및 요우잉 각도에 관한 정보를 포함할 수 있다. 수학식 29를 참조하면, 차량의 최종 상태 벡터는 파티클 필터로부터 수신한 제1 상태 정보 및 칼만 이득에 기초하여 산출될 수 있다.In Equation 29,
Figure 112020117266818-pat00108
denotes the final state vector of the vehicle calculated in PAUKF.
Figure 112020117266818-pat00109
may include information about the vehicle's position coordinates (x coordinate, y coordinate) and a yaw angle. Referring to Equation 29, the final state vector of the vehicle may be calculated based on the first state information received from the particle filter and the Kalman gain.

Figure 112020117266818-pat00110
Figure 112020117266818-pat00110

수학식 30에서,

Figure 112020117266818-pat00111
는 PAUKF에서 계산된 차량의 최종 상태에 대한 공변량 행렬을 나타낼 수 있다. 측정 공변량 행렬, 칼만 이득, 및 k 시간에서의 공변량 행렬에 기초하여 k+1시간에서의 공변량 행렬을 산출할 수 있다.In Equation 30,
Figure 112020117266818-pat00111
may represent the covariate matrix for the final state of the vehicle calculated in PAUKF. A covariate matrix at k+1 time can be calculated based on the measurement covariate matrix, the Kalman gain, and the covariate matrix at k time.

차량의 최종 상태 벡터

Figure 112020117266818-pat00112
및 차량의 최종 상태에 대한 공변량 행렬
Figure 112020117266818-pat00113
를 포함하는 제2 상태 정보에 기초하여 차량의 조향, 속도, 및 가속도 중 적어도 하나가 조정될 수 있다.Vehicle's final state vector
Figure 112020117266818-pat00112
and the covariate matrix for the final state of the vehicle.
Figure 112020117266818-pat00113
At least one of steering, speed, and acceleration of the vehicle may be adjusted based on the second state information including

PAUKF 알고리즘의 전체 의사 코드(pseudo code) 하기 표 2에서 설명된다.The full pseudo code of the PAUKF algorithm is described in Table 2 below.

Figure 112020117266818-pat00114
Figure 112020117266818-pat00114

도 7 내지 도 9는 파티클 보조 무향 칼만 필터을 통한 차량의 위치 추정 결과에 관하여 설명한다.7 to 9 will explain the result of estimating the position of the vehicle through the particle-assisted anechoic Kalman filter.

이하에서는 시뮬레이션에 따른 차량의 위치 추정 결과에 관하여 설명한다. 상술한 시뮬레이션에서, 거리 센서의 주파수는 100Hz로 설정되고, 차량은 가우시안 노이즈 및 비가우시안 노이즈를 포함하는 데이터를 센서로부터 수신할 수 있다. 예를 들어, 가우시안 노이즈는 normrnd 함수를 이용하여 생성되고, 비가우시안 노이즈는 정현파 함수를 이용하여 생성된다. 하기 표 3은 생성된 노이즈를 설명한다.Hereinafter, a result of estimating the position of the vehicle according to the simulation will be described. In the above-described simulation, the frequency of the distance sensor is set to 100 Hz, and the vehicle may receive data including Gaussian noise and non-Gaussian noise from the sensor. For example, Gaussian noise is generated using a normrnd function, and non-Gaussian noise is generated using a sinusoidal function. Table 3 below describes the generated noise.

Figure 112020117266818-pat00115
Figure 112020117266818-pat00115

도 7은 시뮬레이션 상에서 차량이 이동하는 도로를 나타낸다.7 shows a road on which a vehicle moves in a simulation.

도로(701)은 S자 형태의 도로를 나타내며, 도로(702)는 일직선의 형태를 갖는 도로를 나타낸다. 도로(701)는 곡선 도로에서 각 필터의 성능을 검증하는데 사용되고, 도로(702)는 직선 도로에서 각 필터의 성능을 검증하기 위하여 사용된다. 도로 주변에는 12개의 인프라들이 배치될 수 있고, 지도가 변경되더라도 인프라들의 위치는 고정되는 것으로 시뮬레이션 된다. 인프라들의 위치가 필터들의 성능에 영향을 미치지 않도록 인프라들은 대칭으로 배치될 수 있다. 차량의 속도는 일정한 값으로 설정되고, 속도는 60km/h, 80km/h, 100km/h, 및 120km/h로 각각 설정되어 시뮬레이션 된다.The road 701 indicates an S-shaped road, and the road 702 indicates a road having a straight line shape. The road 701 is used to verify the performance of each filter on a curved road, and the road 702 is used to verify the performance of each filter on a straight road. Twelve infrastructures can be arranged around the road, and the location of the infrastructure is simulated to be fixed even if the map is changed. The infrastructures may be placed symmetrically so that their location does not affect the performance of the filters. The vehicle speed is set to a constant value, and the speed is set to 60 km/h, 80 km/h, 100 km/h, and 120 km/h, respectively, and simulated.

수학식 31을 참조하면, 필터들의 성능은 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error, RMSE)를 기반으로 평가된다.Referring to Equation 31, the performance of the filters is evaluated based on a root mean square error (RMSE).

Figure 112020117266818-pat00116
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수학식 31에서, N은 데이터 포인트들(data points)의 수를 나타낼 수 있다. 필터로부터 추정된 차량의 궤적과 차량의 실제 궤적을 비교하여 필터의 성능을 검증할 수 있다. 필터로부터 추정된 차량의 궤적은 도 8에서 설명한다.In Equation 31, N may represent the number of data points. The performance of the filter may be verified by comparing the trajectory of the vehicle estimated from the filter with the actual trajectory of the vehicle. The trajectory of the vehicle estimated from the filter will be described with reference to FIG. 8 .

도 8a는 S자형 도로에서 추정된 필터들의 궤적 결과를 도시한다.8A shows the results of the trajectories of filters estimated on the S-shaped road.

궤적(801)은 노이즈를 포함하는 차량의 궤적을 나타낸다. 궤적(802)은 파티클 필터(PF)로부터 추정된 차량의 궤적을 나타낸다. 궤적(803)은 무향 칼만 필터(UKF)로부터 추정된 차량의 궤적을 나타낸다. 궤적(804)는 파티클 보조 무향 칼만 필터(PAUKF)의 궤적을 나타낸다. 궤적(805)은 차량의 실제 궤적을 나타낸다.The trajectory 801 indicates the trajectory of the vehicle including noise. The trajectory 802 represents the trajectory of the vehicle estimated from the particle filter PF. The trajectory 803 represents the trajectory of the vehicle estimated from the undirected Kalman filter (UKF). The trajectory 804 represents the trajectory of the particle-assisted anechoic Kalman filter (PAUKF). The trajectory 805 represents the actual trajectory of the vehicle.

파티클 필터로부터 추정된 차량의 궤적(802)은 차량의 실제 궤적(805)과 가깝지만, 궤적 오류가 굉장히 크다. 파티클 필터는 노이즈를 갖는 인프라와 차량의 상대적 거리와 노이즈를 갖는 차량 데이터만으로 차량 위치를 결정하기 때문이다. 파티클 필터와 비교할 때 무향 칼만 필터로부터 추정된 차량의 궤적(803)은 비교적 부드럽게 나타난다. 그러나, 무향 칼만 필터는 GPS 데이터의 노이즈를 필터링할 수 없다. 무향 칼만 필터의 GPS 측정은 분산이 높고 거리 센서를 사용하지 않기 때문에, 무향 칼만 필터는 측정보다 차량 모델에 더 의존하게 된다. 측정 노이즈는 무향 칼만 필터가 위치 및 요우잉의 변화에 덜 민감하게 만든다. 반면, 일 실시예에 따른 파티클 보조 무향 칼만 필터는 위치 및 요우잉의 변화에 더 빠르고 정확하게 반응할 수 있다.The trajectory 802 of the vehicle estimated from the particle filter is close to the actual trajectory 805 of the vehicle, but the trajectory error is very large. This is because the particle filter determines the vehicle location only by the relative distance between the vehicle and the infrastructure having noise and vehicle data having noise. Compared with the particle filter, the vehicle trajectory 803 estimated from the undirected Kalman filter appears relatively smooth. However, the undirected Kalman filter cannot filter the noise of GPS data. Because the GPS measurement of an anechoic Kalman filter has high variance and does not use a distance sensor, the anechoic Kalman filter depends more on the vehicle model than the measurement. Measurement noise makes the anechoic Kalman filter less sensitive to changes in position and yaw. On the other hand, the particle-assisted anechoic Kalman filter according to an embodiment may respond more quickly and accurately to changes in position and yaw.

하기 표 4는 필터의 성능에 대한 결과를 나타낸다. 무향 칼만 필터는 거리 센서 데이터를 사용하지 않기 때문에 파티클 필터 및 파티클 보조 무향 칼만 필터와 비교하는 것은 적절하지 않다. 따라서, 표 4에는 무향 칼만 필터에 대한 RMSE를 나타내지 않는다. PAUKF에 대한 추정 오차의 평균은 1.08m로 나타나며, 분산은 0.7147m로 나타난다. 차량의 속도가 증가하는 경우, PF 및 PAUKF 추정 오차가 약간 증가한다. 그러나 21.336m에서 21.712m까지 노이즈 변화의 RMSE 크기를 고려하면 차량의 속도가 60km/h에서 120km/h로 증가하더라도 추정 오차의 RMSE는 변하지 않는다. 가우시안 노이즈와 비교하여 비가우시안 노이즈는 더 큰 평균값을 생성한다. PF의 정밀도는 노이즈가 증가하더라도 변하지 않으며 정밀도는 5.489m 내지5.959m의 RMSE 범위와 거의 동일하다. PAUKF의 RMSE 범위는 노이즈가 증가하고 차량의 속도가 증가하더라도 1.440m 내지 1.772m로 나타난다. PAUKF는 PF에 비해 정확도를 4.028m 내지 4.049m 향상시킬 수 있다.Table 4 below shows the results for the performance of the filter. Since the anechoic Kalman filter does not use distance sensor data, it is not appropriate to compare it with the particle filter and the particle-assisted anechoic Kalman filter. Therefore, Table 4 does not show the RMSE for the anechoic Kalman filter. The average of the estimation error for PAUKF is 1.08 m, and the variance is 0.7147 m. When the speed of the vehicle increases, the PF and PAUKF estimation errors slightly increase. However, considering the RMSE magnitude of the noise change from 21.336m to 21.712m, the RMSE of the estimation error does not change even if the vehicle speed increases from 60km/h to 120km/h. Compared to Gaussian noise, non-Gaussian noise produces a larger average value. The precision of the PF does not change even when the noise increases, and the precision is almost the same as the RMSE range of 5.489m to 5.959m. The RMSE range of PAUKF appears to be 1.440m to 1.772m even when the noise increases and the vehicle speed increases. PAUKF can improve accuracy by 4.028m to 4.049m compared to PF.

Figure 112020117266818-pat00117
Figure 112020117266818-pat00117

도 8b는 직선형 도로에서 추정된 필터들의 궤적 결과를 도시한다.8B shows the trajectory results of filters estimated on a straight road.

시뮬레이션 상에서 차량의 속도는 60km/h이고, 노이즈는 가우시안을 따르르 수 있다. 직선 도로에 의한 추정 결과는 차량이 X 방향으로만 이동하는 경우의 성능을 결정하는데 사용된다. 도 8b를 참조하면, PAUKF가 PF 및 UKF 보다 실제 차량의 궤적(805)에 가깝게 수렴한다. 차량이 X 방향으로만 이동하기 때문에, Y방향으로의 이동에 대한 정보가 없다. 따라서, PAUKF의 추정이 UKF보다 우수하더라도, 응답시간을 개선하기 위하여 PAUKF는 Y방향의 노이즈에 대해 더 많이 믿는 경향이 있다. 결과적으로 PAUKF는 도 8b에 도시된 바와 같이 Y방향으로는 충분히 정밀하지 않을 수 있다.In the simulation, the speed of the vehicle is 60 km/h, and the noise may follow Gaussian. The estimation result by the straight road is used to determine the performance when the vehicle moves only in the X direction. Referring to FIG. 8B , PAUKF converges closer to the trajectory 805 of the actual vehicle than PF and UKF. Since the vehicle only moves in the X direction, there is no information about the movement in the Y direction. Therefore, even if the estimation of PAUKF is better than that of UKF, PAUKF tends to believe more about noise in the Y direction in order to improve the response time. As a result, the PAUKF may not be sufficiently precise in the Y direction as shown in Fig. 8b.

차량이 X 방향으로 이동할 때 필터 성능에 대한 결과는 표 5에 도시된다. PF 및 PAUKF 추정 특성들은 S자형 도로 주행시 차량과 동일함을 알 수 있다. 추정 결과는 도로가 변경되어도 필터의 성능이 변하지 않음을 보여준다. PF의 RMSE는 5.384m 내지 5.692m로 나타나며, PAUKF는 소음이 증가하고 속도가 증가하더라도 RMSE는 1.312m 내지 1.800m로 나타난다. PAUKF는 PF에 비해 정확도가 3.892m 내지 4.072m로 향상된다.The results for the filter performance when the vehicle moves in the X direction are shown in Table 5. It can be seen that the PF and PAUKF estimation characteristics are the same as those of the vehicle when driving on an S-shaped road. The estimation results show that the performance of the filter does not change even when the road changes. The RMSE of the PF is 5.384m to 5.692m, and the RMSE of the PAUKF is 1.312m to 1.800m even when the noise increases and the speed increases. Compared to PF, PAUKF has improved accuracy from 3.892m to 4.072m.

Figure 112020117266818-pat00118
Figure 112020117266818-pat00118

도 9는 일 실시예에 따른 차량의 구성을 설명하는 블록도이다.9 is a block diagram illustrating a configuration of a vehicle according to an exemplary embodiment.

일 실시예에 따른 위치 추정을 수행하는 차량에 있어서, 차량은 프로세서, 메모리, 및 입출력 인터페이스로 구성될 수 있다. 프로세서(910)는 파티클 필터를 이용하여 외부 센서로부터 수신되는 측정 데이터 및 이전 시점에서 추정된 이전 상태 정보에 기초하여 차량의 제1 상태 정보를 산출할 수 있다. 또한, 프로세서(910)는 무향 칼만 필터를 이용하여 제1 상태 정보에 기초하여 차량의 제2 상태 정보를 산출할 수 있다. 메모리(920)는 파티클 필터의 제1 예측 모델 및 무향 칼만 필터의 제2 예측 모델을 저장할 수 있다.In a vehicle performing location estimation according to an embodiment, the vehicle may be configured with a processor, a memory, and an input/output interface. The processor 910 may calculate the first state information of the vehicle based on the measured data received from the external sensor using the particle filter and the previous state information estimated at a previous time point. In addition, the processor 910 may calculate the second state information of the vehicle based on the first state information by using the non-directional Kalman filter. The memory 920 may store a first prediction model of the particle filter and a second prediction model of the undirected Kalman filter.

이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The embodiments described above may be implemented by a hardware component, a software component, and/or a combination of a hardware component and a software component. For example, the apparatus, methods and components described in the embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate (FPGA). array), a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions, may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For convenience of understanding, although one processing device is sometimes described as being used, one of ordinary skill in the art will recognize that the processing device includes a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that may include For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as parallel processors.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may comprise a computer program, code, instructions, or a combination of one or more thereof, which configures a processing device to operate as desired or is independently or collectively processed You can command the device. The software and/or data may be any kind of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. , or may be permanently or temporarily embody in a transmitted signal wave. The software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 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 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the computer-readable medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited drawings, those skilled in the art may apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.

Claims (12)

차량(vehicle)에 의해 수행되는 위치 추정 방법에 있어서,
파티클 필터(Particle Filter, PF)를 이용하여 센서(sensor)로부터 수신되는 측정 데이터 및 이전 시점에서 추정된 이전 상태 정보에 기초하여 상기 차량의 제1 상태 정보를 산출하는 단계; 및
무향 칼만 필터(Unscented Kalman Filter, UKF)를 이용하여 상기 산출된 제1 상태 정보에 기초하여 상기 차량의 제2 상태 정보를 산출하는 단계
를 포함하고,
상기 센서로부터 수신되는 측정 데이터는 비가우시안 노이즈(non-Gaussian noise)를 포함하며,
상기 차량의 제2 상태 정보를 산출하는 단계는,
시그마 포인트들(sigma points)을 생성하는 단계;
상기 무향 칼만 필터의 제2 예측 모델을 사용하여 상기 생성된 시그마 포인트들의 상태 정보에 관한 제2 임시 정보를 예측하고, 상기 예측된 제2 임시 정보로부터 상기 차량의 측정 값을 예측하는 단계; 및
상기 산출된 제1 상태 정보, 상기 예측된 제2 임시 정보, 및 상기 예측된 측정 값에 기초하여 상기 차량의 제2 상태 정보를 산출하는 단계
를 포함하는 위치 추정 방법.
A location estimation method performed by a vehicle, comprising:
calculating first state information of the vehicle based on measured data received from a sensor using a particle filter (PF) and previous state information estimated at a previous time point; and
calculating second state information of the vehicle based on the calculated first state information using an unscented Kalman filter (UKF);
including,
Measurement data received from the sensor includes non-Gaussian noise,
Calculating the second state information of the vehicle comprises:
generating sigma points;
predicting second temporary information about the state information of the generated sigma points using a second prediction model of the undirected Kalman filter, and predicting a measurement value of the vehicle from the predicted second temporary information; and
calculating second state information of the vehicle based on the calculated first state information, the predicted second temporary information, and the predicted measured value;
A location estimation method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 차량의 제1 상태 정보를 산출하는 단계는,
미리 정한 개수의 파티클(particle)을 생성하는 단계;
상기 파티클 필터의 제1 예측 모델을 사용하여 상기 차량의 상태에 관한 제1 임시 정보를 예측하는 단계; 및
상기 생성된 파티클 마다 가중치(weight)를 계산하는 단계
를 포함하는 위치 추정 방법.
According to claim 1,
Calculating the first state information of the vehicle comprises:
generating a predetermined number of particles;
predicting first temporary information about the state of the vehicle by using the first prediction model of the particle filter; and
calculating a weight for each generated particle
A location estimation method comprising a.
제2항에 있어서,
상기 제1 예측 모델은 바이시클 모델(bicycle model)인,
위치 추정 방법.
3. The method of claim 2,
The first prediction model is a bicycle model (bicycle model),
Location estimation method.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 예측된 제2 임시 정보로부터 상기 차량의 측정 값을 예측하는 단계는,
상기 예측된 제2 임시 정보로부터 상기 차량의 위치 좌표 및 요우잉 각도에 관한 정보를 추출하는 단계
를 포함하는 위치 추정 방법.
According to claim 1,
Predicting the measured value of the vehicle from the predicted second temporary information includes:
extracting information about the location coordinates and yaw angle of the vehicle from the predicted second temporary information
A location estimation method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 제2 예측 모델은 등선회율 및 등속도(constant turn rate and velocity, CTRV) 모델인,
위치 추정 방법.
According to claim 1,
The second prediction model is a constant turn rate and velocity (CTRV) model,
Location estimation method.
제1항에 있어서,
상기 차량의 제1 상태 정보는,
상기 차량의 위치 좌표 및 요우잉 각도에 관한 정보를 포함하는,
위치 추정 방법.
According to claim 1,
The first state information of the vehicle,
Containing information about the position coordinates and yaw angle of the vehicle,
Location estimation method.
제1항에 있어서,
상기 차량의 제2 상태 정보는,
상기 차량의 위치 좌표, 요우잉 각도, 및 상기 차량의 상태에 대한 공변량 행렬(covariance matrix)을 포함하는,
위치 추정 방법.
According to claim 1,
The second state information of the vehicle,
comprising a covariance matrix for the position coordinates of the vehicle, the yaw angle, and the state of the vehicle,
Location estimation method.
제8항에 있어서,
상기 차량의 제2 상태 정보를 산출하는 단계는,
측정 공변량 행렬, 칼만 이득(Kalman gain), 및 이전 공변량 행렬에 기초하여 상기 공변량 행렬을 산출하는 단계
를 포함하는 위치 추정 방법.
9. The method of claim 8,
Calculating the second state information of the vehicle comprises:
calculating the covariate matrix based on a measurement covariate matrix, a Kalman gain, and a previous covariate matrix
A location estimation method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 제2 상태 정보에 기초하여 상기 차량의 조향, 속도, 및 가속도 중 적어도 하나를 조정하는 단계
를 더 포함하는 위치 추정 방법.
According to claim 1,
adjusting at least one of steering, speed, and acceleration of the vehicle based on the second state information
A location estimation method further comprising a.
제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 명령어를 포함하는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
A computer-readable recording medium storing one or more computer programs including instructions for performing the method of any one of claims 1 to 3 and 5 to 10.
위치 추정을 수행하는 차량에 있어서,
파티클 필터의 제1 예측 모델 및 무향 칼만 필터의 제2 예측 모델을 저장하는 메모리; 및
상기 파티클 필터를 이용하여 센서로부터 수신되는 측정 데이터 및 이전 시점에서 추정된 이전 상태 정보에 기초하여 상기 차량의 제1 상태 정보를 산출하고, 상기 무향 칼만 필터를 이용하여 상기 산출된 제1 상태 정보에 기초하여 상기 차량의 제2 상태 정보를 산출하는 프로세서
를 포함하고,
상기 센서로부터 수신되는 측정 데이터는 비가우시안 노이즈를 포함하며,
상기 프로세서는,
시그마 포인트들을 생성하고, 상기 무향 칼만 필터의 제2 예측 모델을 사용하여 상기 생성된 시그마 포인트들의 상태 정보에 관한 제2 임시 정보를 예측하며, 상기 예측된 제2 임시 정보로부터 상기 차량의 측정 값을 예측하고, 상기 산출된 제1 상태 정보, 상기 예측된 제2 임시 정보, 및 상기 예측된 측정 값에 기초하여 상기 차량의 제2 상태 정보를 산출하는,
차량.
In a vehicle for performing location estimation,
a memory for storing a first prediction model of the particle filter and a second prediction model of the undirected Kalman filter; and
The first state information of the vehicle is calculated based on the measured data received from the sensor using the particle filter and the previous state information estimated at a previous time point, and the calculated first state information is applied to the calculated first state information using the non-directional Kalman filter. A processor for calculating second state information of the vehicle based on
including,
Measurement data received from the sensor includes non-Gaussian noise,
The processor is
sigma points are generated, second temporary information about the state information of the generated sigma points is predicted using a second prediction model of the undirected Kalman filter, and the measured value of the vehicle is obtained from the predicted second temporary information predicting, and calculating second state information of the vehicle based on the calculated first state information, the predicted second temporary information, and the predicted measured value,
vehicle.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100816269B1 (en) 2006-09-22 2008-03-25 학교법인 포항공과대학교 Robust fast simultaneous localization and mapping method applying unscented filter
US10365364B1 (en) 2018-05-18 2019-07-30 Zendar Inc. Systems and methods for detecting objects
WO2020085062A1 (en) * 2018-10-24 2020-04-30 パイオニア株式会社 Measurement accuracy calculation device, host position estimation device, control method, program, and storage medium

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100816269B1 (en) 2006-09-22 2008-03-25 학교법인 포항공과대학교 Robust fast simultaneous localization and mapping method applying unscented filter
US10365364B1 (en) 2018-05-18 2019-07-30 Zendar Inc. Systems and methods for detecting objects
WO2020085062A1 (en) * 2018-10-24 2020-04-30 パイオニア株式会社 Measurement accuracy calculation device, host position estimation device, control method, program, and storage medium

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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언센티드 파티클 필터를 이용한 비선형 시스템 상태 추정*

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