KR20040035011A - Dead reckoning system for backward improvement and the method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 후진 개선 추측항법(Dead Reckoning) 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 가속도계를 스피드 센서와 연계하고 전후진에 대한 신호를 인식하여 후진에 대한 위치좌표의 추정 및 산출이 보다 정확하게 이루어질 수 있는 후진개선 추측항법 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a dead reckoning system and a method thereof. In particular, the accelerometer is connected to a speed sensor and a signal for forward and backward is recognized to estimate and calculate a position coordinate for backward. A backward improvement dead reckoning system and a method thereof.
GPS는 미국의 국방성에서 개발한 범세계 측위 시스템으로서, 측정된 정보를 바탕으로 측정자의 위치를 3차원 좌표로 알아내는 시스템이다.GPS is a global positioning system developed by the US Department of Defense. It is a system that finds the position of a measurer in three-dimensional coordinates based on measured information.
이러한 GPS 항법 시스템에서는 GPS 수신기가 필수적으로 사용되며, 이러한 GPS 수신기는 지구 상공에 있는 24개의 GPS 위성 중 최소 4개 이상의 위성으로부터 신호를 수신함으로써, 상기 GPS 위성과 GPS 수신기 간의 거리와 위성의 위치벡터를이용하여 GPS 수신기의 위치벡터를 산출하는 기기로서, 이러한 GPS 수신기를 이용하면 전 세계 어디서나 수신자의 위치를3차원의 좌표로 나타낼 수 있다.In the GPS navigation system, a GPS receiver is essentially used, and the GPS receiver receives signals from at least four or more satellites of 24 GPS satellites over the earth, and thus the distance between the GPS satellites and the GPS receiver and the position vector of the satellites. As a device for calculating the position vector of the GPS receiver using the GPS receiver, the position of the receiver can be represented in three-dimensional coordinates anywhere in the world.
상기 GPS 수신기를 이용하면 매우 정확한 위치취득이 가능하다. 그러나, 그 원리에서 보이듯이 위성신호를 수신할 수 있는 지역에서만 사용할 수 있다. 즉, GPS 위성을 이용하여 수신자의 위치를 산출하는 GPS 측위 시스템에서는 터널 내부나 나무가 우거진 숲 속 또는 고층빌딩으로 둘러싸인 도심지 내부 등에서는 GPS 수신기를 이용한 차량의 위치산출이 불가능하거나, 또는 위치산출 결과가 매우 부정확해지는 등의 문제점을 가지고 있다.By using the GPS receiver, very accurate position acquisition is possible. However, as shown in the principle, it can only be used in areas where satellite signals can be received. That is, in a GPS positioning system that calculates the location of a receiver using GPS satellites, the vehicle cannot be used to calculate the location of the vehicle using a GPS receiver in a tunnel, in a wooded forest, or in an urban area surrounded by tall buildings, or as a result of location calculation. Has problems such as being very inaccurate.
따라서 상기와 같이 GPS 위성을 이용하여 위치산출이 불가능하게 되는 문제점을 해결하기 위하여 차량의 이동거리와 이동방향을 측정하여 차량의 현재위치를 추정해나가는 추측항법이 도입되었다.Therefore, in order to solve the problem that it is impossible to calculate the location using GPS satellites as described above, a dead reckoning method for estimating the current position of the vehicle by measuring the moving distance and the moving direction of the vehicle has been introduced.
상기 추측항법 시스템은 회전수 및 각도변화량 감지센서를 탑재한 주행거리계와 자이로스코프 등을 이용하여 차량의 초기위치로부터 이동거리와 이동방향을 계속해서 측정하고, 상기 측정된 결과로부터 회전수 및 각도의 변화량을 계속해서적분하여 외부의 도움 없이 독립적으로 차량의 현재위치를 연속적으로 알아내는 시스템이다.The dead reckoning system continuously measures a moving distance and a moving direction from an initial position of a vehicle using a odometer and a gyroscope equipped with a rotation speed and an angle change sensor, and determines the rotation speed and the angle from the measured result. It is a system that continuously integrates the amount of change and continuously finds the current position of the vehicle independently without any help from outside.
이러한 추측항법 시스템은 반드시 초기에 참조할 만한 위치값을 알고 있어야 만 하므로 이를 데드레코닝(Dead-Reckoning)항법이라고 한다.This dead reckoning system is known as dead-reckoning navigation because it must know the position value to which it is initially referred.
그러나 이러한 추측항법 시스템은 초기 위치정보를 정확하게 설정해주어야 하며, 상기 추측항법 시스템을 이용하여 위치추정을 하는 상태에서 차량이 오랜 시간을 주행하게 되면 각 센서들이 갖고 있는 측정오차의 누적으로 인해 측정되는 위치가 부정확하게 되는 단점을 가지고 있다. 예를 들어 긴 터널이나 도로 양쪽에 높은 산이 길게 가로막고 있는 지역에서는 데드레코닝 항법이 계속해서 실행되어야 만 하므로 그 특성 상 누적오차가 시간에 따라 비례하여 커지게 된다.However, such dead reckoning system should set the initial position information accurately, and if the vehicle runs for a long time while the location is estimated using the dead reckoning system, the position measured by the accumulated error of each sensor Has the disadvantage of being inaccurate. For example, in areas where long mountains are blocked by long tunnels or roads, the dead reckoning navigation must continue to run, so the cumulative error increases in proportion to time.
이러한 단점을 극복하기 위하여 차량의 이동방향각을 산출하는 자이로스코프와 이동거리를 산출하는 주행거리계를 GPS 수신기에 접목한 형태의 추측항법시스템이 개발되었다. 이러한 추측항법 시스템은 GPS 수신기로 데드레코닝 항법에 필요한참조 위치값을 제공하므로 GPS+데드레코닝 시스템이라고 불리운다. 이것은 각변위량을 측정하기 위한 자이로스코프와, 주행거리 측정을 위한 차량의 주행거리 측정수단을 이용하여 구할 수 있는 추측항법(데드레코닝)의 위치정보와, GPS 측위시스템에 의해 얻을 수 있는 위치정보를 칼만 필터(Kalman Filter)를 이용하여 최상의 위치를 추정하는 추측항법 시스템이다.In order to overcome this drawback, a dead reckoning system has been developed in which a gyroscope for calculating a moving direction angle of a vehicle and a odometer for calculating a moving distance are combined with a GPS receiver. This dead reckoning system is called a GPS + dead reckoning system because it provides a reference position value required for dead reckoning navigation to a GPS receiver. These include gyroscopes for measuring angular displacement, dead reckoning position information that can be obtained using the vehicle's mileage measurement means for mileage measurement, and position information obtained by GPS positioning system. Is a dead reckoning system that estimates the best position using the Kalman Filter.
이러한 추측항법시스템은 상기 GPS 항법 시스템과 상기 추측항법 시스템이 혼합 적용되는 형태로서, GPS 신호가 정상적으로 수신되는 경우에는 GPS 항법 시스템에 의한 위치산출이 이루어지고, GPS 신호가 수신되지 않는 경우에는 상기 추측항법 시스템에 의한 위치추정이 이루어진다.The dead reckoning system is a form in which the GPS navigation system and the dead reckoning system are mixed and applied. When the GPS signal is normally received, the location calculation is performed by the GPS navigation system. Positioning is accomplished by the navigation system.
따라서 상기 개발된 추측항법(GPS+데드레코닝)시스템은 GPS 수신이 가능한 시점에서는 GPS 수신기의 위치산출 결과를 이용하고, GPS 수신이 불가능한 시점에서는 가장 최근 시점의 GPS 수신 위치 산출 결과로부터 이동방향각과 이동거리를 수학적으로 계산하여 새로운 위치결과를 추정하였다.Therefore, the developed dead reckoning (GPS + dead reckoning) system uses the position calculation result of the GPS receiver when GPS reception is possible, and the movement direction angle and movement from the GPS reception position calculation result of the most recent time when GPS reception is impossible. The new location result was estimated by mathematically calculating the distance.
그러나, 상기의 추측항법(GPS+데드레코닝) 시스템에서 GPS 수신이 불가능한 시점에서의 위치를 산출함에 있어 차량의 전진에 대한 계산값만을 산출한 결과이므로, 정확한 위치추정을 하지 못하는 문제점이 발생된다.However, in calculating the position at the point when GPS reception is impossible in the above-described dead reckoning system (GPS + dead reckoning), only the calculated value for the forward of the vehicle is calculated, and thus a problem of failing to accurately estimate the position occurs.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 가속도계를 스피드 센서와 연계하고 전후진에 대한 신호를 인식하여 후진에 대한 위치좌표의 추정 및 산출이 보다 정확하게 이루어질 수 있는 후진 개선 추측항법 시스템 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention was created in order to solve the above problems, and the backward improvement dead reckoning system which can more accurately estimate and calculate the position coordinates for backward by linking the accelerometer with the speed sensor and recognizing the signal for forward and backward. And to provide a method thereof.
도 1은 본 발명에 따른 후진 개선 추측항법 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.1 is a view schematically showing the configuration of a backward improvement dead reckoning system according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 후진 개선 추측항법의 방법에 대한 순서도.2 is a flow chart for the method of backward improvement dead reckoning according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 속도 펄스값을 기준으로 가속도의 신호에 의한 전후진 인식을 도시한 도면.3 is a diagram illustrating forward and backward recognition by a signal of acceleration based on a velocity pulse value according to the present invention;
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
101 --- GPS 102 --- 자이로 센서101 --- GPS 102 --- Gyro Sensor
103 --- 속도 센서 104 --- 가속도계103 --- speed sensor 104 --- accelerometer
105 --- 중앙처리장치105 --- central processing unit
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 후진 개선 추측항법 시스템은,In order to achieve the above object, the backward improvement dead reckoning system according to the present invention,
GPS 항법위성에서 송출되는 위성신호를 수신하여 차량의 위치 좌표를 생성하는 GPS 수신기와;A GPS receiver for receiving a satellite signal transmitted from a GPS navigation satellite to generate a position coordinate of the vehicle;
상기 GPS 수신기로부터 생성된 위치 좌표에 대한 차량의 각변위량을 감지하는 자이로 센서와;A gyro sensor for detecting an angular displacement of the vehicle with respect to the position coordinates generated by the GPS receiver;
차량의 주행 거리를 측정하는 속도 센서와;A speed sensor for measuring a driving distance of the vehicle;
차량의 주행 방향을 측정하는 가속도계와;An accelerometer for measuring a driving direction of the vehicle;
상기 GPS 수신기에서 수신되는 신호의 존재 여부에 따라 위치 좌표 또는 상기 가속도계에서 측정된 차량의 주행방향 및 상기 속도 센서에서 측정된 주행 거리를 산출하여 추측항법의 위치 좌표를 산출하는 중앙처리장치를 포함하는 점에 그 특징이 있다.And a central processing unit calculating position coordinates of dead reckoning by calculating a position coordinate or a driving direction of the vehicle measured by the accelerometer and a driving distance measured by the speed sensor according to the presence of a signal received from the GPS receiver. It has that feature.
여기서, 특히 상기 속도 센서의 기준을 소정값으로 정하여 그 소정값에 대해 상기 가속도계의 값이 + 이면 전진으로 인식하고, - 이면 후진으로 인식하는 점에 그 특징이 있다.In particular, the speed sensor may be set to a predetermined value, and the accelerometer may be recognized as forward if the value of the accelerometer is +, and backward if the value of the accelerometer is positive.
여기서, 특히 상기 속도 센서의 기준의 소정값을 영(0)으로 정하는 점에 그 특징이 있다.In particular, the characteristic is that the predetermined value of the reference of the speed sensor is set to zero.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 후진 개선 추측항법의 방법은,In addition, the method of backward improvement dead reckoning according to the present invention in order to achieve the above object,
GPS 신호가 수신되는지 여부를 판단하는 단계와;Determining whether a GPS signal is received;
상기 GPS 신호의 수신여부 판단에서 GPS 신호가 수신되지 않으면, 차량의 주행 거리와 주행 방향을 측정하는 단계와;Measuring a driving distance and a driving direction of the vehicle when the GPS signal is not received in determining whether the GPS signal is received;
상기 주행 거리 기준으로 상기 주행 방향 신호값에 대한 전후진을 판단하는 단계와;Determining forward and backward directions with respect to the driving direction signal value based on the driving distance;
상기 차량의 주행 거리 및 주행 방향에 따른 위치 좌표를 산출하는 단계를포함하는 점에 그 특징이 있다.It is characterized in that it comprises the step of calculating the position coordinates according to the traveling distance and the driving direction of the vehicle.
여기서, 특히 상기 GPS 신호가 수신되는지 여부를 판단하는 단계에서 GPS 신호의 수신되면 GPS 신호에 대한 위치 좌표를 산출하는 점에 그 특징이 있다.Here, in particular, in the step of determining whether the GPS signal is received, it is characterized in that the position coordinate for the GPS signal is calculated when the GPS signal is received.
여기서, 특히 상기 주행 거리의 기준을 소정값으로 정하여 그 소정값에 대해 상기 주행 방향의 값이 + 이면 전진으로 인식하고, - 이면 후진으로 인식하는 점에 그 특징이 있다.In particular, the feature is that the reference value of the driving distance is set to a predetermined value, and the driving direction value is recognized as forward if the value of the driving direction is +, and the reverse side is reversed.
여기서, 특히 상기 주행 거리의 소정값을 영(0)으로 정하여 그 값을 기준으로 전후진을 판단하는 점에 그 특징이 있다.In particular, the characteristic is that the predetermined value of the traveling distance is set to zero, and the forward and backward movements are determined based on the value.
이와 같은 본 발명에 의하면, 가속도계를 스피드 센서와 연계하고 전후진에 대한 신호를 인식하여 후진에 대한 위치좌표의 추정 및 산출이 보다 정확하게 이루어질 수 있다.According to the present invention, the accelerometer is connected to the speed sensor and the signal for the forward and backward movements can be more accurately estimated and calculated.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 후진 개선 추측항법 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, GPS 항법위성에서 송출되는 위성신호를 수신하여 차량의 위치 좌표를 생성하는 GPS 수신기(101)와; 상기 GPS 수신기(101)로부터 생성된 위치 좌표에 대한 차량의 각변위량을 감지하는 자이로 센서(102)와; 차량의 주행 거리를 측정하는 속도 센서(103)와; 차량의 주행 방향을 측정하는 가속도계(104)와; 상기 GPS 수신기(101)에서 수신되는 신호의 존재 여부에 따라 위치 좌표 또는 상기 가속도계(104)에서 측정된 차량의 주행방향 및 상기 속도 센서(103)에서 측정된 주행 거리를 산출하여 추측항법의 위치 좌표를 산출하는 중앙처리장치(105)를 포함하여 구성된다.1 is a view schematically showing the configuration of a backward improvement dead reckoning system according to the present invention. As shown in the figure, a GPS receiver 101 for receiving a satellite signal transmitted from the GPS navigation satellite to generate the position coordinates of the vehicle; A gyro sensor (102) for detecting an angular displacement of the vehicle with respect to the position coordinates generated by the GPS receiver (101); A speed sensor 103 for measuring a driving distance of the vehicle; An accelerometer 104 for measuring a driving direction of the vehicle; The position coordinates of the dead reckoning by calculating the position coordinates or the driving direction of the vehicle measured by the accelerometer 104 and the traveling distance measured by the speed sensor 103 according to the presence of the signal received by the GPS receiver 101. It comprises a central processing unit 105 for calculating the.
상기와 같이 구성된 후진 개선 추측항법 시스템의 후진 개선 추측항법을 설명하기로 한다.The backward improvement dead reckoning of the backward improvement dead reckoning system configured as described above will be described.
도 2는 본 발명에 따른 후진 개선 추측항법의 방법에 대한 순서도이다. 이에 도시된 바와 같이, 먼저 GPS 신호가 수신되는지 여부를 판단하는 단계가 수행된다(S201). 여기서, 상기 GPS 안테나를 구성한 GPS 수신기(101)에서는 GPS 항법위성으로부터 송출되는 위성신호를 수신하게 된다.2 is a flow chart for the method of backward improvement dead reckoning according to the present invention. As shown in the figure, first, a step of determining whether a GPS signal is received is performed (S201). Here, the GPS receiver 101 constituting the GPS antenna receives a satellite signal transmitted from a GPS navigation satellite.
그리고 상기 자이로 센서(102)는 통신 포트를 통해 전송되는 상기 GPS 신호의 수신여부를 체크하여 그 수신여부에 따라 선택적으로 GPS 신호 수신상태에서의 GPS 위치 좌표를 산출하거나 또는 GPS 신호 수신 단절 구간에서의 차량 주행방향 및 주행 거리 측정결과로부터 추측항법 위치좌표를 추정하게 된다.In addition, the gyro sensor 102 checks the reception of the GPS signal transmitted through the communication port and selectively calculates the GPS position coordinates in the GPS signal reception state according to the reception or the GPS signal reception disconnection period. The dead reckoning position coordinate is estimated from the vehicle driving direction and driving distance measurement result.
즉, GPS 신호의 수신 여부에 따라 신호가 수신되면 위치 좌표를 산출하고, 수신되지 않으면, 주행거리 및 주행 방향을 고려하여 위치 좌표를 추정하게 된다.That is, the position coordinate is calculated when the signal is received according to the reception of the GPS signal, and when the signal is not received, the position coordinate is estimated in consideration of the driving distance and the driving direction.
또한, 상기 자이로 센서에 의해 각변위량을 감지하여 상기 GPS 신호의 수신여부를 판단하게 된다.In addition, by detecting the angular displacement by the gyro sensor to determine whether the GPS signal is received.
그리고, 상기 GPS 신호가 수신되지 않으면, 차량의 주행 거리와 주행 방향을 측정하는 단계가 수행된다(S202). 이는 위치 좌표를 추측항법에 의해 산출하기 위한 것으로 상기 GPS 신호의 수신 단절된 지역의 위치 좌표를 산출하고, 이후 다시 수신되면 그 시점에서의 위치 좌표를 각각 산출하여 추측하기 위한 것이다.If the GPS signal is not received, measuring the driving distance and the driving direction of the vehicle is performed (S202). This is to calculate the position coordinates by dead reckoning, and to calculate the position coordinates of the disconnected area of the GPS signal, and then calculate the position coordinates at each time point to estimate the position coordinates.
이어, 상기 주행거리와 주행방향을 측정한 후, 상기 주행 거리 기준으로 상기 주행 방향 신호값에 대한 전후진을 판단하는 단계가 수행된다(S203).Subsequently, after measuring the driving distance and the driving direction, a step of determining forward and backward with respect to the driving direction signal value is performed based on the driving distance (S203).
여기서, 상기 가속도계와 연계하여 상기 속도 센서에 의한 상기 주행 거리의 기준을 소정값으로 정하여 그 소정값에 대해 상기 주행 방향의 값이 + 이면 전진으로 인식하고, - 이면 후진으로 인식하게 된다.In this case, the reference value of the driving distance by the speed sensor is set to a predetermined value in association with the accelerometer, and the driving direction value is recognized as forward if + and backward if-for the predetermined value.
도 3은 본 발명에 따른 속도 펄스값을 기준으로 가속도의 신호에 의한 전후진 인식을 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 상기 속도 센서(103)의 값이 0을 기준으로 상기 가속도의 신호가 + 신호를 내보내면 전진으로 인식하고, 가속도의 신호가 - 신호를 보내면 후진으로 인식하게 된다.3 is a diagram illustrating forward and backward recognition by an acceleration signal based on a velocity pulse value according to the present invention. As shown in the drawing, when the value of the speed sensor 103 is 0, the signal of the acceleration sends a positive signal and is recognized as forward, and when the signal of the acceleration sends a-signal, the signal is recognized as backward.
또한, 상기 전후진 전환시 항상 속도 센서의 펄스 카운트가 제로인 경우에만 전환된다.Further, at the time of the forward / backward switching, only the pulse count of the speed sensor is changed to zero.
이어서, 상기 전후진을 인식한 상기 차량의 각변위량, 주행 거리 및 주행 방향에 따른 위치 좌표를 산출하는 단계가 수행된다(S204). 여기서, 상기 추측항법에 의한 위치좌표는 상기 중앙처리장치(105)에 의해 산출하게 된다.Subsequently, calculating the position coordinates according to the angular displacement amount, the traveling distance, and the driving direction of the vehicle in which the forward and backward movement is recognized (S204). Here, the position coordinates by the dead reckoning are calculated by the central processing unit 105.
따라서, 상기 GPS 신호가 수신 단절된 경우에도 전후진을 인식한 위치 좌표를 산출하여 오류를 줄일 수 있다.Therefore, even when the GPS signal is disconnected, an error may be reduced by calculating a position coordinate that recognizes forward and backward progress.
한편, 상기 GPS 신호가 수신되는지 여부를 판단하는 단계에서 GPS 신호의 수신되면 GPS 신호에 대한 위치 좌표를 산출하여 그 산출된 위치 좌표에 의해 차량이 운행된다.On the other hand, when the GPS signal is received in the step of determining whether the GPS signal is received, the position coordinates for the GPS signal is calculated and the vehicle is driven by the calculated position coordinates.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 후진 개선 추측항법 시스템 및 그 방법은 가속도계를 스피드 센서와 연계하고 전후진에 대한 신호를 인식하여 후진에 대한 위치좌표의 추정 및 산출이 보다 정확하게 할 수 있다.As described above, the backward improvement dead reckoning system and the method according to the present invention can more accurately estimate and calculate the position coordinates for the reverse by connecting an accelerometer with a speed sensor and recognizing a signal for forward and backward.
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