KR20160008878A - 차량용 측위 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 측위 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 주변 차량과 자차(自車)가 공유하는 각 GPS 위성의 좌표와, 자차를 기준으로 측정한 상기 주변차량의 위치좌표를 기반으로 자차의 위치를 산출함으로써, DGPS와의 연동 없이 자차의 정밀한 측위가 가능하게 하는 차량용 측위 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 차량용 측위 장치에 있어서, 제 1 차량으로부터 GPS 위성의 좌표와 각 GPS 위성별 의사거리를 전달받는 통신부; GPS 위성으로부터 GPS 위성의 좌표를 수신하고, 각 GPS 위성별 의사거리를 산출하는 GPS 수신부; 자차의 위치를 기준으로 상기 제 1 차량의 좌표를 측정하는 측정부; 및 상기 통신부를 통해 전달받은 GPS 위성의 좌표와 각 GPS 위성별 의사거리, 상기 GPS 수신부로부터의 GPS 위성의 좌표와 각 GPS 위성별 의사거리, 상기 측정부에 의해 측정된 제 1 차량의 좌표를 기반으로 자차의 위치를 산출하는 제어부를 포함한다.

Description

차량용 측위 장치 및 그 방법{POSITIONING APPARATUS FOR VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 차량용 측위 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주변 차량과 자차(自車)가 공유하는 각 GPS 위성의 좌표와, 자차를 기준으로 측정한 상기 주변차량의 위치좌표를 기반으로 자차의 위치를 정밀하게 산출하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, GPS(Global Positioning System)를 이용하여 측정한 위치의 오차범위는 5~15m이며, 무선환경에 따라 최대 30m까지 오차가 나타나기도 하기 때문에 정밀한 위치를 요구하는 차량안전기술에 적용하는데 어려움이 있다.
이러한 점을 고려하여 차량안전기술 분야에서는 위성항법보정시스템(DGPS : Differential Global Positioning System)이 널리 이용되고 있다.
DGPS는 상대 측위 방식의 GPS 측량 기술로서, 이미 알고 있는 기준점 좌표를 이용하여 오차를 일으키는 요소들을 보정하여 정밀한 위치정보를 얻을 수 있도록 한다.
종래의 차량용 측위 장치는, 노변 기준국(RSU : Roadside Unit)으로부터 수신된 DGPS 보정신호를 이용하여 GPS 정보에 대한 보정을 수행함으로써, 자차의 위치를 측정하였다.
따라서, 이러한 종래의 차량용 측위 장치는 노변 기준국과의 거리가 멀어질수록 측위 정확도가 낮아지는 문제점이 있다.
결국, 종래의 차량용 측위 장치는 DGPS와 연동하지 않으면 자차의 정밀한 위치를 측정할 수 없는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 주변 차량과 자차(自車)가 공유하는 각 GPS 위성의 좌표와, 자차를 기준으로 측정한 상기 주변차량의 위치좌표를 기반으로 자차의 위치를 산출함으로써, DGPS와의 연동 없이 자차의 정밀한 측위가 가능하게 하는 차량용 측위 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 차량용 측위 장치에 있어서, 제 1 차량으로부터 GPS 위성의 좌표와 각 GPS 위성별 의사거리를 전달받는 통신부; GPS 위성으로부터 GPS 위성의 좌표를 수신하고, 각 GPS 위성별 의사거리를 산출하는 GPS 수신부; 자차의 위치를 기준으로 상기 제 1 차량의 좌표를 측정하는 측정부; 및 상기 통신부를 통해 전달받은 GPS 위성의 좌표와 각 GPS 위성별 의사거리, 상기 GPS 수신부로부터의 GPS 위성의 좌표와 각 GPS 위성별 의사거리, 상기 측정부에 의해 측정된 제 1 차량의 좌표를 기반으로 자차의 위치를 산출하는 제어부를 포함한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 차량용 측위 방법에 있어서, 통신부가 제 1 차량으로부터 GPS 위성의 좌표와 각 GPS 위성별 의사거리를 전달받는 단계; GPS 수신부가 GPS 위성으로부터 GPS 위성의 좌표를 수신하고, 각 GPS 위성별 의사거리를 산출하는 단계; 측정부가 자차의 위치를 기준으로 상기 제 1 차량의 좌표를 측정하는 단계; 및 제어부가 상기 통신부를 통해 전달받은 GPS 위성의 좌표와 각 GPS 위성별 의사거리, 상기 GPS 수신부로부터의 GPS 위성의 좌표와 각 GPS 위성별 의사거리, 상기 측정부에 의해 측정된 제 1 차량의 좌표를 기반으로 자차의 위치를 산출하는 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명은, 주변 차량과 자차가 공유하는 각 GPS 위성의 좌표와, 자차를 기준으로 측정한 상기 주변차량의 위치좌표를 기반으로 자차의 위치를 산출함으로써, DGPS와의 연동 없이 자차의 정밀한 측위가 가능하게 하는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 차량용 측위 장치의 일실시예 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 차량용 측위 방식을 설명하기 위한 일예시도,
도 3 은 본 발명에 따른 차량용 측위 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 차량용 측위 장치의 일실시예 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 측위 장치는, 통신부(10), GPS 수신부(20), 측정부(30), 제어부(40), 및 저장부(50)를 포함한다.
상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 통신부(10)는 V2X(Vehicle to Everything) 통신을 통해 주변차량(이하, '제 1 차량'이라 함)과 통신한다. 특히, 통신부(10)는 제 1 차량으로부터 GPS 위성의 좌표와 각 GPS 위성별 의사거리(pseudo range)를 전달받는다. 이때, GPS 위성의 좌표는 제 1 차량의 GPS 수신기(미도시)에 의해 수신된 정보이고, 각 GPS 위성별 의사거리는 GPS 수신기(미도시)에 의해 산출된 값이다.
다음으로, GPS 수신부(20)는 GPS 위성으로부터 GPS 위성의 좌표를 수신하고, 아울러 각 GPS 위성별 의사거리를 산출한다. 이때, 각 GPS 위성별 의사거리는 GPS 수신부(20)에 의해 산출된 값으로서, 일례로 GPS 수신부(20)는 광속도와 GPS 수신부(20)의 시계오차를 곱한 결과에 GPS 위성까지의 거리를 합하여 산출한다.
다음으로, 측정부(30)는 제 1 차량을 감지하는 센서(Lidar, Radar)로서, 자차의 위치를 기준으로 제 1 차량의 위치(좌표)를 측정한다. 즉, 자차의 위치에 상대적인 위치(좌표)를 측정한다.
다음으로, 제어부(40)는 상기 각 구성요소들이 제 기능을 정상적으로 수행할 수 있도록 제어한다.
또한, 제어부(40)는 통신부(10)에 의해 수신된 GPS 위성의 좌표와 GPS 수신부(20)에 의해 수신된 GPS 위성의 좌표를 이용하여 공통 GPS 위성의 개수를 파악한 후, 임계치(일례로 3개) 이상인 경우에 측정부(30)를 활성화한다.
또한, 제어부(40)는 통신부(10)를 통해 전달받은 GPS 위성의 좌표와 각 GPS 위성별 의사거리, GPS 수신부(20)로부터의 GPS 위성의 좌표와 각 GPS 위성별 의사거리, 측정부(30)에 의해 측정된 제 1 차량의 좌표를 기반으로 자차의 위치를 산출한다.
특히, 제어부(40)는 제 1 차량과 자차가 공유하는 GPS 위성의 개수(N)가 3 이상 5 미만인 경우(3≤N<5)와, 5 이상인 경우(N≥5)를 구분하여 서로 다른 방식으로 자차의 위치를 산출한다.
이하, 도 2를 참조하여 제어부(40)가 자차의 위치를 산출하는 방식에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 2에서, V1은 제 1 차량을 의미하고, E(X,Y,Z)는 자차를 의미한다. 자차에서는 본 발명에 따른 측위 장치가 탑재되어 있다.
제어부(40)는 통신부(10)를 통해 제 1 차량으로부터 전달받은 GPS 위성의 좌표와, GPS 수신부(20)를 통해 수신한 GPS 위성의 좌표를 비교하여 공통 GPS 위성의 개수(N)를 확인한다.
이때, 공통 GPS 위성의 개수(N)가 3≤N<5를 만족하면 하기의 [수학식 1]를 기반으로 자차의 위치(X,Y,Z)를 산출한다. 즉, N=3이면 총 6개의 수식이 생성되므로, 제어부(40)는 자차의 위치(X,Y,Z)를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, (GXn, GYn, GZn)은 n번 GPS 위성의 좌표(상수)를 의미하며, 이때 n은 GPS 위성을 식별하기 위한 식별자로서, 일례로 GPS 위성의 개수가 3인 경우에 n은 1,2,3이 된다.
또한, GnMD_E는 자차에서 산출한 n번 GPS 위성의 의사거리(상수)를 의미하며, GnMD_V1은 제 1 차량에서 산출한 n번 GPS 위성의 의사거리(상수)를 의미한다.
또한, Cn은 n번 GPS 위성의 보정거리를 나타낸다.
반면, 공통 GPS 위성의 개수(N)가 N≥5를 만족하면 하기의 [수학식 2]를 기반으로 자차의 위치(X,Y,Z)를 산출한다. 즉, N=5이면 총 10개의 수식이 생성되므로, 제어부(40)는 자차의 위치(X,Y,Z)를 생성할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002
여기서, ECn은 자차에 대한 n번 GPS 위성의 의사거리를 의미하고, VCn은 제 1 차량에 대한 n번 GPS 위성의 의사거리를 의미한다.
다음으로, 저장부(50)는 제어부(40)에 의해 산출된 자차의 위치를 저장한다.
본 발명은 자차와 제 1 차량이 공유하는 GPS 위성의 개수에 따라 서로 다른 방식으로 자차의 위치를 산출할 수 있으며, GPS 위성이 3개인 경우에 비해 5개인 경우에 보다 정밀한 위치를 산출할 수 있다.
도 3 은 본 발명에 따른 차량용 측위 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 통신부(10)가 제 1 차량으로부터 GPS 위성의 좌표와 각 GPS 위성별 의사거리를 전달받는다(301).
그리고, GPS 수신부(20)가 GPS 위성으로부터 GPS 위성의 좌표를 수신하고, 아울러 각 GPS 위성별 의사거리를 산출한다(302).
이후, 측정부(30)가 제어부(40)의 제어하에 자차의 위치를 기준으로 상기 제 1 차량의 위치(좌표)를 측정한다(303). 즉, 제어부(40)는 통신부(10)를 통해 전달받은 GPS 위성의 좌표와, GPS 수신부(20)를 통해 수신한 GPS 위성의 좌표를 이용하여 제 1 차량과 자차가 공유하는 GPS 위성의 개수를 파악한 후, 3개 이상인 경우에 측정부(30)를 활성화한다. 3개 미만인 경우에는 자차의 위치를 산출할 수 없다.
이후, 제어부(40)가 통신부(10)를 통해 전달받은 GPS 위성의 좌표와 각 GPS 위성별 의사거리, GPS 수신부(20)로부터의 GPS 위성의 좌표와 각 GPS 위성별 의사거리, 측정부(30)에 의해 측정된 제 1 차량의 좌표를 기반으로 자차의 위치를 산출한다(304).
이렇게 산출된 자차의 위치는 저장부(50)에 저장된다.
이러한 과정을 통해 DGPS와의 연동 없이 자차의 정밀한 측위가 가능하다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
10 : 통신부
20 : GPS 수신부
30 : 측정부
40 : 제어부
50 : 저장부

Claims (10)

  1. 제 1 차량으로부터 GPS 위성의 좌표와 각 GPS 위성별 의사거리를 전달받는 통신부;
    GPS 위성으로부터 GPS 위성의 좌표를 수신하고, 각 GPS 위성별 의사거리를 산출하는 GPS 수신부;
    자차의 위치를 기준으로 상기 제 1 차량의 좌표를 측정하는 측정부; 및
    상기 통신부를 통해 전달받은 GPS 위성의 좌표와 각 GPS 위성별 의사거리, 상기 GPS 수신부로부터의 GPS 위성의 좌표와 각 GPS 위성별 의사거리, 상기 측정부에 의해 측정된 제 1 차량의 좌표를 기반으로 자차의 위치를 산출하는 제어부
    를 포함하는 차량용 측위 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정부는,
    상기 제 1 차량의 좌표로서, 자차의 위치에 상대적인 좌표를 측정하는 것을 특징으로 하는 차량용 측위 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 차량과 자차가 공유하는 GPS 위성의 개수에 따라 서로 다른 방식으로 자차의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 측위 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 차량과 자차가 공유하는 GPS 위성의 개수가 3 이상 5 미만인 경우, 하기의 [수학식 A]를 기반으로 자차의 위치(X,Y,Z)를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 측위 장치.
    [수학식 A]
    Figure pat00003

    여기서, (GXn, GYn, GZn)은 n번 GPS 위성의 좌표, GnMD_E는 자차에서 산출한 n번 GPS 위성의 의사거리, GnMD_V1은 제 1 차량에서 산출한 n번 GPS 위성의 의사거리, Cn은 n번 GPS 위성의 보정거리를 각각 나타낸다.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 차량과 자차가 공유하는 GPS 위성의 개수가 5 이상인 경우, 하기의 [수학식 B]를 기반으로 자차의 위치(X,Y,Z)를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 측위 장치.
    [수학식 B]
    Figure pat00004

    여기서, (GXn, GYn, GZn)은 n번 GPS 위성의 좌표, GnMD_E는 자차에서 산출한 n번 GPS 위성의 의사거리, GnMD_V1은 제 1 차량에서 산출한 n번 GPS 위성의 의사거리, ECn은 자차에 대한 n번 GPS 위성의 의사거리, VCn은 제 1 차량에 대한 n번 GPS 위성의 의사거리를 각각 나타낸다.
  6. 통신부가 제 1 차량으로부터 GPS 위성의 좌표와 각 GPS 위성별 의사거리를 전달받는 단계;
    GPS 수신부가 GPS 위성으로부터 GPS 위성의 좌표를 수신하고, 각 GPS 위성별 의사거리를 산출하는 단계;
    측정부가 자차의 위치를 기준으로 상기 제 1 차량의 좌표를 측정하는 단계; 및
    제어부가 상기 통신부를 통해 전달받은 GPS 위성의 좌표와 각 GPS 위성별 의사거리, 상기 GPS 수신부로부터의 GPS 위성의 좌표와 각 GPS 위성별 의사거리, 상기 측정부에 의해 측정된 제 1 차량의 좌표를 기반으로 자차의 위치를 산출하는 단계
    를 포함하는 차량용 측위 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 측정 단계는,
    상기 제 1 차량의 좌표로서, 자차의 위치에 상대적인 좌표를 측정하는 것을 특징으로 하는 차량용 측위 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 산출 단계는,
    상기 제 1 차량과 자차가 공유하는 GPS 위성의 개수에 따라 서로 다른 방식으로 자차의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 측위 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 산출 단계는,
    상기 제 1 차량과 자차가 공유하는 GPS 위성의 개수가 3 이상 5 미만인 경우, 하기의 [수학식 C]를 기반으로 자차의 위치(X,Y,Z)를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 측위 방법.
    [수학식 C]
    Figure pat00005

    여기서, (GXn, GYn, GZn)은 n번 GPS 위성의 좌표, GnMD_E는 자차에서 산출한 n번 GPS 위성의 의사거리, GnMD_V1은 제 1 차량에서 산출한 n번 GPS 위성의 의사거리, Cn은 n번 GPS 위성의 보정거리를 각각 나타낸다.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 산출 단계는,
    상기 제 1 차량과 자차가 공유하는 GPS 위성의 개수가 5 이상인 경우, 하기의 [수학식 D]를 기반으로 자차의 위치(X,Y,Z)를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 측위 방법.
    [수학식 D]
    Figure pat00006

    여기서, (GXn, GYn, GZn)은 n번 GPS 위성의 좌표, GnMD_E는 자차에서 산출한 n번 GPS 위성의 의사거리, GnMD_V1은 제 1 차량에서 산출한 n번 GPS 위성의 의사거리, ECn은 자차에 대한 n번 GPS 위성의 의사거리, VCn은 제 1 차량에 대한 n번 GPS 위성의 의사거리를 각각 나타낸다.
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