KR20160069025A - 이동체 항법 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 기술은 이동체 항법 시스템 및 방법, 및 항법 필터를 제안하고 있으며, 구체적으로는, 관성 항법 시스템에서 도출된 초기 항법 정보 중 속도 벡터와 헤딩각에 대한 물리적 상관성을 나타내는 수학적 모델링을 통해 속도 벡터와 헤딩각의 사이각인 가상 측정값과 각 항법 정보의 상태 변수에 대한 편미분값으로 도출된 예측값의 오차인 잉여치를 도출하고 도출된 잉여치를 상기 초기 항법 정보에 반영하여 상기 초기 항법 정보를 보정하는 항법 필터링을 실행함에 따라, 하드웨어의 변경 및 센서 추가 없이 강인하고 정확한 항법 정보를 도출할 수 있게 된다.

Description

이동체 항법 시스템 및 방법{NAVIGATION SYSTEM AND METHOD}
본 발명은 이동체 항법 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실측된 가속도 및 각속도로부터 도출된 항법 정보에 대해 하드웨어 추가 및 변형 없이 항법 필터링을 실행할 수 있도록 한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적인 관성항법시스템(INS: Inertial Navigation System)은 가속도계와 각속도계 등의 관성 센서를 이용하여 항법 정보(위치, 속도, 자세)를 도출하는 시스템으로써, 이동체와 자동차, 선체에 이용된다.
이러한 관성항법시스템은 관성 센서의 측정값을 연속적으로 적분하여 항법 정보를 도출하며 외부 환경의 영향을 받지 않고 매우 정확하고 연속적인 항법 정보를 제공할 수 있는 정점을 가진다.
그러나, 긴 주행 구간에서는 항법 정보에 대한 오차가 누적되는 단점이 존재하고 이러한 단점을 해소하기 위해 위성항법시스템(GNSS: Global Position System)이 제안되고 있다.
상기 위성항법시스템은 지구 주위를 도는 복수개의 위성 중 최소한 4개의 위성으로부터 사용자까지의 거리(Pseudo Range)를 측정하여 사용자의 3차원 위치 및 속도 등을 구하는 시스템이다.
이러한 위성항법시스템은, 시간이 지남에 따라 항법 정보에 대한 오차 누적이 되지 않으나, 다른 전파의 외란(jamming)이 심할 경우 또는 가시 위성의 수가 4개 이상 확보되지 않은 경우 시스템의 성능이 크게 떨어지는 단점이 존재하였다.
이러한 관성항법시스템과 위성항법시스템의 단점을 보완하기 위해 최근에는 결합항법시스템이 제안되고 있다. 관성항법시스템의 오차를 보정하기 위해 위성항법시스템 이외에도 지자기계, 고도계 등의 추가 센서를 도입하기도 한다.
기존의 결합항법시스템은 외부의 센서 정보를 추가하거나 항법 필터의 성능 개선에 초점이 맞추어져 있으며, 물리적으로 연관성을 갖는 속도와 자세를 수학적 모델로 연결하지 못하는 한계를 갖는다.
따라서, 하드웨어의 추가 및 변형 없이 강인하고 정확한 항법 정보를 도출하기 위한 별도의 항법 필터가 필요하였다.
상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 실측된 가속도 및 각속도로부터 도출된 초기 항법 정보에 대해 속도 벡터 및 헤딩각에 대한 물리적 연관성을 나타내는 수학적 모델을 통해 가상 측정값을 도출하고 상기 항법 정보의 속도 정보의 크기가 기 설정된 임계치 이상인 경우 상기 가상 측정값과 초기 항법 정보의 상태 변수로부터 도출된 예측값을 토대로 항법 필터링을 실행하여 보정된 항법 정보를 출력함에 따라, 별도의 하드웨어의 변형 및 센서 추가 없이 강인하고 정확한 항법 정보를 도출할 수 있는 항법 시스템 및 방법, 항법 필터를 제공하고자 함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이동체 항법 시스템은,
가속도 센서 및 각속도 센서로부터 공급되는 이동체의 가속도 및 각속도를 토대로 위치, 속도 및 자세 정보를 포함하는 초기 항법 정보를 도출하는 항법 정보 도출부와,
상기 초기 항법 정보의 속도 벡터와 헤딩각의 물리적 연관성을 나타내는 수학적 모델링을 통해 가상 측정값을 도출하는 가상 측정값 도출부와,
상기 속도 정보가 기 정해진 임계치 이상일 때 상기 가상 측정값 도출부의 가상 측정값과 각 항법 정보의 상태 변수에 대한 선형 관측 모델링으로부터 도출된 예측값을 토대로 항법 필터링을 실행하여 보정된 항법 정보를 출력하는 항법 필터부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 항법 필터부는,
상기 속도 정보가 기 정해진 임계치 이상이 아닌 경우 각 항법 정보의 상태 변수에 대한 선형 관측 모델링으로부터 도출된 예측값을 토대로 항법 필터링을 실행하여 보정된 항법 정보를 출력하도록 구비되는 것이 바람직하다.
상기 가상 측정값 도출부는,
상기 항법 정보의 속도 벡터와 헤딩각과의 물리적 연관성을 토대로 가상 측정값을 도출하고, 도출된 가상 측정값(
Figure pat00001
)은 남북 방향의 속도 성분과 동서 방향의 속도 성분의 비가 이루는 각과 헤딩각의 오차인 것이 바람직하다.
상기 항법 필터부는,
상기 위치, 속도, 및 자세에 대한 항법 정보의 상태 변수를 편미분하여 선형 관측 모델을 나타내는 예측값(
Figure pat00002
)을 도출하는 가상 측정값 예측 모듈과,
상기 예측값(
Figure pat00003
)과 상기 가상 측정값(
Figure pat00004
)의 오차인 잉여치를 도출하는 잉여치 도출 모듈과,
상기 잉여치를 상기 항법 정보 도출부에서 도출된 초기 항법 정보에 반영하여 초기 항법 정보를 보정하고 보정된 항법 정보를 출력하는 항법 정보 출력 모듈을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 예측값(
Figure pat00005
)은
상기 항법 정보의 위치, 속도, 및 자세 정보의 상태 변수에 대한 각각의 편미분값으로 연산한 후 연산된 위치 정보에 대한 편미분값을 0으로 설정하여 도출하는 것이 바람직하다 할 것이다.
상기 잉여치는
상기 예측값(
Figure pat00006
)과 상기 가상 측정값(
Figure pat00007
)의 차로 도출되는 것이 바람직하다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이동체 항법 시스템의 항법 필터는,
이동체의 위치, 속도, 및 자세를 포함하는 항법 정보의 각 상태 변수를 편미분하여 선형 관측 모델링을 도출하여 예측값 (
Figure pat00008
)를 생성하는 가상 측정값 예측 모듈과,
상기 예측값(
Figure pat00009
)과 각 항법 정보에 대한 속도 벡터와 헤딩각의 물리적 연관성을 나타내는 수학적 모델링을 통해 도출된 가상 측정값(
Figure pat00010
) 간의 오차인 잉여치를 도출하는 잉여치 도출 모듈과,
상기 잉여치를 입력된 항법 정보에 반영하여 보정된 항법 정보를 출력하는 항법 정보 출력 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이동체 항법 방법은,
가속도 센서 및 각속도 센서로부터 공급되는 이동체의 가속도 및 각속도를 토대로 위치, 속도 및 자세 정보를 포함하는 초기 항법 정보를 도출하는 항법 정보 도출 단계와
상기 초기 항법 정보의 속도 벡터와 헤딩각의 물리적 연관성을 나타내는 수학적 모델링을 통해 가상 측정값을 도출하는 가상 측정값 도출 단계와,
상기 항법 정보의 속도 크기를 기 정해진 임계치인 경우 상기 가상 측정값과 각 항법 정보의 상태 변수에 대한 선형 관측 모델링으로부터 도출된 예측값을 토대로 항법 필터링을 실행하여 보정된 항법 정보를 출력하는 항법 필터 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 항법 필터 단계는,
상기 항법 정보의 속도 크기를 기 정해진 임계치 이상이 아닌 경우 각 항법 정보의 상태 변수에 대한 선형 관측 모델링으로부터 도출된 예측값을 토대로 항법 필터링을 실행하여 보정된 항법 정보를 출력하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 가상 측정값 도출 단계는,
상기 항법 정보의 속도 벡터와 헤딩각과의 물리적 연관성을 토대로 가상 측정값을 도출하고,
도출된 가상 측정값(
Figure pat00011
)은 남북 방향의 속도 성분과 동서 방향의 속도 성분의 비가 이루는 각과 헤딩각의 오차인 것이 바람직하다.
상기 항법 필터 단계는,
상기 위치, 속도, 및 자세에 대한 항법 정보의 각 상태 변수에 대해 편미분하여 선형 관측 모델링을 통해 예측값(
Figure pat00012
)을 도출하고,
상기 예측값과(
Figure pat00013
)과 가상 측정값(
Figure pat00014
)의 오차인 잉여치를 도출하며,
상기 잉여치를 반영하여 상기 초기 항법 정보를 보정한 후 보정된 항법 정보를 출력하도록 되는 것이 바람직하다.
상기 예측값(
Figure pat00015
)은
상기 항법 정보의 위치, 속도, 및 자세 정보의 상태 변수에 대한 각각의 편미분값으로 연산한 후 연산된 위치 정보에 대한 편미분값을 0으로 설정하여 도출하는 것이 바람직하다.
상기 잉여치는
상기 예측값(
Figure pat00016
)과 상기 가상 측정값(
Figure pat00017
)의 차로 도출되는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 항법 시스템 및 방법과 그에 따른 항법 필터에 의하면, 실측된 가속도 및 각속도로부터 도출된 초기 항법 정보에 대해 속도 벡터 및 헤딩각에 대한 물리적 연관성을 나타내는 수학적 모델링을 통해 가상 측정값을 도출하고 상기 항법 정보의 속도 크기가 기 설정된 임계치 이상인 경우 상기 가상 측정값과 각 항법 정보의 상태 변수에 대한 편미분으로부터 도출된 예측값을 토대로 항법 필터를 실행하여 보정된 항법 정보를 출력함에 따라, 속도 벡터와 헤딩값의 물리적 연관성을 통해 항법 필터링을 실행하므로 별도의 하드웨어의 변형 및 센서의 추가 없이 강인하고 정확한 항법 정보를 도출할 수 있는 효과를 얻는다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이동체 항법 시스템의 구성을 보인 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이동체 항법 시스템의 항법 필터부의 구성을 구체적으로 보인 도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이동체 항법 시스템의 동작 과정을 보인 흐름도이다.
이하 본 발명을 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면이 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이동체 항법 시스템의 구성을 보인 도이고, 도 2는 도 1에 도시된 이동체 항법 시스템의 항법 필터부의 구성을 보인 도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 이동체 항법 시스템은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 항법 정보 도출부(10), 가상 측정값 도출부(30), 가상 측정값 출력부(50), 및 항법 필터부(70)를 포함한다.
여기서, 상기 항법 정보 도출부(10)는, 가속도 센서(11)로부터 공급되는 가속도 측정값을 가속도 좌표계로 변환하는 가속도 좌표 변환 모듈(12)과, 각속도 센서(13)로부터 공급되는 각속도 측정값을 토대로 자세 정보를 도출하여 가속도 좌표 변환모듈(12)로 제공하는 자세 정보 도출 모듈(14)을 구비한다.
그리고, 상기 항법 정보 도출부(10)는, 가속도 측정값에 반영된 중력 가속도 및 코리올리 효과를 연속적으로 보정한 후 보정된 가속도 정보를 도출하는 보정 모듈(15)를 포함한다.
상기 항법 정보 도출부(10)는 상기 보정 모듈(14)의 가속도 정보 및 각속도 정보를 토대로 이동체의 속도, 위치, 및 자세 정보를 포함하는 초기 항법 정보를 도출하는 초기 항법 필터 모듈(16)를 더 포함한다.
여기서, 중력 가속도 및 코리올리 효과가 보정된 가속도 정보 및 각속도 정보를 토대로 도출된 상기 항법 필터 모듈(15)의 초기 항법 정보는 다음 식 11를 만족한다.
Figure pat00018
… 식 11
여기서,
Figure pat00019
은 위치,
Figure pat00020
은 속도,
Figure pat00021
은 자세,
Figure pat00022
는 방향코사인 행렬(동체좌표계에서 항법좌표계로 변환),
Figure pat00023
는 회전각속도변환행렬,
Figure pat00024
는 동체좌표계의 비력,
Figure pat00025
는 중력가속도,
Figure pat00026
는 각속도, 첨자는 좌표계이고, n은 항법좌표계, b는 동계좌표계이다.
그리고, 상기 항법 필터 모듈(16)은, 비선형 추정 알고리즘을 이용할 경우 상기 초기 항법 정보를 선형화 과정이 불필요하나, 칼만 필터와 같은 선형 추정 알고리즘을 이용하여 초기 항법 정보의 오차 정보를 도출하는 경우 상기 초기 항법 정보에 대한 선형화된 모델이 필요하다.
따라서, 선형화된 모델을 통해 도출된 상기 초기 항법 정보에 대한 오차 정보는 다음 식 12를 만족한다.
Figure pat00027
… 식 12
그리고, 상기 항법 필터 모듈(16)은 상기 오차 정보가 보정된 초기 항법 정보를 출력한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 항법 정보 도출부(10)의 초기 항법 정보를 출력하는 일련의 과정은 통상적인 관성 항법 시스템 또는 결합 관성 시스템에서 항법 정보를 도출하는 과정과 유사 또는 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
또한, 상기 항법 정보 도출부(10)의 초기 항법 정보는 상기 가상 측정값 도출부(30)로 전달된다
상기 가상 측정값 도출부(30)는 제공받은 속도, 위치, 및 자세 정보를 포함하는 초기 항법 정보 중 속도와 헤딩각에 대한 연관성을 반영된 가상 측정값을 도출하도록 구비된다.
즉, 주행하는 이동체는 진행 방향에 대한 헤딩각과 요각을 가지며, 이러한 헤딩각과 요각은 이동체의 슬립(SLIP) 현상에 대해 오차가 발생된다. 그러나, 이러한 헤딩각과 요각과의 오차는 회전 시에 일시적으로 발생하거나 전체 헤딩각에 비해 상대적으로 작은 값을 가진다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서의 요각은 헤딩각과 동일한 값을 가지는 것으로 정의된다.
또한 수평면 상에 투영된 속도 벡터의 방위각인 헤딩각(Heading)은 속도 벡터에 대해 남북 방향의 속도 성분(Vn)과 동서 방향의 속도 성분(Ve)의 역탄젠트(tan -1)로 나타내며 다음 식 13을 만족한다.
Figure pat00028
… 식 13
이때 헤딩각(Heading)은 회전운동 방정식에서 연산되는 성분이고 속도 성분은 병진운동 방정식에서 연산된 성분이므로, 헤딩각을 포함하는 자세 정보는 속도 연산에 영향을 미치나, 속도 정보는 자세 정보를 도출하는데 사용되지 아니한다. 즉, 자세 정보가 병진 운동(위치 및 속도정보)에 전달되지만 속도 정보는 회전 운동(자세 정보)에 전달되지 않는다.
따라서, 이러한 속도 정보와 자세 정보 간의 특성을 토대로 속도 정보와 자세 정보 간의 오차인 가상 측정값(z)이 발생하게 되고, 이러한 가상 측정값은 다음 식 14를 만족한다.
Figure pat00029
… 식 14
한편, 상기 가상 측정값 출력부(50)는 상기 초기 항법 정보 중 속도 정보의 크기가 기 정해진 임계치와 비교하고 비교 결과 속도 정보의 크기가 상기 임계치 이상인 경우 가상 측정값을 스위치를 통해 상기 항법 필터부(70)로 전달한다.
상기 항법 필터부(70)는, 상기 위치, 속도, 및 자세에 대한 초기 항법 정보의 상태 변수에 대해 편미분하여 선형 관측 모델을 나타내는 예측값(
Figure pat00030
)을 도출하는 가상 측정값 예측 모듈(71)과, 상기 예측값(
Figure pat00031
)과 상기 가상 측정값(
Figure pat00032
)의 오차인 잉여치를 도출하는 잉여치 도출 모듈(73)과, 상기 잉여치를 상기 항법 정보 도출부에서 도출된 항법 정보에 반영하여 상기 초기 항법 정보를 보정한 후 보정된 항법 정보를 출력하는 항법 정보 출력 모듈(75)의 구성을 갖춘다.
여기서, 가상 측정값 예측 모듈(71)의 상기 예측값(
Figure pat00033
)은 상기 초기 항법 정보의 위치, 속도, 및 자세에 대한 상태 변수로부터 도출되며, 다음 식 15를 만족하는 것이 바람직하다.
Figure pat00034
…. 식 15
여기서,
Figure pat00035
은 위치,
Figure pat00036
은 속도,
Figure pat00037
는 자세,
Figure pat00038
은 항법 좌표계를 나타내고, 상기 예측값(
Figure pat00039
)는 위치 함수가 아니므로, 위치 정보에 대한 편미분(
Figure pat00040
) 값은 0 이 된다.
또한, 잉여치 도출 모듈(73)는 상기 예측값(
Figure pat00041
)과 상기 가상 측정값(
Figure pat00042
)의 오차인 잉여치를 도출하며, 상기 가상 측정값(
Figure pat00043
)는 초기 항법 정보의 각 상태 변수에 대한 관계식으로 정의되는 바, 물리적인 상관성을 나타내는 헤딩각과 속도 벡터의 사이각은 동일한 값이므로, 가상 측정값(
Figure pat00044
)은 0이 된다.
따라서, 상기 잉여치는 상기 예측값(
Figure pat00045
)과 상기 가상 측정값(
Figure pat00046
)의 차로 도출되며, 다음 식 16을 만족한다.
Figure pat00047
… 식 16
그리고, 상기 항법 정보 출력 모듈(75)은 상기 초기 항법 정보를 상기 잉여치를 반영하여 보정하고 보정된 항법 정보(위치, 속도, 및 자세 정보)를 각각 출력한다.
따라서, 통상적인 관성 항법 시스템에서 도출된 초기 항법 정보 중 속도 벡터와 헤딩각에 대한 물리적 상관성을 나타내는 가상 측정값과 각 항법 정보의 상태 변수에 대한 편미분값으로 도출된 예측값의 오차인 잉여치를 도출하고 도출된 잉여치를 상기 초기 항법 정보에 반영하여 상기 초기 항법 정보를 보정하여 항법 정보를 출력하는 항법 필터링을 실행함에 따라, 하드웨어의 변경 및 센서 추가 없이 강인하고 정확한 항법 정보를 도출할 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에서는, 관성 항법 시스템에서 도출된 초기 항법 정보의 속도 벡터와 헤딩각의 사이각인 가상 측정값과 각 항법 정보의 상태 변수에 대한 편미분 값으로 도출된 예측값의 오차인 잉여치를 보정하여 강인한 항법 정보를 도출하는 과정을 일례로 설명하였으나, 결합항법시스템에도 적용 가능함은 당업자에 의해 자명하다 할 것이다.
관성 항법 시스템에서 도출된 초기 항법 정보의 속도 벡터와 헤딩각의 사이각인 가상 측정값과 각 항법 정보의 상태 변수에 대한 편미분 값으로 도출된 예측값의 오차인 잉여치를 기반으로 상기 도출된 초기 항법 정보를 보정하여 강인한 항법 정보를 도출하는 일련의 과정을 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 도 1에 도시된 이동체 항법 시스템의 동작 과정을 보인 흐름도이고, 도 1 및 도 3을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이동체 항법 시스템의 동작 과정을 설명한다.
우선, 상기 항법 정보 도출부(10)는 단계(101)를 통해 가속도 센서 및 각속도 센서로부터 공급되는 이동체의 가속도 및 각속도를 토대로 위치, 속도 및 자세 정보를 포함하는 초기 항법 정보를 도출한다.
한편, 상기 가상 측정값 도출부(30)는 상기 초기 항법 정보 중 속도 벡터와 헤딩각의 물리적 연관성을 나타내는 수학적 모델링을 통해 속도 벡터의 크기와 헤딩각의 사이각인 가상 측정값을 도출한다(단계 103).
그리고, 상기 가상 측정값 출력부(50)는 상기 항법 정보 중 속도 정보의 크기를 기 정해진 임계치와 비교하고 비교 결과에 따라 상기 속도 정보의 크기가 상기 임계치 이상인 경우 가상 측정값을 상기 항법 필터부(70)로 전달한다(단계 105, 107).
상기 항법 필터부(70)는 각 항법 정보의 상태 변수에 대한 선형 관측 모델링으로부터 예측값을 도출하고, 도출된 예측값 및 가상 측정값을 토대로 잉여치를 도출하며, 도출된 잉여치를 반영하여 상기 초기 항법 정보를 보정한 후 보정된 항법 필터를 출력한다(단계 109, 111, 113)
본 발명에 따르면, 관성 항법 시스템에서 도출된 초기 항법 정보 중 속도 벡터와 헤딩각에 대한 물리적 상관성을 나타내는 가상 측정값과 각 항법 정보의 상태 변수에 대한 편미분값으로 도출된 예측값의 오차인 잉여치를 도출하고 도출된 잉여치를 상기 초기 항법 정보에 반영하여 상기 초기 항법 정보를 보정한 후 항법 정보를 출력하는 항법 필터링을 실행함에 따라, 하드웨어의 변경 및 센서 추가 없이 강인하고 정확한 항법 정보를 도출할 수 있게 된다.
여기에 제시된 실시 예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.
통상적인 관성 항법 시스템에서 도출된 초기 항법 정보 중 속도 벡터와 헤딩각에 대한 물리적 상관성을 나타내는 가상 측정값과 각 항법 정보의 상태 변수에 대한 편미분값으로 도출된 예측값의 오차인 잉여치를 도출하고 도출된 잉여치를 상기 초기 항법 정보에 반영하여 상기 초기 항법 정보를 보정하는 항법 필터링을 실행함에 따라, 하드웨어의 변경 및 센서 추가 없이 강인하고 정확한 항법 정보를 도출할 수 있는 이동체 항법 시스템 및 방법 및 항법 필터에 대한 운용의 정확성 및 신뢰도 측면, 더 나아가 성능 효율 면에 매우 큰 진보를 가져올 수 있으며, 적용되는 이동체 항법 시스템의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

Claims (14)

  1. 가속도 센서 및 각속도 센서로부터 공급되는 이동체의 가속도 및 각속도를 토대로 위치, 속도 및 자세 정보를 포함하는 초기 항법 정보를 도출하는 항법 정보 도출부와,
    상기 초기 항법 정보의 속도 벡터와 헤딩각의 물리적 연관성을 나타내는 수학적 모델링을 통해 가상 측정값을 도출하는 가상 측정값 도출부와,
    상기 속도 정보가 기 정해진 임계치 이상일 때 상기 가상 측정값 도출부의 가상 측정값과 각 항법 정보의 상태 변수에 대한 선형 관측 모델링으로부터 도출된 예측값을 토대로 항법 필터링을 실행하여 보정된 항법 정보를 출력하는 항법 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체 항법 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 항법 필터부는,
    상기 속도 정보가 기 정해진 임계치 이상이 아닌 경우 각 항법 정보의 상태 변수에 대한 선형 관측 모델링으로부터 도출된 예측값을 토대로 항법 필터링을 실행하여 보정된 항법 정보를 출력하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 이동체 항법 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가상 측정값 도출부는,
    상기 항법 정보의 속도 벡터와 헤딩각과의 물리적 연관성을 토대로 가상 측정값을 도출하고,
    도출된 가상 측정값(
    Figure pat00048
    )은 남북 방향의 속도 성분과 동서 방향의 속도 성분의 비가 이루는 각과 헤딩각의 오차인 것을 특징으로 하는 이동체 항법 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 항법 필터부는,
    상기 위치, 속도, 및 자세에 대한 항법 정보의 상태 변수를 편미분하여 선형 관측 모델을 나타내는 예측값(
    Figure pat00049
    )을 도출하는 가상 측정값 예측 모듈과,
    상기 예측값(
    Figure pat00050
    )과 상기 가상 측정값(
    Figure pat00051
    )의 오차인 잉여치를 도출하는 잉여치 도출 모듈과,
    상기 잉여치를 상기 항법 정보 도출부에서 도출된 초기 항법 정보에 반영하여 초기 항법 정보를 보정하고 보정된 항법 정보를 출력하는 항법 정보 출력 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체 항법 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 예측값(
    Figure pat00052
    )은
    상기 항법 정보의 위치, 속도, 및 자세 정보의 상태 변수에 대한 각각의 편미분값으로 연산한 후 연산된 위치 정보에 대한 편미분값을 0으로 설정하여 도출하는 것을 특징으로 하는 이동체 항법 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 잉여치는
    상기 예측값(
    Figure pat00053
    )과 상기 가상 측정값(
    Figure pat00054
    )의 차로 도출되는 것을 특징으로 하는 이동체 항법 시스템.
  7. 이동체의 위치, 속도, 및 자세를 포함하는 항법 정보의 각 상태 변수를 편미분하여 선형 관측 모델링을 도출하여 예측값 (
    Figure pat00055
    )를 생성하는 가상 측정값 예측 모듈과,
    상기 예측값(
    Figure pat00056
    )과 각 항법 정보에 대한 속도 벡터와 헤딩각의 물리적 연관성을 나타내는 수학적 모델링을 통해 도출된 가상 측정값(
    Figure pat00057
    ) 간의 오차인 잉여치를 도출하는 잉여치 도출 모듈과,
    상기 잉여치를 입력된 항법 정보에 반영하여 보정된 항법 정보를 출력하는 항법 정보 출력 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체 항법 시스템의 항법 필터.
  8. 가속도 센서 및 각속도 센서로부터 공급되는 이동체의 가속도 및 각속도를 토대로 위치, 속도 및 자세 정보를 포함하는 초기 항법 정보를 도출하는 항법 정보 도출 단계와
    상기 초기 항법 정보의 속도 벡터와 헤딩각의 물리적 연관성을 나타내는 수학적 모델링을 통해 가상 측정값을 도출하는 가상 측정값 도출 단계와,
    상기 항법 정보의 속도 크기를 기 정해진 임계치인 경우 상기 가상 측정값과 각 항법 정보의 상태 변수에 대한 선형 관측 모델링으로부터 도출된 예측값을 토대로 항법 필터링을 실행하여 보정된 항법 정보를 출력하는 항법 필터 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체 항법 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 항법 필터 단계는,
    상기 항법 정보의 속도 크기를 기 정해진 임계치 이상이 아닌 경우 각 항법 정보의 상태 변수에 대한 선형 관측 모델링으로부터 도출된 예측값을 토대로 항법 필터링을 실행하여 보정된 항법 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 이동체 항법 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 가상 측정값 도출 단계는,
    상기 항법 정보의 속도 벡터와 헤딩각과의 물리적 연관성을 토대로 가상 측정값을 도출하고,
    도출된 가상 측정값(
    Figure pat00058
    )은 남북 방향의 속도 성분과 동서 방향의 속도 성분의 비가 이루는 각과 헤딩각의 오차인 것을 특징으로 하는 이동체 항법 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 항법 필터 단계는,
    상기 위치, 속도, 및 자세에 대한 항법 정보의 각 상태 변수에 대해 편미분하여 선형 관측 모델링을 통해 예측값(
    Figure pat00059
    )을 도출하고,
    상기 예측값과(
    Figure pat00060
    )과 가상 측정값(
    Figure pat00061
    )의 오차인 잉여치를 도출하며,
    상기 잉여치를 반영하여 상기 초기 항법 정보를 보정한 후 보정된 항법 정보를 출력하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 이동체 항법 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 예측값(
    Figure pat00062
    )은
    상기 항법 정보의 위치, 속도, 및 자세 정보의 상태 변수에 대한 각각의 편미분값으로 연산한 후 연산된 위치 정보에 대한 편미분값을 0으로 설정하여 도출하는 것을 특징으로 하는 이동체 항법 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 잉여치는
    상기 예측값(
    Figure pat00063
    )과 상기 가상 측정값(
    Figure pat00064
    )의 차로 도출되는 것을 특징으로 하는 이동체 항법 방법.
  14. 제8항 내지 제13항 중 한 항에 따른 방법의 각 단계를 수행하기 위한 명령어를 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체.
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