KR20180045831A - 차량 위치 결정의 협업적 개선 - Google Patents

차량 위치 결정의 협업적 개선 Download PDF

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KR20180045831A
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프랑수아 자비에 마흐메트
리오넬 리
니콜라스 카페트
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쌍트르 나쇼날 데튜드 스파씨알르 (쎄 엔 어 에스)
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Abstract

본 발명은 자신의 GNSS 위치, 상기 위치 결정 장치 주변의 로버의 GNSS 위치 및 상기 위치 결정 장치의 상기 로버에 대한 상대 위치를 획득하도록 구성된 위치 결정 장치를 개시한다. 위치 결정 장치는 이 데이터 및 그들의 신뢰 지수에 기초하여 가장 적합한 위치를 계산하도록 구성된다. 위치 확인 장치는 직접 또는 항법 보조 센터를 통해 통신할 수 있다. 최적치는 신뢰성, 유용성 및 무결성의 지표로 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 본 발명의 위치 결정 장치는 자율 주행 차량의 주행 제어 장치에 명령을 발생시키기에 충분히 견고할 수 있다.

Description

차량 위치 결정의 협업적 개선{COLLABORATIVE IMPROVEMENT OF A VEHICLE'S POSITIONING}
본 발명은 차량용 협업 위치 결정 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따르면, 복수의 차량이 자신의 절대 위치 결정을 개선하기 위해 자신들의 상대 위치 및 절대 GNSS 위치결정 데이터를 획득하고 교환한다.
자동차 제조사에 의해 기본적으로 장착된 GNSS 수신기 또는 차량 운전자가 가져온 착탈식 장치가 점점 더 많은 차량(자동차, 오토바이, 버스 등)에 장착된다.
점점 더 많은 응용이 업무용 또는 레저용으로, 특히 탑재된 차량 상의 국지화 데이터에 의존한다. 예를 들어, 거의 실시간 경로 계획 설정 및 모니터링과 같은 보조 항법은 사람의 운송 및/또는 물품 인도를 최적화하는 데 점점 더 중요하다. 버스, 트럭, 자동차, 오토바이 또는 여러 가지 사용 케이스에서 지상 이동-예를 들어 열차- 또는 항공이나 해운 운송체와 같은 다양한 유형의 운송체를 운송에 사용할 수 있다. 개인 소유 및 사용의 표준 모델 외에도 이 차량들은 차량 운영단 및 승무원의 효율적인 관리를 필요로 하는 다양한 비즈니스 모델 하에서 운영될 수 있다. 차량의 운영단은 공공 기관이나 사기업이 운영하여 자원의 활용률과 고객에게 전달되는 서비스의 질을 향상시키기 위해 경로 계획설정 및 모니터링을 사용할 수 있다. 경로 계획의 기본 사항은 본 발명내용의 범위를 벗어나지만 이 기능은 정확한 위치 정보 데이터의 유용성에 크게 의존한다는 점에 유의해야 한다.
위치 결정 데이터의 정밀도, 가용성 및 무결성에 대한 성능 향상은 차량 운영단(예: 직원 및 차량)의 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있게 한다. 개인 사용자조차도 위치 데이터의 정밀도와 정확성 증가로 인한 보조 내비게이션의 개선의 이점을 누릴 수 있다. 적응형 크루즈 컨트롤(ACC) 및 맹점 검출과 같은 차량 안전 애플리케이션은 차량의 바로 근처에서 상대 위치를 생성하는 거리 측정 센서(일반적으로 수십 센티미터 내지 수백 미터)에 의존한다. 그러나 자율 주행 차량의 설계를 위해 장거리 및 단거리 위치 결정을 보다 잘 통합하고 이중화를 제공하기 위해 다양한 위치 결정 기술(GNSS로 생성된 절대 위치 및 센서에 의해 생성된 상대 위치 결정)의 통합이 고려된다. 이 응용 프로그램의 경우 정밀도, 가용성 및 무결성에 대한 사양이 여전히 높다.
그러나 GNSS는 특히 도시 환경에서 아래에서 논의될 몇 가지 고유의 한계점을 가지고 있다.
내비게이션 수신기는 중간 지구 궤도 위성에 의해 송신된 L-대역 RF(무선 주파수) 신호에 의존하며, GPS(미국), Galileo ™(유럽), Glonass ™(러시아) 및 Beidou ™(중국) 등 지구의 대부분의 표면을 커버하기 위해 수십 개를 포함하는 컨스텔레이션(constellation)에 일반적으로 포함된다. 이러한 컨스텔레이션은 GNSS(Global Navigation Satellite System)의 약자로 지정된다.
GNSS 반송파 신호는 수신기와 명확한 위성 사이의 의사 거리(pseudo-range)의 계산을 허용하는 내비게이션 메시지 및 의사 랜덤 코드에 의해 변조된다. 최소 4개의 의사 거리를 사용하여 수신기의 위치, 속도 및 시간(PVT)을 계산할 수 있다. 소비자가 사용하는 유형의 수신기에서 위치 정보는 내비게이션 솔루션을 계산하는 데 직접 사용되는 정보이다.
PVT 측정은 다수의 오류에 의해 영향을 받고, 그 중 일부는 사용된 측정 원리에 고유한 것으로(즉, 대기권을 통한 RF 신호의 궤도 이탈 - 전리층 및 대류권 - 위성의 궤도 편차에 기인), 수신기 고유 및 위성 결함(예: 시계 편차) 또는 시간의 특정 시점에서 볼 때 인공위성의 일부 배열에 기인하는(즉, 수평선 너머의 위성 고도, 가시적 인 위성의 낮은 분산 - 크게 희석된 정밀도 또는 DOP)것이 있다. 특정 유형의 수신기에서만 사용할 수 있는 특정 처리 기술을 사용하여 이러한 오류를 완화하는 데 여러 가지 교정을 사용할 수 있다(예: 이중 주파수 수신기는 교정의 품질에 따라 수십 미터에서 수 미터 혹은 그 이상으로 정밀도 이득에 대한 전리층 오류를 완화할 수 있음). 이를 정밀 포인트 위치 지정 또는 PPP라고 한다. DGPS(Differential GPS) 또는 RTK(Real Time Kinematics)는 외부 정보의 통합으로 인해 수십 센티미터의 정밀도를 제공한다(알려진 위치를 가지는 고정된 기준국에 대한 상대적인 위치 지정).
이 위치가, 특히 내비게이션 RF 신호를 반사하거나 시간의 한 순간에 시야선(LOS)에 있어야 하는 다수의 위성을 가리는 다수의 물체에 의해 둘러싸일 때, 수신기의 위치에 의존하는 일부 오류를 일관되고 효율적인 방식으로 완화하는 것이 더 어렵다. 그러한 조건에서, GNSS 신호를 획득할 때와 상기 신호를 추적할 때 모두, 오류의 모든 다른 원인이 동일하게 되어, PVT의 계산의 정밀도는 매우 열악하다.
도시 협곡(즉, 마천루 사이의 거리) 또는 나무, 식목 또는 반사 구조물을 따르는 도로에서, 다중 경로는 위성의 의사 거리(UERE: User Equivalent Range Error, 사용자 등가 거리 오류) 결정의 오류를 증가시킬 뿐만 아니라, 추가 인공위성의 사용으로 인한 안테나의 시야각이 더 좁아져서 정밀도의 증가가 제한되므로 (기하학적) 정밀도 희석(GDOP 또는 DOP)을 초래한다.
UERE의 저하는 추적 루프에 의해 획득되거나 추적되는 명확한 위성의 신호 손상에 기인한다. 위성 추적은 획득된 코드 신호와 각 위성에 고유한 코드 신호의 수신기에 의해 생성된 다수의 로컬 복제본 간의 상관 함수의 최대화에 의존한다. 상관 함수가 다중 경로에 의해 손상되고 위성이 올바르게 획득되지 않거나 손실될 수 있다. 신호 추적이 여전히 가능하더라도 신호 손상은 상관 함수의 형태에 영향을 미치므로 의사 거리 추정과 UERE가 저하된다.
개별 수신기의 레벨에서 적용 가능한 완화 기술은 수년간, 특히 상관 단계에서 적용되는 특정 처리에 기초하여 설계되고 구현되었다. 또한, 일부 완화 기술은 안테나 레벨에서 적용될 수 있다.
이러한 기술 대신 또는 추가로, 로버(rover)(예를 들어, 버스, 트럭, 승용차, 오토바이, 또는 수신기 또는 수신기를 포함하는 다른 모바일 운송 장치를 포함할 수 있는 것, 여기서 로버라는 명칭은 차량과 교체 사용할 수 있음)가 차량간(V2V) 및 차량과 인프라 간(V2I)의 통신의 배치와 관련하여 논의된 바 있는데, 이 인프라는 CVIS(Cooperative Vehicle Infrastructure Systems)로 정의되며 도로를 따라 통신 네트워크의 여러 노드 및 가능하게는 자동화된 또는 유인된 제어 및 명령 센터를 포함할 수 있다. CVIS는 유용한 데이터(예: POI(관심 지역 정보) - 경로에 따른 특이한 지역 뉴스), 지원 데이터(계획된 도로 공사, 사고, 막힘, 제안된 이동 경로 또는 모든 유형의 운항 보조 데이터) 또는 안전 데이터(V2V 상대 거리 및 최소 거리 및 사각지대 경보에 대한 절대 또는 상대 속도 측정 또는 자동 정지 등을 포함한 충돌 회피)를 제공하거나 제공할 예정이다.
궁극적으로, 자율 주행 차량은 충분히 정확하고 충분한 가용성 및 무결성을 갖는 차량 위치 데이터에 크게 의존해야 할 것이다. V2V 안전성 적용의 경우 도로 수준(차량이 주행하는 도로는 어느 것인가), 차선 간-수준(주행하는 차량의 도로의 차선은 어느 것인가) 또는 차선내 수준(차선의 어디에 차량이 명확하게 위치한 것인가)에서 정확도가 정의되어야 한다. 달성할 수 있는 정밀도는 도로 수준에서 5m 보다 좋아야 하며 차선 내 수준에서 1m 보다 좋아야 성취된다. 또한 진정한 도전은 실제로 도시 협곡과 같은 다중 경로 반영에 의해 크게 영향을 받는 환경을 포함하여 모든 환경에서 이러한 수준의 정밀도를 유지하는 것일 수 있다.
위치 결정 데이터의 정밀도 및/또는 가용성을 향상시키기 위한 협력적 접근법을 개발할 때 몇몇 시도가 있었다. 제1 로버의 위치 결정은 상기 제1 로버의 GNSS 수신기의 출력을, 다른 로버의 선택에 관하여 제1 로버의 상대적인 위치를 나타내는 데이터와 제1 로버의 부근에 있는 다른 로버의 GNSS 수신기의 출력과 결합시켜 얻어질 수 있다. 후자의 데이터는 거리 측정 능력을 갖는 LIDAR 센서, RF 또는 광학 출력에서 생성될 수 있다. 데이터 융합은 피어-투-피어 아키텍처 또는 중앙 아키텍처에서 수행될 수 있다. V2V 및 V2I 링크는 표준화를 위한 몇 가지 제안과 함께 전용 단거리 통신(DSRC: Dedicated Short Range Communication) 장치를 사용하는 경향이 있다. DSRC 장치는 레인징 기능을 가질 수 있다. 이러한 종류의 시스템 중 하나 이상의 프로토타입은 특히 Zarzosa 등의 논문["Relative Positioning for Collision Avoidance Systems" (REPOSIT), FP6 Project, Final report, Dec. 2007]; Basnyake 등의 논문["Can GNSS Drive V2X?", GPS World, Oct. 2010; Garello et al., "Peer-to-peer cooperative positioning - Part II, Hybrid Devices with GNSS and Terrestrial Ranging Capabilities", Inside GNSS, Jul.-Aug. 2012]에 기재되어 있다.
이들 시스템은 다수의 단점을 갖는다. 특히, 그들이 결정한 위치의 정밀도를 예측 가능한 신뢰 구간의 규격화된 장비를 제공하는 것을 허용하지 않는다.
이들은 측정치의 가용성 및/또는 무결성에 대한 측정 및/또는 예측을 제공하지도 않는다.
다른 이점들 중, 본 발명은 앞서 언급된 단점을 극복하기 위한 해결책을 개시한다.
본 발명의 목적은 이 필요성을 충족시키는 것이다. 이 효과를 위해, 본 발명은 특히 로버의 적어도 일부에 대하여 복수의 상대 위치와 복수의 로버의 GNSS 위치를, 이들 위치 결정 장치의 측정의 신뢰 지수와 함께 획득하는 위치 결정 장치를 개시한다.
이 효과를 위해, 본 발명은 하나 이상의 GNSS 컨스텔레이션들로부터 GNSS 신호들을 포착하고 상기 GNSS 신호들로부터의 PVT 계산에 기초하여 상기 위치 결정 장치의 제1 위치를 계산하도록 구성된 GNSS 유닛; 하나 이상의 로버의 상기 위치 결정 장치로부터 상대 위치를 획득하고 상기 상대 위치의 신뢰 지수를 결정하도록 구성된 위치 감지 유닛; 관련 신뢰 지수를 갖는 몇몇 로버의 시간 스탬프 GNSS PVT 위치를 상기 위치 결정 장치에 이용 가능하게 하도록 구성된 통신 링크; 그리고 상기 GNSS 유닛; 상기 위치 감지 유닛 및 상기 통신 링크로부터의 입력에 기초하여 상기 위치 결정 장치의 제2 위치를 계산하도록 구성된 위치 결정 로직을 포함하는 위치 결정 장치를 개시한다.
바람직하게는, 상기 위치 결정 로직은 상기 위치 결정 장치의 제1 위치와 상기 로버의 일부분의 상기 GNSS PVT 위치들 각각을 연결하는 제1 그룹의 세그먼트들을 포함하는 제1 기하구조와, 상기 위치 결정 장치의 제1 위치와 상기 위치 결정 장치에 대한 일부 로버의 상대 위치 각각을 상기 위치 결정 장치에 연결시키는 제2 그룹의 세그먼트를 포함하는 제2 기하구조를 포함한다.
바람직하게는, 최적 솔류션은 선택된 피어 쌍에 대한 최소 유클리드 거리를 갖는 포인트를 결정함으로써 계산되며, 선택된 쌍의 각 포인트는 제1 그룹 또는 제2 그룹 중 하나에 속한다.
바람직하게는, 상기 위치 결정 로직은 후보 제2 위치를 신뢰원(confidence circle)의 적어도 한 쌍의 교차 지점에 위치한 선택된 지점들에 연결하는 선택된 세그먼트들의 기점을 포함하는 최소원으로 결정되는 상기 제2 위치의 신뢰원을 계산함으로써 상기 제2 위치를 계산하도록 또한 구성되고, 한 쌍의 신뢰원이 로버에 부착되고, 상기 쌍 내의 제1 신뢰원이 로버 GNSS 위치와 관련되고, 상기 쌍 내의 제2 신뢰원이 위치 결정 장치에 대해 상기 로버의 상대적인 위치와 관련된다.
바람직하게는, 상기 위치 결정 로직은 상기 로버의 상기 제1 위치 주변의 신뢰원 및 상기 하나 이상의 로버의 GNSS PVT 위치를 복수의 작은 피쳐들로 분쇄하는 것에 의해 제2 위치를 계산하도록 구성되고, 제1 신뢰원 내의 제1 작은 피쳐 특징 및 제2 신뢰원 내의 제2 작은 피쳐는 로버 중 하나 및 다른 로버 중 하나와 로버 중 하나 및 다른 로버 중 하나를 연결하는 세그먼트를 결정하며, 최적 솔루션은 상기 세그먼트가 상기 하나 및 다른 로버의 상대 위치의 기하구조와 가장 잘 일치하는 로버의 조합을 선택하는 것에 의해 결정된다.
바람직하게는, 상기 위치 결정 로직은 상기 GNSS 유닛, 상기 위치 감지 유닛 및 상기 통신 링크로부터의 입력을 하나 이상의 로버의 신뢰 지수에 기초하여 상기 GNSS 위치 또는 상기 상대 위치의 가중하도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 위치 결정 로직은 경로 계획 로직으로부터의 입력을 수신하여 처리하도록 또한 구성되며, 상기 입력은 GNSS 위치의 신뢰 지수 및 맵 매칭 알고리즘에 기초하여 로버의 상대 위치를 업데이트하는데 사용된다.
바람직하게는, 상기 위치 결정 로직은 또한 상기 제2 위치의 가용성 지수 또는 무결성 지수 중 하나 이상을 계산하도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 GNSS 유닛 및 상기 위치 결정 로직 중 하나 이상은, 위치 결정 장치의 동작의 속도 또는 방향의 하나 또는 그 이상을 사용하여, 마지막 알려진 제1 위치를 전파함으로써 에포크에서 아무것도 이용 가능하지 않을 때 제1 위치를 생성하도록 더 구성된다.
바람직하게는, 상기 위치 감지 유닛은 RF 송신 및/또는 수신(T/R) 모듈을 갖는 하나 이상의 위치 센서를 포함하고, 상기 T/R 모듈은 상기 T/R 모듈 간의 비행 시간을 계산함으로써 다른 T/R 모듈에 대한 거리를 측정하도록 구성되고, 상기 T/R 모듈 간의 비행 방향을 측정함으로써 거리의 각도를 결정한다.
바람직하게는, 상기 통신 링크는 차량 대 차량(V2V) 통신 링크 또는 차량 대 인프라(V2I) 통신 링크 중 하나 이상이다.
바람직하게는, V2V 또는 V2I 통신 링크 중 하나 이상은 DSRC 통신 링크이다.
바람직하게는, 통신 링크는 공개/가입(Publish/ Subscribe) 프로토콜을 사용한다.
바람직하게는, 상기 통신 링크는 내비게이션 지원 센터로 및 그로부터 데이터를 송신 및/또는 수신하도록 구성된다.
본 발명은 또한 GNSS 유닛에서 하나 이상의 GNSS 컨스텔레이션의 GNSS 신호들을 획득하는 단계와 상기 GNSS 신호들로부터의 PVT 계산에 기초하여 위치 결정 장치의 제1 위치를 계산하는 단계; 하나 이상의 로버에 대한 상대 위치를 위치 센싱 유닛에서 획득하고, 상기 상대 위치의 신뢰 지수를 결정하는 단계; 통신 링크에서, 관련 신뢰 지수를 갖는 일부 로버의 타임-스탬프 GNSS PVT 위치를 획득하는 단계; 및 상기 GNSS 유닛, 상기 위치 감지 장치, 및 상기 통신 링크로부터 입력들에 기초하여 상기 위치 확인 장치의 제2 위치를 위치 결정 로직에서 계산하는 단계를 포함하는 위치 결정 방법을 개시한다.
본 발명은 또한 I) 위치 결정 장치를 탑재하는 복수의 로버를 포함하며, 각각의 위치 결정 장치는 하나 이상의 GNSS 컨스텔레이션으로부터 GNSS 신호를 포착하고 GNSS 신호로부터의 PVT 계산에 기초하여 상기 위치 결정 장치의 제1 위치를 계산하도록 구성된 GNSS 유닛; 상기 위치 결정 장치로부터 하나 이상의 로버까지 상대 위치를 획득하고 상기 상대 위치의 신뢰 지수를 결정하도록 구성된 위치 감지 유닛; 관련 신뢰 지수를 갖는 몇몇 로버의 시간 스탬프 GNSS PVT 위치를 상기 위치 측정 장치에 이용 가능하게 하도록 구성된 통신 링크; 및 상기 GNSS 유닛, 상기 위치 감지 유닛 및 상기 통신 링크로부터의 입력들에 기초하여 상기 위치 확인 장치의 제2 위치를 계산하도록 구성된 위치 결정 로직을 포함하고, II) 내비게이션 지원 센터는 대응하는 ID를 갖는 복수의 로버, 드라이버 및 위치 확인 장치의 데이터베이스에 대한 액세스; 복수의 위치 결정 장치에 연결되는 통신 링크를 포함하며, 상기 통신 링크는 적어도 일부 GNSS 위치 및/또는 상기 복수의 위치 확인 장치의 상대 위치를 획득하도록 구성되는 위치 확인 시스템을 개시한다.
다른 이점들 중에서, 본 발명은 측정치의 무결성을 평가하는 프로세스를 제공한다. 또한, 몇몇 위치에서, 복수의 GNSS 컨스텔레이션 및 증강 시스템들의 이용 가능성은 증가된 정밀도 및 여분을 가능하게 제공한다.
본 발명은 로버 측정치를 가입자에게 분배하는 중앙 설비로 구현될 수 있다. 선택적으로, 또는 조합하여, 본 발명은 로버-로버, 즉 피어-피어(peer-to-peer) 아키텍처에서 중앙 서버의 필요성 없이 구현될 수 있다.
본 발명은 소프트웨어 업그레이드만으로도 크기, 중량 및 전력이 낮은 표준 장치로 구현될 수 있으며, 따라서 레거시 로버를 사용하여 구현 또는 배치하는 것이 쉽고 비용이 많이 들지 않는다.
본 발명 및 그 다양한 실시예에 의해 제공되는 이점들로 인해, 특히 도시 환경과 같은 불안정한 환경에서, 특히 위치 데이터 이외의 다른 데이터, 예를 들어, 로버 사이에서 공유되고 지역적으로 처리될 수 있는 교통 혼잡이나 도로 공사에 대한 순간 데이터에 대한 로버의 내비게이션을 크게 개선할 수 있다.
본 발명은 교통 이력, 사고, 도로 폐쇄, 속도 제한, 관심 지점, 주유소 또는 충전소, 및 다중 경로 반사에 대한 로컬 데이터를 적절하게 고려할 수 있는 몇 가지 개선점과 쉽게 조합될 수 있다.
본 발명 및 그 이점은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 비 제한적인 실시예에 의해 주어진 특정 실시예의 다음의 상세한 설명을 읽을 때 더 잘 이해될 것이며, 도면에서:
도 1은 종래 기술에 따른 다양한 위치 결정 기술을 구현할 수 있는 차량의 개략도;
도 2는 일 실시예에 따라 본 발명을 구현하기 위한 기능적 아키텍처;
도 3은 일 실시예에 따라 본 발명을 구현하기 위한 또 다른 기능적 아키텍처;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 본 발명을 구현하는 기능적 아키텍처의 또 다른 사용례 도시도;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 차량의 위치를 결정하기 위한 본 발명의 방법의 사용례 도시도;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 차량의 위치를 결정하는 알고리즘 도시도;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 본 발명을 구현하기 위한 차량에 탑재된 가능한 물리적 아키텍처의 도시도; 및
도 8은 일 실시예에 따른 본 발명의 방법의 흐름도.
도 1은 종래 기술에 따른 다양한 위치 결정 기술을 구현할 수 있는 차량의 개략도를 나타낸다.
이 개략도에 대한 공헌은 GNSS 장비 제조사인 Novatel ™에 주어진다. 여전히 이론적이라 할지라도 개략도에 묘사된 모든 센서와 기능을 갖춘 자동차는 현재 시장에 나와있는 것처럼 보이지 않으며, 이는 미래의 자동차에 센서의 중요성을 보여준다. 센서는 신호 처리와 데이터 융합을 의미한다. 라스베가스의 가전 박람회(CES)는 부품 및 장치 제조업체들에게 오랫동안 필수품으로 자리 잡았으며 이제는 대부분의 자동차 플랫폼 및 장비 제조업체에게 "있어야 할 장소"가 되었다. 전시된 컨셉카에는 레이더, 카메라, LIDARS, 가까운 환경에서 자동차를 배치하고 장애물을 감지하고 운전자에게 운항 및/또는 운전 보조를 제공하거나 차량을 직접 제어하는 데 사용되는 초음파 센서가 풍부하게 장착되어 있다. 항공 우주 또는 해상 운송 플랫폼에서 오랫동안 사용 되어온 기술은 현재 바퀴가 달린 차량에서 길을 찾는다.
도 1에 도시된 바와 같이, 차량(100)은 다음을 구비한다:
- 적응형 크루즈 컨트롤(ACC)을 제어하기 위한 주 센서로서 사용되는 장거리 레이더(110), 즉 미리 설정된 속도로 순항하는 차량이 전방 차량을 추적할 수 있는 기능, 상기 차량이 감속하면 자동으로 제동하고 차량이 다시 가속할 때 미리 설정된 속도까지 다시 가속한다. ACC는 앞을 내다 보며 일반적으로 수 미터에서 수 백 미터의 범위를 가진다.
- LIDAR(120)는 ACC 기능을 제어하거나 경로상의 다른 장애물(보행자, 자전거 타는 사람, 동물, 잔해물 등)을 감지하기 위한 여분의 또는 보조 센서로 제공될 수 있다. LIDAR는 비상 제동 및 충돌 회피 기능을 제어할 수 있다;
- 단거리/중거리 레이더(130)는 맹점 검출, 충돌 경고 등을 제공한다;
- 카메라(140)는 서라운드 뷰, 주차 지원, 교통 표지 인식, 차선 이탈 경고와 같은 다양한 기능을 제어하기 위해 단독으로 또는 다른 센서와 함께 사용되는 이미지를 제공할 수 있다;
- 초음파 센서(150)는 대부분 주차지원 기능을 위한 입력을 제공한다.
또한, 도 1은 RF 통신 모듈(160)을 도시한다. RF 통신은 요금 징수와 같이 임계적이지 않은 기능과 같은 상이한 응용에 사용될 수 있다. 전용 단거리 통신(DSRC: Dedicated Short Range Communications)로 알려진 이러한 통신을 위한 준-표준이 나온다. 미국과 유럽에서는 5,9 GHZ 대역에서 수십 ㎒(미국에서는 30 ㎒)의 대역폭이 할당되었다. DSRC는 정보를 전송하거나 명령을 양방향으로 전송하는 데 사용될 수 있다. 또한 두 개의 송/수신(T/R) 모듈 사이의 거리를 결정하는 데에도 사용할 수 있다. 이 결정은 T 모듈에서 R 모듈로 이동하여 되돌아 오는 RF 웨이브 프론트의 도착시간(TOA:Time Of Arrival) 또는 비행시간(TOF: Time of Flight)의 계산에 의해 결정된다. R 모듈이 물리적으로 또는 T/R 모듈을 제어하는 소프트웨어에 의해 일부 안테나 다이버시티를 적용하도록 구성된 경우, 도착 방향(DOA) 또는 비행 방향(DOF)이 결정될 수 있으므로, T/R 모듈 사이의 거리가 아니라 T/R 모듈의 3D 상대 위치에 대한 완전한 결정이 가능하다. 이러한 통신 및 유도된 상대 위치 결정은 V2C 모드 또는 V2I 모드에서 수행될 수 있다. 후자의 경우, 로버에 탑재된 센서는 도로 기반 시설에 위치한 트랜스폰더(능동 또는 수동)와 통신할 때 범위와 방향을 측정한다.
또한, 도 1은 GNSS 모듈(170)을 도시한다. 차량에 탑재된 GNSS 수신기는 단일 컨스텔레이션(GPS2 또는 GPS3, Glonass, Beidou, Galileo, 기타)으로부터 신호를 수신할 수만 있거나, 둘 이상(다중 컨스텔레이션 수신기)을 수신할 수 있다. 표준 모드에서 GNSS 수신기는 공개적으로 사용 가능한 신호만 수신하도록 구성된다. 그러나 등록된 사용자(예를 들어 향후 Galileo Commercial Service 임)에게만 정보를 제공하거나 정부 기관용으로 확보되도록 하기 위해 보호되는 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 이미 설명했듯이 GNSS 수신기는 PVT 데이터를 전달한다. EGNOS 또는 WAAS와 같은 위성기반 증강 시스템(SBAS) 또는 D-GPS(Differential GPS) 또는 RTK(Real Time Kinematics)와 같은 지상기반 증강 시스템(GBAS)의 증강된 정보를 제공할 수 있다. SBAS와 GBAS는 위성 및/또는 수신기의 편차에 대한 보정을 계산하기 위해 전리층 오차, 궤도 계산 데이터 또는 알고리즘/표의 보정을 제공함으로써 더 나은 정밀도를 허용할 수 있다. GNSS 수신기는 일반적으로 한정된 별자리 컨스텔레이션을 위해 단일 주파수 대역의 신호를 수신하도록 구성된다. 또한 두 개의 서로 다른 주파수 또는 그 이상의 신호를 수신하도록 구성될 수도 있다. 갈릴레오 컨스텔레이션은 예를 들어 3가지 다른 주파수로 내비게이션 신호를 전송한다. 적어도 두 개의 서로 다른 주파수에서 수신된 신호를 처리하면 반송파 위상 정수의 불확실성을 쉽게 제거할 수 있으므로 훨씬 정확한 의사 거리 및 PVT가 된다. 결국 가장 중요한 것은, 여러 가지 증강 기술(다중 주파수, SBAS 또는 GBAS 등)을 누적하면 데시미터 레벨에서 정확도를 향상시킬 수 있다.
이러한 우수한 수준의 정밀성에도 불구하고, 현재 자율 주행 차량의 대부분의 설계자는 ACC, 비상 제동, 충돌 회피 등과 같은 중요한 상황의 적용에 사용되는 차량 위치 데이터를 제공하기 위해 GNSS 수신기에 의존하지 않는다.
이것은 주로 GNSS 위치의 가용성 및/또는 무결성이 특히 조밀하거나 반 밀집한 도시 지역을 통하는 내비게이션을 통하여 보장될 수 없기 때문이다. 이는 확정시간(Time to Fix: 즉, 콜드 스타트에서 위치를 획득하는 데 필요한 시간), 다중 경로 반사(이미 논의된 바와 같음)와 같은 측정의 가용성 및 일관성에 영향을 주는 여러 현상에 의해 발생하며, 공간에서 정렬되어 있거나 그러한 컨스텔레이션을 가지는 위성의 상대 위치가 시간에 따라 변하기 때문에, 그리고 그 수는 목표 정밀도보다 높아야 하기 때문에, 측정 정확도가 로버의 위치 및 하루 중 시간에 따라 크게 달라질 것이라는 사실이다.
이들 장애물 각각은 이 설명의 다양한 구절에서 논의되는 바와 같이 어느 정도 제거되거나 완화될 수 있다. 그러나 본 발명의 주된 목적은 GNSS 측정에 적어도 부분적으로 의존하는 위치 측정의 가용성 및 무결성의 예측 및 보장을 허용하는 시스템 레벨 솔루션을 제공하는 것이다.
도 2는 몇몇 실시예에 따라 본 발명을 구현하기 위한 기능적 아키텍처를 나타낸다.
전술한 문제에 대한 시스템 레벨 해결책은 주로 각 차량(211, 212, 213, 21n ...)에 탑재된 다수의 기능을 제공하는 것에 의존한다:
- PVT 계산 유닛 또는 GNSS 수신기(221);
- 하나 이상의 로버 위치 231(1,2), 231(1,3) 등을 획득하는 V2V 및/또는 V2I 위치 추정 유닛(231);
- 하나 이상의 V2C 및/또는 V2I 통신 링크(241);
- 계산 유닛(251).
PVT 계산 유닛(221)은 전술한 유형의 표준 GNSS 수신기, 즉 안테나 어셈블리가 하나 이상의 주파수들에서 하나 이상의 컨스텔레이션으로부터 내비게이션 신호들을 획득하는 것일 수 있다. 그것은 스푸핑이나 변조의 위험을 완화하기 위해, 또는 다중 경로 반사를 완화하기 위하여 내비게이션 신호를 인증하도록 하나 이상의 추가 기능을 갖춘 수신기일 수 있다. 안테나 장치는 본 출원인에게 양도된 PCT 제 WO2016/034623 호에 공개된 유형의 부가적인 하드웨어 및 소프트웨어 능력을 갖는 수신기일 수 있으며, 여기서 안테나 배열은 미리 결정된 방식으로 안테나의 가변 방사 패턴을 생성하도록 구성된다. 이것은 LOS 신호를 선택적으로 획득하도록 구성된 안테나 장치를 갖는 수신기일 수 있으며, 이는 동일한 출원인에게 양도된 EP 제 16305611.2 호로 출원된 유럽 특허 출원에 개시된 것과 같은 비-LOS 신호를 제거하기 위한 것이다. GBAS 또는 SBAS 서비스에 의해 전송되거나 독립 실행형 모드 또는 공동 작업 모드에서 로컬로 계산되는 오류 수정을 획득하고 처리하는 추가 하드웨어 및/또는 소프트웨어 기능을 갖춘 수신기일 수 있으며, 본 출원과 동일한 출원인에게 양도된 PCT 출원 제 WO2016/008991 호에 개시되어 있으며, 내비게이션 솔루션의 신뢰 지수는 다양한 파라미터로부터 수신기에 의해 또는 동일 출원인에게 양도된 제 WO2016/034622 호에 의해 계산되고, 로버에서 다른 로버의 코드 및 위상 측정치가 획득되며, 또는 본 출원인에게 양도된 EP 제15305948.0호로 출원된 유럽 특허 출원에 의해 개시되며, 수신기가 최적의 오류 정정 모드를 선택할 수 있다.
바람직하게는, 변조에 대해 GNSS 수신기를 방어할 수 있는 스푸핑 방지 메커니즘을 제공하는 것이 좋을 수 있다. 자율 차량의 내비게이션 시스템은 쉽게 침투되어 차량이 하이재킹될 수 있음이 입증되었다. 이미 인용된 참고 문헌에 추가하여, 본 출원과 동일한 출원인에게 양도된 EP 제 16305972.8호에 개시된 유형의 로버의 GNSS 위치의 인증을 구현하는 것이 고려될 수 있으며, 여기에서 하나 이상의 원본 데이터 또는 원본 신호는 GNSS 수신기의 출력에서 캡쳐되어 수신기에 의해 출력된 PVT에 대응하는 시뮬레이션된 원본 데이터(각각 원본 신호)와 비교된다. 시뮬레이트된 원본 데이터 및/또는 원본 신호가 수신기에 의한 PVT 출력에 대응하지 않으면, 이는 시도된 변조의 시늉에 불과하다. 이 실시예는 로버가 절대적으로 보호될 필요가 있는 고가의 페이로드를 운반하는 경우에 특히 유익할 수 있다. 이 경우 실시간 또는 거의 실시간 인증을 수행하기 위해 로버에 탑재된 GNSS 신호 시뮬레이터를 갖는 것이 좋다. 대안으로 또는 부가적으로, 인증은 변조/스푸핑에 대한 이전의 시도에 기초하여 의심스러운 수신자들의 데이터베이스를 포함하는 서버에 접속함으로써 야기될 수 있다.
다른 유형의 애드-온, 하드웨어 또는 소프트웨어를 갖는 다른 종류의 수신기가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 예상될 수 있다. 모든 수신기에 존재하는 공통된 특징은 수신기의 출력에서 PVT 계산의 하나 이상의 신뢰 지수를 이용할 수 있다는 것이다. 이 데이터는 일반적으로 미국 국립 해양 전자 협회(US National Marine Electronics Association)에 의해 최초 정의된 NMEA 포맷으로 이용 가능하고, 본 발명에 따라 계산 유닛(251)에 의해 PVT 데이터로서 처리되도록 구성된다.
V2V 및/또는 V2I 위치 추정 유닛(231)은 도 1에 부호(110, 120, 130, 140, 150)로 표시된 센서와 같은 RF, 음향 또는 광학 타입의 LOS 레인징 성능을 갖는 센서 장치일 수 있다. 예를 들어, V2V 위치 추정 유닛(231)은 231(1,2) 및 231(1,3)을 통해 로버 2 및/또는 로버 3의 위치를 각각 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 그러한 센서는 또한 방향 찾기 기능을 갖는다. 바람직하게는, V2V 및/또는 V2I 위치 추정 유닛(231)은 LOS에서 물체의 유형 및 상태를 식별할 수 있는 능력을 가지며, 자전거 타는 사람이나 보행자인 경우, 길가에 있는 나무이거나 파편인 경우 특히 다른 차량 또는 트럭인 경우 움직이는지 여부를 결정하고, 움직인다면 방향이나 이동 속도를 결정한다. 이러한 기능 중 일부만 수행될 수 있다. 특히 V2V 기능만 수행될 수 있다. 본 발명의 유리한 측면에 따르면, V2V 및/또는 V2I 위치 추정 유닛(231)은 계산 유닛(251)에 측정값의 신뢰 지수를 결정하여 출력하는 능력을 갖는다.
V2V 및/또는 V2I 통신 링크(241)는 DSRC T/R 모듈을 사용하여 구현될 수 있다. 진행중인 표준화 작업은 지점-지점 간 또는 지점-다지점 간 RF 통신을 위한 ISM 대역 사용과 관련된 I3E 802.11 제품군의 특정 변형을 대상으로 한다. 이 변형은 802.11 p로 알려져 있으며 2010년에 채택되어 차량 환경의 무선 액세스(WAVE)로 연결된다. 802.11a 표준 및 OFDM 변조의 물리 계층을 사용한다. 5.9 GHz 주파수 주변의 30-75 ㎒(국가에 따라 다름)의 대역폭이 선택된다. T/R 모듈은 LOS에서 약 1km의 통신 범위를 허용해야 한다. 이는 802.11a 구현과 비교할 때 대역폭의 절반이거나 전송 시간의 두 배이다. 이 디자인 선택은 인접한 차량의 반사를 보다 잘 처리할 수 있게 한다.
V2V 및/또는 V2I 통신 링크(들)(241)는 공중 또는 사설 셀룰러 네트워크를 사용하여 대안적으로 구현될 수 있지만, 지점간 DRSC 링크에 비교할 ‹š 기지국 및 네트워크 관리 계층으로 인한 대기 시간은 실행의 문제를 초래한다. 공용 네트워크는 3GPP(또는 그 이하) 표준 또는 LTE 또는 5G 표준을 준수한다. 네트워크에 의해 동작되는 통신 링크를 사용하는 이점은 본 발명의 상세 설명에서 상세하게 설명될 실시예에 따라 로버의 위치의 최적 계산에 포함될 수 있는 잘 알려진 위치를 기지국이 가지므로 부가적인 국부화 소스를 제공하는 것이 가능하다.
통신은 차량에 의해 이동되는 도로를 따라 다른 차량 또는 액세스 포인트와 함께할 수 있다. V2I 통신은 단면 또는 양면일 수 있다. V2C 통신은 일반적으로 양면이다.
일 실시예에서, V2V 및/또는 V2I 통신 링크(241)는 V2V 및/또는 V2I 위치 추정 유닛(231)의 센서로서 기능할 수 있다. 특정 프레임의 TOA가 측정되는 절차를 가짐으로써, 통신 링크를 적어도 거리 측정 센서로 사용하는 것이 항상 가능하므로 TOF 및 이동된 거리의 계산을 허용한다. T/R 모듈이 특정 레벨의 다이버시티를 갖는 안테나를 사용하는 경우 다른 물리적 또는 가상 안테나 소자에 TOA의 차이를 계산하여 DOA 측정 기능을 추가할 수도 있다. 일정 기간 동안 측정 값의 분산을 계산하는 등에 의해 간단한 계산이 측정의 신뢰 지수를 결정하도록 적용될 수 있다. 또한, 저장된 이력 데이터에 기초하여 상기 측정치의 가용성 지수를 통계적으로 결정하는 것이 가능하다.
DSRC는 802.11a보다 더 많은 다중 경로 반사 저항성을 갖도록 설계되었다. 또한, 본 출원의 출원인과 동일한 출원인에게 양도된 EP 제16306153.4호에 따라 출원된 유럽 특허 출원에 개시된 바와 같이, 다중 경로 반사의 영향을 추가로 완화하기 위해 일부 처리가 추가될 수 있다.
V2V 및 / V2I 링크의 다른 유형이 지금까지 설명된 것의 대체물로 사용될 수 있다. 예를 들어, V2I 링크는 위성 통신 전송 계층을 사용할 수 있다. 두 링크는 예를 들어 가시광선 통신 링크가 사용 가능한 경우와 같이 광학 전송 계층을 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면, V2V 및/또는 V2I 통신 링크는 로버 PVT 계산 유닛의 출력을 상기 로버 주위의 다른 차량 또는 처리 센터로 송신하도록 구성된다. 바람직하게는, 전송된 데이터는 NMEA 포맷으로 컨디셔닝될 것이다. 유리하게는, 측정의 샘플링은 신뢰 지수의 계산과 전송 간격이 차량의 속도와 일치하도록 선택될 것이다. 일부 변형예에서, NMEA 데이터는 PVT가 계산된 다수의 위성을 포함할 수 있으며, 그들의 원래 컨스텔레이션을 포함한다. 선행의 실시예와 조합할 수 있는 다른 변형예에서 NMEA 데이터는 PVT 계산의 정밀도 희석(Dilution of Precision) 값을 포함할 수 있다.
일부 다른 변형예에서, 원본 데이터가 획득되어 다른 로버로 전송되도록 구성될 수 있다. 원본 데이터는 즉각적인 또는 예측하는 천문력 데이터이거나 도플러 값일 수 있다. 원본 데이터는 RTCM 형식 또는 전용 형식으로 사용할 수 있다. 원본 데이터는 FOM(Figure of Merit) 및 PVT 계산 데이터의 무결성을 보다 잘 확인하는 데 유용할 수 있다. 그러나, 한편으로는 로버의 계산 유닛(251)의 처리 능력, V2V 또는 V2I 통신 링크(241)의 데이터 속도 사이의 타협 또는 다른 한편으로는 상기 원본 데이터로 인해 달성되는 신뢰 지수와 정밀도의 증가의 타협이 될 수 있다.
피어-피어 통신은 공개/가입(또는 PubSub) 프로토콜을 이용하여 구현될 수 있으며, 이에 따라 사용자는 자신이 게시할 메시지 클래스를 가입자가 데이터에 액세스할 수 있도록 승인받는 기준과 함께 주소에 게시할 수 있다. 공개는 공개 로버의 미리 정해진 범위에서 사용자의 사용을 위한 것일 수 있다. 특정 클래스의 공개된 데이터에 액세스하도록 권한이 부여된 로버는 공개 로버의 미리 지정된 범위 내에서만 실제로 가입하거나 물리적으로 액세스할 수 있다. PubSub 아키텍처는 네트워크 트래픽을 줄이고 정보를 보다 잘 제어할 수 있다는 이점을 제공한다. 옵션으로 데이지 체인 원리를 적용하여, 데이터는 한 로버에서 두 번째로 가까운 로버로, 두 번째 로버에서 세 번째 로버로 전송될 수 있다.
계산 유닛(251)은 PVT 계산유닛(221), V2V 및/또는 V2I 위치 추정 유닛(231), 그리고 V2V 및/또는 V2I 통신 링크(241)로부터 입력을 수신한다. 바람직하게는, 계산 유닛에 전송된 데이터는 타임 스탬프된다. PVT 데이터의 타임 스탬핑은 기본이다. 바람직하게는, GNSS 시간은 또한 위치 추정 유닛의 출력을 타임 스탬프하는데 사용될 수 있다. 바람직하게는, 계산 유닛에/로부터 전송된 데이터는 차단 및/또는 변조를 피하거나 완화시키기 위해 암호화되거나 스크램블링될 수 있다.
계산 유닛은 표준 프로세서 또는 차량에 내장되는 견고한 프로세서를 사용할 수 있다. 계산 유닛은 암호화 키를 생성하기 위한 보안 프로세서를 포함할 수 있다. 계산 유닛은 중복 및 인증 목적을 위해 중복 계산 유닛을 가질 수 있다. 계산 유닛은 바람직하게는 단기, 중기 또는 장기간에 저장된 파라미터 또는 동적 데이터에 국부적으로 또는 서버상에서 액세스할 수 있다. 계산 장치는 신뢰도 및 무결성 지수를 사용하여 로버의 가장 가능성 있는 위치를 결정하는 알고리즘을 구현한다. 이러한 알고리즘은 이 설명에서 보다 상세히 논의될 것이다.
본 발명을 구현하기 위한 다양한 옵션이 사용자의 사전 등록 및 식별의 관점에서 가능하다. 한편으로 로버간에 공유되는 데이터는 임무와 안전에 중대한 영향을 미칠 수 있기 때문에 로버가 고의나 실수로 다른 로버 또는 센터에 정보를 보내는 "바보짓 하지 않기"를 제어할 수 있는 것이 유리한다. 이것은 중앙 권한자가 사용자 등록 권한을 부여하는 데 필요한 프로세스로 연결된다. 반면에 등록된 사용자가 많을수록 각 위치 계산 결과의 품질이 가장 높다. 또한 잠재적인 사용자 중 일부는 현지화 데이터의 개인 정보 보호에 대한 우려로 인해 시스템에 집착하는 것을 단념할 수도 있다. 두 가지 옵션 모두 기술적으로 가능하다. 좋은 절충안은 신뢰도가 높은 신임권한을 가진 시스템 관리 권한에 의해 관리되는 특정 시스템 ID를 작성하고 유지 관리하는 것이다. 이 ID는 모든 현지화 메시지에 첨부되지만 사법 당국의 요청에 따라 사용자의 개인 ID로 추적될 수 있다(해당 지역의 관련 법률 및 관할권에 따라 다르다).
로버 위치의 프라이버시를 유지하기 위해, 시스템은 또한 사용자 ID의 익명화 실시예를 포함할 수 있다. 위치의 신뢰 수준은 사용자 ID에 추가, 또는 대체하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 이전에 위치 개선에 기여한 데이터로 기여한 본 발명에 따른 위치에 기여하는 사용자는 "보다 신뢰된 사용자"로 간주될 수 있다. 따라서 시스템은 신뢰 수준이 낮거나 존재하지 않는 사용자의 기여도보다 더 많은 사용자의 기여도를 선호할 수 있다. 또한 비정상 또는 저 정밀 위치 정보를 제공한 사용자는 자신감 수준이 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 일 실시예에서, 위치 데이터는 높은 레벨에서 낮은 레벨로 신뢰 레벨에 의해 분류될 수 있다. 계산된 위치는 이 정보를 사용하여 높은 신뢰 수준으로 정확한 위치를 계산할 수 있다. 또한 기여도를 높이기 위해 제공자의 신뢰 수준을 등급화하는 방법으로 낮은 신뢰 수준의 데이터로 계산을 수행할 수도 있다.
일 실시예에서, 시스템은 내비게이션 지원 센터(260)를 포함한다. 내비게이션 지원 센터는 V2I 통신 링크를 통해 로버로부터 위치 정보를 수신할 수 있다. 그런 다음 내비게이션 지원 센터는 위치 정보를 처리하고 해당 지역의 일부 또는 모든 이동자에게 관련 결과를 재전송할 수 있다. 내비게이션 지원 센터는 사용자의 특정 특성, 트래픽, 주기적 이벤트의 출현 등에 따라 미래 경로 계획에 사용될 수 있는 경로 이력 및/또는 계획 파라미터를 결정하도록 구성될 수 있다.
내비게이션 지원 센터의 존재는 기술적으로 순수하게 선택 사항이며, 이는 피어-피어 통신이 상당히 잘 작동하기 때문이다. 그러나 특정 영역에 충분한 수의 사용자가 있는 중앙 데이터 센터가 사용자에게 매우 가치 있는 추가 데이터, 예를 들면 실시간 교통 정보, 대체 노선 제안 등을 수집, 처리 및 제공할 수 있기 때문에 사용자 경험이나 마케팅 측면에서 중요할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 내비게이션 지원 센터는 모든 사용자에 대해 글로벌일 수 있다. 다른 실시예에서, 그것은 커뮤니티 또는 사용자 그룹에 액세스 가능할 수 있다. 지역 또는 법률에 따라 국가 또는 주에 의해 정의될 수 있다. 다른 실시예에서, 로컬일 수 있고 정보는 사용자 단말기 또는 클라우드 계정에 로컬로 저장될 수 있다. 다른 실시예에서, 이는 상기 솔류션의 조합일 수 있다. 결과적으로 사용자는 경로, 그룹 또는 경로들, 과거, 현재 및 미래에 국한하는 과거 및/또는 현재 데이터를 공유할 수 있다.
도 3은 몇몇 실시예에 따라 본 발명을 구현하기 위한 기능적 아키텍처의 사용 예를 나타낸다.
도면의 구성에서, 로버 1(311), 로버 5(315) 및 로버 8(318)은 LOS에 존재한다. 로버 6(316)은 나무들(320) 때문에 로버 1 또는 로버 8과 함께 LOS에 존재하지 않는다. 로버 6은 로버 5와 함께 LOS에 있다. 로버 1은 로버 5와 관련하여 상대 좌표인 ΔX(t)1,5, ΔY(t)1,5, ΔZ(t)1,5를, 그리고 로버 8과 상대 좌표인 ΔX(t)1,8, ΔY(t)1,8, ΔZ(t)1,8을 직접 측정할 수 있다. 데이터 세트는 설명에서 앞서 고려된 바와 같이, 로버의 각각의 ID로 라벨링될 필요가 있으며, ID는 로버의 계산기 내의 보안 프로세서에 의해 인증될 수 있다. 데이터 세트는 또한 바람직하게는 상대 위치 측정치의 FOM을 포함할 것이다. 마찬가지로 로버 5는 로버 1에 대해 ΔX(t)5 ,1 ΔY(t)5 ,1 ΔZ(t)5 ,1을, 로버 8에 대해 ΔX(t)5 ,8, ΔY(t)5 ,8, ΔZ(t)5 ,8 를, 로버6에 대해 ΔX(t)5 ,6, ΔY(t)5 ,6, ΔY(t)5 ,6을 직접 측정할 수 있다(해당 ID와 FOM을 획득 및/또는 계산). 마찬가지로 로버 8은 로버 1에 대해 ΔX(t)8,1 ΔY(t)8,1 ΔZ(t)8,1을, 그리고 로버 5에 대해 ΔX(t)8,5, ΔY(t)8,5, ΔZ(t)8,5를 직접 측정할 수 있다(해당 ID 및 FOM 획득 및/또는 계산한다). 마찬가지로 로버 6은 로버 5에 대해 ΔX(t)6,5, ΔY(t)6,5, ΔZ(t)6 , 5를 직접 측정할 수 있다(해당 ID 및 FOM을 획득 및/또는 계산할 수 있다).
각각의 로버는 직접 또는 간접적으로 다른 로버의 각각에 데이터를 전송할 수 있다. 전송은 도 2와 관련하여 설명된 통신 링크 중 하나를 사용한다. 기본적으로 데이터는 로버 1에 의해 이 통신 링크가 V2V LOS 링크인 경우 로버 1과 함께 LOS에 존재하는 로버 5 및 8에 전송되고, 통신 링크가 V2V 비-LOS 링크인 경우, 로버 6으로 전송한다. 다른 로버에 대해서도 마찬가지이다.
각각의 개별 로버는 GNSS 수신기의 출력에서, 자신의 GNSS PVT 유닛 내의 제1 위치(P1)(FOM 포함) 및 입력 P1으로 사용되는 계산 유닛(251) 내의 제2 위치(P2)를 계산하고, 적어도 개별 로버와의 LOS 또는 비-LOS 통신에서 다른 로버로부터 수신된 절대 GNSS 위치 그룹 중 하나와 다른 로버에 대한 상대 위치의 직접 측정을 계산한다. 선택적으로, 다른 로버에 의해 측정된 상대 위치는 V2V 통신 링크를 통해 상기 다른 로버로부터 개별 로버로 전송될 수 있다. 따라서, 이 옵션에서, 개별 로버와의 LOS에 없는 몇몇 다른 로버의 위치는 또한 위치(P2)의 계산을 향상시키기 위해 계산 유닛(251)에서 획득되고 처리될 수 있으며, 상기 계산은 도 5 및 6과 관련하여 상세히 설명한다. 다른 옵션에서, 개별 로버로부터 몇몇 다른 로버로의 상호 상대 위치 측정치는 상대 위치 결정의 FOM을 더 정제하기 위해 비교될 수 있다.
변형예 중 일부는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 개별 로버 중 일부에서만 단독으로 또는 다른 변형예와 조합하여 구현될 수 있음을 알아야 한다.
또한, 도 2와 관련하여 설명된 바와 같이, V2V 통신 링크는 상대 위치 결정 유닛으로서 사용될 수 있다. 이것은 일부 또는 전부가 본 발명의 협력 과정에 참여하는 로버의 경우일 수 있다.
또한, 계산 유닛(251)은 협조 위치결정 시스템에 가입하는 로버의 ID를 포함하는 데이터베이스와 결합될 수 있다. 그러나 식별은 일대일 인증 프로토콜 또는 PubSub 프로토콜을 포함할 수 있는 V2V 통신 프로토콜의 결과일 수 있다.
도 4는 몇몇 실시예에 따라 본 발명을 구현하기 위한 또 다른 기능적 아키텍처를 나타낸다.
이러한 다른 기능적 아키텍처는 데이터 센터(260)를 포함하는데, 그 기능은 도 2와 관련하여 이미 논평되었다. 이 아키텍처에서, 로버 사이의 상대 위치의 측정은 도 3과 관련하여 이미 설명된 바와 같이 수행된다. 그러나 데이터(GNSS 및/또는 상대 위치)의 통신은 V2I 통신 링크를 통해 일부 또는 모든 로버에 의해 내비게이션 지원 센터(260)로 전송될 수 있다. 내비게이션 지원 센터는 특정 처리없이 V2I 통신 링크상의 일부 또는 모든 로버에 수신된 데이터를 재전송할 수 있다. 내비게이션 지원 센터는 신뢰할 수 없는 로버(예: 이 로버가 스푸핑 또는 변조하는 경향이 있는 경우) 또는 신뢰할 수 없는 위치(예: 순간적 또는 항상 다중 경로 반사에 의해 위치가 심각하게 영향을 받아 기록된 경우)에서 받은 데이터, 또는 잉여나 높은 DOP를 가지는 로버로부터 데이터를 제거하여 선택적으로 필터링을 수행할 수 있으며, 측정치의 조건 및/또는 데이터 자체에 기초한 신뢰 지수, 이력, 또는 맵 매칭 검증, 또는 블렌딩된 데이터의 신뢰 지수가 어떤 순간에는 개별 데이터의 신뢰 지수보다 높기 때문에 통신 데이터의 이용 가능한 데이터 레이트와 호환 가능하게 유지되도록 블렌딩된 데이터의 계산 등으로부터의 데이터를 제거하도록 필터링을 수행할 수 있다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 내비게이션 지원 센터의 프로세싱에 의해 이들 변형 모두가 아니라 일부가 적용될 수 있다. 이러한 변형 중 일부를 실행하기 위해 내비게이션 지원 센터는 협력적 위치 결정 시스템에 가입한 로버의 데이터베이스를 가질 수 있다. 그러나 식별은 일대일 인증 프로토콜 또는 PubSub 프로토콜을 포함할 수 있는 V2I 통신 프로토콜의 결과일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 차량의 위치를 결정하기 위한 본 발명의 방법의 사용 케이스를 도시한다.
도 5는 도 3 및 도 4의 로버 1이 도 3 및 4에 또한 표시된 로버 5 및 로버 8의 GNSS PVTs, ID 및 FOM(515, 518) 각각을 시간 t에서 획득하는 경우를 도시한다. 로버 (1)는 또한 V2V 위치 추정 유닛 (231)에서 로버 5 및 로버 8의 각각의 상대 위치, ID 및 FOM(525, 528)을 계산한다. GNSS 위치(515, 518) 및 상대 위치(525, 528)는 V2V 통신 링크를 통해 획득될 수 있다. 선택적으로, 이들 위치 중 일부는 V2I 통신 링크를 통해 획득될 수 있다. 로버 1은 그의 GNSS 위치 511(P1)을 알고 있다. 로버 1의 계산 유닛(251)은 GNSS 위치(511), 로버 5(515) 및 로버 8(518)의 GNSS 위치, 및 로버 5의 상대 위치(525)와 로버 8(528)로부터의 자신의 진정한 위치(531)(P2)를 계산하도록 구성된다. 본 발명에 따르면, 다양한 알고리즘이 실제 위치(531)(P2)를 계산하기 위해 로버 1의 계산 유닛(251)에서 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 계산 유닛이 여전히 로버 1의 실제 위치를 계산할 수 있는 반면, GNSS 위치(511, 515, 518) 중 일부는 이용 가능하지 않을 수 있다. 로버 1의 현재 GNSS 위치(511)가 시간 t에서 사용 가능하지 않을 때, (예를 들어, 로버 1의 내비게이션 시스템에 의해 알려진) 모션의 최종 알려진 속도 및 방향을 사용하여 상기 로버 1의 최종 이용 가능한 위치를 전파함으로써 계산된 합성 위치로 대체될 수 있다. 또한, 상대 위치(525, 528) 중 하나는 로버 1의 계산 유닛(251)에서 이용 가능하지 않을 수 있지만, 계산 유닛은 여전히 로버 1의 실제 위치를 계산할 수 있다. 로버 5 및 로버 8의 실제 위치(535, 538)는 또한 로버 1의 계산 유닛(251)에 의해 계산될 수 있다. 이러한 실제 위치를 계산하기 위한 알고리즘 중 하나는 아래에서 논의되는 도 6에 도시된다.
물론, 2개 이상의 다른 로버의 위치는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 로버 1에서 획득될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 차량의 위치를 결정하는 알고리즘을 도시한다.
도 6에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따르면, 로버 1의 계산 유닛(251)은, 로버 1(511)의 GNSS 위치를, 도 5와 관련하여 위에서 논의된 바와 같이 획득된, 로버 5 및 로버 8의 GNSS 위치(515, 518)에 각각 연결하는 선의 기하구조(610)를 계산한다 일부 변형예에서, 기하구조(610)는 GNSS 위치의 FOM을 고려하여 계산될 수 있다. 최적치는 위치(511, 515, 518)의 최소-제곱 조정에 의해 세그먼트 별로 또는 글로벌하게 결정될 수 있다. GNSS 위치는 회귀에서 그들의 FOM에 의해 가중될 수 있고, GNSS 위치는 높은 가중치에 의해 영향 받은 더 나은 FOM을 가진다.
또한, 계산 유닛은 로버 1의 GNSS 위치(511)를 로버 5 및 로버 8의 상대 위치(525, 528)에 각각 연결하는 선의 기하구조(620)를 계산한다. 기하구조(620)는 또한 기하구조(610)에 대해 이미 설명된 대로 선택적으로 조정될 수 있다.
로버 1의 계산 유닛(251)은 로버 1, 로버 5 및 로버 8의 각각의 실제 위치(531, 535, 538)를 연결하는 선의 기하구조(630)를 계산한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기하구조(630)는 기하구조(610 및 620)의 최적치에 의해 계산된다. 예를 들어, 최적치 계산은 기하구조(610 및 620)들의 세그먼트들의 선택된 쌍들의 유클리드 거리들의 합이 최소일 때 최소-제곱 계산을 사용하여 일련의 점들을 결정할 수 있다. 그런 다음 선형 회귀가 세그먼트별로 적용된다. 미리 설정된 신뢰 수준을 고려하여 계산 시간을 최적화하기 위해 각 세그먼트의 포인트 쌍 수를 선택할 수 있다. 그런 다음 각각의 개별 쌍을 선택하면 세그먼트 쌍 각각에 대한 규칙적인 데시메이션이 적용된다. 선택적으로, 기하구조(610, 620)의 선택된 포인트는 결정된 기하구조(610, 620)의 세그먼트로부터 로버 위치의 측정의 신뢰 지수에 의해 유클리드 거리 계산에서 가중될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 로버 1의 실제 위치는 중간 기하구조를 구축하지 않고 계산될 수 있다. 다른 로버 위치들에 대한 신뢰원 내에서 추정된 복수의 GNSS 로버 1 위치에 연결하도록 생성된, 복수의 벡터 추정치의 최소-제곱 유클리드 거리 최소화 기준을 사용하는 최적치는 그의 GNSS 및/또는 상대위치 측정치가 로버 1에 유용하며, 각각의 다른 로버 위치는 GNSS 위치의 신뢰원과 상대 위치의 교차점에 위치하는 것으로 간주된다. 가능한 세그먼트의 샘플링이 수행되고 로버 1의 실제 위치 추정의 궤적을 제공하는 신뢰원이 그려질 수 있다. 이 신뢰원은 다른 로버의 GNSS 및/또는 로버 1에 의해 획득된 상대 위치를 포함하는 최소원이다.
또 다른 몇몇 실시예에 따르면, 로버 1에 이용 가능한 각각의 다른 로버의 신뢰원은 원/정사각형/직사각형/삼각형의 격자 또는 보다 일반적으로 임의의 종류의 작은 피쳐로 분쇄되며, 로버 1 및 다른 로버들은 각각의 격자내의 위치에 위치하도록 결정되어, 이들 위치(로버 1 및 다른 로버)에서의 로버의 기하구조가 상대 측정의 기하구조에 최적이 되며, 절대 위치의 신뢰원의 중심에 대한 각 로버의 거리가 최소가 된다. 계산은 체계적일 수 있으며(즉, "강제로") 또는 일부 필터링이 먼저 적용될 수 있다. 예를 들어, 상대 측정치의 신뢰 거리 밖에 있는 로버-로버 거리를 결정하는 격자 내의 위치를 제외하는 것이 유리할 수 있다. 또는 강제 계산의 수에 대한 제한이 설정될 수 있으며, 상기 계산은 격자의 전체 세트의 선택에 적용되며, 상기 선택은 상대 측정의 신뢰의 보다 높은 지수를 갖는 격자 내의 포인트의 사전 정렬에 기초한다.
따라서, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다수의 변형예가 구현될 수 있다. 본 발명에 따르면, 로버의 상대적인 위치에 의해 결정되는 기하구조는 일반적으로 절대 위치보다 높은 전체 글로벌 신뢰도를 갖는 것으로 고려되어야 한다는 아이디어로, 이들 변형의 조합이 고려될 수 있는데, 이는 후자가 수신 조건, 특히 다중 경로 반사에 의해 더 자주 손상되기 때문이다. 그런 다음 측정된 점의 여러 가지 필터링, 정렬 또는 조합 방법, 신뢰원 중심 주위의 격자에 있는 점, 격자에서 점들 및 측정된 점을 연결하는 벡터가 사용될 수 있다. 이러한 조합은 당업자에게 알려진 다른 최적 알고리즘을 사용할 수 있다.
본 발명은 장래의 표준들에서 구현될 수 있는 실시간 정보를 제공할 수 있다. 위치 및/또는 속도 및/또는 시간의 완전성은 법적 구속력 있는 정보의 형태를 취할 수 있다. 자율 주행 자동차는 무결성 수준이 다른 운전 조건(고속도로, 시골 길, 도시 환경 등)과 같이 다양한 사용 케이스에 대해 동적으로 설정할 수 있는 정의된 값보다 높은 경우에만 이 정보를 사용하여 자율적으로 운전할 수 있다. 이 정의된 값이 줄어들면 사용자는 차량을 제어하도록 경고받을 수 있다. 항공기 자동 조종 프로토콜과 유사한 방식으로 속도를 줄이고 다른 센서를 사용하는 것과 같은 폴-백(fall-back) 프로토콜을 실행할 수도 있다.
다른 실시예에서, 과거의 측정치가 저장되어 나중에 이슈를 분석하는데 사용될 수 있다. 사고의 경우 이 정보는 일련의 사건을 재구성하는 데 사용될 수 있다. 기록된 데이터는 다른 개인 정보 보호 수준에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 정부 또는 자동차 보험 회사는 동일한 데이터에 대한 권리를 취득할 필요가 없다.
본 발명은 또한 스푸퍼 또는 재머 소스를 검출하고 일부 경우에 기여하도록 하는데 사용될 수 있다. 위치는 정적 위치 및 동적으로 움직이는 소스에서 작동할 수 있다.
본 발명은 다중 경로 환경에서의 보다 양호하고 안전한 내비게이션에 대한 새롭고 보완적인 솔루션을 제공한다. 단일 차량은 다중 경로의 영향을 받을 때 감지할 수 있다. 기존의 최상 기술은 다중 경로 오류에 의해 영향을 받는 위치를 정정하는데 사용될 수 있다. 그러나 이러한 기술뿐만 아니라 모든 경우에 있어 잘못될 염려가 없는 풀프루프(fool-proof)는 아니지만 차량 장비에 추가적인 복잡성을 초래하고 상당한 추가 비용을 수반한다. 본 발명의 이점을 설명하기 위해, 다중 경로 영역에 진입하는 로버는 다른 로버로부터 이익을 얻거나 다중 경로에 지배되지 않고 영역 외측에 위치하는 하나 이상의 로버로부터 이익을 받는 이점을 얻을 수 있다. 설명의 목적으로만 다음과 같은 응용 예가 있다: 터널에 있는 로버, 개방된 교차로에 있었다가 방금 건물 사이의 거리로 진입한 차량, 여러 갈래 길을 주행하거나 또는 고속도로 출입구로 들어가거나 나오는 차량, 지하 차고에 있거나 진입한 차량, 나무 아래에서 움직이는 차량, 창고 또는 컨테이너 사이를 날아다니는 UAV.
본 발명은 또한 다른 로버에 의해 관심을 갖는 하나의 로버로 가져 오는 이점으로부터 도출되는 다른 응용을 가질 수 있다. 여러 로버의 정보는 한 번에 여러 로버에게 전송될 수 있다. 다중 로버에 대한 본 발명의 이점을 보다 잘 이해하기 위해서는, 고속도로상에서 교통 체증을 형성하는 것이 전형적인 예이다. 문헌에서 폭넓게 설명 되었듯이, 고속도로의 교통 혼잡은 단지 몇 대의 자동차에 의해 생성된다. 간단한 설명에서, 첫 번째 자동차가 제동을 한다. 뒤에 차는 지연된 반응 후에 더 강하게 제동을 한다. 이 지연된 반응과 이 제동 차이는 시간이 지남에 따라 증폭되고 도로에서 뒤로 전파되는 물결 모양의 현상을 만든다. 결과적으로 초기 "제동"위치에 접근하는 자동차들은 사고가 이 교통 체증을 일으키지 않았음에도 불구하고 교통 체증을 받을 수 있다. 이러한 교통 체증의 경우, 교통 체증의 시작 시점에서 PVT 정보의 속도 및 하나 이상의 로버의 시간에 따른 변화가 그 뒤의 다른 차량에 의해 트래픽 잼 형성을 예상하고 속도를 미리 적응시키기 위해 사용될 수 있으며 그 현상을 증폭하는 대신 부드럽게 한다.
상기 정보의 전송은 위의 예에서 제시된 것과 동일한 방향으로 가는 차량을 사용하여 수행될 수 있다. 다른 실시 예에서, 정보는 예를 들어 빠르게 정보를 전파하기 위해, 고속도로의 다른 면에서 진입하는 차량을 통해 전송될 수 있다. 다른 실시예에서, 로컬 액세스 또는 정적 액세스가 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 고속도로는 정보 매체 및/또는 패널 디스플레이를 사용한다.
트래픽 잼 예제에 예시된 바와 같은 패턴은 최첨단 알고리즘으로 예측될 수 있다. 통상의 기술을 가진 사람은 로터리, 신호등, 정지 신호, 합류 차선 등과 같은 적절한 경우에 이 방법을 사용할 수 있다.
본 발명을 통해, 위치라는 용어는 PVT 위치로 이해될 수 있다. 따라서 위치, 시간 경과에 따른 위치, 속도, 시간 경과에 따른 속도 및 모든 조합은 본 발명과 동일하다. 가속도계와 같은 다른 센서를 통해 또한 계산될 수 있는 차량의 가속 또는 감속은 PVT 정보로부터 시간에 따른 속도 정보의 변화를 사용하여 본 발명으로부터 도출될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 본 발명을 구현하기 위한 차량 상에 위치하는 가능한 물리적 구조를 나타낸다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 위치 확인 장치(700)는 GNSS 안테나 조립체(720)를 포함한다. 안테나 조립체는 모든 GNSS 컨스텔레이션이 신호를 전송하는 주파수 대역인 L 대역에서 RF 신호를 수신하기 위한 표준 무-지향성 안테나용일 수 있다. 안테나 배열은 패치 유형 또는 다른 유형의 안테나일 수 있다. 이는 배열이 특정 레벨의 안테나 다이버시티에 도달할 수 있게 하는 다수의 요소를 포함할 수 있다. 우편향(RHP) 또는 좌편향(LHP)일 수도 있고, 각 RHP 또는 LHP 편향인 요소의 조합을 포함할 수도 있다. LOS 신호만을 포착하도록 구성된 방사 패턴을 결정하기 위해, LOS 신호만 안테나 소자에 도달시키거나 배열 내의 안테나 소자를 구동시키도록 구성된 시야(FOV) 센서를 포함할 수 있다. 이는 GNSS 신호가 인증될 가능성이 있음을 증명하기 위해 사용되는 PRS(pseudo-random sequence) 생성기에 의해 구동되는 방사 패턴 생성기를 포함할 수 있다.
GNSS 안테나 어셈블리는 복수의 컨스텔레이션(711, 712, 713)로부터 각 컨스텔레이션 또는 그 중 일부에 대해 복수의 주파수의 위치 신호를 수신하기에 적합할 수 있다. 주파수 중 일부는 예약된 서비스 전용일 수 있으며 예약은 정부 당국이나 상업 가입자에게만 가능하다.
또한, GNSS 안테나 어셈블리는 지상 기반, 위성기반 또는 EGNOS와 같은 두 가지의 조합일 수 있는 증강시스템(714)으로부터 신호를 수신하기에 적합할 수 있다.
GNSS 안테나 어셈블리는 셀룰러 통신 신호, Wi-Fi 신호, DSRC 또는 다른 것과 같은 다른 유형의 신호를 송/수신하도록 구성된 안테나 장치의 일부일 수 있다.
위치 결정 장치(700)는 또한 하나 이상의 컨스텔레이션들(711, 712, 713)로부터 수신된 GNSS 신호들 및 가능한 증강시스템(714)으로부터의 오류 정정(대류권, 전리층 등)을 처리하는 GNSS 수신기(730)를 포함한다. GNSS 수신기(730)는 관련된 FOM 또는 UERE와 함께, LOS에서 위성에 수신기를 연결시키는 시간-스탬프된 의사-거리 벡터를 각각 계산하도록 구성된 다수의 처리 채널을 포함한다. GNSS 수신기(730)에 통합된 PVT 계산 유닛은 모든 처리 채널로부터 계산된 의사 거리를 수신하고 연관된 FOM 또는 UERE로 PVT 측정치를 도출한다.
위치 결정 장치(700)는 또한 위치 센서 1(741) 및 가능한 위치 센서 2(742)로부터 위치 결정 신호/데이터를 수신하는 위치 감지 유닛(740)을 포함한다. 본 발명을 구현하기에 적합한 위치 센서의 유형은 이미 위에서 언급했다. 예를 들어, 위치 센서 1(741)은 위치 결정 장치(700)에 대한 차량(751, 752)의 상대 위치를 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 아이템(751, 752)은 다른 로버이다. 일 실시예에서, 이들은 도로를 따라 알려진 절대 좌표를 갖는 고정된 지점에 위치되는 RF 트랜스폰더 또는 변조된 광 송수신기 또는 수신기일 수 있다.
위치 결정 장치(700)는 또한 GNSS 수신기(730) 및 위치 감지 유닛(740)으로부터 출력을 수신하는 위치 결정 로직(760)을 포함한다. 위치 결정 로직(740)은 또한 V2V 통신 링크(770)를 통해 데이터를 송신/수신하도록 구성된다. 상기 데이터는 같은 위치 협업 개선 서비스에 대한 가입자이거나 또는 상기 서비스와 데이터 공유 협정을 맺은 동일한 유형의 다른 시스템에 근접한 다른 로버의 GNSS 포지션을 포함한다. 상기 데이터는 또한 다른 로버에 대한 상대 위치 데이터(위치 감지 유닛(740)에 의해 계산된 값의 역 측정치 또는 로버 1에 대해 LOS에 있는 로버에 대해서는 LOS에 있지만 로버 1에 대해서는 비 LOS 에 있는 로버- 예를 들어 그림 3과 4의 로버 1과 관련하여 로버 6 에 대한 상대적 측정치)를 포함한다. V2V 통신 링크는 위치 센서 1 및 2 중 하나일 수 있다.
따라서, 일부 옵션에서, 통신 링크(770)는 LOS에 위치한 하나 이상의 로버로부터 직접 획득되지 않는, 로버 1의 LOS에 있거나 없는 로버(하나 또는 복수)의 상대 위치를 획득할 수 있고, 이러한 또는 이들 상대 위치(들)는 LOS 내의 하나 이상의 로버의 위치에 추가하여 위치 결정 로직(760)에 의해 처리될 수 있다.
위치 결정 로직(760)에 입력될 데이터는 V2V 통신 링크(770)를 통하지 않고, 가입 로버를 내비게이션 지원 서버(790)에 연결하는 V2I 통신 링크(780)를 통해 전체적으로 또는 부분적으로 획득될 수 있다. 통신 링크(780)는 위치 결정 로직(760)이 내비게이션 지원 서버(790)에서 이들 다른(일부) 로버로의 통신 링크를 통해 획득된 일부 로버(하나 또는 복수)의 위치(GNSS 또는 상대)를 획득할 수 있게 할 수 있다. 내비게이션 지원 서버(790)는 인증 및 가능하게 서명 및/또는 암호화된 ID 인증서의 전달을 허용하기 위해 배경 검사가 필요할 수 있는 등록을 포함하여 가입자의 ID를 관리하는 NASM(Navigation Assistance Service Management) 조직에 의해 관리될 수 있다. 내비게이션 지원은 ID 인증서의 거부를 관리할 수 있다. 또한 가입자(차량, GNSS 수신기, 상대 위치 데이터 센서, 처리 유닛등)의 하드웨어 및 소프트웨어 구성에 대한 데이터베이스를 유지 관리할 수 있다. 또한 NASM 조직이 관할하는 관할권에 적용되는 개인 정보 보호 규정에 따라 가입자의 경로 기록 데이터베이스를 유지 관리할 수 있다. 가입자의 이동 영역 및 가능하면 상대 위치에서, FOM을 포함하는 가입자의 GNSS 위치 데이터를 전송하는 것 이외에, NASM 조직은 또한 가입자들에게 정체, 도로 공사 편차 정보, 기상 정보, POI 정보 또는 뉴스 등과 같은 다른 내비게이션 보조 데이터를 전송할 수 있다.
선택적으로, 위치 결정 장치(700)는 또한 위치 결정 로직(760)과의 단방향 또는 양방향 통신의 경로 계획로직(7A0)을 포함할 수 있다. 위치 결정 로직은 다른 주변 로버의 계산 결과를 경로 계획 로직에 전송하여, 로버의 실제 경로와 계획된 경로를 지도에 표현할 수 있도록 한다. 디스플레이는 두 세트의 측정 중 하나 이상의 신뢰 결과를 포함할 수 있다. 경로 계획 로직은 또한 맵 매칭 알고리즘에 의한 상대 위치 및 GNSS 위치의 조정에 기초하여 다른 로버의 위치의 제3 및 4 번째 추정치를 위치 결정 로직에 전송할 수 있다.
추가적인 옵션으로서, 위치 결정 장치(700)는 또한 위치 결정 로직(760) 및/또는 경로 계획 로직(7A0)으로부터 로버의 운행 제어(7B0)로의 연결을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 위치 결정 로직은 다른 이동국, 보행자, 동물 또는 기반 시설의 아이템과의 충돌 확률을 추정하도록 구성될 수 있다. 이러한 예상을 기반으로 충돌 방지 명령은 비상 브레이크, 차선 변경 등과 같은 주행 컨트롤에 의해 트리거될 수 있다.
위치 감지 유닛은 위치 결정 로직(760)을 실행할 수 있다. 또는, 2개의 로직은 상이한 프로세서에 의해 실행될 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 본 발명의 방법의 흐름도를 도시한다.
본 발명의 방법은 바람직하게는 3개의 처리 브랜치를 포함하는데, 로버(730)의 GNSS 유닛에서 수행되는 제1 처리 브랜치(810), 위치 센싱 유닛(740)에서 수행되는 제2 처리 브랜치(820) 및 V2V/ V2I 통신 링크 중 하나 이상에 의해 획득된 데이터의 처리를 수행하는 제3 처리 브랜치(830)를 포함한다.
브랜치(810)는 로버(Ri)에서 GNSS 신호를 획득하는 단계(811) 및 Ri의 절대 위치 Pai(P1) 및 그의 신뢰 지수 CIi를 계산하는 단계(812)를 포함한다.
브랜치(820)는 로버 Rj(Ri/Rj) 및 로버(Rj)의 식별(IDj)에 대한 로버(Ri)의 위치 신호를 획득하는 단계(821) 및 로버(Ri) 및 (Rj)의 상대 위치(Pri,j) 및 그들의 신뢰 지수(CIri,j)를 계산하는 단계(822)를 포함한다.
브랜치(830)는 로버(Rj)의 절대 GNSS 위치, 그 ID 및 절대 GNSS 위치의 신뢰 지수(CIaj)를 획득하는 단계(831)를 포함하며, 선택적으로, 로버Ri 주변의 미리 정해진 지역에서 다른 로버와 함께 계산한 로버(Rj)로부터 상대 위치(Prj, i)를 획득하는 단계(832)를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 소정의 영역은 약 100 m 너비 또는 수백 m 너비일 수 있다. 소정의 영역은 로버(Ri)의 위치에 따라 동적으로 변할 수 있다. 이 단계는 또한 상대 위치(Prj, i)의 신뢰 지수(CIrj,i)의 획득을 선택적으로 포함할 수 있다.
그 다음, 로버(Ri)의 최적 위치 P2를 결정하기 위해, 브랜치(810, 820, 830)의 출력이 단계(840)에서 융합된다. 로버(Ri)의 실제 위치 P2의 계산은 도 6과 관련하여 설명되었다.
최적치 계산의 많은 변형예가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 구현될 수 있다. 보다 구체적으로, 단계(831) 또는 단계(832)는 구현되지 않을 수 있다. 단계(840)에서, 일부 측정치들을 제거하기 위한 필터링 단계들이 구현될 수 있다. 특히 측정의 신뢰 지수를 기반으로 측정의 가중치가 수행될 수 있다. 최적화는 세그먼트(2 개의 로버 (Ri 및 Rj)를 연결하는 세그먼트)별로 또는 글로벌하게 구현될 수 있다. 최적화 단계의 일부 또는 전부는 유클리드 거리 또는 다른 유형의 거리의 최소제곱 계산을 사용하여 구현될 수 있다. 최적화 단계의 일부 또는 전부는 로버(Ri)에 탑재된 또는 로버(Rj)에 탑재된 다른 센서에서 오는 데이터와 같은 추가 데이터를 사용할 수 있다. 이러한 센서는 방향서 또는 자세 센서 또는 주행계일 수 있다. 매핑 데이터와 같이 사용될 수 있는 다른 데이터는 로버(Rj)의 일부 또는 로버(Ri)의 경로 계획 로직(7A0)에 의해 제공될 수 있다.
또한, 로버의 실제 위치를 결정하는 단계는 이용 가능성의 측정 및 실제 위치의 무결성의 측정을 제공하도록 구성될 수 있다. 이는 많은 파라미터가 주어지면 통계 또는 예측 가용성 또는 정밀도의 보장된 최소값을 고려하여 각 측정의 신뢰 지수에서 측정의 전체 신뢰 지수를 계산하여 쉽게 달성할 수 있다.
가능한 접근법은 위치 분산이 사용자 등가 범위 오류(UERE)에 의한 DOP의 곱에 의해 주어진다는 사실을 이용하여 CIai를 결정하는 것이다. 각 GNSS 컨스텔레이션에 대해 고유한 UERE 값을 저장할 수 있다. 이것은 각 GNSS 컨스텔레이션에 대한 상승 함수(function of elevation)로서 UERE의 룩업 테이블을 사용함으로써 개선될 수 있다. 바람직하게, UERE는 예를 들어, 방송 URA(GPS) 또는 SISA(갈릴레오) 값에 기초한 각각의 GNSS 위성에 대해 정의된다. GNSS 유닛(730)이 그러한 신호를 처리할 수 있다면 SBAS 신호로부터 각 GNSS 위성에 대한 적시의 무결성 정보를 검색할 수 있다. 고유한 거리 측정 정확도 및 상대적인 Tx/Rx 기하구조에 기반한 유사한 고려 사항을 사용하여 CIri, j를 결정할 수 있다.
단계(850)에서, 로버(Ri)의 최적 위치는 PubSub 프로토콜을 통해 다른 로버 및/또는 내비게이션 지원 서버(790)로 전송되거나 이용 가능하게 될 수 있다.
전자, 컴퓨터 및 텔레콤(ECT) 장비 공급자는 항공 우주 플랫폼의 보안 및 안전 요구 사항에 적합한 장비를 설계, 제조, 테스트 및 유지 보수하는 것이 정확성, 신뢰성 및 무결성면에서 어렵다는 것을 배웠다. 그러나 이러한 요구 사항과 항공 우주 산업의 환경 문제는 ECT 산업이 밀도가 높은 도시 환경에서 자동 조종 모드로 작동할 수 있는 차량에 위치 확인 장비를 탑재하는 것과 비교할 때 보통으로 평가될 수 있다. 본 명세서의 교시에 따라 수정된 소프트웨어를 사용하여 표준 하드웨어를 구비한 로버에서 구현될 수 있는 본 발명의 다양한 실시예들로 인해, 상기 도전은 비용 및 사용자 경험의 관점에서 효율적인 방식으로 극복될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 언급된 다른 특허 출원에 개시된 일부 하드웨어 개선은 여전히 본 발명의 위치 결정 장치의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 개시된 예는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이다. 이들은 첨부된 청구 범위에 의해 한정되는 상기 발명의 범위를 어떤 식으로든 제한하지 않는다.

Claims (16)

  1. 위치 결정 장치(700)로서,
    - 하나 이상의 GNSS 컨스텔레이션(constellation)(711, 712, 713)으로부터 GNSS 신호를 포착하고 상기 GNSS 신호로부터의 PVT 계산에 기초하여 상기 위치 결정 장치의 제1 위치(511)를 계산하도록 구성된 GNSS 유닛(730);
    - 하나 이상의 로버(rover)의 상기 위치 결정 장치로부터 상대 위치(525, 528)를 획득하고 상기 상대 위치의 신뢰 지수를 결정하도록 구성된 위치 감지 유닛(740);
    - 관련 신뢰 지수를 갖는 일부 로버의 타임 스탬프 GNSS PVT 위치(515, 518)를 상기 위치 결정 장치에 이용 가능하게 하도록 구성된 통신 링크(770, 780); 및
    - 위치 감지 유닛(740)으로부터, 통신 링크(770, 780)로부터, 그리고 GNSS 유닛(730)으로부터의 입력들에 기초하여 위치 결정 장치의 제2 위치(531)를 계산하도록 구성된 위치 결정 로직(760)을 포함하되,
    상기 입력은 GNSS PVT 위치의 추정치와 상기 위치 결정 장치 및 상기 하나 이상의 로버의 상대 위치 사이의 최적치를 결정하도록 결합되는, 위치 결정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 위치 결정 로직은, 상기 위치 결정 장치의 상기 제1 위치와 상기 로버의 적어도 일부의 GNSS 위치의 각각을 연결하는 제1 그룹의 세그먼트를 포함하는 제1 기하구조와, 상기 위치 결정 장치의 상기 제1 위치와 상기 위치 결정 장치의 상기 로버의 적어도 일부의 상대 위치의 각각을 연결하는 제2 그룹의 세그먼트를 포함하는 제2 기하구조 사이의 최적치를 계산함으로써 상기 제2 위치를 계산하도록 더 구성되는, 위치 결정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 최적치는 선택된 점들의 쌍에 대한 최소 유클리드 거리를 갖는 최적 세그먼트를 결정함으로써 계산되고, 상기 선택된 쌍의 각 점은 상기 제1 그룹 또는 제2 그룹에 속하는, 위치 결정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 위치 결정 로직은, 후보 제2 위치를 신뢰원(confidence circle)의 하나 이상의 쌍의 교차점에 위치한 선택된 점들에 연결하는 선택된 세그먼트의 원점을 포함하는 최소원으로 결정되는 상기 제2 위치의 신뢰원을 계산함으로써 상기 제2 위치를 계산하도록 또한 구성되며, 한 쌍의 신뢰원이 로버에 부착되고 그 쌍 내의 제1 신뢰원이 로버 GNSS 위치와 관련되고 상기 쌍 내의 제2 신뢰원이 위치 결정 장치에 대해 로버 상대 위치에 관련되는, 위치 결정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 위치 결정 로직은, 상기 로버의 상기 제1 위치 주위의 신뢰원 및 상기 하나 이상의 로버의 GNSS PVT 위치를 복수의 작은 피처들로 분쇄함으로써 상기 제2 위치를 계산하도록 더 구성되며, 제1 신뢰원 내의 제1 작은 피처 및 제2 신뢰원 내의 제2 작은 피처의 쌍은 한 로버 및 다른 로버 중 하나를, 상기 로버의 다른 로버 및 상기 다른 로버 중 하나와 연결하는 세그먼트를 결정하고, 최적치는 세그먼트가 상기 하나의 로버와 다른 로버의 상대 위치의 기하구조와 가장 잘 일치하는 세그먼트에 대한 로버의 조합을 선택함으로써 결정되는, 위치 결정 장치.
  6. 제1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 위치 결정 로직은, GNSS 위치 또는 그 상대 위치를 가지는 하나 이상에 로버의 신뢰 지수에 기초하여, 상기 GNSS 유닛(730), 상기 위치 감지 유닛(740) 및 상기 통신 링크(770, 780)로부터의 입력을 가중하도록 추가로 구성되는, 위치 결정 장치.
  7. 제1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 위치 결정 로직은 경로 계획 로직(7A0)으로부터의 입력을 수신하여 처리하도록 더 구성되고, 상기 입력은 맵 매칭 알고리즘에 기초한 로버의 상대적 위치 및 상기 GNSS 위치의 신뢰 지수를 업데이트하는데 사용되는, 위치 결정 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 위치 결정 로직은 상기 제2 위치의 이용 가능성 지수 또는 무결성 지수 중 하나 이상을 계산하도록 더 구성되는, 위치 결정 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 위치 결정 장치의 하나 이상의 이동 속도 또는 방향을 사용하여 상기 GNSS 유닛 및 상기 위치 결정 로직 중 하나 이상이 가장 최근에 알려진 제1 위치를 전파함으로써 에포크에서 아무 것도 유용하지 않을 때 제1 위치를 생성하도록 구성된, 위치 결정 장치.
  10. 제1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 위치 감지 유닛은 RF 송신 및/또는 수신(T/R)모듈을 갖는 하나 이상의 위치 센서를 포함하고, 상기 T/R 모듈은 상기 T/R 모듈 간의 비행 시간을 계산하여 다른 T/R 모듈까지의 거리를 측정하고 상기 T/R모듈 간의 비행 방향을 측정함으로써 상기 거리의 각도를 결정하는, 위치 측정 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통신 링크는 차량 대 차량(V2V) 통신 링크 또는 차량 대 인프라(V2I) 통신 링크 중 하나 이상인, 위치 결정 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 V2V 또는 V2I 통신 링크 중 하나 이상은 DSRC 통신 링크인, 위치 결정 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통신 링크는 Publish/Subscribe 프로토콜을 사용하는, 위치 결정 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통신 링크는 내비게이션 보조 센터에/로부터 데이터를 송신 및/또는 수신하도록 구성되는, 위치 결정 장치.
  15. 위치 결정 방법으로서,
    - GNSS 유닛에서 GNSS 신호를 하나 이상의 GNSS 컨스텔레이션으로부터 획득하고 GNSS 신호로부터의 PVT 계산에 기초하여 위치 결정 장치의 제1 위치를 계산하는 단계;
    - 하나 이상의 로버에 대한 상대적 위치를 위치 센싱 유닛에서 획득하고, 상기 상대 위치의 신뢰 지수를 결정하는 단계;
    - 관련된 신뢰 지수와 함께 일부 로버의 타임 스탬프된 GNSS PVT 위치를 통신 링크에서 획득하는 단계; 및
    - GNSS 유닛으로부터, 위치 감지 유닛 및 통신 링크로부터의 입력에 기초하여 위치 결정 장치의 제2 위치를 위치 결정 로직에서 계산하는 단계를 포함하는, 위치 측정 방법.
  16. 위치 결정 시스템으로서,
    - 로버에 탑재한 복수의 위치 결정 장치; 및
    - 내비게이션 지원 센터를 포함하되,
    각각의 위치 결정 장치는,
    ○ 하나 이상의 GNSS 컨스텔레이션(711, 712, 713)으로부터 GNSS 신호를 획득하고 상기 GNSS 신호로부터의 PVT 계산에 기초하여 상기 위치 결정 장치의 제1 위치(511)를 계산하도록 구성된 GNSS 유닛(730);
    ○ 상기 위치 결정 장치로부터 하나 이상의 로버에 대한 상대 위치(525, 528)를 획득하고 상기 상대 위치의 신뢰 지수를 결정하도록 구성된 위치 감지 유닛(740);
    ○ 관련된 신뢰 지수를 갖는 몇몇 로버의 타임 스탬프 GNSS PVT 위치(515, 518)를 위치 결정 장치가 이용할 수 있도록 구성된 통신 링크(770, 780); 및
    ○ 상기 GNSS 유닛(730), 위치 감지 유닛(740) 및 통신 링크(770, 780)로부터의 입력에 기초하여 위치 결정 장치의 제2 위치(531)를 계산하도록 구성된 위치 결정 로직(760)을 포함하며;
    상기 입력은 GNSS PVT 위치의 추정치와 상기 위치 결정 장치와 상기 하나 이상의 로버의 상대 위치 사이의 최적치를 결정하도록 결합되고,
    상기 내비게이션 지원 센터는,
    ○ 해당 ID를 갖는 복수의 로버, 운전자 및 위치 확인 장치의 데이터베이스에 대한 액세스; 및
    ○ 상기 복수의 위치 확인 장치에 연결된 통신 링크로서, 적어도 일부 GNSS 위치 및/또는 복수의 위치 확인 장치의 상대 위치를 획득하도록 구성된, 상기 통신 링크를 포함하는, 위치 결정 시스템.
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