KR20180054218A - Gps 정보의 오차 보정 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

GPS 정보의 오차 보정 방법 및 장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 정보의 오차를 보정하는 장치는 측위 대상의 진행 방향과 3차원 자세를 감지하는 자세 감지부, 상기 측위 대상의 실시간 위치 정보를 획득하는 위치 정보 획득부, 복수의 기준국의 고정 위치와 고도 정보를 저장하는 저장부 및 상기 감지되는 3차원 자세의 기울기가 평면으로부터 미리 정해진 임계치를 초과하면, 상기 저장부에 저장된 기준국 중 수신 감도가 가장 높은 기준국을 선택하고, 상기 실시간 위치 정보와 3차원 자세 정보를 기초로, 상기 선택된 기준국에 대한 상대 위치와 고도를 계산하여 상기 측위 대상의 GPS 정보를 갱신하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

GPS 정보의 오차 보정 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR COMPENSATING GPS INFORMATION ERROR}

본 발명은 GPS 정보의 오차 보정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정밀 측위 GPS 시스템에서 고도의 변화에 따라 발생하는 GPS 정보의 오차를 보정하는 기술에 관한 것이다.

종래의 GPS 수신기는 차로 수준의 정확한 위치와 속도 추정에 있어 한계를 나타낸다.

이에 GPS 수신기의 정확한 위치를 추정하기 위해, 상대 측위에 의한 보정 방법이 제시되었으며 이는 GPS 정보의 오차를 줄이는 방법으로 많이 활용되고 있다.

상대 측위에 의한 보정 기술은 코드 기반 측위 방식인 DGPS(Differential GPS)와 반송파 기반 측위 방식인 RTK-GPS(Real Time Kinematic-GPS)가 있는데, 인터넷 망을 이용하는 NTRIP(Networked Transport of RTCM via Internet Protocol)과 SBAS(Satellite Based Augmentation System), DMB(Digital Multimedia Broadcasting)를 통한 보정 정보를 활용함으로써 위성 항법 위치 정보의 정확도를 높이고 있다.

DGPS와 RTK-GPS 중에서, 고속성과 실시간성을 고려할 때 반송파 기반 측위 방법인 RTK-GPS를 이용하면, 센티미터(cm) 레벨의 정확도와 실시간 위치 정보를 제공받을 수 있다.

그러나 RTK-GPS를 이용한 반송파 기반의 정밀 측위 방법은 평면상의 위치 정보는 정확한 반면, 경사(inclination)로 인한 고도 정보의 변화에 대해서는 정확성이 떨어지는 문제가 있다.

종래에는 2D 위치 정보의 정확성이 중요하였지만, 최근에는 자율 주행 기술이 큰 이슈가 되면서 3D 위치 정보의 정확도를 높이는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, RTK-GPS를 이용한 반송파 기반의 정밀 측위 방법에 있어서 경사(inclination)로 인한 고도 정보의 변화에 대한 정확도를 높이는 방안이 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, RTK-GPS를 이용한 반송파 기반의 정밀 측위 방법에 있어서 경사(inclination)로 인한 고도 정보의 변화에 대한 정확도를 높이는 방안을 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 정보의 오차를 보정하는 장치는 측위 대상의 진행 방향과 3차원 자세를 감지하는 자세 감지부, 상기 측위 대상의 실시간 위치 정보를 획득하는 위치 정보 획득부, 복수의 기준국의 고정 위치와 고도 정보를 저장하는 저장부 및 상기 감지되는 3차원 자세의 기울기가 평면으로부터 미리 정해진 임계치를 초과하면, 상기 저장부에 저장된 기준국 중 수신 감도가 가장 높은 기준국을 선택하고, 상기 실시간 위치 정보와 3차원 자세 정보를 기초로, 상기 선택된 기준국에 대한 상대 위치와 고도를 계산하여 상기 측위 대상의 GPS 정보를 갱신하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 정보 오차 보정 장치가 GPS 정보의 오차를 보정하는 방법은 (a) 측위 대상의 진행 방향과 3차원 자세를 감지하고, 상기 측위 대상의 실시간 GPS 위치 정보를 획득하는 단계, (b) 상기 감지되는 3차원 자세의 기울기가 평면으로부터 미리 정해진 임계치를 초과하면, 기 저장된 기준국의 목록 - 각 기준국의 고정 위치 및 고도 정보가 포함됨 - 에서 수신 감도가 가장 높은 기준국을 선택하는 단계 및 (c) 상기 실시간 위치 정보와 3차원 자세 정보를 기초로, 상기 선택된 기준국에 대한 상대 위치와 고도를 계산하여 상기 측위 대상의 GPS 정보를 갱신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 자율 주행을 위해 필요한 3D 위치 정보의 정확도를 높일 수 있다.

또한, 이미 알고 있는 기준국의 고정 위치와 고도 정보, 그리고 측위 대상의 GPS 정보와 자세 정보를 이용하므로, 저가의 프로세서를 통해서도 자율 주행을 위해 필요한 정밀도 높은 위치 및 고도 정보를 획득할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 정보 오차 보정 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 정보 오차 보정 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 다른 GPS 정보 오차 보정 과정을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준국 위치 정보의 변화 연산 시점을 도시한 도면이다.
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 이동 변화에 따른 고도 오차를 비교한 결과이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 정보 오차 보정 시스템의 구성을 도시한 도면이다.

반송파 기반 측위 방법인 RTK-GPS는 고속성과 실시간성을 고려할 때 센티미터(cm) 레벨의 정확도와 실시간 위치 정보를 제공받을 수 있으나, 측위 대상(이하, ‘차량’이라 칭함)의 자세에 따른 기울기가 변하게 되면 고도에 대한 정확도가 떨어지는 문제가 있다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 평면상의 위치 정보는 정확한 반면, 경사(inclination)로 인한 고도 정보의 변화에 대해서는 정확성이 떨어지게 된다.

이 경우, 차량의 GPS 정보를 제공하는 기준이 되는 기준국(GPS Reference Station)을 현재의 고도에 적합한 다른 기준국으로 변경해야 하나, 종래의 RTK-GPS는 기 연결된 기준국을 다른 기준국으로 좀처럼 변경하지 않기 때문에 고도 정보의 변화에 대해서는 정확성이 떨어지는 현상이 발생한다.

이에 본 발명에서는 차량의 주행 중 자세에 따른 기울기가 변하게 되면, 기 저장된 수신 가능한 기준국의 목록에서 수신 감도가 가장 높은 기준국을 재선택하고, 실시간 위치 정보와 3차원 자세 정보를 기초로, 재선택된 기준국에 대한 상대 위치와 고도를 계산하여 차량의 GPS 정보를 갱신함으로써, 차량의 고도 변화에 따른 종래의 GPS 정보 오차를 보정하는 방안을 제공하고자 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 정보 오차 보정 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 정보 오차 보정 장치(100)는 자세 감지부(110), 위치 정보 획득부(120), 제어부(130) 및 저장부(140)를 포함할 수 있다.

각 구성 요소를 설명하면, 자세 감지부(110)는 차량의 진행 방향과 3차원 자세(roll, pitch, yaw)를 감지할 수 있으며, 자세 감지부(110)의 일 실시예로서 자이로 센서(gyroscope sensor)를 사용할 수 있다.

참고로, 자세 감지부(110)는 정밀도를 보다 높이기 위해 안테나의 자세를 감지할 수 있도록 안테나와 함께 내장될 수 있다.

한편, 위치 정보 획득부(120)는 차량의 GPS 위치 정보를 실시간으로 획득하여 제공할 수 있다.

한편, 제어부(130)는 GPS 정보 오차 보정 장치(100)의 전원이 ON되면 수신 가능한 기준국(GPS Reference Station)의 고정 위치와 고도 정보를 포함하는 기준국 리스트를 생성하고, 기준국 리스트가 저장부(140)에 저장되도록 제어할 수 있다.

또한, 제어부(130)는 차량의 주행 중에 자세 감지부(110)에서 감지되는 3차원 자세의 기울기가 평면으로부터 미리 정해진 임계치를 초과하는지 판단할 수 있다.

판단 결과, 미리 정해진 임계치를 초과하면, 저장부(140)에 저장된 기준국 중에서 수신 감도가 가장 높은 기준국을 선택할 수 있다. 만일 복수의 기준국이 선택되는 경우 수신 감도가 높은 순서로 선택될 수도 있다.

또한, 제어부(130)는 자세 감지부(110)와 위치 정보 획득부(120)로부터 획득되는 3차원 자세 정보와 실시간 위치 정보에 기초하여, 전술한 바와 같이 차량의 기울기에 따라서 재선택된 기준국에 대한 상대 위치와 고도를 계산할 수 있으며, 계산된 상대 위치와 고도를 차량의 GPS 정보로 갱신할 수 있다.

한편, 저장부(140)는 제어부(130)가 전술한 동작을 수행하도록 하는 알고리즘 및 그 과정에서 파생되는 다양한 데이터, 예를 들어 수신 가능한 기준국의 고정 위치와 고도 정보를 포함하는 기준국 리스트 등을 저장할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 다른 GPS 정보 오차 보정 과정을 도시한 흐름도이다.

도 3의 과정은 GPS 정보 오차 보정 장치(100)에 의해 수행될 수 있으며, GPS 정보 오차 보정 장치(100)의 전원이 ON되어 수신 가능한 기준국의 목록이 저장된 상태이다.

GPS 정보 오차 보정 장치(100)는 차량의 진행 방향과 3차원 자세를 감지하고, 차량의 실시간 GPS 위치 정보를 획득한다(S301).

S301 후, GPS 정보 오차 보정 장치(100)는 감지되는 3차원 자세의 기울기가 평면으로부터 미리 정해진 임계치를 초과하는지 판단한다(S302).

S302의 판단 결과, 임계치를 초과하면, GPS 정보 오차 보정 장치(100)는 기 저장된 기준국의 목록에서 수신 감도가 가장 높은 기준국을 재선택한다(S303).

S303 후, GPS 정보 오차 보정 장치(100)는 실시간 GPS 위치 정보와 3차원 자세 정보를 기초로, 재선택된 기준국에 대한 상대 위치와 고도를 계산하여 차량의 GPS 정보를 갱신한다(S304).

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준국 위치 정보의 변화 연산 시점을 도시한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 차량의 주행 중 변화하는 3차원 자세에서 기울기가 미리 정해진 임계치를 초과하는 경우 GPS 정보를 갱신할 수 있다.

즉, GPS 정보 획득을 위한 기준국 목록 갱신 시점을 차량의 3차원 자세(기울기)로 하고 GPS 정보의 오차를 보정하는 것이다.

도 4에서, 세로축은 도로의 높이(고도)를 나타내고, 가로축은 주행 거리를 나타낸다.

제1 구간은 기 선택된 기준국에 대한 상대적 위치와 고도에 따른 GPS 정보가 제공된다.

제2 구간은 차량의 기울기가 미리 정해진 임계치를 초과한 경우로서, GPS 정보 오차 보정 장치(100)는 기 저장된 기준국의 목록에서 수신 감도가 가장 높은 기준국을 재선택하고, 실시간 위치 정보와 3차원 자세 정보를 기초로, 재선택된 기준국에 대한 상대 위치와 고도를 계산하여 차량의 GPS 정보를 갱신할 수 있다.

제3 구간과 제4 구간 역시 차량의 기울기가 미리 정해진 임계치를 초과한 경우로서, 제2 구간에서 설명한 방법과 동일하게 기준국을 재선택하고 그에 대한 상태 위치와 고도를 계산하여 차량의 GPS 정보를 갱신할 수 있다.

도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 이동 변화에 따른 고도 오차를 비교한 결과이다.

도 5는 차량의 이동 변화에 따른 고도 오차를 비교한 결과이다.

종래의 GPS만을 사용한 결과와 본 발명의 GPS 정보 오차 보정 장치(100)를 사용한 결과를 비교해보면, 종래의 GPS만을 사용한 경우는 지형의 고도에서 상당한 오차를 보이는 반면, 본 발명의 GPS 정보 오차 보정 장치(100)를 사용한 경우 지형의 고도와 일치하여 그 정확도가 매우 높은 것을 확인할 수 있다.

도 6은 오차 범위를 비교하여 나타낸 것으로서, 본 발명의 GPS 정보 오차 보정 방법을 적용하기 전의 오차 범위는 -0.4부터 0.4까지 매우 넓으나, 본 발명의 GPS 정보 오차 보정 방법을 적용한 후의 오차 범위는 -0.1과 0 사이에 주로 집중되어 있어 정확도가 매우 높은 것을 확인할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : GPS 정보 오차 보정 장치
110 : 자세 감지부
120 : 위치 정보 획득부
130 : 제어부
140 : 저장부

Claims (6)

1. GPS 정보의 오차를 보정하는 장치에 있어서,
   측위 대상의 진행 방향과 3차원 자세를 감지하는 자세 감지부;
   상기 측위 대상의 실시간 위치 정보를 획득하는 위치 정보 획득부;
   복수의 기준국의 고정 위치와 고도 정보를 저장하는 저장부; 및
   상기 감지되는 3차원 자세의 기울기가 평면으로부터 미리 정해진 임계치를 초과하면, 상기 저장부에 저장된 기준국 중 수신 감도가 가장 높은 기준국을 선택하고, 상기 실시간 위치 정보와 3차원 자세 정보를 기초로, 상기 선택된 기준국에 대한 상대 위치와 고도를 계산하여 상기 측위 대상의 GPS 정보를 갱신하는 제어부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 정보 오차 보정 장치.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 GPS 정보의 오차를 보정하는 장치의 전원이 ON될 때 상기 복수의 기준국의 고정 위치와 고도 정보가 상기 저장부에 저장되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 GPS 정보 오차 보정 장치.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 자세 감지부는
   상기 측위 대상에 포함되는 안테나의 자세를 감지하도록 상기 안테나와 함께 내장되는 것을 특징으로 하는 GPS 정보 오차 보정 장치.
   
4. GPS 정보 오차 보정 장치가 GPS 정보의 오차를 보정하는 방법에 있어서,
   (a) 측위 대상의 진행 방향과 3차원 자세를 감지하고, 상기 측위 대상의 실시간 GPS 위치 정보를 획득하는 단계;
   (b) 상기 감지되는 3차원 자세의 기울기가 평면으로부터 미리 정해진 임계치를 초과하면, 기 저장된 기준국의 목록 - 각 기준국의 고정 위치 및 고도 정보가 포함됨 - 에서 수신 감도가 가장 높은 기준국을 선택하는 단계; 및
   (c) 상기 실시간 위치 정보와 3차원 자세 정보를 기초로, 상기 선택된 기준국에 대한 상대 위치와 고도를 계산하여 상기 측위 대상의 GPS 정보를 갱신하는 단계
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 정보 오차 보정 방법.
   
5. 제4 항에 있어서,
   상기 (a) 단계 이전에
   상기 GPS 정보 오차 보정하는 장치의 전원이 ON되면, 복수의 기준국의 고정 위치와 고도 정보를 저장하여 상기 기준국의 목록을 생성하는 것을 특징으로 하는 GPS 정보 오차 보정 방법.
   
6. 제4 항 및 제5 항 중 어느 하나의 항에 따른 방법을 수행하기 위한 일련의 명령을 포함하는 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.

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