KR20200065131A - 센서 융합을 이용한 고도 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 센서 융합을 이용한 고도 측정 장치에 관한 것으로, 차량의 속도센서로부터 속도 정보를 수신하는 속도 정보 수신부; 차량의 가속도센서로부터 3축 가속도 정보를 수신하는 가속도 정보 수신부; 차량의 GNSS센서로부터 GNSS 고도인 GNSS 데이터를 수신하여 상기 GNSS 데이터의 품질을 체크하는 GNSS 정보 수신부; 상기 GNSS 정보 수신부에서 수신한 GNSS 고도와 DR 고도 계산부에서 계산한 DR 고도를 수신하여, 시점 n-1과 n에서 수신받은 GNSS 고도 차이와 그 시간 동안 누적된 DR 고도의 차이를 이용하여 Pitch 바이어스를 계산하는 Pitch 바이어스 계산부; 상기 속도 정보 수신부와 상기 Pitch 각도 계산부로부터 속도 정보와 Pitch 각도 정보를 전달받고, 상기 전달받은 속도 정보와 Pitch 각도 정보를 이용해 DR 고도값을 산출하는 DR 고도 계산부; 및 상기 GNSS 정보 수신부를 통해 전달받은 GNSS 고도와 상기 DR 고도 계산부를 통해 전달받은 상기 DR 고도를 지정된 필터를 이용하여 융합 및 출력하는 GNSS/DR 고도 융합 및 출력부;를 포함한다.

Description

센서 융합을 이용한 고도 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING ALTITUDE USING SENSOR FUSION}
본 발명은 센서 융합을 이용한 고도 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량에서 추측항법(DR) 수행 시 GNSS센서, 속도센서(Odometer), 및 가속도센서(Acceleration Sensor)를 통해 검출된 정보를 바탕으로, GNSS와 가속도 정보를 융합하여 피치(Pitch) 바이어스를 제거하고, 속도 센서 정보를 이용하여 차량 진행 방향에 대한 동적 가속도를 제거함으로써, 층간 구분이 가능한 정확한 고도 정보를 산출할 수 있도록 하는, 센서 융합을 이용한 고도 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 저급, 소형, 저전력, 저가의 GPS 수신기가 개발됨에 따라 상업용 차량 항법 시스템에서의 측위 센서로 이와 같은 GPS 수신기가 주로 이용되고 있다.
이 GPS 수신기를 통하여 획득된 차량의 위치 정보는 디지털 지도에 맵 매칭(Map Matching)되어 사용자에게 자신의 위치, 속도 등의 항법 정보와 길 안내, 위험지역 알림 등의 위치 기반 서비스(Location Based Service: LBS) 제공을 가능하게 한다.
그러나, GPS 수신기는 터널, 지하주차장, 도심지역 등에서와 같이 GPS 신호의 완전 또는 부분적인 차단이 생기는 경우에 정확한 위치 정보를 제공하지 못하는 문제점이 있다.
이와 같이 GPS 수신기로부터 제공되는 측위 정보의 단절을 방지하기 위하여, GPS 수신기와 더불어 차속도 센서, 자이로 센서, 가속도 센서 등으로 구성된 추측항법(DR) 시스템을 이용하는 DR/GPS 복합 항법 시스템이 제안되었다. DR/GPS 복합 항법 시스템에 따르면 GPS 신호를 수신할 수 없는 지역에서도 추측항법(DR : Dead Reckoning)을 수행함으로써 연속적으로 위치 정보를 제공할 수 있다.
상기 DR/GPS 복합 항법 시스템에 있어서, 일반적으로 차량의 2차원 위치 즉, 위도 및 경도를 구하기 위해서는 차량 항법 시스템에 GPS 수신기, 차량의 이동 거리를 측정할 수 있는 가속도 센서(또는 차속도 센서) 및 차량의 진행 방향을 측정할 수 있는 방위각 자이로 센서가 구비되면 족하다.
그러나, 차량의 3차원 위치 즉, 위도, 경도 및 고도를 구하기 위해서는 차량 항법 시스템에 GPS 수신기와 함께 3축의 자이로 센서와 3축의 가속도 센서가 모두 구비될 것이 요구되기 때문에, 시스템의 구성이 복잡해지고 단가가 높아지는 문제가 있다. 이에 따라 최근에는 저가 센서를 장착하는 차량이 있으나, 저가 센서(특히 저가 가속도 센서)를 이용한 추측항법(DR) 수행 시 2차원의 위치 결정 정확도에 비해 고도 정확도가 현저하게 떨어지는 문제점이 있다.
이에 따라 기압계(Barometer)를 추가하여 고도를 측정하거나, 고가의 센서를 사용할 수 있으나 비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.
또한 GNSS(Global Navigation Satellite System)의 경우 3차원(3D) 위치의 정확도가 부정확하다는 문제가 있고, 저가 가속도 센서에서 계산된 3D 자세를 활용하여 고도를 계산할 경우 움직일 때의 동적 가속도에 의해 실제 정확한 자세를 계산하기 어렵고, 또한 가속도 바이어스로 인해 큰 오차를 포함하게 되어 정확한 고도값 계산이 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2006-0094133호(2006.08.29. 공개, 이동 정보를 이용하는 장치)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 차량에서 추측항법(DR) 수행 시 GNSS센서, 속도센서(Odometer), 및 가속도센서(Acceleration Sensor)를 통해 검출된 정보를 바탕으로, GNSS와 가속도 정보를 융합하여 피치(Pitch) 바이어스를 제거하고, 속도 센서 정보를 이용하여 차량 진행 방향에 대한 동적 가속도를 제거함으로써, 층간 구분이 가능한 정확한 고도 정보를 산출할 수 있도록 하는, 센서 융합을 이용한 고도 측정 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 센서 융합을 이용한 고도 측정 장치는, 차량의 속도센서로부터 속도 정보를 수신하는 속도 정보 수신부; 차량의 가속도센서로부터 3축 가속도 정보를 수신하는 가속도 정보 수신부; 차량의 GNSS센서로부터 GNSS 고도인 GNSS 데이터를 수신하는 GNSS 정보 수신부; 상기 GNSS 정보 수신부에서 수신한 GNSS 고도와 DR 고도 계산부에서 계산한 DR 고도를 수신하여, 시점 n-1과 n에서 수신받은 GNSS 고도 차이와 그 시간 동안 누적된 DR 고도의 차이를 이용하여 Pitch 바이어스를 계산하는 Pitch 바이어스 계산부; 상기 속도 정보 수신부와 Pitch 각도 계산부로부터 속도 정보와 Pitch 각도 정보를 전달받고, 상기 전달받은 속도 정보와 Pitch 각도 정보를 이용해 DR 고도값을 산출하는 DR 고도 계산부; 및 상기 GNSS 정보 수신부를 통해 전달받은 GNSS 고도와 상기 DR 고도 계산부를 통해 전달받은 상기 DR 고도를 지정된 필터를 이용하여 융합 및 출력하는 GNSS/DR 고도 융합 및 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 속도 정보 수신부는, 차량의 속도센서로부터 속도 정보를 수신하여 Pitch 각도 계산부 및 DR 고도 계산부에 전달하고, 상기 가속도 정보 수신부는, 차량의 가속도센서로부터 3축 가속도 정보를 수신하여 상기 Pitch 각도 계산부에 전달하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 GNSS 정보 수신부는, 상기 GNSS 데이터의 품질을 체크하여, 기준 대비 좋은 품질과 좋지 않은 품질의 GNSS 데이터를 선별하며, 기준 대비 좋은 품질로 선별된 GNSS 데이터를 상기 Pitch 바이어스 계산부 및 GNSS/DR 고도 융합 및 출력부에 전달하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 Pitch 바이어스 계산부, Pitch 각도 계산부, 및 DR(Dead Reckoning) 고도 계산부는, 하나의 제어부로 통합될 수 있음을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 Pitch 각도 계산부는, 상기 속도 정보 수신부로부터 전달받은 속도 정보를 미분하여 가속도 정보를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 Pitch 각도 계산부는, 상기 가속도 정보 수신부로부터 전달받은 가속도 정보에서 상기 속도 정보를 차분하여 동적 가속도를 제거하고, 상기 동적 가속도가 제거된 가속도 값을 이용하여 Pitch 각도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 Pitch 각도 계산부는, 상기 Pitch 바이어스 계산부로부터 전달받은 Pitch 바이어스를 상기 계산된 Pitch 각도에서 차분하여 정확한 Pitch 각도를 계산하고, 상기 계산된 Pitch 각도를 DR 고도 계산부로 전달하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 Pitch 바이어스 계산부는, 상기 계산된 Pitch 바이어스를 상기 Pitch 각도 계산부로 전달하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 센서 융합을 이용한 고도 측정 방법은, 속도 정보 수신부가 차량의 속도센서로부터 속도 정보를 수신하는 단계; 가속도 정보 수신부가 차량의 가속도센서로부터 3축 가속도 정보를 수신하는 단계; GNSS 정보 수신부가 차량의 GNSS센서로부터 GNSS 고도인 GNSS 데이터를 수신하는 단계; Pitch 바이어스 계산부가 상기 GNSS 정보 수신부에서 수신한 GNSS 고도와 DR 고도 계산부에서 계산한 DR 고도를 수신하여, 시점 n-1과 n에서 수신받은 GNSS 고도 차이와 그 시간 동안 누적된 DR 고도의 차이를 이용하여 Pitch 바이어스를 계산하는 단계; 상기 DR 고도 계산부가 상기 속도 정보 수신부와 Pitch 각도 계산부로부터 속도 정보와 Pitch 각도 정보를 전달받고, 상기 전달받은 속도 정보와 Pitch 각도 정보를 이용해 DR 고도값을 산출하는 단계; 및 GNSS/DR 고도 융합 및 출력부가 상기 GNSS 정보 수신부를 통해 전달받은 GNSS 고도와 상기 DR 고도 계산부를 통해 전달받은 상기 DR 고도를 지정된 필터를 이용하여 융합 및 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 속도 정보를 수신하는 단계 및 상기 3축 가속도 정보를 수신하는 단계 이후, 상기 속도 정보 수신부가, 차량의 속도센서로부터 수신한 속도 정보를 Pitch 각도 계산부 및 DR 고도 계산부에 전달하는 단계; 및 상기 가속도 정보 수신부가, 차량의 가속도센서로부터 수신한 3축 가속도 정보를 상기 Pitch 각도 계산부에 전달하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 GNSS 고도인 GNSS 데이터를 수신하는 단계 이후, 상기 GNSS 정보 수신부가, 상기 GNSS 데이터의 품질을 체크하여, 기준 대비 좋은 품질과 좋지 않은 품질의 GNSS 데이터를 선별하며, 기준 대비 좋은 품질로 선별된 GNSS 데이터를 상기 Pitch 바이어스 계산부 및 GNSS/DR 고도 융합 및 출력부에 전달하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 Pitch 각도 계산부는, 상기 속도 정보 수신부로부터 전달받은 속도 정보를 미분하여 가속도 정보를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 DR 고도 계산부가 상기 속도 정보 수신부와 Pitch 각도 계산부로부터 속도 정보와 Pitch 각도 정보를 전달받는 단계에서, 상기 Pitch 각도 계산부는, 상기 가속도 정보 수신부로부터 전달받은 가속도 정보에서 상기 속도 정보를 차분하여 동적 가속도를 제거하고, 상기 동적 가속도가 제거된 가속도 값을 이용하여 Pitch 각도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 Pitch 각도 계산부는, Pitch 바이어스 계산부로부터 전달받은 Pitch 바이어스를 상기 계산된 Pitch 각도에서 차분하여 정확한 Pitch 각도를 계산하여, 상기 계산된 Pitch 각도를 DR 고도 계산부로 전달하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 Pitch 바이어스 계산부는, 3축 가속도센서에서 측정한 가속도 중 차량의 진행방향에 해당하는 x축의 가속도 값(
Figure pat00001
)에서 Pitch 각도 계산부를 통해 계산한 가속도(
Figure pat00002
)를 차분한 데이터(
Figure pat00003
)와 상기 3축 가속도센서에서 측정한 가속도 중 y,z 축 가속도 데이터를 이용하여, 아래의 수학식 3과 같이, Pitch 각을 계산하는 것을 특징으로 한다.
(수학식 3)
Figure pat00004
여기서,
Figure pat00005
는 Pitch 바이어스이며, 초기값=0 이다.
본 발명에 있어서, 상기 Pitch 바이어스 계산부는, 상기 GNSS 데이터의 품질을 체크한 결과를 바탕으로, GNSS센서에 의해 측정한 고도값과 계산한 DR 고도값을 이용해 Pitch 바이어스를 계산하되, GNSS 데이터의 품질이 기준 이상으로 좋아질 때 까지 DR 고도 변화량(
Figure pat00006
)을 누적하며, 상기 GNSS 데이터 품질이 좋으면, 아래의 수학식 7과 같이, n-1과 n 시점의 GNSS센서의 고도 차이(
Figure pat00007
)와 상기 누적된 DR 고도(
Figure pat00008
)를 비교하여, 아래의 수학식 8과 수학식 9에 따라, 보정된 Pitch 바이어스를 계산하는 것을 특징으로 한다.
(수학식 7)
Figure pat00009
(수학식 8)
Figure pat00010
(수학식 9)
Figure pat00011
여기서
Figure pat00012
= 보정상수로서 사용자가 설정 가능하다.
여기서,
Figure pat00013
는 Pitch 바이어스이며, 초기값=0 이다.
본 발명에 있어서, 상기 GNSS 데이터의 품질을 체크한 결과에 따라, 상기 GNSS/DR 고도 융합 및 출력부는, GNSS 데이터가 기준 대비 품질이 좋지 않거나, 수신되지 않을 경우에는 DR 고도 계산부에서 계산된 DR 고도값(
Figure pat00014
)을 최적의 고도값(
Figure pat00015
)으로 설정하고(
Figure pat00016
), GNSS 데이터의 품질이 기준 대비 좋을 경우에는, 아래의 수학식 11과 같이, 상기 DR 고도 계산부에서 DR 고도값(
Figure pat00017
)과 GNSS센서 고도값(
Figure pat00018
)을 필터링하여 최적 고도값(
Figure pat00019
)을 출력하는 것을 특징으로 한다.
(수학식 11)
Figure pat00020
여기서,
Figure pat00021
= 가중치값,
Figure pat00022
= 시간 t에서 GNSS센서 고도값을 의미한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 차량에서 추측항법(DR) 수행 시 GNSS센서, 속도센서, 및 가속도센서를 통해 검출된 정보를 바탕으로, GNSS와 가속도 정보를 융합하여 피치(Pitch) 바이어스를 제거하고, 속도 센서 정보를 이용하여 차량 진행 방향에 대한 동적 가속도를 제거함으로써, 층간 구분이 가능한 정확한 고도 정보를 산출할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 융합을 이용한 고도 측정 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 융합을 이용한 고도 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 3은 상기 도 2에 있어서, DR 고도값 계산 과정을 보다 상세하게 보인 흐름도.
도 4는 상기 도 2에 있어서, Pitch 바이어스(Bias)를 산출하는 과정을 보다 상세하게 보인 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 센서 융합을 이용한 고도 측정 장치 및 방법의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 융합을 이용한 고도 측정 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 센서 융합을 이용한 고도 측정 장치는, 속도 정보 수신부(110), 가속도 정보 수신부(120), GNSS 정보 수신부(130), 피치(Pitch) 바이어스 계산부(140), 피치(Pitch) 각도 계산부(150), DR(Dead Reckoning) 고도 계산부(160), 및 GNSS/DR 고도 융합 및 출력부(170)를 포함한다.
여기서 상기 피치(Pitch) 바이어스 계산부(140), 피치(Pitch) 각도 계산부(150), 및 DR(Dead Reckoning) 고도 계산부(160)는, 본 실시예에서 설명의 편의를 위해 개별적인 기능을 수행하는 구성요소로서 설명하지만, 하나의 제어부로 통합될 수도 있음에 유의한다.
상기 속도 정보 수신부(110)는 차량(예 : 차량의 ECU 또는 차량의 속도센서)으로부터 속도 정보를 수신하여 Pitch 각도 계산부(140)에 속도 정보를 전달한다.
또한 상기 속도 정보 수신부(110)는 상기 차량으로부터 수신한 속도 정보를 DR 고도 계산부(160)에 전달하여 고도를 계산할 수 있도록 한다.
상기 가속도 정보 수신부(120)는 차량의 가속도센서로부터 3축 가속도 정보를 수신하여 Pitch 각도 계산부(150)에 전달한다.
상기 GNSS 정보 수신부(130)는 GNSS센서 데이터(또는 정보)를 수신하여 GNSS 데이터의 품질을 판단(또는 체크)하고, 기준 대비 좋은 품질과 좋지 않은 품질의 GNSS 데이터를 선별한다.
또한 상기 GNSS 수신부(130)는 기준 대비 좋은 품질로 선별된 GNSS 데이터를 Pitch 바이어스 계산부(140)로 전달한다.
또한 상기 GNSS 수신부(130)는 상기 기준 대비 좋은 품질로 선별된 GNSS 데이터를 GNSS/DR 고도 융합 및 출력부(170)에도 전달한다.
상기 Pitch 각도 계산부(150)는 상기 속도 정보 수신부(110)로부터 전달받은 속도 정보를 미분하여 가속도 정보를 계산(또는 산출)한다.
또한 상기 Pitch 각도 계산부(150)는 상기 가속도 정보 수신부(120)로부터 전달받은 가속도 정보에서 상기 속도 정보를 차분(또는 차감)하여 동적 가속도를 제거한다.
또한 상기 Pitch 각도 계산부(150)는 상기 동적 가속도가 제거된 가속도 값을 이용하여 Pitch 각도를 계산(또는 산출)한다.
또한 상기 Pitch 각도 계산부(150)는 상기 Pitch 바이어스 계산부(140)로부터 전달받은 Pitch 바이어스를 상기 계산된 Pitch 각도에서 차분(또는 차감)하여 정확한 Pitch 각도를 계산한다.
또한 상기 Pitch 각도 계산부(150)는 상기 계산된 Pitch 각도를 상기 DR 고도 계산부(160)로 전달한다.
상기 Pitch 바이어스 계산부(140)는 상기 GNSS 정보 수신부(130)와 상기 DR 고도 계산부(160)에서 GNSS 고도와 DR 고도를 수신한다.
또한 상기 Pitch 바이어스 계산부(140)는 시점 n-1과 n에서 수신받은 GNSS 고도 차이와 그 시간 동안 누적된 DR 고도의 차이를 이용하여 Pitch 바이어스를 계산한다.
또한 상기 Pitch 바이어스 계산부(140)는 상기 계산된 Pitch 바이어스를 상기 Pitch 각도 계산부(150)로 전달한다.
상기 DR 고도 계산부(160)는 상기 속도 정보 수신부(110)와 상기 Pitch 각도 계산부(150)로부터 속도 정보와 Pitch 각도 정보를 전달받고, 상기 전달받은 속도 정보와 Pitch 각도 정보를 이용해 DR 고도값을 계산(또는 산출)한다.
상기 GNSS/DR 고도 융합 및 출력부(170)는 상기 GNSS 정보 수신부(130)를 통해 전달받은 GNSS 정보(즉, GNSS 고도)와 상기 DR 고도 계산부(160)를 통해 전달받은 상기 DR 고도를 지정된 필터(예 : 칼만필터 또는 상보필터 등)를 이용하여 융합 및 출력한다.
이하 도 2 내지 도 4의 흐름도를 참조하여, 본 실시예에 따른 센서 융합을 이용한 고도 측정 방법에 대해서 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 융합을 이용한 고도 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3은 상기 도 2에 있어서, DR 고도값 계산 과정을 보다 상세하게 보인 흐름도이고, 도 4는 상기 도 2에 있어서, Pitch 바이어스(Bias)를 산출하는 과정을 보다 상세하게 보인 흐름도이다.
먼저, Pitch 각도 계산부(150)는 속도 정보 수신부(110)로부터 속도 정보(또는 속도센서 데이터)를 전달받고, 가속도 정보 수신부(120)로부터 가속도 정보(또는 가속도센서 데이터)를 전달받는다(S101).
상기 Pitch 각도 계산부(150)는 상기 전달받은 속도 정보를 미분하여, 아래의 수학식 1과 같이, 가속도 정보(
Figure pat00023
)를 계산(또는 산출)한다(S201).
Figure pat00024
여기서 V는 속도센서로부터 전달받은 속도 정보이다.
DR 고도 계산부(160)는, 아래의 수학식 2와 같이, 3축 가속도센서에서 측정한 가속도 중 차량의 진행방향에 해당하는 축(예 : x축)의 가속도 값(
Figure pat00025
)에서 상기 Pitch 각도 계산부(150)를 통해 계산(산출)한 가속도(
Figure pat00026
)를 차분(또는 차감)한다(S102, S201, S202).
Figure pat00027
여기서 x축이 차량 진행방향에 해당하는 축이라고 가정한다.
상기 Pitch 각도 계산부(150)는 상기 수학식 2에서 산출한 데이터와 y,z 축 가속도 데이터를 이용하여, 아래의 수학식 3과 같이, Pitch 각(각도)을 계산한다(S203).
Figure pat00028
여기서,
Figure pat00029
는 Pitch 바이어스이며, 초기값=0 이다.
상기 DR 고도 계산부(160)는 속도센서의 속도 정보와 상기 수학식 3에서 계산한 Pitch 각도에서 상기 S105 단계에서 계산한 Pitch 바이어스를 차분(차감)하고(S204), 상기 Pitch 각(각도) 정보와 상기 Pitch 바이어스의 차분 데이터, 및 속도 정보(즉, 속도센서 정보)를 이용해 아래의 수학식 4와 수학식 5를 이용하여, DR 고도값을 계산한다(S102, S205).
Figure pat00030
여기서 DR 고도 변화량(
Figure pat00031
)은 한 시점의 시간 t-1에서 t 사이의 DR 고도 변화량을 의미한다.
Figure pat00032
여기서 최초의 경우
Figure pat00033
고도값, 이후의 경우
Figure pat00034
은 계산된 고도값
Figure pat00035
을 의미한다.
상기 Pitch 바이어스 계산부(140)는 상기 GNSS 정보 수신부(130)를 통해 GNSS센서 데이터(또는 GNSS 데이터)를 수신하여(S103), GNSS 데이터(즉, GNSS센서 데이터)의 품질을 체크한다(S104).
그리고 상기 Pitch 바이어스 계산부(140)는 상기 GNSS 데이터의 품질을 체크한 결과를 바탕으로, GNSS센서에 의해 측정한 고도값과 상기 계산한 DR 고도값을 이용해 Pitch 바이어스를 계산(산출)한다(S105).
상기 Pitch 바이어스 계산부(140)는 GNSS 데이터(즉, GNSS센서 고도값) 품질이 기준 이상으로 좋아질 때 까지(S301의 예), 아래의 수학식 6과 같이, DR 고도 변화량(
Figure pat00036
)을 누적한다(S302).
Figure pat00037
여기서 n-1은 직전에 좋은 GNSS 데이터 품질이 전달된 시점을 의미한다.
상기 GNSS 데이터 품질이 좋으면, n-1과 n 시점의 GNSS센서의 고도 차이(수학식 7 참조)(
Figure pat00038
)와 상기 수학식 6에서 누적된 DR 고도(
Figure pat00039
)를 비교하여(수학식 8,9 참조), 보정된 Pitch 바이어스를 추정한다(S303 ~ S305).
Figure pat00040
Figure pat00041
Figure pat00042
여기서
Figure pat00043
= 보정상수로서 사용자가 설정 가능하다.
여기서,
Figure pat00044
는 Pitch 바이어스이며, 초기값=0 이다.
상기 과정이 끝나면 누적된 DR 고도(
Figure pat00045
)를 0으로 초기화 한 후(S306), 상기 보정된 Pitch 바이어스를 S105 단계로 전달한다(S307).
이때 상기 S102 내지 S105의 과정은 반복 수행된다.
상기 S104에서 판단(체크)된 GNSS 데이터(즉, GNSS센서 고도값)의 품질을 기준으로 최적의 고도값(
Figure pat00046
)을 계산(산출)한다(S106).
이에 대하여 보다 구체적으로 설명하면, 만약 GNSS 데이터(즉, GNSS센서 고도값)가 기준 대비 품질이 좋지 않거나, 수신되지 않을 경우에는 상기 수학식 5에서 계산된 DR 고도값(
Figure pat00047
)을 아래의 수학식 10과 같이 사용한다. 즉, 상기 수학식 5에서 계산된 DR 고도값(
Figure pat00048
)을 최적의 고도값(
Figure pat00049
)으로 설정한다.
Figure pat00050
그런데 상기 S104 단계에서 GNSS 데이터(즉, GNSS센서 고도값)의 품질을 체크한 결과, GNSS 데이터(즉, GNSS센서 고도값)의 품질이 기준 대비 좋을 경우에는, 아래의 수학식 11과 같이, 상기 수학식 5에서 계산된 DR 고도값(
Figure pat00051
)과 GNSS센서 고도값(
Figure pat00052
)을 필터링하여(예 : 상보필터 사용) 최적 고도값(
Figure pat00053
)을 산출한다(S106).
Figure pat00054
여기서,
Figure pat00055
= 가중치값,
Figure pat00056
= 시간 t에서 GNSS센서 고도값을 의미한다.
상기와 같이 본 실시예는 간단하게 저가형 가속도센서와 속도센서와 GNSS센서만을 이용하여 고도를 정확하게 산출할 수 있으며, 비용 문제로 인해 여러 센서를 사용하기 어렵거나, 단말기의 성능에 의해 복잡한 알고리즘을 적용할 수 없는 소형 단말기 환경에서도 활용이 가능한 효과가 있다.
또한 상기와 같이 본 실시예는 차량에서 추측항법(DR) 수행 시 GNSS센서, 속도센서, 및 가속도센서를 통해 검출된 정보를 바탕으로, GNSS와 가속도 정보를 융합하여 피치(Pitch) 바이어스를 제거하고, 속도 센서 정보를 이용하여 차량 진행 방향에 대한 동적 가속도를 제거함으로써, 층간 구분이 가능한 정확한 고도 정보를 산출할 수 있도록 하는 효과가 있다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
110 : 속도 정보 수신부
120 : 가속도 정보 수신부
130 : GNSS 정보 수신부
140 : Pitch 바이어스 계산부
150 : Pitch 각도 계산부
160 : DR 고도 계산부
170 : GNSS/DR 고도 융합 및 출력부

Claims (17)

  1. 차량의 속도센서로부터 속도 정보를 수신하는 속도 정보 수신부;
    차량의 가속도센서로부터 3축 가속도 정보를 수신하는 가속도 정보 수신부;
    차량의 GNSS센서로부터 GNSS 고도인 GNSS 데이터를 수신하는 GNSS 정보 수신부;
    상기 GNSS 정보 수신부에서 수신한 GNSS 고도와 DR 고도 계산부에서 계산한 DR 고도를 수신하여, 시점 n-1과 n에서 수신받은 GNSS 고도 차이와 그 시간 동안 누적된 DR 고도의 차이를 이용하여 Pitch 바이어스를 계산하는 Pitch 바이어스 계산부;
    상기 속도 정보 수신부와 Pitch 각도 계산부로부터 속도 정보와 Pitch 각도 정보를 전달받고, 상기 전달받은 속도 정보와 Pitch 각도 정보를 이용해 DR 고도값을 산출하는 DR 고도 계산부; 및
    상기 GNSS 정보 수신부를 통해 전달받은 GNSS 고도와 상기 DR 고도 계산부를 통해 전달받은 상기 DR 고도를 지정된 필터를 이용하여 융합 및 출력하는 GNSS/DR 고도 융합 및 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 융합을 이용한 고도 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 속도 정보 수신부는, 차량의 속도센서로부터 속도 정보를 수신하여 Pitch 각도 계산부 및 DR 고도 계산부에 전달하고,
    상기 가속도 정보 수신부는, 차량의 가속도센서로부터 3축 가속도 정보를 수신하여 상기 Pitch 각도 계산부에 전달하는 것을 특징으로 하는 센서 융합을 이용한 고도 측정 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 GNSS 정보 수신부는,
    상기 GNSS 데이터의 품질을 체크하여, 기준 대비 좋은 품질과 좋지 않은 품질의 GNSS 데이터를 선별하며, 기준 대비 좋은 품질로 선별된 GNSS 데이터를 상기 Pitch 바이어스 계산부 및 GNSS/DR 고도 융합 및 출력부에 전달하는 것을 특징으로 하는 센서 융합을 이용한 고도 측정 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 Pitch 바이어스 계산부, Pitch 각도 계산부, 및 DR(Dead Reckoning) 고도 계산부는, 하나의 제어부로 통합될 수 있음을 특징으로 하는 센서 융합을 이용한 고도 측정 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 Pitch 각도 계산부는,
    상기 속도 정보 수신부로부터 전달받은 속도 정보를 미분하여 가속도 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 센서 융합을 이용한 고도 측정 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 Pitch 각도 계산부는,
    상기 가속도 정보 수신부로부터 전달받은 가속도 정보에서 상기 속도 정보를 차분하여 동적 가속도를 제거하고, 상기 동적 가속도가 제거된 가속도 값을 이용하여 Pitch 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 센서 융합을 이용한 고도 측정 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 Pitch 각도 계산부는,
    상기 Pitch 바이어스 계산부로부터 전달받은 Pitch 바이어스를 상기 계산된 Pitch 각도에서 차분하여 정확한 Pitch 각도를 계산하고,
    상기 계산된 Pitch 각도를 DR 고도 계산부로 전달하는 것을 특징으로 하는 센서 융합을 이용한 고도 측정 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 Pitch 바이어스 계산부는,
    상기 계산된 Pitch 바이어스를 상기 Pitch 각도 계산부로 전달하는 것을 특징으로 하는 센서 융합을 이용한 고도 측정 장치.
  9. 속도 정보 수신부가 차량의 속도센서로부터 속도 정보를 수신하는 단계;
    가속도 정보 수신부가 차량의 가속도센서로부터 3축 가속도 정보를 수신하는 단계;
    GNSS 정보 수신부가 차량의 GNSS센서로부터 GNSS 고도인 GNSS 데이터를 수신하는 단계;
    Pitch 바이어스 계산부가 상기 GNSS 정보 수신부에서 수신한 GNSS 고도와 DR 고도 계산부에서 계산한 DR 고도를 수신하여, 시점 n-1과 n에서 수신받은 GNSS 고도 차이와 그 시간 동안 누적된 DR 고도의 차이를 이용하여 Pitch 바이어스를 계산하는 단계;
    상기 DR 고도 계산부가 상기 속도 정보 수신부와 Pitch 각도 계산부로부터 속도 정보와 Pitch 각도 정보를 전달받고, 상기 전달받은 속도 정보와 Pitch 각도 정보를 이용해 DR 고도값을 산출하는 단계; 및
    GNSS/DR 고도 융합 및 출력부가 상기 GNSS 정보 수신부를 통해 전달받은 GNSS 고도와 상기 DR 고도 계산부를 통해 전달받은 상기 DR 고도를 지정된 필터를 이용하여 융합 및 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 융합을 이용한 고도 측정 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 속도 정보를 수신하는 단계 및 상기 3축 가속도 정보를 수신하는 단계 이후,
    상기 속도 정보 수신부가, 차량의 속도센서로부터 수신한 속도 정보를 Pitch 각도 계산부 및 DR 고도 계산부에 전달하는 단계; 및
    상기 가속도 정보 수신부가, 차량의 가속도센서로부터 수신한 3축 가속도 정보를 상기 Pitch 각도 계산부에 전달하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 융합을 이용한 고도 측정 방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 GNSS 고도인 GNSS 데이터를 수신하는 단계 이후,
    상기 GNSS 정보 수신부가,
    상기 GNSS 데이터의 품질을 체크하여, 기준 대비 좋은 품질과 좋지 않은 품질의 GNSS 데이터를 선별하며, 기준 대비 좋은 품질로 선별된 GNSS 데이터를 상기 Pitch 바이어스 계산부 및 GNSS/DR 고도 융합 및 출력부에 전달하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 융합을 이용한 고도 측정 방법.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 Pitch 각도 계산부는,
    상기 속도 정보 수신부로부터 전달받은 속도 정보를 미분하여 가속도 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 센서 융합을 이용한 고도 측정 방법.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 DR 고도 계산부가 상기 속도 정보 수신부와 Pitch 각도 계산부로부터 속도 정보와 Pitch 각도 정보를 전달받는 단계에서,
    상기 Pitch 각도 계산부는,
    상기 가속도 정보 수신부로부터 전달받은 가속도 정보에서 상기 속도 정보를 차분하여 동적 가속도를 제거하고, 상기 동적 가속도가 제거된 가속도 값을 이용하여 Pitch 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 센서 융합을 이용한 고도 측정 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 Pitch 각도 계산부는,
    Pitch 바이어스 계산부로부터 전달받은 Pitch 바이어스를 상기 계산된 Pitch 각도에서 차분하여 정확한 Pitch 각도를 계산하여,
    상기 계산된 Pitch 각도를 DR 고도 계산부로 전달하는 것을 특징으로 하는 센서 융합을 이용한 고도 측정 방법.
  15. 제 9항에 있어서, 상기 Pitch 바이어스 계산부는,
    3축 가속도센서에서 측정한 가속도 중 차량의 진행방향에 해당하는 x축의 가속도 값(
    Figure pat00057
    )에서 Pitch 각도 계산부를 통해 계산한 가속도(
    Figure pat00058
    )를 차분한 데이터(
    Figure pat00059
    )와 상기 3축 가속도센서에서 측정한 가속도 중 y,z 축 가속도 데이터를 이용하여, 아래의 수학식 3과 같이, Pitch 각을 계산하는 것을 특징으로 하는 센서 융합을 이용한 고도 측정 방법.
    (수학식 3)
    Figure pat00060

    여기서,
    Figure pat00061
    는 Pitch 바이어스이며, 초기값=0 이다.
  16. 제 11항에 있어서, 상기 Pitch 바이어스 계산부는,
    상기 GNSS 데이터의 품질을 체크한 결과를 바탕으로, GNSS센서에 의해 측정한 고도값과 계산한 DR 고도값을 이용해 Pitch 바이어스를 계산하되,
    GNSS 데이터의 품질이 기준 이상으로 좋아질 때 까지 DR 고도 변화량(
    Figure pat00062
    )을 누적하며,
    상기 GNSS 데이터 품질이 좋으면, 아래의 수학식 7과 같이, n-1과 n 시점의 GNSS센서의 고도 차이(
    Figure pat00063
    )와 상기 누적된 DR 고도(
    Figure pat00064
    )를 비교하여, 아래의 수학식 8과 수학식 9에 따라, 보정된 Pitch 바이어스를 계산하는 것을 특징으로 하는 센서 융합을 이용한 고도 측정 방법.
    (수학식 7)
    Figure pat00065

    (수학식 8)
    Figure pat00066

    (수학식 9)
    Figure pat00067

    여기서
    Figure pat00068
    = 보정상수로서 사용자가 설정 가능하다.
    여기서,
    Figure pat00069
    는 Pitch 바이어스이며, 초기값=0 이다.
  17. 제 11항에 있어서, 상기 GNSS 데이터의 품질을 체크한 결과에 따라,
    상기 GNSS/DR 고도 융합 및 출력부는,
    GNSS 데이터가 기준 대비 품질이 좋지 않거나, 수신되지 않을 경우에는 DR 고도 계산부에서 계산된 DR 고도값(
    Figure pat00070
    )을 최적의 고도값(
    Figure pat00071
    )으로 설정하고(
    Figure pat00072
    ),
    GNSS 데이터의 품질이 기준 대비 좋을 경우에는, 아래의 수학식 11과 같이, 상기 DR 고도 계산부에서 DR 고도값(
    Figure pat00073
    )과 GNSS센서 고도값(
    Figure pat00074
    )을 필터링하여 최적 고도값(
    Figure pat00075
    )을 출력하는 것을 특징으로 하는 센서 융합을 이용한 고도 측정 방법.
    (수학식 11)
    Figure pat00076

    여기서,
    Figure pat00077
    = 가중치값,
    Figure pat00078
    = 시간 t에서 GNSS센서 고도값을 의미한다.
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