KR20220167817A - Imu 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치에 관한 것으로, 상기 위성항법신호 처리 장치는 제1 주파수 대역에서 제1 및 제2 위성항법신호들을 각각 수신하는 제1 및 제2 위성항법신호 안테나들; 상기 제1 및 제2 위성항법신호들을 신호 처리하여 항체 포지션 신호를 생성하는 위성항법신호 엔진; 항체의 관성을 측정하는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서, 제2 주파수 대역에서 외부 컴퓨팅 장치와 무선신호를 송수신하는 무선 안테나; 및 상기 관성을 입력받아 상기 항체의 위치 및 자세를 추정하고 상기 항체 포지션 신호의 유효성을 반영하여 상기 위치 및 자세를 결정하는 제어부;를 포함한다.
Description
본 발명은 위성항법시스템(Global Navigation Satellite System; 이하, GNSS라 함) 측위 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 GNSS 및 IMU(Inertial Measurement Unit) 간의 상관관계 분석을 통한 정밀측위로 지형지물의 영향을 최소화하는 안정적인 위치정보를 생성할 수 있는 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치에 관한 것이다.
위성항법시스템(GNSS)은 지구 주위를 선회하는 다수의 위성을 이용하여 삼각 측량법으로 사용자의 위치를 계산하는 시스템이다.
현재 운영중인 위성항법시스템은 미국의 GPS(Global Positioning System), 러시아의 GLONASS(GLObal Navigation Satellite System), EU의 Galileo, 중국의 BDS(BeiDou Navigation Satellite System) 등이 있다.
위성항법시스템은 정밀한 위치, 속도, 시간 정보를 지구 전지역에서 연속적으로 제공한다. 각 위성항법시스템은 각자의 시스템에 맞게 설계된 항법메시지를 위성별 레인징 코드(ranging code)를 이용하여 직접 시퀀스 대역 확산(DSSS, Direct Sequence Spread Spectrum) 방식으로 변조하여 사용주파수 전역으로 확산시킨 뒤 각 대역별 RF 반송파(RF, radio frequency carrier)를 이용하여 송신한다.
위성항법수신기는 사용자의 위치, 속도, 시간을 계산하기 위해 4개 이상의 위성 신호를 사용한다. 각 위성이 송신하는 항법메시지를 복조하기 위해 RF 반송파와 레인징 코드를 추적하여 제거하고 이 과정에서 위성에서 송출한 신호가 사용자에게 도달하기까지 걸린 시간을 추정해 위성과의 의사거리를 계산한다. 복조한 항법메시지로부터 계산된 위성 위치와 의사거리를 이용해 사용자의 위치를 계산한다.
다양한 사용자 요구사항에 따라 위성항법수신기가 탑재되는 장소와 물체 또한 다양해지고 있으며, 고속으로 움직이는 항체(vehicle) 또한 원하는 목표지점까지 안정적인 이동을 위해 위성항법수신기가 탑재된다. 그러나, 터널 및 교각 하부 등의 GNSS 음역 지역에서는 측위 정확도가 매우 낮아 GNSS 측위를 보완하기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있다.
본 발명의 일 실시예는 GNSS 및 IMU(Inertial Measurement Unit) 간의 상관관계 분석을 통한 정밀측위로 지형지물의 영향을 최소화하는 안정적인 위치정보를 생성할 수 있는 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 RTK GNSS 듀얼 안테나를 통해 위성항법신호들을 각각 수신하고 IMU 센서를 통해 측정한 항체의 관성을 반영하여 정확한 항체의 위치 및 자세를 구할 수 있고 음영지역에서도 연속적으로 안정적인 위치정보를 생성할 수 있는 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 카메라와의 융합을 통해 대상 구조물을 위치표적으로 식별하여 항체의 위치 및 자세를 보정할 수 있고 해당 대상 구조물의 외관상 이상 유무를 모니터링하여 점검할 수 있는 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치는 제1 주파수 대역에서 제1 및 제2 위성항법신호들을 각각 수신하는 제1 및 제2 위성항법신호 안테나들; 상기 제1 및 제2 위성항법신호들을 신호 처리하여 항체 포지션 신호를 생성하는 위성항법신호 엔진; 항체의 관성을 측정하는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서; 제2 주파수 대역에서 외부 컴퓨팅 장치와 무선신호를 송수신하는 무선 안테나; 및 상기 관성을 입력받아 상기 항체의 위치 및 자세를 추정하고 상기 항체 포지션 신호의 유효성을 반영하여 상기 위치 및 자세를 결정하는 제어부를 포함한다.
상기 제1 및 제2 위성항법신호 안테나들과 상기 무선 안테나는 동일한 모듈에 통합되는 내장형 안테나로 구현될 수 있다.
상기 무선 안테나는 상기 항체의 작동을 원격 제어하는 콘트롤러와 통신을 수행하도록 하는 IoT RF 안테나 일 수 있다.
상기 제어부는 수신되는 위성항법신호 및 상기 IMU 센서에 의해 생성되는 관성측정신호의 상관성을 분석하여 상관신호를 생성하고, 상기 상관신호를 기초로 상기 위성항법신호의 오류 가능성을 반영하여 현재의 포지션을 추정하는 MCU를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 IMU 센서로부터 속도, 위치, 자세 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 수신할 때마다 상기 항체의 위치 데이터를 보정하여 현재의 포지션을 추정할 수 있다.
상기 제어부는 카메라가 결합되는 인터페이스를 포함하고, 상기 인터페이스에 결합된 카메라에서 촬영되는 상기 항체 주변 객체 영상과 상기 추정한 포지션을 기초로 지오레퍼린싱을 수행하여 상기 항체에 대해 보정된 위치 데이터 및 자세 데이터를 결정하고, 상기 객체 영상을 모니터링하여 해당 객체의 외관상 이상이나 손상 발견시 상기 무선 안테나를 통해 외부 컴퓨팅 장치와 통신을 수행하여 알림 제공할 수 있다.
실시예들 중에서, IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치는 카메라 모듈을 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 카메라 모듈과 인터페이스 가능하게 결합되고 상기 카메라 모듈을 통해 표적감지영역에 부착된 위치표적마크에 기록된 위치 정보를 식별하여 상기 추정한 위치 및 자세를 보정할 수 있다.
실시예들 중에서, IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치는 제1 주파수 대역을 동작 주파수 대역으로 가지는 RTK GNSS 듀얼 안테나; 제2 주파수 대역을 동작 주파수 대역으로 가지는 무선 안테나; IMU 센서; 및 카메라가 결합되는 카메라 인터페이스를 포함하고, 상기 RTK GNSS 듀얼 안테나에서 수신하는 위성항법신호 및 상기 IMU 센서로부터의 관성측정신호를 기초로 항체의 위치 및 자세를 측정하는 통합 안테나 모듈로 구현될 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치는 GNSS 및 IMU(Inertial Measurement Unit) 간의 상관관계 분석을 통한 정밀측위로 지형지물의 영향을 최소화하는 안정적인 위치정보를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치는 RTK GNSS 듀얼 안테나를 통해 위성항법신호들을 각각 수신하고 IMU 센서를 통해 측정한 항체의 관성을 반영하여 정확한 항체의 위치 및 자세를 구할 수 있고 음영지역에서도 연속적으로 안정적인 위치정보를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치는 카메라와의 융합을 통해 대상 구조물을 위치표적으로 식별하여 항체의 위치 및 자세를 보정할 수 있고 해당 대상 구조물의 외관상 이상 유무를 모니터링하여 점검할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치의 개략적 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 위성항법신호 처리 장치의 상세 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 과정을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치에서 카메라 융합의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치에서 카메라 융합의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 위성항법신호 처리 장치의 상세 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 과정을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치에서 카메라 융합의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치에서 카메라 융합의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명에 따른 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치의 개략적 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에 있는 위성항법신호 처리 장치의 상세 구성을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 위성항법신호 처리 장치(100)는 항체에 탑재될 수 있고, GNSS 듀얼 안테나(110), 위성항법신호 엔진(130), IMU 센서(150), 무선 안테나(170) 및 제어부(190)를 포함하여 구성될 수 있고, 이들 구성들은 통합된 하나의 모듈로 일체화되도록 설계될 수 있다.
GNSS 듀얼 안테나(110)는 제1 주파수 대역에서 제1 및 제2 위성항법신호들을 각각 수신하는 제1 및 제2 위성항법신호 안테나들(110a,110b)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 위성항법신호 안테나들(110a,110b)은 L1(1575.42㎒)/L2(1227.60㎒)/L5(1176.45㎒) 등 L대역의 위성항법신호를 수신할 수 있다. 제1 및 제2 위성항법신호 안테나들(110a,110b)은 RTK GNSS 안테나에 해당할 수 있고 동시에 2개의 위성항법신호를 수신할 수 있다. 제1 및 제2 위성항법신호 안테나들(110a,110b)은 일정거리 이격되어 설치될 수 있다.
위성항법신호 엔진(130)은 항체에 탑재된 RTK GNSS 수신기에 해당할 수 있다. 여기에서, 항체는 차량, 로봇, 무인항공기 등의 이동체에 해당할 수 있다. 위성항법신호 엔진(130)은 제1 및 제2 위성항법신호들을 신호 처리하여 항체 포지션 신호를 생성할 수 있다. 위성항법신호 엔진(130)은 제1 및 제2 위성항법신호 안테나들(110a,110b)을 통해 각각 수신된 위성항법신호들을 입력받아 증폭, 필터링, 주파수 변환 및 ADC 등의 신호 처리를 수행하여 항체 포지션 신호를 생성할 수 있다.
위성항법신호 엔진(130)은 제1 및 제2 위성항법신호 안테나(110a,110b)를 통해 수신되는 제1 및 제2 위성항법신호들을 입력받아 도 2에 나타낸 바와 같이, LNA(Low Noise Amplifier)(131)를 통해 증폭한 후 SAW 필터(132)를 통해 필터링하여 위성항법신호의 주파수 대역의 신호를 제외한 나머지 주파수 대역의 신호를 차단하고 위성항법신호의 주파수 대역의 신호를 추출한다. 위성항법신호 엔진(130)은 SAW 필터(132)에서 추출된 제1 및 제2 위성항법신호들을 GNSS 엔진(135)을 통해 중간 주파수로 변환하고 변환된 중간 주파수 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환하여 위성항법 데이터를 생성한다. 이때, GNSS 엔진(135)은 TXCO(133) 및 RTC(Real Time Clock)(134)에서 각각 제공되는 기준 클럭에 따라 동작을 수행한다. 위성항법신호 엔진(130)은 GNSS 알고리즘을 통해 위성항법 데이터에 기초하여 위치를 계산하고 계산된 위치에서 RTK 보정신호를 반영하여 오차가 제거된 항체 포지션 신호를 생성할 수 있다. 위성항법신호 엔진(130)은 제1 및 제2 위성항법신호들 간의 상대 정보를 적용하여 보정을 수행함으로써 항체에 대해 위치 및 자세의 정밀한 측위를 할 수 있다.
IMU 센서(150)는 관성측정수단(Inertial measurement unit)으로서 항체에 장착되어 항체의 관성을 측정할 수 있다. IMU 센서(150)는 실내, 터널, 교각 하부 등의 음영지역에서도 위성항법신호를 사용하여 항체의 위치 및 자세를 구할 수 있도록 한다. IMU 센서(150)는 하나 이상의 가속도계를 사용하여 선형 가속도를 감지하고 하나 이상의 자이로스코프를 사용하여 회전 속도를 감지함으로써 작동한다. IMU 센서(150)는 자이로 센서(자이로스코프)를 사용해, 예를 들어, 로컬 좌표계에서 항체의 회전각으로서 전진방향(Roll 축 방향), 전진방향의 우측방향(Pitch 축 방향), 중력방향(Yaw 축 방향) 각각의 가속도 중분치 등의 자세 관련 센서 데이터를 생성하고, 가속도 센서를 사용해 항체 속도 중분치 등의 가속도 관련 센서 데이터를 생성한다. IMU 센서(150)는 위치 및 자세 데이터를 획득할 수 있다.
IMU 센서(150)는 도 2에 나타낸 바와 같이, MEMS 관성센서로부터의 센서 데이터를 INS 알고리즘에 적용하여 항체에 대한 해당 속도, 위치 및 자세 데이터를 생성할 수 있다.
무선 안테나(170)는 제2 주파수 대역에서 외부 컴퓨팅 장치와 무선신호를 송수신할 수 있다. 무선 안테나(170)는 동일한 모듈에 GNSS 듀얼 안테나(110)와 통합한 내장형 안테나로 설계될 수 있다. 여기에서, GNSS 듀얼 안테나(110)와 무선 안테나(170)는 통합 안테나 모듈로 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 무선 안테나(170)는 IoT RF 안테나에 해당할 수 있고 항체의 작동을 원격 제어하는 콘트롤러와 통신을 수행하도록 할 수 있다.
제어부(190)는 관성을 입력받아 항체의 위치 및 자세를 추정하고 항체 포지션 신호의 유효성을 반영하여 위치 및 자세를 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(190)는 위성항법신호 및 관성측정신호의 상관성을 분석하여 상관신호를 생성할 수 있고, 상관신호를 기초로 위성항법신호의 오류 가능성을 반영하여 현재의 포지션을 추정할 수 있다. 여기에서, 제어부(190)는 MCU(Microcontroller unit)로 구현될 수 있고 추정한 현재 포지션을 기초로 항체의 위치를 결정할 수 있다. 제어부(190)는 IMU 센서(150)에 의해 측정한 관성을 위성항법신호 보다 우선하여 위치 및 자세를 해석하고 위성항법신호로 보정할 수 있고, 이에 따라 위성항법신호가 수신되지 않는 음영지역에서도 연속적인 측위가 수행될 수 있다.
제어부(190)는 도 2에 나타낸 바와 같이, MCU(191)를 통해 생성한 속도, 위치 및 자세 데이터와 수신한 위치 데이터를 이용하여 항체의 위치 데이터 및 자세 데이터를 추정한다. MCU(191)는 IMU 센서(150)에서 관측하여 생성한 이전의 속도, 위치 및 자세 데이터로부터 현재 항체의 속도, 위치 및 자세 데이터를 추정하며, 위성항법신호에 기초한 위치데이터를 수신하여 항체의 위치 데이터 또는 자세 데이터를 보정할 수 있다. MCU(191)는 위성항법신호 엔진(130)으로부터 수신하는 위치 데이터를 이용하여 항체의 위치 데이터를 보정할 수 있다. 제어부(190)는 인터페이스(193)를 포함하여 주변기기와 결합할 수 있다. 예컨대, 제어부(190)는 인터페이스(193)를 통해 카메라(200)를 결합하여 카메라(200)에서 항체 주변의 대상 구조물을 촬영하여 얻어지는 영상 데이터를 이용하여 항체에 대한 해당 보정된 위치 데이터 및 자세 데이터를 추정할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 과정을 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 위성항법신호 처리 장치(100)는 제1 및 제2 위성항법신호 안테나들(110a,110b)을 통해 제1 및 제2 위성항법신호들을 각각 수신할 수 있다(단계 S310). 위성항법신호 처리 장치(100)는 위성항법신호 엔진(130)을 통해 제1 및 제2 위성항법신호들을 신호 처리하여 항체 포지션 신호를 생성할 수 있다(단계 S330). 위성항법신호 처리 장치(100)는 IMU 센서(150)를 통해 항체의 관성을 측정할 수 있다(단계 S350).
위성항법신호 처리 장치(200)는 제어부(190)를 통해 관성을 입력받아 항체의 위치 및 자세를 추정할 수 있고(단계 S370), 추정된 항체의 위치 및 자세에 항체 포지션 신호의 유효성을 반영하여 위치 및 자세를 결정할 수 있다(단계 S390).
도 4는 본 발명에 따른 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치에서 카메라 융합의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 위성항법신호 처리 장치(400)는 카메라 인터페이스를 설계하여 인터페이스를 통해 카메라를 결합시켜 카메라에서 촬영된 영상을 기초로 항체 위치를 결정할 수 있고 항체 주변의 객체 손상을 검출할 수 있다. 이를 위해, 위성항법신호 처리 장치(400)는 상관신호 생성부(410), 포지션 추정부(430), 카메라 결합부(450), 위치 결정부(470) 및 모니터링부(490)를 포함하여 구현될 수 있다.
상관신호 생성부(410)는 위성항법신호 및 관성측정신호의 상관성을 분석하여 상관신호를 생성할 수 있다. 상관신호 생성부(410)는 안테나를 통해 수신되는 위성항법신호를 입력받고 IMU 센서를 통해 생성되는 관성측정신호를 입력받아 이들 신호 간의 상관관계를 분석할 수 있다. 관성측정신호에는 항체의 위치 및 자세 관련 데이터를 포함할 수 있다.
포지션 추정부(430)는 상관신호를 기초로 위성항법신호의 오류 가능성을 반영하여 현재의 포지션을 추정할 수 있다. 포지션 추정부(440)는 IMU 센서(420)의 관성측정신호로부터 추정한 INS 위치 데이터와 위성항법신호 수신부(410)에서 수신한 위치 데이터의 차이를 최소화하기 위하여, IMU 센서(420)로부터 속도, 위치, 자세 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 수신할 때마다 항체의 위치 데이터를 보정하여 현재의 포지션을 추정할 수 있다.
카메라 결합부(450)는 위성항법신호 처리 장치(400)에 카메라를 탈부착 가능하게 결합하는 인터페이스로 구현될 수 있다. 카메라 결합부(450)는 결합된 카메라를 통해 항체의 이동에 따라 주변 객체에 대한 영상을 촬영하여 주기적으로 영상 데이터를 획득할 수 있다.
위치 결정부(470)는 카메라 결합부(450)에 결합된 카메라를 통해 획득한 객체 영상과 추정한 항체의 위치 데이터 및 자세 데이터를 포함하는 포지션을 이용하여 이미지 지오레퍼런싱(georeferencing)을 수행하여 항체에 대한 보정된 위치 데이터 및 자세 데이터를 결정할 수 있다.
모니터링부(490)는 카메라 결합부(450)에 결합된 카메라를 통해 획득한 항체 주변의 객체 영상이 점검 대상 구조물인 경우 영상을 모니터링하여 해당 객체의 외관상의 이상 유무 및 손상 여부를 검출할 수 있다. 모니터링부(490)는 해당 객체의 정상 상태에 대응하는 기준 이미지와 현재 이미지를 비교하여 손상 여부를 검출할 수 있다. 모니터링부(490)는 객체의 외관상 이상이나 손상 발견시 무선 안테나(170)를 통해 외부 컴퓨팅 장치와 통신을 수행하여 알림 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치에서 카메라 융합의 다른 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 위성항법신호 처리 장치(500)는 IMU 센서를 사용하지 않고 카메라 인터페이스를 설계하여 인터페이스를 통해 카메라를 결합시키고 위치표적마크를 촬영하여 촬영된 위치표적마크를 기준으로 측위 보정을 수행할 수 있다. 이를 위해, 위성항법신호 처리 장치(500)는 제1 및 제2 위성항법신호 안테나(510), 위성항법신호 엔진(530), 카메라 모듈(550), 위치표적 마크(570) 및 제어부(590)를 포함하여 구현될 수 있다.
제1 및 제2 위성항법신호 안테나(510)는 제1 주파수 대역에서 제1 및 제2 위성항법신호들을 각각 수신할 수 있다.
위성항법신호 엔진(530)은 제1 및 제2 위성항법신호들을 신호 처리하여 항체 포지션 신호를 생성할 수 있다. 위성항법신호 엔진(530)는 제1 및 제2 위성항법신호 안테나(510)를 통해 수신한 제1 및 제2 위성항법신호들을 증폭, 필터링 등의 신호 처리를 수행하고 항체의 포지션 신호를 생성할 수 있다.
카메라 모듈(550)은 위치표적마크(570)를 포함하는 표적감시영역(571)을 촬영하여 위치표적마크(570)를 식별할 수 있다. 여기에서, 위치표적마크(570)는 표적감시영역(571) 내에서 기준점이 되는 위치에 설치되어 고정된 위치 정보를 제공할 수 있다. 위치표적마크(570)는 항체 주변 객체에 부착되는 태그로 위치 정보가 기록될 수 있다. 카메라 모듈(550)은 태그 스캔을 통해 태그에 기록된 위치 정보를 검출할 수 있다.
제어부(590)는 항체 포지션 신호를 기초로 위치 및 자세를 추정하고 식별된 위치표적마크(570)를 통해 위치 및 자세를 보정할 수 있다. 제어부(590)는 추정된 위치 데이터 및 자세 데이터를 위치표적마크(570)의 고정된 위치 정보를 통해 3차원 좌표 정보를 더욱 정확하게 추정할 수 있다.
본 발명에 따른 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치는 이격 거리를 둔 GNSS 듀얼 안테나를 통하여 항체의 위치 및 자세를 추정하고 IMU 센서에 의해 측정된 관성으로 보정하여 정밀하게 측위할 수 있고 IMU 센서에 기반하여 위치를 추측하여 음영지역에서의 위성항법신호와 관성관측신호 간의 상관관계 분석을 통해 항체의 위치를 구할 수 있도록 구현될 수 있다.
IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치는 카메라가 결합될 수 있고 카메라를 통해 촬영된 항체 주변 객체 영상 또는 위치표적마크 식별을 통해 항체의 상대위치를 측정하여 측위정보를 보정할 수 있도록 구현될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 위성항법신호 처리 장치는 IMU 센서를 융합한 측위를 통해 지형지물의 영향을 최소화하여 안정적인 위치정보를 생성할 수 있고, GNSS 듀얼 안테나 및 무선 안테나를 통합한 내장형 안테나 모듈로 일체화되게 설계함으로써 공간 및 전력 소모에 대한 부담을 줄일 수 있고, GNSS 듀얼 안테나를 통한 위치 및 자세 측정의 정밀도를 높일 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100,400,500: IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치
110,510: GNSS 듀얼 안테나
110a,110b: 제1 및 제2 위성항법신호 안테나
130,530: 위성항법신호 엔진
131: LNA 132: SAW
133: TCXO 134: RTC
135: GNSS 엔진
150: IMU 센서 170: 무선 안테나
190,590: 제어부
191: MCU 193: 인터페이스
410: 상관신호 생성부 430: 포지션 추정부
450: 카메라 결합부 470: 위치 결정부
490: 모니터링부
550: 카메라 모듈
570: 위치표적마크 571: 표적감시영역
110,510: GNSS 듀얼 안테나
110a,110b: 제1 및 제2 위성항법신호 안테나
130,530: 위성항법신호 엔진
131: LNA 132: SAW
133: TCXO 134: RTC
135: GNSS 엔진
150: IMU 센서 170: 무선 안테나
190,590: 제어부
191: MCU 193: 인터페이스
410: 상관신호 생성부 430: 포지션 추정부
450: 카메라 결합부 470: 위치 결정부
490: 모니터링부
550: 카메라 모듈
570: 위치표적마크 571: 표적감시영역
Claims (8)
- 제1 주파수 대역에서 제1 및 제2 위성항법신호들을 각각 수신하는 제1 및 제2 위성항법신호 안테나들;
상기 제1 및 제2 위성항법신호들을 신호 처리하여 항체 포지션 신호를 생성하는 위성항법신호 엔진;
항체의 관성을 측정하는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서;
제2 주파수 대역에서 외부 컴퓨팅 장치와 무선신호를 송수신하는 무선 안테나; 및
상기 관성을 입력받아 상기 항체의 위치 및 자세를 추정하고 상기 항체 포지션 신호의 유효성을 반영하여 상기 위치 및 자세를 결정하는 제어부를 포함하는 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 위성항법신호 안테나들과 상기 무선 안테나는
동일한 모듈에 통합되는 내장형 안테나로 구현되는 것을 특징으로 하는 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 무선 안테나는
상기 항체의 작동을 원격 제어하는 콘트롤러와 통신을 수행하도록 하는 IoT RF 안테나 인 것을 특징으로 하는 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제어부는
수신되는 위성항법신호 및 상기 IMU 센서에 의해 생성되는 관성측정신호의 상관성을 분석하여 상관신호를 생성하고, 상기 상관신호를 기초로 상기 위성항법신호의 오류 가능성을 반영하여 현재의 포지션을 추정하는 MCU를 포함하는 것을 특징으로 하는 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 제어부는
상기 IMU 센서로부터 속도, 위치, 자세 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 수신할 때마다 상기 항체의 위치 데이터를 보정하여 현재의 포지션을 추정하는 것을 특징으로 하는 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 제어부는
카메라가 결합되는 인터페이스를 포함하고, 상기 인터페이스에 결합된 카메라에서 촬영되는 상기 항체 주변 객체 영상과 상기 추정한 포지션을 기초로 지오레퍼린싱을 수행하여 상기 항체에 대해 보정된 위치 데이터 및 자세 데이터를 결정하고, 상기 객체 영상을 모니터링하여 해당 객체의 외관상 이상이나 손상 발견시 상기 무선 안테나를 통해 외부 컴퓨팅 장치와 통신을 수행하여 알림 제공하는 것을 특징으로 하는 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치.
- 제4항에 있어서,
카메라 모듈을 더 포함하고,
상기 제어부는
상기 카메라 모듈과 인터페이스 가능하게 결합되고 상기 카메라 모듈을 통해 표적감지영역에 부착된 위치표적마크에 기록된 위치 정보를 식별하여 상기 추정한 위치 및 자세를 보정하는 것을 특징으로 하는 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치.
- 제1 주파수 대역을 동작 주파수 대역으로 가지는 RTK GNSS 듀얼 안테나;
제2 주파수 대역을 동작 주파수 대역으로 가지는 무선 안테나;
IMU 센서; 및
카메라가 결합되는 카메라 인터페이스를 포함하고,
상기 RTK GNSS 듀얼 안테나에서 수신하는 위성항법신호 및 상기 IMU 센서로부터의 관성측정신호를 기초로 항체의 위치 및 자세를 측정하는 통합 안테나 모듈로 구현되는 것을 특징으로 하는 IMU 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020210076679A KR20220167817A (ko) | 2021-06-14 | 2021-06-14 | Imu 센서 융합형 위성항법신호 처리 장치 |
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| KR20220167817A true KR20220167817A (ko) | 2022-12-22 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115979262A (zh) * | 2023-03-21 | 2023-04-18 | 峰飞航空科技(昆山)有限公司 | 飞行器的定位方法、装置、设备及存储介质 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190003265A (ko) | 2017-06-30 | 2019-01-09 | 현대엠엔소프트 주식회사 | 관성센서 캘리브레이션 방법 |
-
2021
- 2021-06-14 KR KR1020210076679A patent/KR20220167817A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
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