KR20230083465A - 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 측위 성능 향상 기술의 한계를 해결하기 위해, 스마트 기기 기반의 하드웨어 보완 설계 및 측위 알고리즘 설계를 통해 수평 측위 정확도를 향상시킬 수 있는 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템 및 향상 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법은, 다중 주파수 신호를 수신하는 스마트 기기로부터 데이터 수집부가 복수의 위성 항법 시스템(GNSS) 기반 원시 데이터를 취득하는 제 1 단계; 취득한 상기 원시 데이터를 기반으로 전처리부가 전처리를 수행하는 제 2 단계; 및 수행된 데이터를 기반으로 위치 결정부가 상기 스마트 기기의 측위 위치를 결정하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법은, 다중 주파수 신호를 수신하는 스마트 기기로부터 데이터 수집부가 복수의 위성 항법 시스템(GNSS) 기반 원시 데이터를 취득하는 제 1 단계; 취득한 상기 원시 데이터를 기반으로 전처리부가 전처리를 수행하는 제 2 단계; 및 수행된 데이터를 기반으로 위치 결정부가 상기 스마트 기기의 측위 위치를 결정하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스마트 기기 기반의 하드웨어 보완 설계 및 측위 알고리즘 설계를 통해 수평 측위 정확도를 향상시키는 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 해상 교통 안전을 위협하는 선박 사고는 전체 선박 사고 중 절대 다수가 소형 선박 사고이다.
이러한 소형 선박 사고는 매년 증가 추세이며, 사고 원인의 약 70% 이상이 선원의 경계 소홀 및 주의 부재로 인해 발생하고 있다.
이러한 소형 선박 사고로부터 선원들의 항해 부담을 감소시킬 수 있는 안전 관련 장비의 탑재가 필요하다.
하지만, 소형 선박은 국제 기구 요구 성능의 항법 장비 탑재에 대해 미준수 대상이다.
따라서, 최근 스마트 기기 기반의 측위 또는 항법 기술이 요구되고 있다.
이러한 측위 또는 항법 기술은 과거에는 위치 결과만을 제공하였다.
즉, 위치 정확도는 15 m ~ 20 m 이상이며, 신뢰도 정보는 제공하지 않았다.
하지만, 2016년 이후, 측위 또는 항법 기술은 원시 측정치를 제공하고 있다.
이에 의해, 신호 및 데이터 처리를 통한 활용이 가능하고, 기술 개발을 통해 위치 정확도는 10 m 이내로 기대되며, 신뢰도 정보 제공이 가능한 스마트 기기 기반의 측위 또는 항법 장치가 기대되고 있다.
특히, 선박 사고의 대다수를 차지하는 소형 선박에 대해 IMO 항만 요구 성능을 만족하는 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템 및 향상 방법의 기술 개발이 요구되고 있다.
하지만, 낮은 이득의 안테나와 설치 환경의 한계로 인한 낮은 신호 대 잡음비(SNR)와, 소비 전력 최소화를 위한 전원 관리(Duty Cycle)로 인한 측정치의 불연속과, 해상 환경에 의한 신호 단절 및 다중 경로 발생과, 단일 위성군, 단일 주파수 활용시 오차 추정의 한계로 인해 측위 성능 향상 기술에 한계가 있는 문제점이 있었다.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 측위 성능 향상 기술의 한계를 해결하기 위해, 스마트 기기 기반의 하드웨어 보완 설계 및 측위 알고리즘 설계를 통해 수평 측위 정확도를 향상시킬 수 있는 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법은, 다중 주파수 신호를 수신하는 스마트 기기로부터 데이터 수집부가 복수의 위성 항법 시스템(GNSS) 기반 원시 데이터를 취득하는 제 1 단계; 취득한 상기 원시 데이터를 기반으로 전처리부가 전처리를 수행하는 제 2 단계; 및 수행된 데이터를 기반으로 위치 결정부가 상기 스마트 기기의 측위 위치를 결정하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법에서, 상기 스마트 기기는 위성으로부터 다중의 위성 항법 신호를 각각 수신하는 위성 항법 수신 모듈을 포함하며, 오픈 환경에 설치된 복수의 위성 항법 시스템의 안테나에 의해 상기 위성 항법 신호가 실내 환경에 위치하는 상기 스마트 기기에 중계되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법에서, 상기 위성 항법 시스템 안테나는 상기 설치 환경에 따른 신호 증폭량 및 감쇄량을 재조정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법에서, 상기 전처리부는 GNSS 전처리와, 복수의 위성으로부터 수신하는 신호에 대한 전처리와, 방향각 전처리를 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법에서, 상기 GNSS 전처리는 상기 원시 데이터의 변화량에 따른 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법에서, 복수의 위성으로부터 수신하는 신호에 대한 전처리는 상기 신호를 통합한 통합 측위를 설계하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법에서, 상기 통합 측위는, 복수의 위성 항법 시스템의 시각을 동기화하는 단계; 측위에 사용할 위성을 선택하는 단계; 위성의 항법 메시지 정보를 활용하여 위성의 위치를 계산하는 단계; 대기 지연 오차를 보상하는 단계; 및 측위 필터를 이용하여 위치를 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법에서, 상기 위치를 추정시 복수의 위성 항법 시스템 간의 시각 오프셋을 제거하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법에서, 상기 스마트 기기는 가속도계 센서와, 자이로스코프 센서와, 지자기 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법에서, 상기 방향각 전처리는 상기 스마트 기기의 IMU 센서를 이용하여 방향각을 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법에서, 상기 방향각의 결정은, 중력 계측을 통한 롤각 및 피치각의 결정으로 가속도계를 이용한 자세 정렬을 수행하는 단계; 정지 조건에서 지구 자전 속도 계측을 통해 방위각을 결정하는 단계; 및 상기 지자기 센서를 기반으로 자북을 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템은, 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법에 의해 향상된다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템은, 다중 주파수 신호를 수신하는 스마트 기기; 및 상기 스마트 기기로부터 측위 정확도를 향상시키는 복수의 위성 항법 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템에서, 상기 위성 항법 시스템은, 상기 스마트 기기로부터 복수의 위성 항법 시스템(GNSS) 기반 원시 데이터를 취득하는 데이터 수집부; 취득한 상기 원시 데이터를 기반으로 전처리를 수행하는 전처리부; 및 수행된 데이터를 기반으로 상기 스마트 기기의 측위 위치를 결정하는 위치 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템에서, 상기 스마트 기기는 위성으로부터 다중의 위성 항법 신호를 각각 수신하는 위성 항법 수신 모듈을 포함하며, 오픈 환경에 설치된 복수의 위성 항법 시스템의 안테나에 의해 상기 위성 항법 신호가 실내 환경에 위치하는 상기 스마트 기기에 중계되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템에서, 상기 위성 항법 시스템 안테나는 상기 설치 환경에 따른 신호 증폭량 및 감쇄량을 재조정하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시 예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시 예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.
본 발명에 의하면, 측위 성능 향상 기술의 한계를 해결하기 위해, 스마트 기기 기반의 하드웨어 보완 설계 및 측위 알고리즘 설계를 통해 10 m의 수평 측위 정확도를 획득하여 측위 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법의 전체 흐름을 나타내는 플로우 차트.
도 2는 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템의 전체 구성을 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템에서, 스마트 기기의 구성을 나타내는 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템에서, 위성 항법 시스템의 구성을 나타내는 블록도.
도 5는 중계 기술을 통한 성능 개선 검증 결과를 나타내는 그래프.
도 6은 GPS/Galileo 통합 측위 알고리즘의 설계안을 나타내는 도면.
도 7은 스마트 기기 항법을 위한 좌표계 정의를 나타내는 도면.
도 8은 자이로스코프 센서의 잡음 특성을 나타내는 도면.
도 9는 Allan Variance 잡음 특성을 나타내는 도면.
도 10은 IMU 센서 기반의 방향각 결정 방법을 나타내는 도면.
도 11은 지자기 센서 기반의 방위 결정 방안을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템의 전체 구성을 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템에서, 스마트 기기의 구성을 나타내는 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템에서, 위성 항법 시스템의 구성을 나타내는 블록도.
도 5는 중계 기술을 통한 성능 개선 검증 결과를 나타내는 그래프.
도 6은 GPS/Galileo 통합 측위 알고리즘의 설계안을 나타내는 도면.
도 7은 스마트 기기 항법을 위한 좌표계 정의를 나타내는 도면.
도 8은 자이로스코프 센서의 잡음 특성을 나타내는 도면.
도 9는 Allan Variance 잡음 특성을 나타내는 도면.
도 10은 IMU 센서 기반의 방향각 결정 방법을 나타내는 도면.
도 11은 지자기 센서 기반의 방위 결정 방안을 나타내는 도면.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"라고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결하기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대해 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법의 전체 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법은 3개의 단계를 포함한다.
제 1 단계(S100)에서, 다중 주파수 신호를 수신하는 스마트 기기(100)로부터 데이터 수집부(210)가 복수의 위성 항법 시스템(GNSS) 기반 원시 데이터를 취득한다.
제 2 단계(S200)에서, 취득한 원시 데이터를 기반으로 전처리부(220)가 전처리를 수행한다.
제 3 단계(S300)에서, 수행된 데이터를 기반으로 위치 결정부(230)가 스마트 기기(100)의 측위 위치를 결정한다.
여기서, 스마트 기기(100)는 위성으로부터 다중의 위성 항법 신호를 각각 수신하는 위성 항법 수신 모듈(120)을 포함하며, 오픈 환경에 설치된 복수의 위성 항법 시스템(200)의 안테나에 의해 위성 항법 신호가 실내 환경에 위치하는 스마트 기기(100)에 중계된다.
이러한 위성 항법 시스템(100)의 안테나는 설치 환경에 따른 신호 증폭량 및 감쇄량을 재조정한다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법에서, 전처리부(220)는 GNSS 전처리와, 복수의 위성으로부터 수신하는 신호에 대한 전처리와, 방향각 전처리를 수행한다.
여기서, GNSS 전처리는 후술하는 GNSS 전처리부(223)에 의해 수행되며, 원시 데이터의 변화량에 따른 노이즈를 제거한다.
또한, 복수의 위성으로부터 수신하는 신호에 대한 전처리는 예를 들어, 후술하는 GNSS 전처리부(221)에 의해 수행되며, 신호를 통합한 통합 측위를 설계한다.
이러한 GNSS(Global Navigation Satellite System)는 미국의 GPS, 러시아 Glonass, 유럽연합 Galileo, 중국의 BeiDou, 일본의 QZSS 등을 포함할 수 있다.
이때, 통합 측위 설계 방법은 복수의 위성 항법 시스템의 시각을 동기화하는 단계와, 측위에 사용할 위성을 선택하는 단계와, 위성의 항법 메시지 정보를 활용하여 위성의 위치를 계산하는 단계와, 대기 지연 오차를 보상하는 단계와, 측위 필터를 이용하여 위치를 추정하는 단계를 포함한다.
여기서, 위치를 추정시 복수의 위성 항법 시스템(200) 간의 시각 오프셋을 제거한다.
한편, 스마트 기기(100)는 가속도계 센서(111)와, 자이로스코프 센서(112)와, 지자기 센서(113)를 포함한다.
방향각 전처리는 방향각 전처리부(224)에 의해 수행되며, 스마트 기기(100)의 IMU 센서(110)를 이용하여 방향각을 결정한다.
이때, 방향각의 결정 방법은 중력 계측을 통한 롤각 및 피치각의 결정으로 가속도계를 이용한 자세 정렬을 수행하는 단계와, 정지 조건에서 지구 자전 속도 계측을 통해 방위각을 결정하는 단계와, 지자기 센서를 기반으로 자북을 결정하는 단계를 포함한다.
도 2는 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템의 전체 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템(1000)은 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법에 의해 향상된다.
좀 더 상세하게는 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템(1000)은 스마트 기기(100)와, 복수의 위성 항법 시스템(200)과, 통신망(300)을 포함한다.
스마트 기기(100)는 다중 주파수 신호를 수신한다.
복수의 위성 항법 시스템(200)은 스마트 기기(100)로부터 측위 정확도를 향상시킨다.
통신망(300)은 스마트 기기(100)와, 복수의 위성 항법 시스템(200)을 무선 통신을 통해 연결시킨다.
이러한 무선 통신으로는 블루투스(Bluetooth), 와이파이(Wi-fi) 모듈, 와이브로(Wireless Broadband) 모듈 외에도, GSM(Global System For Mobile Communication), CDMA(Code Division Multiple Access), WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), UMTS(Universal Mobile Telecommunications System), TDMA(Time Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution) 등 다양한 무선 통신 방식을 지원하는 무선 통신 모듈을 포함할 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템에서, 스마트 기기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템(1000)에서, 스마트 기기(100)는 가속도계 센서(111)와, 자이로스코프 센서(112)와, 지자기 센서(113)를 포함하는 IMU 센서(110)와, 위성 항법 수신 모듈(120)을 포함한다.
도 4는 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템에서, 위성 항법 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템(1000)에서, 위성 항법 시스템(200)은 데이터 수집부(210)와, 전처리부(220)와, 위치 결정부(230)를 포함한다.
데이터 수집부(210)는 스마트 기기(100)로부터 복수의 위성 항법 시스템(GNSS) 기반 원시 데이터를 취득한다.
전처리부(220)는 취득한 원시 데이터를 기반으로 전처리를 수행한다.
이러한 전처리부(220)는 GNSS 전처리부(221)와, 방향각 전처리부(222)를 포함한다.
여기서, GNSS 전처리부(221)는 원시 데이터의 변화량에 따른 노이즈를 제거한다.
또한, GNSS 전처리부(221)는 복수의 위성으로부터 수신하는 신호를 통합한 통합 측위를 설계한다.
이때, 통합 측위 설계 방법은 복수의 위성 항법 시스템의 시각을 동기화하는 단계와, 측위에 사용할 위성을 선택하는 단계와, 위성의 항법 메시지 정보를 활용하여 위성의 위치를 계산하는 단계와, 대기 지연 오차를 보상하는 단계와, 측위 필터를 이용하여 위치를 추정하는 단계를 포함한다.
여기서, 위치를 추정시 복수의 위성 항법 시스템(200) 간의 시각 오프셋을 제거한다.
방향각 전처리부(224)는 스마트 기기(100)의 IMU 센서(110)를 이용하여 방향각을 결정한다.
이때, 방향각의 결정 방법은 중력 계측을 통한 롤각 및 피치각의 결정으로 가속도계를 이용한 자세 정렬을 수행하는 단계와, 정지 조건에서 지구 자전 속도 계측을 통해 방위각을 결정하는 단계와, 지자기 센서를 기반으로 자북을 결정하는 단계를 포함한다.
위치 결정부(230)는 수행된 데이터를 기반으로 스마트 기기(100)의 측위 위치를 결정한다.
여기서, 스마트 기기(100)는 위성으로부터 다중의 위성 항법 신호를 각각 수신하는 위성 항법 수신 모듈(120)을 포함하며, 오픈 환경에 설치된 복수의 위성 항법 시스템(200)의 안테나에 의해 위성 항법 신호가 실내 환경에 위치하는 스마트 기기(100)에 중계된다.
또한, 위성 항법 시스템(200)의 안테나는 설치 환경에 따른 신호 증폭량 및 감쇄량을 재조정한다.
이에 대해 좀 더 상세히 설명하도록 한다.
- 스마트 기기 기반 하드웨어 보완 기술 설계 -
본 발명에서는 설명의 용이함을 위해 복수의 위성을 GPS 위성과, Galileo 위성을 사용하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 위성을 사용할 수도 있다.
(1) 스마트 기기 기종별 위성 항법 시스템(GNSS) 기초 성능 평가
최근까지 스마트 기기 기반 정밀 측위 기술 개발이 활발히 이루어지고 있다.
이는 스마트 기기 기반 위성 항법 시스템의 환경 변화 때문이다.
예를 들어, 핸드폰 기기 특성상 자주 발생하는 사이클슬립의 문제로 반송파 측정치는 제공하지 않는다.
또한, L1 단일 주파수 제공에서 L1, L5 이중 주파수 측정치를 제공하며, 이중 주파수 활용시에 큰 오차로 포함되어 있는 이온층 오차가 99% 제거되어 위치 정확도가 향상될 수 있다.
한편, GPS 이외에 GLONASS, Galileo 위성을 사용할 수 있으며, 다중 위성군을 활용하여 좋은 배치를 가지는 이중 주파수 측정치를 사용 가능하다.
따라서, 스마트 기기 기반 하드웨어 보완을 위해 다음과 같이 분석한다.
스마트 기기 기반 위성 항법 시스템의 신호 성능을 분석하면, 위성 항법 시스템 안테나에서 주로 사용하는 RHCP(Right Hand Circular Polarization)과 같이 일반적으로 스마트 기기에 사용되는 전형적인 안테나는 PIFA(Planar Inverted-F Antenna) 형태이므로 다중 경로로 전달되는 반사파의 제거가 불가능하다.
스마트 기기 기반 위성 항법 시스템의 신호 성능을 분석하기 위하여 스마트 기기별로 신호를 수집하여 대형 선박 탑재 안테나 수신 신호의 신호 잡음비와 비교한 결과, 평균 45 (㏈-㎐) 이상이다.
예를 들어, 삼성 스마트 기기의 신호대 잡음비는 2020년 모델의 경우 2019년 모델보다 신호 대 잡음비가 향상됨을 확인할 수 있다.
또한, 2020년대 이전 모델의 경우 안테나는 스마트 기기 측면에 위치하여 신호 잡음 영향을 많이 받았지만, 2020년 모델은 대부분 GPS 안테나가 상단에 위치하여 신호 잡음비가 향상됨을 확인할 수 있다.
다음, 스마트 기기 기반 위성 항법 시스템의 신호 성능을 분석하면 다음과 같다.
실험은 실제 소형 선박 환경에서 스마트 기기 기반 위성 항법 시스템의 신호와 측위간의 성능을 분석하였다.
실험 결과, 가시 위성수가 8 ~ 9 개에서 선내에서는 5 ~ 7 개로 가시 위성수가 감소함을 확인할 수 있다.
수평 측위는 RMS 24.16 m(95%)이고, 가시 위성 수의 감소와 높은 측정 잡음으로 측위 성능이 현저하게 떨어짐을 확인할 수 있다.
다음, 스마트 기기 신호 수신 방향에 따른 성능을 분석하면 다음과 같다.
실제 소형 선박에서 스마트 기기 사용 환경에 따른 성능을 분석하였다.
실험시, 스마트 기기 기울기에 따른 성능은 실제 사용자가 스마트 기기를 활용할 경우 바닥면에서의 기울기에 따른 성능을 비교한다.
스마트 기기 안테나의 장애물에 따른 성능은 주변 항해 장비 또는 기타 장비들로 인한 장애물에 따른 성능을 비교한다.
스마트 기기의 상하 이격 거리 및 기울기 실험은 다음과 같은 조건으로 수행하였다.
상하 이격 거리 : 5 ㎝, 10 ㎝, 15 ㎝, 20 ㎝
기울기 : 0도, 40도
실험 결과, 장애물이 10 ㎝ 이내에 존재할 경우 오차가 발생함을 확인할 수 있다.
또한, 스마트 기기를 40도 가량 세웠을 때, 다중 경로가 발생함을 확인할 수 있다.
이와 같은 실험 결과, 중계 기술을 통한 수신 방향에 따른 성능 보완이 필요함을 확인할 수 있다.
(2) 스마트 기기 기반 하드웨어 한계 분석 및 보완 기술 설계
스마트 기기 하드웨어의 한계를 분석하면 다음과 같다.
신호 수신 환경에 의한 한계가 있다.
즉, 가시성 제약으로 인해 신호 처리가 가능한 위성 항법 시스템의 위성수가 감소하고, 다중 경로 신호를 포함한 위성 항법 신호의 신호 세기가 낮다.
신호처리 가능 위성수 감소의 한계가 있다.
즉, 스마트 기기의 가시 위성수 변화를 보았을 때, open sky 환경 대비 신호 처리 가능 위성수가 감소됨을 확인할 수 있고, 가시 위성수 감소는 측위 정확도 저하의 주 요인으로 작용한다.
다중 경로 효과로 인한 위성 항법 신호의 낮은 신호 세기의 한계가 있다.
즉, Non-LOS(Line-of-Sight) 위성 항법 신호를 추적하여 측위에 활용하는 경우, 측위 정확도 저하의 요인으로 작용한다.
Non-LOS(Line-of-Sight) 위성 항법 신호가 낮은 신호 세기 특성을 갖게 되어, 오히려 스마트 기기에서 처리할 수 없게 되는 경우, 문제가 미발생한다.
이에 대해, 스마트 기기 하드웨어 한계 극복을 위한 보완 기술 조사 결과는 다음과 같다.
하드웨어 한계 극복을 위한 보완 기술은 크게 다음의 2가지 기술로 분류할 수 있다.
- 미약 신호 누적 기반 신호 세기 강화 기술
미약 신호의 신호 세기를 강화하기 위해, 위성 항법 신호의 누적 주기를 1 ㎳ 에서 20 ㎳ 이상으로 늘리는 방안이 있다.
좀 더 상세히 설명하면, 일반적으로 100 ㎳ 에서 1 sec까지 위성 항법 신호가 누적된다.
이때, 누적 시간이 증가할수록 신호 세기 강화 효과가 뚜렷하다.
적용 조건으로는 누적 시간 동안, 동특성이 없어야 한다는 정적(static) 환경에 적용할 수 있다.
- 위성 항법 신호 중계 기술
위성 항법 시스템 안테나를 open sky 환경에 설치하여, 높은 가시성의 위성항법 시스템 신호를 실내 환경에 중계하는 방안이 있다.
좀 더 상세히 설명하면, 실내외 설치 환경 조건에 따라 중계 신호의 세기 등이 변화한다.
하지만, 설치 환경에 맞춰 매번 중계 시스템을 튜닝해야 하는 어려움이 상존한다.
따라서, 위성 항법 신호 중계 기술 적용을 위해 해결해야 할 이슈는 다음과 같다.
이슈 1 : 중계 송출 신호 세기가 강한 경우
관심 신호 이외에 잡음의 신호세기도 증가한다.
스마트 기기 위성 항법 수신 모듈의 AGC(Automatic Gain Controller)를 무력화한다.
위성 항법 신호 전파 교란(jamming) 신호원으로 작용한다.
이슈 2 : 중계 송출 신호 세기가 약한 경우
신호 중계 효과가 미미하다.
가시 위성 수 증가와 미약 신호의 수신 감도 개선 효과가 미미하다.
이슈 3 : 적용 환경에 대한 민감성
송출 신호의 누출 효과(leakage effect)로 인한 수신 안테나로의 되먹임 현상이 발생한다.
신호 중계 장비 설치 환경에 따른 신호 증폭량 및 감쇄량 재조정이 필요하다.
다음, 스마트 기기 하드웨어 한계 극복을 위한 보완 기술을 설계한다.
중계 송출 신호의 신호 강도를 분석한다.
중계기 송출 안테나는 송출 신호가 주변 기기에 영향을 미치지 않는 신호 증폭/감쇄량을 분석한다.
스마트 기기 위성 항법 수신 모듈은 중계된 위성 항법 신호를 추적 및 해석(원시 정보 획득)할 수 있는지 여부를 분석한다.
송출 신호 강도 분석은 송출 신호 강도에 따른 거리별 수신 신호 세기를 분석한다.
3미터 반경 밖으로 영향을 주지 않는 신호 강도는 -95 ㏈m 이하이고, 스마트 기기 측면에서 수신이 가능한 신호 강도는 -135 ㏈m 이상이다.
이와 같은 중계 기술을 통한 성능 개선 검증 결과는 도 5를 참조하여 확인할 수 있다.
도 5는 중계 기술을 통한 성능 개선 검증 결과를 나타내는 그래프이다.
신호 처리에 성공한 위성(GPS, Galileo)의 수를 분석한 결과 위성수가 증가함을 확인할 수 있다.
수신 신호의 SNR(신호대 잡음비) 분석 결과 SNR 증가를 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 스마트 기기 기반의 하드웨어 보완 설계에서는 중계 기술(중계 신호의 세기 강화)을 통한 성능 개선이 이루어졌다.
다음은, 스마트 기기 기반 측위 알고리즘 설계에 대해 설명하도록 한다.
스마트 기기 기반 측위 알고리즘 설계는 스마트 기기 기반 원시 데이터의 취득으로부터 기술 개발이 이루어진다.
스마트 기기 기반 원시 데이터는 2016년도부터 구글에서 제공하고 있다.
구글에서 제공하는 원시 데이터는 위성에서의 송신 시간과 사용자의 수신 시간이다.
tRxNanos = TimeNanos - (FullBiasNanos + BiasNanos) - WeekNumberNanos
tTxNanos = ReceivedSvTimeNanos
weekNumber = floor(- double(gnssRaw.FullBiasNanos)*1e - 9 / GpsConstants.WEEKSEC)
tRxSeconds = (double(tRxNanos) - gnssRaw.TimeOffsetNanos - gnssRaw.BiasNanos)*1e - 9
tTxSeconds = double(gnssRaw.ReceivedSvTimeNanos)*1e - 9
prSeconds = tRxSeconds - tTxSeconds
PrM = prSeconds*GPSConstants.LIGHTSPEED
본 발명에서는 스마트 기기 기반 원시 데이터 획득 프로그램을 개발하였다.
이에 의해, GPS 원시 데이터 및 IMU 센서에 의한 IMU 데이터를 획득할 수 있다.
다음, 위성 항법 시스템 원시 정보 기반 노이즈 제거 기술을 설계한다.
스마트 기기 특성상 다양한 원인으로 신호 잡음이 발생한다.
예를 들어, 주변 기기로 인한 다중 경로와, 실내 환경에서 위성 항법 시스템 신호의 다중 경로 등이 있다.
이에 의해, 신호대 잡음비의 급격한 변화에 따른 노이즈를 제거한다.
신호대 잡음비의 급격한 변화로 인하여 다중 경로가 발생하지만, 측정치가 받는 영향은 그 이전부터 발생하는 경우가 많아 원시 정보단에서의 노이즈 제거가 필요하다.
따라서, 원시 정보 변화량에 따른 노이즈를 제거한다.
원시 정보(코드 측정치)의 변화량은 시간에 따라 일정한 특성을 가가진다.
다중 경로 등으로 오차가 발생할 경우 측정치의 변화량이 급격하게 변화한다.
원시 정보 변화량의 임계치를 설정하여 이를 넘었을 경우 측정치를 제거한다.
제거한 측정치의 신호대 잡음비는 평균적으로 40 (㏈-㎐) 이하지만, 그 이상의 경우에도 측정치 이상이 발견될 수 있다.
도 6은 GPS/Galileo 통합 측위 알고리즘의 설계안을 나타내는 도면이다.
다음, GPS+Galileo 신호 기반 측위 알고리즘을 설계한다.
다중 신호(GPS / Galileo), 다중 주파수(L1 / L5) 기반 측위 알고리즘 설계를 위한 환경 분석을 수행한다.
우리나라 환경에서 GPS 신호와 Galieo 신호에 대한 가용성과 L1, L5 대역 신호의 유효성 검증을 위해 환경 분석을 수행한다.
다중 신호(GPS / Galileo), 다중 주파수(L1 / L5) 신호 수신이 가능한 기준국용 수신기를 활용하여 옥상에 안테나를 설치하고, 신호 획득 실험을 수행한다.
Galileo 위성의 경우 모두 L1 / L5 신호가 가용하며, GPS 위성의 경우 현대화된 일부 위성에서만 이중 주파수 신호가 가용한 것을 확인할 수 있다.
Galileo 위성은 L1, L5 신호를 7기의 위성에서 수신할 수 있어 이중 주파수 단독 측위가 가능한 반면, GPS 위성은 3기의 위성 신호만이 가용하여 단독 측위가 불가하다.
높은 위치 정확도 확보를 위해서는 다수의 위성을 기반으로 고품질의 신호만을 선택적으로 활용할 필요가 있으므로 GPS / Galileo 통합 측위를 통해 가능한 충분한 수의 가용 위성을 확보할 필요가 있다(단기간 실험에서 통합 위성 수: 10기).
위성과 수신기 간의 기하학적 배치 구조인 DOP는 정확도와 밀접한 연관이 있는 파라미터로 낮을수록 높은 측위 정확도를 얻을 수 있다.
Galileo의 경우 GPS 대비 부족한 위성 수로 DOP 성능이 상대적으로 낮지만 L5 신호 수신기 가능한 위성의 DOP 값이 준수하며, GPS와 Galileo 통합시 긍정적인 효과를 보일 것으로 기대된다.
GPS L1 및 L5 신호의 SNR 분석 결과, L5 신호가 L1 신호 대비 약 5 ㏈ 높은 SNR을 보이는 것을 확인할 수 있으며, 이는 측정치 품질의 향상을 통해 측위 정확도 성능을 높일 수 있을 것으로 기대된다.
Galileo의 경우에도 L5 신호의 SNR이 L1과 비교하여 약 3 ㏈ 좋은 것을 확인할 수 있다.
다음, GPS / Galileo 통합 측위 알고리즘 기초를 설계한다.
GPS와 Galileo는 각각 미국과 유럽에서 개발한 시스템으로 미국의 GPS는 초기 단계의 위성이 수명을 다하여 현대화 위성으로 교체 중에 있으며, 유럽의 Galileo는 최근 개발된 시스템이다.
두 시스템은 유사한 시스템이지만 통합 측위를 위해서는 일부 사항들이 고려되어야 한다.
다음은 본 발명에서 제안하는 통합 측위를 위한 기초 설계 구조이다.
가장 먼저 수행해야할 것은 서로 다른 기준 시각에 대한 통일로 GPS와 Galileo 시스템 시각 중 한 곳에 맞추는 작업이 필요하며, 본 발명에서는 설명의 용이함을 위해 GPST를 기준으로 한다.
다음 수식 1은 각각의 시스템의 기준시로 유사한 식으로 볼 수 있으나 코드(code) 및 칩(chip) 정보가 서로 상이하여 결과적으로 다른 시각을 가진다.
[수식 1]
다음으로 수행해야할 작업은 측위에 사용할 위성을 선택하는 과정으로 일반적으로 최소 5기 이상의 위성이 요구된다.
현 단계에서 위성 선택시의 기본 조건은 L5 신호가 가용한 위성 및 SNR 정보를 활용한다.
이후로는 위성의 항법 메시지 정보를 활용하여 위성의 위치를 계산하는 과정이다.
두 시스템에서 사용하는 좌표계가 WGS84(GPS) 및 GTRF(Galileo)로 서로 달라 변환이 필요하지만, 두 좌표계 시스템 간 오차가 5 ㎝ 이내이므로 본 발명에서 요구하는 미터급 정확도에서는 고려할 사항이 아닌 것으로 판단된다.
정확한 위치를 얻기 위해서는 대기 지연 오차에 대한 보상이 필요하며, 대류권 지연의 경우 두 시스템의 오차 보상 모델 및 파라미터가 동일하다.
다만, 전리층 지연에 대한 두 시스템 간 모델 및 파라미터에 차이가 있어 각 시스템에 맞게 모델을 구현하고 오차를 보상할 필요가 있다.
GPS의 경우 Klobuchar 모델을 사용하고 있으며, Galileo는 NeQuick 모델을 사용한다.
또한, L1 / L5 이중 주파수 신호를 이용할 경우 높은 수준으로 전리층 지연을 제거할 수 있다.
마지막 과정은 측위 필터를 이용한 위치 추정으로 일반적으로 다음과 같은 식을 통해 측위 결과를 도출할 수 있다.
이때, 두 시스템 간의 시각 오프셋을 제거해야 하며 제거 방법에는 식을 통한 제거 방법과 추정을 통한 제거 방법이 있다.
수식 2는 추정을 통해 제거하는 방법이며, 수식 3은 식을 통한 제거 방법이다.
[수식 2]
[수식 3]
다음은 다중 주파수(L1, L5) 신호 기반 측위 성능을 평가한다.
우선. 위성 항법 시스템 시뮬레이터 기반 측위 알고리즘을 검증한다.
다중 주파수 신호 기반 측위 알고리즘 설계를 검증하기 위하여 시뮬레이터 신호를 활용한다.
실험 시간은 3600초이고, 실험 위치는 36°, 127°, 100 m 이다.
오차는 위성 궤도 오차, 대류권 지연 오차, 전리층 지연 오차를 고려한다.
시뮬레이터와 중계기를 이용하여 스마트 기기로 위성 항법 시스템 신호를 방사한다.
정지 측위 결과, 수평 8.203 m (95 %)로 목표 성능을 만족한다.
도 7은 스마트 기기 항법을 위한 좌표계 정의를 나타내는 도면이고, 도 8은 자이로스코프 센서의 잡음 특성을 나타내는 도면이며, 도 9는 Allan Variance 잡음 특성을 나타내는 도면이다.
DR 센서(가속도계 센서, 자이로스코프 센서) / 지자기 센서 기반 방향각 취득 알고리즘을 설계한다.
스마트 기기 항법 좌표계를 정의한다.
기존 운동 좌표계는 스마트 기기의 우측이 X축이고, 상부가 Y축이며, 액정을 기준으로 들어가는 방향이 Z축이었지만, 새로운 운동 좌표계는 스마트 기기의 우측이 Y축이고, 상부가 X축이며, 액정을 기준으로 나오는 방향이 Z축이다.
스마트 기기 항법 관련 내부 센서의 노이즈를 식별한다.
자이로스코프(Gyroscope)는 전형적인 노이즈 특성을 가진다.
Allan Variance 기법에 의한 주요 노이즈 통계 값을 추정한다.
다음, 스마트 기기의 주요 계측 센서 정지 시험을 수행한다.
주요 계측 센서 데이터 평균 및 표준 편차(가속도계, 자이로스코프, 마그네토미터)를 스마트 기기별 정지 시험 환경에서의 Allan Variance 분석을 수행한다.
또한, 스마트 기기 IMU 센서의 오차 통계값에 기반한 측위 오차를 예측한다.
측위 오차 예측을 위한 단순 가정을 설정한다.
즉, 운동체 평면 직선 운동을 가정하며 초기의 속도 오차 및 자세 오차는 zero로 가정한다.
스마트기기 노이즈 성능 테이블 값을 이용하여 시간 300초 경과에 따른 측위 오차를 예측한다.
도 10은 IMU 센서 기반의 방향각 결정 방법을 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 스마트 기기 센서를 이용한 방위를 결정한다.
우선, IMU 센서를 활용한 방향각을 결정한다.
다음, 중력 계측을 통하여 롤각(roll angle) 및 피치각(pitch angle) 결정으로 가속도계를 이용한 자세 정렬을 수행한다.
여기서, 
는 스마트 기기 운동 좌표계 방향의 가속도계 중력 측정값 성분이다.
정지 조건에서 지구 자전 속도 계측을 통해 방위각을 결정한다.
방위각 또는 요각은 수식 4와 같다.
[수식 4]
다음, IMU 센서에 의한 방향각의 오차를 예측한다.
[수식 5]
여기서, 
는 지구 자전 속도(7.292115E - 5 rad/s)를 나타낸다.
스마트 기기 계측 위도(
)의 증가에 따른 방위각 오차가 증가한다.
자이로스코프 자전 방향 각속도 성분(
) 오차는 sec
에 비례하여 증폭된다.
도 11은 지자기 센서 기반의 방위 결정 방안을 나타내는 도면이고, 도 12는 지자기 센서의 자북 결정을 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하여, 지자기 센서 기반 방향각 취득 알고리즘을 설계한다.
즉, 지자기 센서(magnetometer)를 이용하여 방위를 결정한다.
또한, 도 12를 참조하여, 지자기 센서를 기반으로 자북을 결정한다.
[수식 6]
다음, 수식 7과 수식 8을 토?? 스마트 기기 자세각에 의한 지자기 센서 계측값을 보정한다.
[수식 7]
[수식 8]
측정 위치에 따른 편각 추정은 WMM(World Magnetic Model, https://wwwngdcnoaagov/geomag/WMM/softshtml)을 활용한다.
편각을 추정하면 (위도 : 36396721, 경도 : 127364737) 834 deg West 이다.
도 13은 타원형 지자기 센서의 교정을 나타내는 도면이다.
지자기 센서 calibration 알고리즘을 설계한다.
도 13을 참조하여 타원형 지자기 센서 계측치의 calibration 전(우측) 및 후(좌측) 분포를 확인할 수 있다.
지자기 센서 계측치 센서 모델은 수식 9와 같다.
[수식 9]
여기서, calibration matrix는 
, 계측치 편차는 
, 잡음은 
임
지자기센서 simple calibration 알고리즘은 다음과 같다.
지자기 센서 최적화 기법 기반 calibration 알고리즘을 설계한다.
가격 함수(cost function)를 예측 측정치(지자기센서 + 가속도계)와 측정치의 vector norm 및 예측 측정치 공분산 행렬로 설정한다.
Simple algorithm에 의한 지자기 센서의 방위각을 결정한다.
이후, 지자기 센서 방위각 오차를 개선한다.
최적화 기법 기반 calibration 알고리즘을 적용하여 방향각 오차(잡음 및 편차) 개선을 수행한다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 측위 성능 향상 기술의 한계를 해결하기 위해, 스마트 기기 기반의 하드웨어 보완 설계 및 측위 알고리즘 설계를 통해 10 m의 수평 측위 정확도를 획득하여 측위 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
100 : 스마트 기기
110 : IMU 센서
111 : 가속도계 센서
112 : 자이로스코프 센서
113 : 지자기 센서
200 : 위성 항법 시스템
210 : 데이터 수집부
220 : 전처리부
221 : GNSS 전처리부
222 : 방향각 전처리부
230 : 위치 결정부
300 : 통신망
1000 : 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템
110 : IMU 센서
111 : 가속도계 센서
112 : 자이로스코프 센서
113 : 지자기 센서
200 : 위성 항법 시스템
210 : 데이터 수집부
220 : 전처리부
221 : GNSS 전처리부
222 : 방향각 전처리부
230 : 위치 결정부
300 : 통신망
1000 : 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템
Claims (16)
- 다중 주파수 신호를 수신하는 스마트 기기로부터 데이터 수집부가 복수의 위성 항법 시스템(GNSS) 기반 원시 데이터를 취득하는 제 1 단계;
취득한 상기 원시 데이터를 기반으로 전처리부가 전처리를 수행하는 제 2 단계; 및
수행된 데이터를 기반으로 위치 결정부가 상기 스마트 기기의 측위 위치를 결정하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 스마트 기기는 위성으로부터 다중의 위성 항법 신호를 각각 수신하는 위성 항법 수신 모듈을 포함하며,
오픈 환경에 설치된 복수의 위성 항법 시스템의 안테나에 의해 상기 위성 항법 신호가 실내 환경에 위치하는 상기 스마트 기기에 중계되는 것을 특징으로 하는,
스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 위성 항법 시스템 안테나는 상기 설치 환경에 따른 신호 증폭량 및 감쇄량을 재조정하는 것을 특징으로 하는,
스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 전처리부는 GNSS 전처리와, 복수의 위성으로부터 수신하는 신호에 대한 전처리와, 방향각 전처리를 수행하는 것을 특징으로 하는,
스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 GNSS 전처리는 상기 원시 데이터의 변화량에 따른 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는,
스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법.
- 제 4 항에 있어서,
복수의 위성으로부터 수신하는 신호에 대한 전처리는 상기 신호를 통합한 통합 측위를 설계하는 것을 특징으로 하는,
스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 통합 측위는,
복수의 위성 항법 시스템의 시각을 동기화하는 단계;
측위에 사용할 위성을 선택하는 단계;
위성의 항법 메시지 정보를 활용하여 위성의 위치를 계산하는 단계;
대기 지연 오차를 보상하는 단계; 및
측위 필터를 이용하여 위치를 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법.
- 제 7 항에 있어서,
상기 위치를 추정시 복수의 위성 항법 시스템 간의 시각 오프셋을 제거하는 것을 특징으로 하는,
스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 스마트 기기는 가속도계 센서와, 자이로스코프 센서와, 지자기 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는,
스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법.
- 제 9 항에 있어서,
상기 방향각 전처리는 상기 스마트 기기의 IMU 센서를 이용하여 방향각을 결정하는 것을 특징으로 하는,
스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 방향각의 결정은,
중력 계측을 통한 롤각 및 피치각의 결정으로 가속도계를 이용한 자세 정렬을 수행하는 단계;
정지 조건에서 지구 자전 속도 계측을 통해 방위각을 결정하는 단계; 및
상기 지자기 센서를 기반으로 자북을 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 한 항에 따른 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 방법에 의해 향상된 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템.
- 다중 주파수 신호를 수신하는 스마트 기기; 및
상기 스마트 기기로부터 측위 정확도를 향상시키는 복수의 위성 항법 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템.
- 제 13 항에 있어서,
상기 위성 항법 시스템은,
상기 스마트 기기로부터 복수의 위성 항법 시스템(GNSS) 기반 원시 데이터를 취득하는 데이터 수집부;
취득한 상기 원시 데이터를 기반으로 전처리를 수행하는 전처리부; 및
수행된 데이터를 기반으로 상기 스마트 기기의 측위 위치를 결정하는 위치 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템.
- 제 14 항에 있어서,
상기 스마트 기기는 위성으로부터 다중의 위성 항법 신호를 각각 수신하는 위성 항법 수신 모듈을 포함하며,
오픈 환경에 설치된 복수의 위성 항법 시스템의 안테나에 의해 상기 위성 항법 신호가 실내 환경에 위치하는 상기 스마트 기기에 중계되는 것을 특징으로 하는,
스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템.
- 제 15 항에 있어서,
상기 위성 항법 시스템 안테나는 상기 설치 환경에 따른 신호 증폭량 및 감쇄량을 재조정하는 것을 특징으로 하는,
스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템.
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|---|---|---|---|
| KR1020210171474A KR20230083465A (ko) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템 및 그 방법 |
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| KR1020210171474A KR20230083465A (ko) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | 스마트 기기 기반 측위 정확도 향상 시스템 및 그 방법 |
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| KR20230083465A true KR20230083465A (ko) | 2023-06-12 |
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| KR (1) | KR20230083465A (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117092665A (zh) * | 2023-08-03 | 2023-11-21 | 广州海格晶维信息产业有限公司 | 一种组合导航设备抗多径干扰的方法及系统 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102039644B1 (ko) | 2017-12-11 | 2019-11-01 | 한국해양과학기술원 | 정밀 복합항법 측위 검증 장치 |
-
2021
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Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR102039644B1 (ko) | 2017-12-11 | 2019-11-01 | 한국해양과학기술원 | 정밀 복합항법 측위 검증 장치 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117092665A (zh) * | 2023-08-03 | 2023-11-21 | 广州海格晶维信息产业有限公司 | 一种组合导航设备抗多径干扰的方法及系统 |
| CN117092665B (zh) * | 2023-08-03 | 2024-04-19 | 广州海格晶维信息产业有限公司 | 一种组合导航设备抗多径干扰的方法及系统 |
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