KR20240010769A - 측위 장치 - Google Patents

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KR20240010769A
KR20240010769A KR1020220087620A KR20220087620A KR20240010769A KR 20240010769 A KR20240010769 A KR 20240010769A KR 1020220087620 A KR1020220087620 A KR 1020220087620A KR 20220087620 A KR20220087620 A KR 20220087620A KR 20240010769 A KR20240010769 A KR 20240010769A
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positioning data
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KR1020220087620A
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한중희
박지호
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재단법인대구경북과학기술원
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Abstract

본 발명은, 외부 RTK(Real Time Kinematic) 시스템으로부터 전송된 제1 RTK 보정 데이터를 수신하는 통신 모듈, 상기 제1 RTK 보정 데이터 및 위성으로부터 전송된 제1, 2 GNSS(Global Navigation Satellite System) 신호를 기반으로 자율 주행 차량의 측위 데이터를 생성하는 RTK 수신기 모듈 및 상기 측위 데이터를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 운용을 위한 제어 데이터를 생성하는 제어 모듈을 포함하는 측위 장치를 제공한다.

Description

측위 장치{APPARATUS FOR MEASURING POSITION}
본 발명은 측위 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 자율 주행 차량의 자율주행 운용이 가능하도록 연속성 및 정확도가 보장된 측위 데이터를 생성하기 용이한 측위 장치에 관한 것이다.
농업 분야는 농업 인구의 감소 및 고령화, 농업 경영비 상승 등으로 농업 여건 개선이 시급한 실정이다.
따라서, 농업 분야의 경쟁력을 갖추어야 하는데, 그 중 가장 중요한 요소가 IT 및 센서 기술과의 접목을 통한 고부가가치 산업으로의 변신이다.
한편, 최근 전자 기술의 발전으로, 농작업 기계를 무인으로 운용하고 있다. 일반적으로 자율주행기술은 운전자의 조작없이 자동차 스스로 주행환경을 인식하여 목표 지점까지 운행할 수 있도록 하는 기술로서, 차선이탈 방지 시스템과 차량 변경 제어기술, 장애물 회피 기술 등을 이용하여 출발지와 목적지를 입력하면 최적의 주행경로를 선택하여 스스로 주행할 수 있도록 하며, 자율주행기술이 적용된 자동차를 자율주행자동차 또는 무인자동차라한다.
이러한 자율주행기술은 기본적으로 도로를 주행하는 자동차에 적용되고 있지만, 군사적인 목적이나 농업기술에도 많이 이용되고 있다. 구체적으로 자율주행기술을 적용된 농작업 기계로서 자율주행 트랙터가 있다. 자율주행 트랙터는 스스로 알아서 움직이는 트랙터로서, 트랙터가 알아서 경작지의 위치와 크기를 측정한 후, 작업경로를 생성하여 작업하도록 하고 있다.
자율주행을 운영하기 위해서는 자율 주행 할 경로를 정의하는 것이 필수적이며 자율 주행을 위해 정밀한 자율주행 지도가 구축되어 있어야 한다. 그러나 국내의 대부분의 과수원이나 농경지의 경우 개인이 운영하고 있는 실태이고 따라서 고가의 자율 주행 지도를 구축하는 것은 실제 불가능하다.
트랙터와 같은 농작업 기계의 자율주행화는 국내의 열악한 농업환경과 인력난 등을 고려하면, 경쟁력 제고를 위한 필수 선택이라할 수 있지만, 경지면적이 좁고 비탈진 농지가 많은 농업환경으로 인해 국내에는 쉽게 적용되지 못하고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2021-0042856호(2021.04.20)
본 발명의 목적은, 자율 주행 차량의 자율주행 운용이 가능하도록 연속성 및 정확도가 보장된 측위 데이터를 생성하기 용이한 측위 장치를 제공함에 있다.
본 개시의 실시예의 목적은 이상에서 언급한 과제에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 측위 장치는, 외부 RTK(Real Time Kinematic) 시스템으로부터 전송된 제1 RTK 보정 데이터를 수신하는 통신 모듈, 상기 제1 RTK 보정 데이터 및 위성으로부터 전송된 제1, 2 GNSS(Global Navigation Satellite System) 신호를 기반으로 자율 주행 차량의 측위 데이터를 생성하는 RTK 수신기 모듈 및 상기 측위 데이터를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 운용을 위한 제어 데이터를 생성하는 제어 모듈을 포함할 수 있다.
상기 RTK 수신기 모듈은, 상기 제1 RTK 보정 데이터를 기반으로 상기 제1 GNSS 신호의 측위 오차를 보정하여 상기 자율 주행 차량의 측위해를 연산하고, 제2 RTK 보정 데이터를 생성하는 RTK 기준국 수신기 모듈 및 상기 제2 RTK 보정 데이터를 기반으로 상기 제2 GNSS 신호의 측위 오차를 보정하여 상기 자율 주행 차량의 요(Yaw) 값 및 상기 RTK 기준국 수신기 모듈과의 기선 거리를 연산하고, 상기 측위해, 상기 요 값 및 상기 기선 거리를 포함하는 상기 측위 데이터를 생성하는 RTK 이동국 수신기 모듈을 포함할 수 있다.
상기 RTK 기준국 수신기 모듈은, 상기 제1 GNSS 신호를 수신하는 제1 안테나를 포함하고, 상기 RTK 이동국 수신기 모듈은, 상기 제1 안테나와 이격되며, 상기 제2 GNSS 신호를 수신하는 제2 안테나를 포함할 수 있다.
상기 기선 거리는, 상기 제1, 2 안테나 사이의 이격거리일 수 있다.
상기 측위 데이터는, 상기 자율 주행 차량의 위치 및 속도를 포함하는 측위해, 요 값 및 기선 거리를 포함하고, 상기 제어 모듈은, 상기 기선 거리가 설정된 기준 기선 거리 사이의 차이값을 연산하는 연산부, 상기 차이값과 설정된 기준 차이값을 비교하는 비교부, 상기 차이값이 상기 기준 차이값보다 이하인 경우, 상기 측위 데이터를 업데이트하여 확장 칼만 함수의 오차상태변수를 갱신하고, 상기 측위 데이터에 상기 오차상태변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 상기 측위해 데이터를 생성하는 데이터 생성부 및 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 경로로 설정된 웨이포인트 및 상기 측위해 데이터를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 운용을 위한 상기 제어 데이터를 생성하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 차이값이 상기 기준 차이값을 초과하는 경우, 상기 데이터 생성부는, 상기 측위해를 업데이트하여 상기 확장 칼만 필터의 오차상태변수를 갱신하고, 상기 측위 데이터에 상기 오차상태변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 상기 측위해 데이터를 생성할 수 있다.
상기 자율 주행 차량이 궤도 트랙 차량인 경우, 상기 통신 모듈은, 상기 자율 주행 차량으로부터 전송된 좌측 모터 RPM 및 우측 모터 RPM을 수신할 수 있다.
상기 측위 데이터는, 상기 자율 주행 차량의 위치 및 속도를 포함하는 측위해, 요 값 및 기선 거리를 포함하고, 상기 좌측 모터 RPM 및 상기 우측 모터 RPM이 수신된 경우, 상기 제어 모듈은, 상기 좌측 모터 좌측 모터 RPM 및 상기 우측 모터 RPM의 평균 RPM을 설정된 스케일팩터에 적용하여 트랙 중심 속도를 연산하고, 상기 트랙 중심 속도를 업데이트하여 확장 칼만 필터의 오차상태변수를 갱신하고, 상기 측위 데이터에 상기 오차상태변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 상기 측위해 데이터를 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 측위 장치는, 자율 주행 차량의 가속도, 각속도 및 지구 자기장을 측정하는 센서 모듈 및 상기 가속도, 상기 각속도, 상기 지구 자기장 및 이전 시점에 연산한 이전 측위해 데이터를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 측위해 데이터를 생성하고, 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 경로로 설정된 웨이포인트 및 상기 측위해 데이터를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 운용을 위한 제어 데이터를 생성하는 제어 모듈을 포함할 수 있다.
상기 센서 모듈은, 상기 가속도를 측정하는 가속도 센서, 상기 각속도를 측정하는 자이로 센서 및 상기 지구 자기장을 측정하는 자력계 센서를 포함할 수 있다.
상기 제어 모듈은, 상기 가속도, 상기 각속도 및 상기 이전 측위해 데이터를 설정된 INS(Inertial Navigation System)에 적용하여 상기 자율 주행 차량의 위치 및 속도를 연산하고, 상기 지구 자기장의 크기를 설정된 왜곡 보정값으로 보정하여 상기 자율 주행 차량의 요 값을 연산하는 연산부, 상기 요 값을 업데이트하여 확장 칼만 필터의 오차상태변수를 갱신하고, 상기 오차상태 변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 상기 측위해 데이터를 생성하는 데이터 생성부 및 상기 웨이포인트 및 상기 측위해 데이터를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 운용을 위한 상기 제어 데이터를 생성하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 연산부는, 상기 지구 자기장의 크기를 수평 방향의 크기값으로 변환하고 상기 왜곡 보정값으로 보정한 후 자북을 기준으로하는 요(yaw)를 연산하고, 상기 자율 주행 차량의 위치에서 자침 편차를 연산하고, 상기 요(yaw)에 상기 자침 편차를 보정하여 진북을 기준으로하는 상기 자율 주행 차량의 요 값을 연산할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 측위 장치는, 자율 주행 차량의 가속도, 각속도 및 지구 자기장을 측정하는 센서 모듈, 외부 RTK(Real Time Kinematic) 시스템으로부터 전송된 제1 RTK 보정 데이터를 수신하는 통신 모듈, 상기 제1 RTK 보정 데이터 및 위성으로부터 전송된 제1, 2 GNSS(Global Navigation Satellite System) 신호를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 측위 데이터를 생성하는 RTK 수신기 모듈 및 상기 가속도, 상기 각속도, 상기 지구 자기장 및 이전 시점에 연산한 이전 측위해 데이터를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 제1 측위해 데이터를 생성하고, 상기 측위 데이터, 상기 제1 측위해 데이터 및 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 경로로 설정된 웨이포인트를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 운용을 위한 제어 데이터를 생성하는 제어 모듈을 포함할 수 있다.
상기 센서 모듈은, 상기 가속도를 측정하는 가속도 센서, 상기 각속도를 측정하는 자이로 센서 및 상기 지구 자기장을 측정하는 자력계 센서를 포함할 수 있다.
상기 RTK 수신기 모듈은, 상기 제1 RTK 보정 데이터를 기반으로 상기 제1 GNSS 신호의 측위 오차를 보정하여 상기 자율 주행 차량의 측위해를 연산하고, 제2 RTK 보정 데이터를 생성하는 RTK 기준국 수신기 모듈 및 상기 제2 RTK 보정 데이터를 기반으로 상기 제2 GNSS 신호의 측위 오차를 보정하여 상기 자율 주행 차량의 요(Yaw) 값 및 상기 RTK 기준국 수신기 모듈과의 기선 거리를 연산하고, 상기 측위해, 상기 요 값 및 상기 기선 거리를 포함하는 상기 측위 데이터를 생성하는 RTK 이동국 수신기 모듈을 포함할 수 있다.
상기 RTK 기준국 수신기 모듈은, 상기 제1 GNSS 신호를 수신하는 제1 안테나를 포함하고, 상기 RTK 이동국 수신기 모듈은, 상기 제1 안테나와 이격되며, 상기 제2 GNSS 신호를 수신하는 제2 안테나를 포함할 수 있다.
상기 기선 거리는, 상기 제1, 2 안테나 사이의 이격거리일 수 있다.
상기 측위 데이터는, 상기 자율 주행 차량의 위치 및 속도를 포함하는 측위해, 요 값 및 기선 거리를 포함하고, 상기 제어 모듈은, 상기 가속도, 상기 각속도 및 상기 이전 측위해 데이터를 설정된 INS(Inertial Navigation System) 알고리즘에 적용하여 상기 자율 주행 차량의 위치 및 속도를 연산하고, 상기 지구 자기장의 크기를 설정된 왜곡 보정값으로 보정하여 상기 자율 주행 차량의 요 값을 연산하는 제1 연산부, 상기 요 값을 업데이트하여 제1 확장 칼만 필터의 오차상태변수를 갱신하고, 상기 오차상태 변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 상기 제1 측위해 데이터를 생성하는 제1 데이터 생성부, 상기 기선 거리가 설정된 기준 기선 거리 사이의 차이값을 연산하는 제2 연산부, 상기 차이값과 설정된 기준 차이값을 비교하는 비교부, 상기 차이값이 상기 기준 차이값보다 이하인 경우, 상기 측위 데이터를 업데이트하여 제2 확장 칼만 함수의 오차상태변수를 갱신하고, 상기 측위 데이터에 상기 오차상태변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 제2 측위해 데이터를 생성하는 제2 데이터 생성부 및 상기 제1, 2 측위해 데이터 각각에 포함된 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세에 대응하는 제1 평균 측위해 데이터를 연산하고, 상기 제1 평균 측위해 데이터 및 상기 웨이포인트를 기반으로 상기 제어 데이터를 생성하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 차이값이 상기 기준 차이값을 초과하는 경우, 상기 제2 데이터 생성부는, 상기 측위해를 업데이트하여 상기 제1 확장 칼만 필터의 오차상태변수를 갱신하고, 상기 측위 데이터에 상기 오차상태변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 상기 제2 측위해 데이터를 생성할 수 있다.
상기 자율 주행 차량이 궤도 트랙 차량인 경우, 상기 통신 모듈은, 상기 자율 주행 차량으로부터 전송된 좌측 모터 RPM 및 우측 모터 RPM을 수신할 수 있다.
상기 좌측 모터 RPM 및 상기 우측 모터 RPM이 수신된 경우, 상기 제어 모듈은, 상기 좌측 모터 좌측 모터 RPM 및 상기 우측 모터 RPM의 평균 RPM을 설정된 스케일팩터에 적용하여 트랙 중심 속도를 연산하는 제3 연산부 및 상기 트랙 중심 속도를 업데이트하여 제3 확장 칼만 필터의 오차상태변수를 갱신하고, 상기 측위 데이터에 상기 오차상태변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 제3 측위해 데이터를 생성하는 제3 데이터 생성부를 더 포함할 수 있다.
상기 제3 측위해 데이터가 입력되는 경우, 상기 제어부는, 상기 제1 내지 제3 측위해 데이터 각각에 포함된 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세에 대응하는 제2 평균 측위해 데이터를 연산하고, 상기 제2 평균 측위해 데이터 및 상기 웨이포인트를 기반으로 상기 제어 데이터를 생성할 수 있다.
본 발명에 따른 측위 장치는, 자율 주행 차량의 가속도, 각속도 및 지구 자기장 및 이전 측위해 데이터를 기반으로 자율 추행 차량의 측위해 데이터를 생성함으로써, 자율 주행 중인 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세에 따라 자율 주행 경로인 웨이포인트에 따라 자율 주행 차량을 제어하는 제어 데이터를 생성할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 측위 장치는, 외부 RTK(Real Time Kinematic) 시스템으로부터 전송된 제1 RTK 보정 데이터 및 위성으로부터 전송된 제1, 2 GNSS(Global Navigation Satellite System) 신호를 기반으로 자율 주행 차량의 측위해 데이터를 생성함으로써, 자율 주행을 위한 자율 주행 차량의 정확도를 높일 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 측위 장치는, 궤도 트랙 차량인 자율 주행 차량의 좌우측 모터 RPM을 속도로 변환하여 자율 주행 차량의 측위해 데이터를 생성함으로써, 자율 주행을 용이하게 할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 측위 장치의 제어 구성을 나타낸 제어 블록도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 측위 장치의 동작방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 측위 장치의 제어 구성을 나타낸 제어 블록도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 측위 장치의 동작방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 측위 장치의 제어 구성을 나타낸 제어 블록도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 측위 장치의 초기화 과정을 나타낸 순서도이다.
본 개시 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 개시가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 개시가 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 개시의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 측위 장치의 제어 구성을 나타낸 제어 블록도이다.
도 1을 참조하면, 측위 장치(100)는 센서 모듈(110) 및 제어 모듈(120)을 포함할 수 있다.
실시 예에서, 측위 장치(100)는 자율 주행 차량(미도시)에 설치될 수 있으며, 상기 자율 주행 차량에 포함된 주행 제어부(미도시)로 자율 주행 운용을 위한 제어 데이터를 제공할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
센서 모듈(110)은 가속도 센서(112), 자이로 센서(114) 및 자력계 센서(116)를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 센서 모듈(110)은 측위 장치(100)에 포함되는 것으로 나타내고 설명하지만, 상기 자율 주행 차량에 기 설치된 센서들일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
가속도 센서(112)는 상기 자율 주행 차량의 가속도(a1)를 측정하고, 자이로 센서(114)는 상기 자율 주행 차량의 각속도(a2)를 측정하며, 자력계 센서(116)는 상기 자율 주행 차량에서 지구 자기장(a3)을 측정할 수 있다.
제어 모듈(120)은 연산부(122), 데이터 생성부(124) 및 제어부(126)를 포함할 수 있다.
연산부(122)는 센서 모듈(110)에서 측정된 가속도(a1), 각속도(a2) 및 지구 자기장(a3)를 입력받을 수 있다.
이때, 연산부(122)는 가속도(a1), 각속도(a2) 및 이전 시점에 연산한 이전 측위해 데이터를 설정된 INS(Inertial Navigation System)에 적용하여 상기 자율 주행 차량의 위치 및 속도를 연산할 수 있다.
여기서, INS(Inertial Navigation System)은 관성항법장치로써, 가속도(a1),각속도(a2) 및 상기 이전 측위해 데이터를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 위치 및 속도를 연산할 수 있다.
연산부(122)는 지구 자기장(a3)의 크기를 설정된 왜곡 보정값으로 보정하여 상기 자율 주행 차량의 요(yaw) 값을 연산할 수 있다.
여기서, 연산부(122)는 지구 자기장(a3)의 크기를 수평 방향의 크기값으로 변환하고 상기 왜곡 보정값으로 보정한 후 자북을 기준으로하는 요(yaw)를 연산하고, 상기 자율 주행 차량의 위치에서 자침 편차를 연산하고, 상기 요(yaw)에 상기 자침 편차를 보정하여 진북을 기준으로하는 상기 자율 주행 차량의 요(yaw) 값을 연산할 수 있다.
데이터 생성부(124)는 상기 요(yaw) 값을 업데이트하여 확장 칼만 필터의 오차상태변수를 갱신하고, 상기 오차상태 변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 측위해 데이터(data)를 생성할 수 있다.
제어부(126)는 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 경로로 설정된 웨이포인트 및 측위해 데이터(data)를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 운용을 위한 제어 데이터(SC_data)를 생성할 수 있다.
상기 웨이포인트는 자율 주행 차량의 운전자 또는 사용자에 의해 자율주행 할 경로를 수동으로 운전하여 획득한 위치 정보를 이용하여 생성된 자율 주행 경로일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
이때, 제어부(126)는 제어 데이터(SC_data)를 상기 자율 주행 차량의 주행 제어부로 전달하여, 자율 주행 운용을 제어할 수 있다.
도 2는 도 1에 나타낸 측위 장치의 동작방법을 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 측위 장치(100)에 포함된 센서 모듈(110)은 자율 주행 차량의 가속도(a1), 각속도(a2) 및 지구 자기장(a3)을 측정할 수 있다(S110).
즉, 센서 모듈(110)은 가속도 센서(112), 자이로 센서(114) 및 자력계 센서(116)를 포함할 수 있다.
가속도 센서(112)는 상기 자율 주행 차량의 가속도(a1)를 측정하고, 자이로 센서(114)는 상기 자율 주행 차량의 각속도(a2)를 측정하며, 자력계 센서(116)는 상기 자율 주행 차량에서 지구 자기장(a3)을 측정할 수 있다.
측위 장치(100)에 포함된 제어 모듈(120)은 센서 모듈(110)에서 측정된 가속도(a1), 각속도(a2) 및 기 설정된 이전 시점에 연산한 이전 측위해 데이터를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 위치 및 속도를 연산할 수 있다(S120).
이후, 제어 모듈(120)은 지구 자기장(a3)의 크기를 설정된 왜곡 보정값으로 보정하여 상기 자율 주행 차량의 요(yaw) 값을 연산할 수 있다(S130).
즉, 제어 모듈(120)에 포함된 연산부(122)는 가속도(a1), 각속도(a2) 및 이전 시점에 연산한 이전 측위해 데이터를 설정된 INS(Inertial Navigation System)에 적용하여 상기 자율 주행 차량의 위치 및 속도를 연산할 수 있다.
여기서, INS(Inertial Navigation System)은 관성항법장치로써, 가속도(a1),각속도(a2) 및 상기 이전 측위해 데이터를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 위치 및 속도를 연산할 수 있다.
이후, 연산부(122)는 지구 자기장(a3)의 크기를 수평 방향의 크기값으로 변환하고 상기 왜곡 보정값으로 보정한 후 자북을 기준으로하는 요(yaw)를 연산하고, 상기 자율 주행 차량의 위치에서 자침 편차를 연산하고, 상기 요(yaw)에 상기 자침 편차를 보정하여 진북을 기준으로하는 상기 자율 주행 차량의 요(yaw) 값을 연산할 수 있다.
제어 모듈(120)은 상기 요(yaw) 값을 업데이트하여 확장 칼만 필터의 오차상태변수를 갱신하고(S140), 상기 오차상태 변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 측위해 데이터(data)를 생성할 수 있다(S150).
이후, 제어 모듈(120)은 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 경로로 설정된 웨이포인트 및 측위해 데이터(data)를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 운용을 위한 제어 데이터(SC_data)를 생성할 수 있다(S160).
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 측위 장치의 제어 구성을 나타낸 제어 블록도이다.
도 3을 참조하면, 측위 장치(200)는 통신 모듈(210), RTK(Real Time Kinematic) 수신기 모듈(220) 및 제어 모듈(230)을 포함할 수 있다.
통신 모듈(210)은 외부 RTK(Real Time Kinematic) 시스템으로부터 전송된 제1 RTK 보정 데이터(RTK1)를 수신할 수 있다.
여기서, 상기 외부 RTK 시스템은 외부 GNSS(Global Navigation Satellite System) 상시관측소를 운용하는 시스템이며, 위성에서 공급되는 GNSS 신호의 원천정보에 대응하는 제1 RTK 보정 데이터(RTK1)를 송신할 수 있다.
또한, 통신 모듈(210)은 자율 주행 차량의 주행 제어부(미도시)와 통신을 수행할 수 있으며, 후술하는 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 운용을 위한 제어 데이터(SC_data)를 전송할 수 있으며, 자율 주행 경로인 웨이포인트에 대한 정보를 수신할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
RTK 수신기 모듈(220)은 RTK 기준국 수신기 모듈(222) 및 RTK 이동국 수신기 모듈(226)을 포함할 수 있다.
먼저, RTK 기준국 수신기 모듈(222)은 위성으로부터 제1 GNSS 신호(GNSS1)를 수신하는 제1 안테나(224)를 포함할 수 있다.
RTK 기준국 수신기 모듈(222)은 제1 GNSS 신호(GNSS1) 및 통신 모듈(210)에서 수신한 제1 RTK 보정 데이터(RTK1)를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 측위해(LV)를 연산하고, 제2 RTK 보정 데이터(RTK2)를 생성할 수 있다.
먼저, RTK 기준국 수신기 모듈(222)은 제1 RTK 보정 데이터(RTK1)를 기반으로 제1 GNSS 신호(GNSS1)의 측위 오차를 보정하여 상기 자율 주행 차량의 위치 및 속도를 포함하는 측위해(LV)를 연산할 수 있다.
이후, RTK 기준국 수신기 모듈(222)은 RTK 이동국 수신기 모듈(226)에서 수신하는 제2 GNSS 신호(GNSS2)의 측위 오차를 보정하기 위한 제2 RTK 보정 데이터(RTK2)를 생성할 수 있다.
RTK 이동국 수신기 모듈(226)은 위성으로부터 제2 GNSS 신호(GNSS2)를 수신하는 제2 안테나(228)를 포함할 수 있다.
RTK 이동국 수신기 모듈(226)은 제2 GNSS 신호(GNSS2) 및 RTK 기준국 수신기 모듈(222)로부터 전달된 제2 RTK 보정 데이터(RTK2)를 기반으로 자율 주행 차량의 요 값(Yaw value) 및 RTK 기준국 수신기 모듈(222)과의 기선 거리(d)를 연산할 수 있다.
즉, RTK 이동국 수신기 모듈(226)은 제2 RTK 보정 데이터(RTK2)를 기반으로 제2 GNSS 신호(GNSS2)의 측위 오차를 보정하여 상기 자율 주행 차량의 요 값(Yaw value) 및 제1, 2 안테나(224, 228) 사이의 이격거리인 기선 거리(d)를 연산할 수 있다.
여기서, 제1, 2 안테나(224, 228)는 상기 자율 주행 차량의 진행방향 축과 허용오차 범위내에서 서로 동일하게 상기 자율 주행 차량에 설치될 수 있다.
제1 안테나(224)는 상기 자율 주행 차량의 중심 상단에 설치되고, 제2 안테나(228)은 상기 자율 주행 차량의 전면에 설치될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
RTK 이동국 수신기 모듈(226)은 상기 자율 주행 차량의 요 값(Yaw value), 기선 거리(d) 및 RTK 기준국 수신기 모듈(222)에서 연산된 상기 자율 주행 차량의 측위해(LV)를 포함하는 측위 데이터(P_data)를 생성할 수 있다.
제어 모듈(230)은 연산부(232), 비교부(234), 데이터 생성부(236) 및 제어부(238)를 포함할 수 있다.
연산부(232)는 측위 데이터(P_data)에 포함된 기선 거리(d)와 기 설정된 기준 기선 거리 사이의 차이값을 연산할 수 있다.
여기서, 상기 기준 기선 거리는 제1, 2 안테나(224, 228)을 상기 자율 주행 차량에 설치시 측정된 이격거리일 수 있다.
비교부(234)는 연산부(232)에서 연산된 상기 차이값과 설정된 기준 차이값을 비교할 수 있다.
비교부(234)의 비교 결과, 상기 차이값이 상기 기준 차이값보다 이하인 경우, 데이터 생성부(236)는 측위 데이터(P_data)를 업데이트하여 확장 칼만 함수의 오차상태변수를 갱신하고, 측위 데이터(P_data)에 상기 오차상태변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 측위해 데이터(data)를 생성할 수 있다.
또한, 비교부(234)의 비교 결과, 상기 차이값이 상기 기준 차이값을 초과하는 경우, 데이터 생성부(236)는 측위 데이터(P_data)에 포함된 측위해(LV)를 업데이트하여 확장 칼만 함수의 오차상태변수를 갱신하고, 측위 데이터(P_data)에 포함된 측위해(LV) 및 기선 거리(d)에 상기 오차상태변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 측위해 데이터(data)를 생성할 수 있다.
제어부(238)는 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 경로로 설정된 웨이포인트 및 측위해 데이터(data)를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 운용을 위한 제어 데이터(SC_data)를 생성할 수 있다.
상기 웨이포인트는 자율 주행 차량의 운전자 또는 사용자에 의해 자율주행 할 경로를 수동으로 운전하여 획득한 위치 정보를 이용하여 생성된 자율 주행 경로일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
이때, 제어부(238)는 제어 데이터(SC_data)를 상기 자율 주행 차량의 주행 제어부로 전달하여, 자율 주행 운용을 제어할 수 있다.
도 4는 도 3에 나타낸 측위 장치의 동작방법을 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 측위 장치(200)의 통신 모듈(210)은 외부 RTK(Real Time Kinematic) 시스템으로부터 전송된 제1 RTK 보정 데이터(RTK1)를 수신할 수 있다(S210).
즉, 통신 모듈(210)은 외부 GNSS(Global Navigation Satellite System) 상시관측소를 운용하는 외부 RTK 시스템과 무선 통신망을 통하여 제1 RTK 보정 데이터(RTK1)를 수신할 수 있다.
또한, 통신 모듈(210)은 자율 주행 차량의 주행 제어부(미도시)와 통신을 수행할 수 있으며, 후술하는 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 운용을 위한 제어 데이터(SC_data)를 전송할 수 있으며, 자율 주행 경로인 웨이포인트에 대한 정보를 수신할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
측위 장치(200)의 RTK 기준국 수신기 모듈(222)은 제1 안테나(224)를 통해 위성으로부터 제1 GNSS 신호(GNSS1)를 수신하고(S220), 제1 GNSS 신호(GNSS1) 및 통신 모듈(210)에서 수신한 제1 RTK 보정 데이터(RTK1)를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 측위해(LV)를 연산 및 제2 RTK 보정 데이터(RTK2)를 생성할 수 있다(S230).
즉, RTK 기준국 수신기 모듈(222)은 제1 RTK 보정 데이터(RTK1)를 기반으로 제1 GNSS 신호(GNSS1)의 측위 오차를 보정하여 상기 자율 주행 차량의 위치 및 속도를 포함하는 측위해(LV)를 연산할 수 있다.
이후, RTK 기준국 수신기 모듈(222)은 RTK 이동국 수신기 모듈(226)에서 수신하는 제2 GNSS 신호(GNSS2)의 측위 오차를 보정하기 위한 제2 RTK 보정 데이터(RTK2)를 생성할 수 있다.
측위 장치(200)의 RTK 이동국 수신기 모듈(226)은 제2 안테나(228)을 통해 위성으로부터 제2 GNSS 신호(GNSS2)를 수신하고(S240), 제2 GNSS 신호(GNSS2) 및 RTK 기준국 수신기 모듈(222)로부터 전달된 제2 RTK 보정 데이터(RTK2)를 기반으로 자율 주행 차량의 요 값(Yaw value) 및 RTK 기준국 수신기 모듈(222)과의 기선 거리(d)를 연산할 수 있다(S250).
즉, RTK 이동국 수신기 모듈(226)은 제2 RTK 보정 데이터(RTK2)를 기반으로 제2 GNSS 신호(GNSS2)의 측위 오차를 보정하여 상기 자율 주행 차량의 요 값(Yaw value) 및 제1, 2 안테나(224, 228) 사이의 이격거리인 기선 거리(d)를 연산할 수 있다.
여기서, 제1, 2 안테나(224, 228)는 상기 자율 주행 차량의 진행방향 축과 허용오차 범위내에서 서로 동일하게 상기 자율 주행 차량에 설치될 수 있다.
RTK 이동국 수신기 모듈(226)은 상기 자율 주행 차량의 요 값(Yaw value), 기선 거리(d) 및 RTK 기준국 수신기 모듈(222)에서 연산된 상기 자율 주행 차량의 측위해(LV)를 포함하는 측위 데이터(P_data)를 생성할 수 있다(S260).
측위 장치(200)의 제어 모듈(230)은 측위 데이터(P_data)에 포함된 기선 거리(d)와 기 설정된 기준 기선 거리 사이의 차이값을 연산하고(S270), 상기 차이값과 설정된 기준 차이값을 비교할 수 있다(S280).
(S280) 단계의 결과, 상기 차이값이 상기 기준 차이값보다 이하인 경우, 제어 모듈(230)은 측위 데이터(P_data)를 업데이트하여 확장 칼만 함수의 오차상태변수를 갱신하고, 측위 데이터(P_data)에 상기 오차상태변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 측위해 데이터(data)를 생성할 수 있다(S290).
(S280) 단계의 결과, 상기 차이값이 상기 기준 차이값을 초과하는 경우, 제어 모듈(230)은측위 데이터(P_data)에 포함된 측위해(LV)를 업데이트하여 확장 칼만 함수의 오차상태변수를 갱신하고, 측위 데이터(P_data)에 포함된 측위해(LV) 및 기선 거리(d)에 상기 오차상태변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 측위해 데이터(data)를 생성할 수 있다(S294).
제어 모듈(230)은 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 경로로 설정된 웨이포인트 및 측위해 데이터(data)를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 운용을 위한 제어 데이터(SC_data)를 생성하고, 상기 자율 주행 차량의 주행 제어부로 전송되게 통신 모듈(210)을 제어할 수 있다(S298).
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 측위 장치의 제어 구성을 나타낸 제어 블록도이다.
도 5를 참조하면, 측위 장치(300)는 센서 모듈(310), 통신 모듈(320), RTK(Real Time Kinematic) 수신기 모듈(330) 및 제어 모듈(340)을 포함할 수 있다.
실시 예에서, 측위 장치(300)는 자율 주행 차량(미도시)에 설치될 수 있으며, 상기 자율 주행 차량에 포함된 주행 제어부(미도시)로 자율 주행 운용을 위한 제어 데이터를 제공할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
센서 모듈(310)은 가속도 센서(312), 자이로 센서(314) 및 자력계 센서(316)를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 센서 모듈(310)은 측위 장치(300)에 포함되는 것으로 나타내고 설명하지만, 상기 자율 주행 차량에 기 설치된 센서들일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
가속도 센서(312)는 상기 자율 주행 차량의 가속도(a1)를 측정하고, 자이로 센서(314)는 상기 자율 주행 차량의 각속도(a2)를 측정하며, 자력계 센서(316)는 상기 자율 주행 차량에서 지구 자기장(a3)을 측정할 수 있다.
통신 모듈(320)은 외부 RTK(Real Time Kinematic) 시스템으로부터 전송된 제1 RTK 보정 데이터(RTK1)를 수신할 수 있다.
여기서, 상기 외부 RTK 시스템은 외부 GNSS(Global Navigation Satellite System) 상시관측소를 운용하는 시스템이며, 위성에서 공급되는 GNSS 신호의 원천정보에 대응하는 제1 RTK 보정 데이터(RTK1)를 송신할 수 있다.
또한, 통신 모듈(320)은 자율 주행 차량의 주행 제어부(미도시)와 통신을 수행할 수 있으며, 후술하는 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 운용을 위한 제어 데이터(SC_data)를 전송할 수 있으며, 자율 주행 경로인 웨이포인트에 대한 정보를 수신할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
RTK(Real Time Kinematic) 수신기 모듈(330)은 RTK 기준국 수신기 모듈(332) 및 RTK 이동국 수신기 모듈(336)을 포함할 수 있다.
먼저, RTK 기준국 수신기 모듈(332)은 위성으로부터 제1 GNSS 신호(GNSS1)를 수신하는 제1 안테나(334)를 포함할 수 있다.
RTK 기준국 수신기 모듈(332)은 제1 GNSS 신호(GNSS1) 및 통신 모듈(210)에서 수신한 제1 RTK 보정 데이터(RTK1)를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 측위해(LV)를 연산하고, 제2 RTK 보정 데이터(RTK2)를 생성할 수 있다.
먼저, RTK 기준국 수신기 모듈(332)은 제1 RTK 보정 데이터(RTK1)를 기반으로 제1 GNSS 신호(GNSS1)의 측위 오차를 보정하여 상기 자율 주행 차량의 위치 및 속도를 포함하는 측위해(LV)를 연산할 수 있다.
이후, RTK 기준국 수신기 모듈(332)은 RTK 이동국 수신기 모듈(336)에서 수신하는 제2 GNSS 신호(GNSS2)의 측위 오차를 보정하기 위한 제2 RTK 보정 데이터(RTK2)를 생성할 수 있다.
RTK 이동국 수신기 모듈(336)은 위성으로부터 제2 GNSS 신호(GNSS2)를 수신하는 제2 안테나(338)를 포함할 수 있다.
RTK 이동국 수신기 모듈(336)은 제2 GNSS 신호(GNSS2) 및 RTK 기준국 수신기 모듈(332)로부터 전달된 제2 RTK 보정 데이터(RTK2)를 기반으로 자율 주행 차량의 요 값(Yaw value) 및 RTK 기준국 수신기 모듈(332)과의 기선 거리(d)를 연산할 수 있다.
즉, RTK 이동국 수신기 모듈(336)은 제2 RTK 보정 데이터(RTK2)를 기반으로 제2 GNSS 신호(GNSS2)의 측위 오차를 보정하여 상기 자율 주행 차량의 요 값(Yaw value) 및 제1, 2 안테나(334, 338) 사이의 이격거리인 기선 거리(d)를 연산할 수 있다.
여기서, 제1, 2 안테나(334, 338)는 상기 자율 주행 차량의 진행방향 축과 허용오차 범위내에서 서로 동일하게 상기 자율 주행 차량에 설치될 수 있다.
제1 안테나(334)는 상기 자율 주행 차량의 중심 상단에 설치되고, 제2 안테나(338)은 상기 자율 주행 차량의 전면에 설치될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
RTK 이동국 수신기 모듈(336)은 상기 자율 주행 차량의 요 값(Yaw value), 기선 거리(d) 및 RTK 기준국 수신기 모듈(332)에서 연산된 상기 자율 주행 차량의 측위해(LV)를 포함하는 측위 데이터(P_data)를 생성할 수 있다.
제어 모듈(340)은 제1, 2 생성부(350, 360) 및 제어부(380)를 포함할 수 있다.
제1 생성부(350)는 제1 연산부(352) 및 제1 데이터 생성부(354)를 포함할 수 있다.
제1 연산부(352)는 센서 모듈(320)에서 측정된 가속도(a1), 각속도(a2) 및 지구 자기장(a3)를 입력받을 수 있다.
이때, 연산부(352)는 가속도(a1), 각속도(a2) 및 이전 시점에 연산한 이전 측위해 데이터를 설정된 INS(Inertial Navigation System)에 적용하여 상기 자율 주행 차량의 위치 및 속도를 연산할 수 있다.
여기서, INS(Inertial Navigation System)은 관성항법장치로써, 가속도(a1),각속도(a2) 및 상기 이전 측위해 데이터를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 위치 및 속도를 연산할 수 있다.
연산부(352)는 지구 자기장(a3)의 크기를 설정된 왜곡 보정값으로 보정하여 상기 자율 주행 차량의 요(yaw) 값을 연산할 수 있다.
여기서, 연산부(352)는 지구 자기장(a3)의 크기를 수평 방향의 크기값으로 변환하고 상기 왜곡 보정값으로 보정한 후 자북을 기준으로하는 요(yaw)를 연산하고, 상기 자율 주행 차량의 위치에서 자침 편차를 연산하고, 상기 요(yaw)에 상기 자침 편차를 보정하여 진북을 기준으로하는 상기 자율 주행 차량의 요(yaw) 값을 연산할 수 있다.
제1 데이터 생성부(354)는 상기 요(yaw) 값을 업데이트하여 확장 칼만 필터의 오차상태변수를 갱신하고, 상기 오차상태 변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 제1 측위해 데이터(data1)를 생성할 수 있다.
제2 생성부(360)는 제2 연산부(362), 비교부(364) 및 제2 데이터 생성부(366)를 포함할 수 있다.
제2 연산부(362)는 측위 데이터(P_data)에 포함된 기선 거리(d)와 기 설정된 기준 기선 거리 사이의 차이값을 연산할 수 있다.
여기서, 상기 기준 기선 거리는 제1, 2 안테나(334, 338)을 상기 자율 주행 차량에 설치시 측정된 이격거리일 수 있다.
비교부(364)는 제2 연산부(362)에서 연산된 상기 차이값과 설정된 기준 차이값을 비교할 수 있다.
비교부(364)의 비교 결과, 상기 차이값이 상기 기준 차이값보다 이하인 경우, 제2 데이터 생성부(366)는 측위 데이터(P_data)를 업데이트하여 확장 칼만 함수의 오차상태변수를 갱신하고, 측위 데이터(P_data)에 상기 오차상태변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 제2 측위해 데이터(data2)를 생성할 수 있다.
또한, 비교부(364)의 비교 결과, 상기 차이값이 상기 기준 차이값을 초과하는 경우, 제2 데이터 생성부(366)는 측위 데이터(P_data)에 포함된 측위해(LV)를 업데이트하여 확장 칼만 함수의 오차상태변수를 갱신하고, 측위 데이터(P_data)에 포함된 측위해(LV) 및 기선 거리(d)에 상기 오차상태변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 제2 측위해 데이터(data2)를 생성할 수 있다.
제어부(380)는 제1, 2 측위해 데이터(data1, data2) 각각에 포함된 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세에 대응하는 제1 평균 측위해 데이터(avg_data1)를 연산하고, 제1 평균 측위해 데이터(avg_data1) 및 상기 웨이포인트를 기반으로 제어 데이터(SC_data)를 생성할 수 있다.
이때, 제어부(380)는 제어 데이터(SC_data)를 상기 자율 주행 차량의 주행 제어부로 전달하여, 자율 주행 운용을 제어할 수 있다.
또한, 자율 주행 차량이 궤도 트랙 차량인 경우, 제어 모듈(340)은 제3 생성부(370)를 더 포함할 수 있다.
통신 모듈(320)은 상기 자율 주행 차량으로부터 전송된 좌측 모터 RPM(RPM_L) 및 우측 모터 RPM(RPM_R)을 수신하여, 제3 생성부(370)로 전달할 수 있다.
제3 생성부(370)는 제3 연산부(372) 및 제3 데이터 생성부(374)를 포함할 수 있다.
제3 연산부(372)는 좌측 모터 RPM(RPM_L) 및 우측 모터 RPM(RPM_R)의 평균 RPM(RPM_avg)을 설정된 스케일팩터에 적용하여 트랙 중심 속도를 연산할 수 있다.
제3 데이터 생성부(374)는 상기 트랙 중심 속도를 업데이트하여 제3 확장 칼만 필터의 오차상태변수를 갱신하고, 측위 데이터(P_data)에 상기 오차상태변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 제3 측위해 데이터(data3)를 생성할 수 있다.
제1 내지 제3 측위해 데이터(data1 내지 data3)가 입력되는 경우, 제어부(380)는 제1 내지 제3 측위해 데이터(data1 내지 data3) 각각에 포함된 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세에 대응하는 제2 평균 측위해 데이터(avg_data2)를 연산하고, 제2 평균 측위해 데이터(avg_data2) 및 상기 웨이포인트를 기반으로 제어 데이터(SC_data)를 생성할 수 있다.
또한, 제어 모듈(340)은 제1 내지 제3 측위해 데이터(data1 내지 data3) 중 어느 하나의 측위해 데이터만 입력되는 경우에도 제1 내지 제3 생성부(350, 360, 370) 중 어느 하나에서 생성된 측위해 데이터로 제어 데이터(SC_data)를 생성할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
도 6은 도 5에 나타낸 측위 장치의 초기화 과정을 나타낸 순서도이다.
도 6을 참조하면, 측위 장치(300)의 제어 모듈(340)은 센서 모듈(310)에서 측정된 가속도(a1), 감속도(a2) 및 지구 자기장(a3)를 포함하는 센서 데이터 및 RTK(Real Time Kinematic) 수신기 모듈(330)에서 연산된 측위 데이터(P_data)를 입력받을 수 있다(S310).
제어 모듈(340)은 상기 센서 데이터 및 측위 데이터(P_data) 각각의 입력 시간에 대한 시간 차이를 연산하고(S320), 상기 시간 차이가 설정된 기준 시간 범위를 만족하는지 판단할 수 있다(S330).
상기 시간 차이가 상기 기준 시간 범위를 만족하는 경우, 제어 모듈(340)은 RTK(Real Time Kinematic) 수신기 모듈(330)에 포함된 제1, 2 안테나(334, 338) 사이의 미리 설정된 기준 기선 거리와 측위 데이터(P_data)에 포함된 기선 거리(d) 사이의 거리 차이를 연산할 수 있다(S340).
제어 모듈(340)은 상기 거리 차이가 설정된 기준 차이 이하인지 판단하고(S350), 상기 기준 차이 이하인 경우 측위 데이터(P_data)에 포함된 자율 주행 차량의 위치 및 속도를 포함하는 측위해를 초기값으로 정의할 수 있다(S360).
제어 모듈(340)은 상기 센서 데이터에 포함된 가속도(a1)를 개략 정렬 방법에 적용하여 자율 주행 차량의 초기 롤(Roll) 및 피치(Pitch)를 정의할 수 있다(S370).
제어 모듈(340)은 측위 데이터(P_data)에 포함된 요 값(Yaw value)를 초기 요 값으로 정의하고(S380), 상기 센서 데이터에 포함된 지구 자기장(a3)을 기반으로 자율 주행 차량의 요 값을 연산하여, 요값 편차를 연산할 수 있다(S390).
제어 모듈(340)은 요값 편차를 기반으로 센서 모듈(310)의 센서 오차 및 확장 칼만 필터의 초기 파라미터를 정의하여 초기화를 종료할 수 있다(S400).
이상 설명된 본 개시에 따른 실시 예는 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.
한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 개시를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.
본 개시의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 개시에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다.
본 개시에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 개시가 한정되는 것은 아니다. 본 개시에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 개시를 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 개시의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 개시가 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안된다.
100: 측위 장치
110: 센서 모듈
120: 제어 모듈

Claims (22)

  1. 외부 RTK(Real Time Kinematic) 시스템으로부터 전송된 제1 RTK 보정 데이터를 수신하는 통신 모듈;
    상기 제1 RTK 보정 데이터 및 위성으로부터 전송된 제1, 2 GNSS(Global Navigation Satellite System) 신호를 기반으로 자율 주행 차량의 측위 데이터를 생성하는 RTK 수신기 모듈; 및
    상기 측위 데이터를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 운용을 위한 제어 데이터를 생성하는 제어 모듈을 포함하는,
    측위 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 RTK 수신기 모듈은,
    상기 제1 RTK 보정 데이터를 기반으로 상기 제1 GNSS 신호의 측위 오차를 보정하여 상기 자율 주행 차량의 측위해를 연산하고, 제2 RTK 보정 데이터를 생성하는 RTK 기준국 수신기 모듈; 및
    상기 제2 RTK 보정 데이터를 기반으로 상기 제2 GNSS 신호의 측위 오차를 보정하여 상기 자율 주행 차량의 요(Yaw) 값 및 상기 RTK 기준국 수신기 모듈과의 기선 거리를 연산하고, 상기 측위해, 상기 요 값 및 상기 기선 거리를 포함하는 상기 측위 데이터를 생성하는 RTK 이동국 수신기 모듈을 포함하는,
    측위 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 RTK 기준국 수신기 모듈은,
    상기 제1 GNSS 신호를 수신하는 제1 안테나를 포함하고,
    상기 RTK 이동국 수신기 모듈은,
    상기 제1 안테나와 이격되며, 상기 제2 GNSS 신호를 수신하는 제2 안테나를 포함하는,
    측위 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기선 거리는,
    상기 제1, 2 안테나 사이의 이격거리인,
    측위 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 측위 데이터는,
    상기 자율 주행 차량의 위치 및 속도를 포함하는 측위해, 요 값 및 기선 거리를 포함하고,
    상기 제어 모듈은,
    상기 기선 거리가 설정된 기준 기선 거리 사이의 차이값을 연산하는 연산부;
    상기 차이값과 설정된 기준 차이값을 비교하는 비교부;
    상기 차이값이 상기 기준 차이값보다 이하인 경우, 상기 측위 데이터를 업데이트하여 확장 칼만 함수의 오차상태변수를 갱신하고, 상기 측위 데이터에 상기 오차상태변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 상기 측위해 데이터를 생성하는 데이터 생성부; 및
    상기 자율 주행 차량의 자율 주행 경로로 설정된 웨이포인트 및 상기 측위해 데이터를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 운용을 위한 상기 제어 데이터를 생성하는 제어부를 포함하는,
    측위 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 차이값이 상기 기준 차이값을 초과하는 경우,
    상기 데이터 생성부는,
    상기 측위해를 업데이트하여 상기 확장 칼만 필터의 오차상태변수를 갱신하고, 상기 측위 데이터에 상기 오차상태변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 상기 측위해 데이터를 생성하는,
    측위 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 자율 주행 차량이 궤도 트랙 차량인 경우,
    상기 통신 모듈은,
    상기 자율 주행 차량으로부터 전송된 좌측 모터 RPM 및 우측 모터 RPM을 수신하는,
    측위 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 측위 데이터는,
    상기 자율 주행 차량의 위치 및 속도를 포함하는 측위해, 요 값 및 기선 거리를 포함하고,
    상기 좌측 모터 RPM 및 상기 우측 모터 RPM이 수신된 경우,
    상기 제어 모듈은,
    상기 좌측 모터 좌측 모터 RPM 및 상기 우측 모터 RPM의 평균 RPM을 설정된 스케일팩터에 적용하여 트랙 중심 속도를 연산하고, 상기 트랙 중심 속도를 업데이트하여 확장 칼만 필터의 오차상태변수를 갱신하고, 상기 측위 데이터에 상기 오차상태변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 상기 측위해 데이터를 생성하는,
    측위 장치.
  9. 자율 주행 차량의 가속도, 각속도 및 지구 자기장을 측정하는 센서 모듈; 및
    상기 가속도, 상기 각속도, 상기 지구 자기장 및 이전 시점에 연산한 이전 측위해 데이터를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 측위해 데이터를 생성하고, 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 경로로 설정된 웨이포인트 및 상기 측위해 데이터를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 운용을 위한 제어 데이터를 생성하는 제어 모듈을 포함하는,
    측위 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 센서 모듈은,
    상기 가속도를 측정하는 가속도 센서;
    상기 각속도를 측정하는 자이로 센서; 및
    상기 지구 자기장을 측정하는 자력계 센서를 포함하는,
    측위 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 가속도, 상기 각속도 및 상기 이전 측위해 데이터를 설정된 INS(Inertial Navigation System)에 적용하여 상기 자율 주행 차량의 위치 및 속도를 연산하고, 상기 지구 자기장의 크기를 설정된 왜곡 보정값으로 보정하여 상기 자율 주행 차량의 요 값을 연산하는 연산부;
    상기 요 값을 업데이트하여 확장 칼만 필터의 오차상태변수를 갱신하고, 상기 오차상태 변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 상기 측위해 데이터를 생성하는 데이터 생성부; 및
    상기 웨이포인트 및 상기 측위해 데이터를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 운용을 위한 상기 제어 데이터를 생성하는 제어부를 포함하는,
    측위 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 연산부는,
    상기 지구 자기장의 크기를 수평 방향의 크기값으로 변환하고 상기 왜곡 보정값으로 보정한 후 자북을 기준으로하는 요(yaw)를 연산하고, 상기 자율 주행 차량의 위치에서 자침 편차를 연산하고, 상기 요(yaw)에 상기 자침 편차를 보정하여 진북을 기준으로하는 상기 자율 주행 차량의 요 값을 연산하는,
    측위 장치.
  13. 자율 주행 차량의 가속도, 각속도 및 지구 자기장을 측정하는 센서 모듈;
    외부 RTK(Real Time Kinematic) 시스템으로부터 전송된 제1 RTK 보정 데이터를 수신하는 통신 모듈;
    상기 제1 RTK 보정 데이터 및 위성으로부터 전송된 제1, 2 GNSS(Global Navigation Satellite System) 신호를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 측위 데이터를 생성하는 RTK 수신기 모듈; 및
    상기 가속도, 상기 각속도, 상기 지구 자기장 및 이전 시점에 연산한 이전 측위해 데이터를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 제1 측위해 데이터를 생성하고, 상기 측위 데이터, 상기 제1 측위해 데이터 및 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 경로로 설정된 웨이포인트를 기반으로 상기 자율 주행 차량의 자율 주행 운용을 위한 제어 데이터를 생성하는 제어 모듈을 포함하는,
    측위 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 센서 모듈은,
    상기 가속도를 측정하는 가속도 센서;
    상기 각속도를 측정하는 자이로 센서; 및
    상기 지구 자기장을 측정하는 자력계 센서를 포함하는,
    측위 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 RTK 수신기 모듈은,
    상기 제1 RTK 보정 데이터를 기반으로 상기 제1 GNSS 신호의 측위 오차를 보정하여 상기 자율 주행 차량의 측위해를 연산하고, 제2 RTK 보정 데이터를 생성하는 RTK 기준국 수신기 모듈; 및
    상기 제2 RTK 보정 데이터를 기반으로 상기 제2 GNSS 신호의 측위 오차를 보정하여 상기 자율 주행 차량의 요(Yaw) 값 및 상기 RTK 기준국 수신기 모듈과의 기선 거리를 연산하고, 상기 측위해, 상기 요 값 및 상기 기선 거리를 포함하는 상기 측위 데이터를 생성하는 RTK 이동국 수신기 모듈을 포함하는,
    측위 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 RTK 기준국 수신기 모듈은,
    상기 제1 GNSS 신호를 수신하는 제1 안테나를 포함하고,
    상기 RTK 이동국 수신기 모듈은,
    상기 제1 안테나와 이격되며, 상기 제2 GNSS 신호를 수신하는 제2 안테나를 포함하는,
    측위 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 기선 거리는,
    상기 제1, 2 안테나 사이의 이격거리인,
    측위 장치.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 측위 데이터는,
    상기 자율 주행 차량의 위치 및 속도를 포함하는 측위해, 요 값 및 기선 거리를 포함하고,
    상기 제어 모듈은,
    상기 가속도, 상기 각속도 및 상기 이전 측위해 데이터를 설정된 INS(Inertial Navigation System) 알고리즘에 적용하여 상기 자율 주행 차량의 위치 및 속도를 연산하고, 상기 지구 자기장의 크기를 설정된 왜곡 보정값으로 보정하여 상기 자율 주행 차량의 요 값을 연산하는 제1 연산부;
    상기 요 값을 업데이트하여 제1 확장 칼만 필터의 오차상태변수를 갱신하고, 상기 오차상태 변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 상기 제1 측위해 데이터를 생성하는 제1 데이터 생성부;
    상기 기선 거리가 설정된 기준 기선 거리 사이의 차이값을 연산하는 제2 연산부;
    상기 차이값과 설정된 기준 차이값을 비교하는 비교부;
    상기 차이값이 상기 기준 차이값보다 이하인 경우, 상기 측위 데이터를 업데이트하여 제2 확장 칼만 함수의 오차상태변수를 갱신하고, 상기 측위 데이터에 상기 오차상태변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 제2 측위해 데이터를 생성하는 제2 데이터 생성부; 및
    상기 제1, 2 측위해 데이터 각각에 포함된 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세에 대응하는 제1 평균 측위해 데이터를 연산하고, 상기 제1 평균 측위해 데이터 및 상기 웨이포인트를 기반으로 상기 제어 데이터를 생성하는 제어부를 포함하는,
    측위 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 차이값이 상기 기준 차이값을 초과하는 경우,
    상기 제2 데이터 생성부는,
    상기 측위해를 업데이트하여 상기 제1 확장 칼만 필터의 오차상태변수를 갱신하고, 상기 측위 데이터에 상기 오차상태변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 상기 제2 측위해 데이터를 생성하는,
    측위 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 자율 주행 차량이 궤도 트랙 차량인 경우,
    상기 통신 모듈은,
    상기 자율 주행 차량으로부터 전송된 좌측 모터 RPM 및 우측 모터 RPM을 수신하는,
    측위 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 좌측 모터 RPM 및 상기 우측 모터 RPM이 수신된 경우,
    상기 제어 모듈은,
    상기 좌측 모터 RPM 및 상기 우측 모터 RPM의 평균 RPM을 설정된 스케일팩터에 적용하여 트랙 중심 속도를 연산하는 제3 연산부; 및
    상기 트랙 중심 속도를 업데이트하여 제3 확장 칼만 필터의 오차상태변수를 갱신하고, 상기 측위 데이터에 상기 오차상태변수를 적용하여 연산한 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세를 포함하는 제3 측위해 데이터를 생성하는 제3 데이터 생성부를 더 포함하는,
    측위 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제3 측위해 데이터가 입력되는 경우,
    상기 제어부는,
    상기 제1 내지 제3 측위해 데이터 각각에 포함된 상기 자율 주행 차량의 위치, 속도 및 자세에 대응하는 제2 평균 측위해 데이터를 연산하고, 상기 제2 평균 측위해 데이터 및 상기 웨이포인트를 기반으로 상기 제어 데이터를 생성하는,
    측위 장치.
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