Quaternion 필터를 적용한 지향각 상하 오차 보정 기법 연구 = Study on method of azimuth angle for calibration in vertical error using Quaternion algorithm
저자
주우혁 ( Woohyeok Ju ) ; 임은정 ( Eunjeong Em ) ; 손연규 ( Yeonkyu Son ) ; 이동훈 ( Donghoon Lee )
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발행연도
2021
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학술저널
수록면
204-204(1쪽)
제공처
국립농업과학원에서는 토양 및 토양특성 등을 제공하는 흙토람 사이트를 운영하고 있으며 대국민 서비스 기반 구축을 목적으로 토양 조사를 수행하고 있다. 토양 조사는 현지토양조사 및 분류, 대표토양의 시료채취 및 분석 등의 과정을 거쳐 이루어진다. 이러한 체계적인 토양조사는 토양특성에 적합한 작물선택, 비료사용개선 등을 위한 기초자료로 사용되어 진다. 현장에서 운용되는 토양정보 현장기록장치는 다양한 상황에 대응이 가능하고, 방향 및 위치 데이터의 신뢰성을 확보가 요구된다. 한편 토양 조사 현장의 경사, 영상 촬영 각도, 장비의 구조적 특성 등에 의해 지향각의 상하 오차가 발생되는 것을 확인하였다. 본 연구에서 토양정보 현장 기록장치의 방향 데이터 신뢰성 확보를 위해 오차 보정을 위한 연구를 수행하였다.
본 연구에서 사용한 보드는 Rasberry Pi(Raspberry Pi Zero W, Raspberry Pi, UK)로 WiFi 무선통신이 가능한 소형 SBC이다. IMU 센서(MPU9250, InvenSense, US)는 3축 가속도, 3축 자이로, 3축 지자기를 측정할 수 있다. 가속도는 ±2 g, ±4g, ±8 g, ±16 g의 범위, 자이로는 ±250 °/s, ±500 °/s, ±1000 °/s, ±2000 °/s의 범위에서 설정하여 측정 할 수 있고 지자기는 ± 4800의 범위에서 측정이 가능하다. IMU센서에서 측정된 데이터는 Kalman 필터를 이용하여 지향각을 산출하였고 추가적으로 Quaternion 필터를 이용하여 3차원 지향각 측정시의 오차를 보정하였다. 성능측정을 위하여 총 2대의 센서와 1대의 나침반을 이용하여 45 °단위로 측정을 진행하였다.
나침반과 1번 센서로 측정한 지향각을 비교, 분석했을 경우 R2가 0.9979의 성능을 보여주었고 2번 센서와 비교하였을 경우 R2가 0.9968인 성능을 보여주었다. 이와 같은 연구 결과는 아날로그 나침반을 이용하여 비교하였기에 정확성이 떨어질 수 있으나, 오차를 감안하더라도 Quaternion 필터를 이용하여 오차를 보정하였을 경우 3차원 자세와 상관없이 지향각을 정확하게 측정할 수 있었다. 결과적으로 평평한 면에 놓아야 되는 제약을 가진 아날로그 나침반에서 벗어나 3차원 자세와 상관 없이 정확한 지향각을 측정할 수 있을 것으로 판단된다.
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