주행차량을 위한 동태-유도모델 기반의 DGNSS/MEMS IMU 결합시스템 수평 위치정확도 향상 연구
저자
발행사항
인천 : 인하대학교 대학원, 2020
학위논문사항
학위논문(박사)-- 인하대학교 대학원 일반대학원 : 공간정보공학과 2020. 2
발행연도
2020
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
인천
기타서명
A Study on Horizontal Position Accuracy Improvement of DGNSS/MEMS IMU Integration System based on Dynamic-Derived Model for Land Vehicle
형태사항
xvi, 191 p. ; 26 cm
일반주기명
인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
지도교수:박관동
참고문헌: p.160-167
UCI식별코드
I804:23009-200000288742
소장기관
항법 시스템의 요구 조건은 항공, 해양, 육상 등 분야별로 상이하지만 공통적으로 사용자의 위치를 인식하는 측위기술을 기반으로 하고 있다. 오늘날 가장 보편적으로 사용되는 측위기술은 전파항법의 일종인 위성항법시스템(GNSS)과 초기 위치를 기준으로 상대 위치를 추정하는 관성항법시스템(INS)이다.
최근 자율주행자동차, 지능형교통체계 등 육상항법에 대한 수요가 증가하고 있으나 터널, 지하도로, 고층빌딩이 밀집된 도심지 등 난수신 지역이 빈번하게 발생하는 육상항법의 특성으로 상호 보완적인 GNSS와 INS 결합시스템은 지속적이고 안정적인 항법정보를 제공하는데 핵심적인 역할을 하고 있다.
위성항법시스템은 GPS와 GLONASS 외에도 중국의 BDS와 유럽연합의 Galileo가 최근 아시아-태평양 지역과 유럽지역에서 항법서비스를 제공하고 있어 난 수신 지역에서도 GNSS 통합측위를 통해 위치정보를 제공할 수 있게 되었고 MEMS IMU의 상용화로 저렴한 비용으로 GNSS/INS 결합시스템을 구현할 수 있는 환경을 갖추게 되었다.
이 논문에서는 주행 차량에 적합한 DGNSS/MEMS IMU 결합 알고리즘에 관한 내용을 다룬다. GNSS 통합측위는 난수신 지역에서도 위치계산에 필요한 4기 이상의 가시위성 확보가 가능하고, 품질이 낮은 위성신호를 제거하여 안정적인 위치정보를 제공할 수 있다. 본 연구에서는 GPS/GLONASS/BDS 통합측위를 구현하고 코드기반 차분기법(Differential GNSS)을 적용하여 정밀도저하율, 가시위성 수, 위치정확도 등 위성항법시스템의 성능향상 수준을 비교하였다.
주행차량에 적합한 관성항법 알고리즘은 일반적인 항법 알고리즘을 기반으로 동적인 특성과 제약조건(constraints)이 고려된 단순한 형태로 구성할 수 있다. 차량 자체의 진동, 도로의 불규칙성으로 잡음이 심한 이동체에 적용 가능한 모델은 지구자전 효과를 고려하지 않고 중력가속도를 상수로 사용하는 모델이 제안 되었다. 본 연구에서는 차량의 동적인 특성에 따라 IMU의 출력값을 선택적으로 칼만필터의 관측값으로 사용하는 동태-유도(dynamic derived) 모델을 적용하였으며, 회전주행 상태에서 전방속도에 큰 오차가 발생하는 기존 알고리즘을 개선하여 추가 센서가 없는 상황에서도 안정적으로 전방속도를 추정할 수 있도록 하였다. DGNSS와 MEMS IMU는 약결합 방식의 일종인 종속결합방식으로 구현하고, 간접 되먹임 칼만필터(indirect feedback Kalman filter)를 적용하여 추정 오차를 보정하였다.
이 논문에서 제안된 DGNSS/MENS IMU 결합시스템 검증을 위해 다음과 같은 실험을 수행 수행하였다. 첫 번째로는 난수신 지역이 포함된 실험 경로에서 GNSS 통합측위의 가시위성 수, 정밀도저하율을 확인하였으며 Network-RTK 측위 결과와 위치정확도를 비교하였다. 두 번째로는 개선된 MEMS IMU 항법알고리즘의 성능향상 수준을 기존 모델과 비교하여 자세 및 위치추정 향상 수준을 비교하였다. 세 번째로는 GNSS 항법정보 사용이 불가능한 지역에서 초기 위치 정확도가 MEMS IMU 항법 해에 미치는 영향을 비교하고 미터급 정확도를 요구하는 육상항법 분야에서 저가형 DGNSS/MEMS IMU의 활용성을 제시 하였다.
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