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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 권재현
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 서울시립대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수22
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최근 들어 자동차 업체에서는 주행의 안전성 및 편의성 향상을 위하여 외부환경정보 및 차량상태정보를 획득할 수 있는 다양한 센서를 기반으로 한 첨단 운전자 보조 시스템 기술을 개발 및 적용하고 있다. 자동차에 탑재된 바퀴 속력 센서(WSS), 조향각 센서(SAS), 중력 센서(GS), 선회 속도 센서(YRS)는 추측항법을 위한 차량의 동적 움직임 정보를 제공할 수 있으므로 자동차 측위에 직접적으로 이용할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 수신 환경에 의존적인 GNSS 기반 자동차 측위 기술의 한계를 보완하기 위하여 GNSS와 자동차 내부 센서의 결합에 기반한 측위 알고리즘을 구현하고 그 성능을 분석하였다.
측위 알고리즘은 약결합 방식의 확장형 칼만필터를 기반으로 구현하였으며 추정된 센서 오차를 보상하는 폐쇄 루프 형식을 적용하였다. 본 연구에서 개발한 총 5가지의 GNSS 및 자동차 내부 센서 측위 알고리즘의 성능은 다양한 도로 환경을 고려하여 선정된 실험 지역에서 실제 주행을 통해 취득한 두 종류의 데이터를 기반으로 분석하였다.
자동차 내부 센서 조합에 따른 측위 성능 분석 결과, 모든 자동차 내부 센서를 결합하는 GNSS/WSS/YRS/SAS/GS 측위 알고리즘이 GNSS 수신환경에 구애 받지 않고 가장 안정적인 측위 결과를 산출하는 것으로 확인되었다. GNSS 측정치 종류에 따른 영향을 비교하기 위하여 GNSS 위치해만을 이용하는 방법과 위치해 및 속도해를 이용하는 방법으로 나누어 분석을 수행하였다. 그 결과, 측정치로 GNSS 위치해 및 속도해를 이용하는 경우가 GNSS 위치해만을 이용하는 경우보다 높은 성능을 나타냈다. 특히 GNSS/WSS 결합은 추가적인 측정치로 GNSS 속도해를 사용함으로서 성능이 월등히 향상되었다.
GNSS 신호 단절이 30초간 발생될 경우, GNSS/WSS 결합을 제외한 GNSS 및 자동차 내부 센서 측위 알고리즘은 수 미터 급의 수평 위치를 결정할 수 있는 것으로 확인되었다. GNSS 측정치 정밀도에 따른 분석 결과, GNSS 항법해 정밀도가 향상되더라도 측위 성능 향상은 크게 이루어지지 않았다. 이는 측위 알고리즘의 동적 모델에서 상태변수 간의 일관성이 결여되어 있어 정밀한 GNSS 측정치를 이용하더라도 항법해 및 센서 오차가 정확하게 보정되지 않는 것으로 분석되었다.
GNSS와 자동차의 내부 센서를 결합한 자동차 측위 알고리즘은 저가형 MEMS-IMU를 사용하지 않더라도 터널 및 빌딩 숲 지역에서 위치를 결정할 수 있다. 그러나 현재 가용한 자동차 내부 센서를 이용한 측위는 약 수 미터 급의 위치 오차를 나타내어 일반적인 자동차 내비게이션 분야에 적용이 가능할 것으로 사료된다. 보다 정밀한 측위 결과를 요구하는 자동차 응용 분야에서는 IMU의 추가 장착이 필요하며, 자동차 내부 센서는 IMU의 오차를 보상하는 데 이용해야 할 것으로 판단된다.
측위 알고리즘은 약결합 방식의 확장형 칼만필터를 기반으로 구현하였으며 추정된 센서 오차를 보상하는 폐쇄 루프 형식을 적용하였다. 본 연구에서 개발한 총 5가지의 GNSS 및 자동차 내부 센서 측위 알고리즘의 성능은 다양한 도로 환경을 고려하여 선정된 실험 지역에서 실제 주행을 통해 취득한 두 종류의 데이터를 기반으로 분석하였다.
자동차 내부 센서 조합에 따른 측위 성능 분석 결과, 모든 자동차 내부 센서를 결합하는 GNSS/WSS/YRS/SAS/GS 측위 알고리즘이 GNSS 수신환경에 구애 받지 않고 가장 안정적인 측위 결과를 산출하는 것으로 확인되었다. GNSS 측정치 종류에 따른 영향을 비교하기 위하여 GNSS 위치해만을 이용하는 방법과 위치해 및 속도해를 이용하는 방법으로 나누어 분석을 수행하였다. 그 결과, 측정치로 GNSS 위치해 및 속도해를 이용하는 경우가 GNSS 위치해만을 이용하는 경우보다 높은 성능을 나타냈다. 특히 GNSS/WSS 결합은 추가적인 측정치로 GNSS 속도해를 사용함으로서 성능이 월등히 향상되었다.
GNSS 신호 단절이 30초간 발생될 경우, GNSS/WSS 결합을 제외한 GNSS 및 자동차 내부 센서 측위 알고리즘은 수 미터 급의 수평 위치를 결정할 수 있는 것으로 확인되었다. GNSS 측정치 정밀도에 따른 분석 결과, GNSS 항법해 정밀도가 향상되더라도 측위 성능 향상은 크게 이루어지지 않았다. 이는 측위 알고리즘의 동적 모델에서 상태변수 간의 일관성이 결여되어 있어 정밀한 GNSS 측정치를 이용하더라도 항법해 및 센서 오차가 정확하게 보정되지 않는 것으로 분석되었다.
GNSS와 자동차의 내부 센서를 결합한 자동차 측위 알고리즘은 저가형 MEMS-IMU를 사용하지 않더라도 터널 및 빌딩 숲 지역에서 위치를 결정할 수 있다. 그러나 현재 가용한 자동차 내부 센서를 이용한 측위는 약 수 미터 급의 위치 오차를 나타내어 일반적인 자동차 내비게이션 분야에 적용이 가능할 것으로 사료된다. 보다 정밀한 측위 결과를 요구하는 자동차 응용 분야에서는 IMU의 추가 장착이 필요하며, 자동차 내부 센서는 IMU의 오차를 보상하는 데 이용해야 할 것으로 판단된다.
목차
1. 서론 11.1 연구 배경 11.2 연구 동향 41.3 연구 목적 및 내용 91.4 연구의 기여도 112. GNSS 및 자동차 내부 센서 기반 측위 알고리즘 122.1 좌표계 122.2 칼만필터와 센서 결합 기법 162.3 자동차 내부 센서 기반 차량 움직임 모델 242.4 GNSS 및 자동차 내부 센서 기반 측위 알고리즘 393. GNSS 및 자동차 내부 센서 성능 분석 653.1 자동차 측위 시스템 개요 653.2 바퀴 속력 센서 성능 분석 683.3 조향각 센서 성능 분석 823.4 선회 속도 센서 및 중력 센서 성능 분석 883.5 GNSS 기반 항법해 성능 분석 983.6 자동차 측위 알고리즘의 초기 파라미터 설정 1044. GNSS 및 자동차 내부 센서 결합 측위 성능 분석 1074.1 측위 성능 분석 개요 1074.2 실험 데이터 취득 개요 1084.3 GNSS 신호 단절이 발생되지 않을 경우의 성능 비교 1124.4 GNSS 신호 단절 시의 성능 비교 결과 1204.5 정밀 GNSS 및 자동차 내부 센서 결합 측위 성능 분석 1425. 결론 149참고문헌 152Abstract 161
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