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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 성상경
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 건국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수37
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본 논문은 위성 신호품질이 좋지 않은 도심이나 GNSS 음영지역을 고려한 항법 시스템을 다루고 있다. 먼저, 3차원 지도와 거리정보를 기반으로 복합항법 알고리즘을 제안하였다. 이동체에 장착된 거리센서와 주변 건물 사이 기하관계를 이용하여 측정 모델을 유도하고 이를 EKF를 사용하여 INS와 결합하였다. 제안된 알고리즘은 가관측성 분석과 3가지 환경에 대한 case study를 수행하였다.
빌딩 환경은 이동체의 미세한 변화에도 거리 측정치와 추정치 사이 오차가 크지 않아 제한된 개수의 거리정보로도 항법이 가능했으며, 교량 환경은 원기둥 보다 특히 사각기둥에 취약하였다. 양 기둥 사이 이동체가 위치하면 거리 측정치가 없는 방향으로 오차 공분산이 증가하여 발산이 가속화된다. 이를 극복하고자 거리 측정치가 존재하지 않는 방향으로 부분 가용한 위성정보를 활용하였다. 철탑 환경은 작은 변화에도 측정치와 추정치 사이 오차가 급격히 변한다. 거리 측정 모델의 한계를 확인하고, 이러한 트러스 구조에서도 항법 가능성을 보이고자 맵 매칭 기반 알고리즘을 도입하였다.
NDT를 기반으로 점대점 매칭 장점을 활용하고자 특징점을 추출하여 반영하였다. 제안된 정합 알고리즘은 이동체 측위 성능을 분석하기 위해 INS와 결합하고, 시뮬레이션을 통해 유효성을 검증하였다.
마지막으로 제안된 알고리즘에 대해 실제 시스템을 구성하고 실험을 통해 성능평가 하였다. 거리정보 기반 복합항법은 평균 3D 1.3m 위치오차 성능을 보였으며, 매칭 알고리즘은 NDT와 유사한 성능을 갖지만 기존 알고리즘 대비 향상된 연산속도를 보였다.
빌딩 환경은 이동체의 미세한 변화에도 거리 측정치와 추정치 사이 오차가 크지 않아 제한된 개수의 거리정보로도 항법이 가능했으며, 교량 환경은 원기둥 보다 특히 사각기둥에 취약하였다. 양 기둥 사이 이동체가 위치하면 거리 측정치가 없는 방향으로 오차 공분산이 증가하여 발산이 가속화된다. 이를 극복하고자 거리 측정치가 존재하지 않는 방향으로 부분 가용한 위성정보를 활용하였다. 철탑 환경은 작은 변화에도 측정치와 추정치 사이 오차가 급격히 변한다. 거리 측정 모델의 한계를 확인하고, 이러한 트러스 구조에서도 항법 가능성을 보이고자 맵 매칭 기반 알고리즘을 도입하였다.
NDT를 기반으로 점대점 매칭 장점을 활용하고자 특징점을 추출하여 반영하였다. 제안된 정합 알고리즘은 이동체 측위 성능을 분석하기 위해 INS와 결합하고, 시뮬레이션을 통해 유효성을 검증하였다.
마지막으로 제안된 알고리즘에 대해 실제 시스템을 구성하고 실험을 통해 성능평가 하였다. 거리정보 기반 복합항법은 평균 3D 1.3m 위치오차 성능을 보였으며, 매칭 알고리즘은 NDT와 유사한 성능을 갖지만 기존 알고리즘 대비 향상된 연산속도를 보였다.
목차
제1장 서론 1제1절 연구 배경 1제2절 연구 동향 31. 센서융합 관련 동향 32. 점군 기반 정합 알고리즘 관련 동향 5제3절 연구 내용 및 구성 9제2장 이론적 배경 13제1절 3차원 지도 13제2절 GNSS/INS 결합 항법 151. INS 모델 152. 필터 구성 17제3절 정합 알고리즘 211. ICP (Iterative Closest Point) 212. NDT (Normal Distribution Transform) 233. Transformation Function 28제3장 강결합 기반 복합항법 33제1절 측정 모델 331. 거리 측정 센서 332. 기압고도계 (Barometer) 373. 도플러 속도 (Doppler Velocity) 394. 의사거리 (Pseudorange) 42제2절 측정 모델 결합 461. 거리 측정 모델 462. 측정 모델 확장 47제3절 가관측성 분석 501. 거리정보 기반 항법 502. 부분 가용위성 추가 결합 52제4절 복합항법 설계 551. 주변 환경 변화에 따른 항법 구성 552. 거리 측정 모델의 GPGPU 적용 56제5절 시뮬레이션을 이용한 Case Study 601. 시뮬레이션 구성 602. 빌딩 환경 시뮬레이션 623. 교량 환경 시뮬레이션 654. 철탑 환경 시뮬레이션 695. 도플러 결합 시뮬레이션 726. 시뮬레이션 결과 77제4장 매칭 기반 복합항법 78제1절 GREKF 부적합 환경 78제2절 특징점 정보를 포함한 NDT 기반 맵 매칭 811. NDT-P2P 812. EKF를 사용한 INS 결합 86제3절 시뮬레이션 881. 시뮬레이션 구성 882. 시뮬레이션 결과 89제5장 실험 및 결과 94제1절 강결합 기반 복합항법 941. 실험 구성 942. GREKF 실험 결과 983. 도플러 결합 실험 결과 104제2절 매칭 기반 복합항법 1111. 실험 구성 1112. 실험 결과 114제6장 결론 121참고문헌 124부록 138부록 A. 거리정보 기반 EKF, UKF, PF 비교 138부록 B. 거리 측정 센서 특성 분석 143부록 C. 제한된 거리정보로 원/타원 기둥에 대한 항법 145부록 D. 3D LiDAR 기반 ICP 결과 147부록 E. ‘NDT-P2P’ 도심환경 시뮬레이션 149부록 F. MATLAB Register Point Clouds 153국문초록 154
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