KR102055638B1 - Apparatus for Indoor Positioning and Method thereof - Google Patents
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Abstract
발명의 실시예에 따른 실내 측위 방법은 이동체의 이륙 전 상태에서 제1 가속도를 측정하여 문턱값 이상을 데드밴드로 설정하는 단계; 상기 이동체의 이륙 후, 일정 시간 동안 이동체의 제2 가속도를 측정하는 단계; 상기 제2 가속도가 상기 문턱값 이상인지를 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과에 따라 상기 이동체의 위치를 산출하는 단계를 포함한다.Indoor positioning method according to an embodiment of the present invention comprises the steps of measuring the first acceleration in the state before the takeoff of the moving object to set the threshold value or more to the deadband; Measuring a second acceleration of the movable body for a predetermined time after taking off of the movable body; Determining whether the second acceleration is greater than or equal to the threshold; And calculating the position of the movable body according to the determination result.
Description
본 발명은 실내 측위 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 관성항법부를 이용하여 비행 중 기체 진동으로 인한 측정 오차를 필터링하여 신뢰성이 개선된 위치측정이 가능한 실내 측위 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an indoor positioning apparatus and method, and more particularly, to an indoor positioning apparatus and method capable of positioning with improved reliability by filtering measurement errors due to gas vibration during flight using an inertial navigation unit.
일반적으로 실외 환경에서는 위성항법장치를 이용하여 드론의 위치 측정과 위치 제어를 수행한다. 여러 개의 위성을 사용하기 때문에 다른 방법들보다 정확도가 높고 위도와 경도 정보를 이용하여 드론의 위치를 제어하기도 용이하다.In general, the drone position measurement and position control are performed using a satellite navigation system in the outdoor environment. Because of the use of multiple satellites, it is more accurate than other methods and it is easier to control the position of drones using latitude and longitude information.
위성항법장치는 실내 환경에서 신호 수신이 어렵기 때문에 실내 측위나 항법을 위한 다양한 방법들이 연구된다. 이러한 기존의 연구들은 드론에 마커 부착 또는 추가적인 센서를 요구하거나 사전 실내 환경 설정을 가정한다. 그러나 추가적인 장치나 환경 설정이 드론의 위치 측정에 항상 필요한 것은 아니며 드론의 관성항법부로도 위치 측정이 가능하다. 실제로 보행자나 보행 로봇의 경우에는 관성항법부를 기반으로 실내에서 위치 측정이 가능하다. 그러나 보행자가 걷거나 보행 기계가 동작할 때의 움직임과 드론이 비행할 때의 움직임은 엄연히 다르기 때문에, 보행자나 보행 기계의 위치 측정 기법을 드론에 적용하는 것은 용이하지 않다.Since satellite navigation system is difficult to receive signals in indoor environment, various methods for indoor positioning and navigation are studied. These existing studies require drones to attach markers or additional sensors, or assume pre-room configuration. However, additional equipment or configuration is not always necessary for the drone's position measurement, and the position can be measured with the drone's inertial navigation unit. In fact, in the case of pedestrians or walking robots, the position can be measured indoors based on the inertial navigation unit. However, it is not easy to apply pedestrian or walking machine positioning techniques to drones because the movements of pedestrians walking or walking machines are drastically different from the movement of drones.
관성항법부는 내부 센서의 자체적인 오차 등의 문제가 존재하지만 드론에 사용되면서 새로운 문제들이 발생한다. 첫 번째로 드론의 특성상 비행할 때 공중에서 자세를 유지하거나 제어하기 위해 끊임없이 움직이기 때문에 기체에 진동이 발생하여 보행자나 로봇보다 관성항법부의 측정 오차가 크게 나타난다. 두 번째로 드론은 데이터 샘플링 후에 크게 움직일 경우 비정상적인 값이 측정될 때가 있다. 예를 들면 전후좌우 비행 중에 갑자기 매우 큰 값이나 반대 방향의 값이 나타나는 것이다. 이런 측정 오차와 비정상적인 값들로 인해 비행 후 안정적인 호버링 상태를 유지할 때도 속도가 0에 근접해야 하지만 실제로는 남아있는 속도 값이 커서 측정 위치가 계속 변한다. 마지막으로 대부분의 드론은 전후좌우 비행을 할 때 기체가 기울어진 채로 이동하는데 기울어지는 순간에 관성항법부로부터 불규칙적이고 큰 값이 측정되기 때문에 이 값을 위치 계산에 사용할 경우 드론의 정상적인 위치 측정이 어려운 문제점이 있다.The inertial navigation part has problems such as its own internal error, but new problems arise as it is used in drones. First, due to the nature of drones, the aircraft constantly moves to maintain or control its posture in flight, causing vibrations in the aircraft, resulting in greater measurement errors than the pedestrians or robots. Second, when a drone moves too much after data sampling, an abnormal value may be measured. For example, suddenly a very large value or a value in the opposite direction is suddenly seen during a flight. These measurement errors and abnormal values require that the speed be close to zero even when maintaining a stable hovering state after flight, but in practice the remaining speed value is so large that the measurement position continues to change. Finally, most drones move with the aircraft tilted when flying forward, backward, left, and right, and because the irregular and large values are measured from the inertial navigation unit at the moment of tilting, it is difficult to measure the drone's normal position when calculating the position. There is a problem.
본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 드론의 움직임 특성을 반영하여 신뢰성이 개선된 실내 측위 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to improve the above problems, an object of the present invention is to provide an indoor positioning apparatus and method with improved reliability by reflecting the movement characteristics of the drone.
발명의 실시예에 따른 실내 측위 장치는 이동체의 가속도를 측정하는 가속도 측정부; 상기 이동체의 가속도가 문턱값 이상인지를 판단하는 제어부; 상기 제어부로부터 상기 이동체의 가속도가 문턱값 이상인지를 판단한 결과를 수신하여 상기 이동체의 위치를 산출하는 위치 산출부; 및 상기 이동체의 운동 상태를 센싱하는 관성 항법부를 포함한다.Indoor positioning device according to an embodiment of the present invention includes an acceleration measuring unit for measuring the acceleration of the moving body; A controller for determining whether the acceleration of the moving object is greater than or equal to a threshold value; A position calculator configured to receive a result of determining whether the acceleration of the movable body is greater than or equal to a threshold value from the controller, and calculate a position of the movable body; And an inertial navigation unit configured to sense a state of movement of the mobile body.
상기 위치 산출부는 상기 이동체의 가속도가 문턱값 이상인 가속도는 제외하여 상기 이동체의 위치를 산출한다.The position calculator calculates the position of the movable body excluding the acceleration of which the acceleration of the movable body is greater than or equal to a threshold value.
상기 제어부는 상기 관성 항법부가 센싱한 상기 이동체의 운동 상태에 따라 상기 문턱값을 상이하게 적용하여 판단한다.The controller determines the threshold value by applying the threshold value differently according to the motion state of the moving object sensed by the inertial navigation unit.
상기 가속도를 저장하는 저장부를 포함한다.It includes a storage for storing the acceleration.
발명의 실시예에 따른 실내 측위 방법은 이동체의 이륙 전 상태에서 제1 가속도를 측정하여 문턱값 이상을 데드밴드로 설정하는 단계; 상기 이동체의 이륙 후, 일정 시간 동안 이동체의 제2 가속도를 측정하는 단계; 상기 제2 가속도가 상기 문턱값 이상인지를 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과에 따라 상기 이동체의 위치를 산출하는 단계를 포함한다.Indoor positioning method according to an embodiment of the present invention comprises the steps of measuring the first acceleration in the state before the takeoff of the moving object to set the threshold value or more to the deadband; Measuring a second acceleration of the movable body for a predetermined time after taking off of the movable body; Determining whether the second acceleration is greater than or equal to the threshold; And calculating the position of the movable body according to the determination result.
상기 일정 시간 동안 측정된 이동체의 제2 가속도가 상기 문턱값 미만인 경우, 상기 일정 시간 동안의 이동체의 위치를, 상기 제2 가속도 값을 통해 위치를 산출하여 위치를 측정한다.When the second acceleration of the movable body measured for the predetermined time is less than the threshold value, the position of the movable body for the predetermined time is calculated using the second acceleration value to measure the position.
상기 일정 시간 동안 측정된 이동체의 제2 가속도가 상기 문턱값 이상인 경우, 이동체의 제2 가속도가 상기 문턱값 이상에 해당하는 시간만큼을 제외하여 상기 일정 시간 동안의 이동체의 위치를 산출한다.When the second acceleration of the moving object measured for the predetermined time is equal to or greater than the threshold value, the position of the moving object for the predetermined time is calculated by excluding the second acceleration of the moving object corresponding to the threshold value or more.
발명의 실시예에 따른 실내 측위 장치 및 방법은 위치 측정의 정확도가 개선될 수 있다.Indoor positioning apparatus and method according to an embodiment of the present invention can improve the accuracy of the position measurement.
도 1은 일반적인 이동체의 호버링 상태에서의 Y축 가속도 및 위치를 나타내는 도면이다.
도 2는 일반적인 이동체의 전진 비행 상태에서의 Y축 가속도 및 위치를 나타내는 도면이다.
도 3은 발명의 실시예에 따른 이동체의 구성 요소를 나타내는 도면이다.
도 4는 발명의 실시예에 따른 관성항법부를 이용한 실내 측위 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 발명의 실시예에 따른 관성항법부를 이용한 실내 측위 방법을 적용한 이동체의 호버링 상태에서의 Y축 가속도 및 위치를 나타내는 도면이다.
도 6은 발명의 실시예에 따른 관성항법부를 이용한 실내 측위 방법을 적용한 이동체의 전진 비행 상태에서의 Y축 가속도 및 위치를 나타내는 도면이다.
도 7은 발명의 실시예에 따른 관성항법부를 이용한 실내 측위 방법을 적용한 이동체의 전진 및 후진 비행 상태에서의 Y축 가속도 및 위치를 나타내는 도면이다.1 is a view showing the Y-axis acceleration and position in the hovering state of a typical moving body.
2 is a view showing the Y-axis acceleration and position of the general moving body in the forward flight state.
3 is a view showing the components of the moving body according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing an indoor positioning method using an inertial navigation unit according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing the Y-axis acceleration and position in the hovering state of the moving object to which the indoor positioning method using the inertial navigation unit according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing the Y-axis acceleration and position in the forward flight state of the moving object to which the indoor positioning method using the inertial navigation unit according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing the Y-axis acceleration and position of the moving body in the forward and backward flight state to which the indoor positioning method using the inertial navigation unit according to an embodiment of the present invention.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.Technical terms used in the present invention are merely used to describe particular embodiments, it should be noted that it is not intended to limit the present invention. In addition, the technical terms used in the present invention should be interpreted as meanings generally understood by those skilled in the art unless the present invention has a special meaning defined in the present invention, and is excessively comprehensive. It should not be interpreted in the sense of or in the sense of being excessively reduced. In addition, when a technical term used in the present invention is an incorrect technical term that does not accurately express the spirit of the present invention, it should be replaced with a technical term that can be properly understood by those skilled in the art. In addition, the general terms used in the present invention should be interpreted as defined in the dictionary or according to the context before and after, and should not be interpreted in an excessively reduced sense.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Also, the singular forms used in the present invention include plural forms unless the context clearly indicates otherwise. In the present invention, terms such as “consisting of” or “comprising” should not be construed as necessarily including all of the various components or steps described in the invention, and some of the components or some of the steps are included. It should be construed that it may not be, or may further include additional components or steps.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same or similar components will be given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, it should be noted that the accompanying drawings are only for easily understanding the spirit of the present invention and should not be construed as limiting the spirit of the present invention by the accompanying drawings.
도 1은 일반적인 이동체(드론)의 호버링 상태에서의 Y축 가속도 및 위치를 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이 호버링(Hovering) 상태임에도 불구하고, 시간이 경과함에 따라 가속도 및 위치가 꾸준히 변화됨을 확인할 수 있다. 여기서, Y축은 드론의 전진과 후진 방향을 나타내며, 전진 비행의 경우 양의 값을 갖는다. 본 명세서에서는 Y축 방향에 대해 설명하지만, X축 방향 비행도 같은 방식으로 적용이 가능하다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the Y-axis acceleration and position in the hovering state of a general mobile body (drone). Despite the hovering state as shown, it can be seen that the acceleration and position change steadily over time. Here, the Y axis represents the forward and backward directions of the drone, and has a positive value in the forward flight. In this specification, the Y-axis direction is described, but the X-axis flight may be applied in the same manner.
일정시간동안 이동한 거리를 알기 위해서 필요한 가속도는 선형가속도인데 관성항법부로 측정한 데이터에는 중력가속도가 포함되어 있으므로 중력가속도를 제거하여 선형가속도를 구한다. 위치 계산이 일정 시간 간격, 예를 들어 100ms마다 이루어지기 때문에 위치 계산에는 직전 계산이 끝난 후부터 현재 계산까지의 시간동안 측정된 가속도들의 평균값을 사용한다.The acceleration required to know the distance traveled for a certain time is linear acceleration. The data measured by the inertial navigation unit includes the acceleration of gravity. Therefore, the acceleration of gravity is removed to obtain the linear acceleration. Since the position calculation is performed at regular time intervals, for example every 100 ms, the position calculation uses the average value of the accelerations measured during the time from the last calculation to the current calculation.
즉, 일정시간동안 등가속도 운동을 한 것으로 처리한다. 고주파 성분을 제거하고 유효한 가속도 측정을 위해 저역 필터(low pass filter)만 적용한다.That is, it is treated as having performed the constant speed movement for a certain time. Only low pass filters are applied to remove high frequency components and to measure effective acceleration.
공중에서 수평 자세 제어를 위해 빠르게 움직이면서 발생하는 기체 진동으로 인해 가속도 측정값이 -400∼600 범위로 불규칙적이다. 한 번씩 측정 오차가 크게 발생하여 시간이 지날수록 속도와 위치의 오차가 누적된다. 이는 위치 측정의 신뢰성 저하와도 연결된다.Acceleration readings are irregular, ranging from -400 to 600, due to gas oscillations caused by fast movement in the air for horizontal attitude control. Once the measurement error occurs largely, the error of speed and position accumulates over time. This also leads to a decrease in the reliability of the position measurement.
도 2는 일반적인 이동체의 전진 비행 상태에서의 Y축 가속도 및 위치를 나타내는 도면이다. 드론에 고정 피치 제어 신호를 입력하여, 드론이 전진 비행할 때 드론의 가속도와 위치 정보를 나타낸다. 2 is a view showing the Y-axis acceleration and position of the general moving body in the forward flight state. A fixed pitch control signal is input to the drone to indicate the drone's acceleration and position information as the drone advances.
측정된 가속도가 대부분 비행 방향과 일치하지만 몇몇 반대 방향의 가속도 값들이 측정된다. 실제 드론의 속도는 증가하는데 반대 방향의 가속도 값이 측정되는 비정상적인 현상이다. 이런 현상은 주로 측정 데이터 샘플링 후에 발생한다. While the measured acceleration mostly coincides with the flight direction, several opposite acceleration values are measured. The speed of the actual drone increases, which is an abnormal phenomenon in which the acceleration value in the opposite direction is measured. This phenomenon occurs mainly after sampling the measurement data.
가속도 그래프에서 a 및 b로 표시된 시점은 드론이 이동하다 정지를 위해 기체가 순간적으로 기울어졌을 때 큰 가속도 값이 측정됐음을 의미한다.The points marked a and b on the acceleration graph indicate that a large acceleration value was measured when the drone moved and the aircraft was tilted momentarily to stop.
도 3은 발명의 실시예에 따른 이동체의 구성 요소를 나타내는 도면이다.3 is a view showing the components of the moving body according to an embodiment of the present invention.
발명의 실시예에 따른 이동체(100)는 가속도 측정부(110), 저장부(120), 제어부(130), 구동부(140), 위치 산출부(150) 및 관성 항법부(160)를 포함한다. 발명의 실시예에 따른 실내 측위 장치는 상기 이동체를 포함한다.The
가속도 측정부(110)는 드론의 가속도를 측정한다. 즉, 시간의 경과에 따른 드론의 속도 변화를 측정한다. 가속도 측정부는 드론이 이륙 전, 이륙 후의 가속도를 측정할 수 있다. 드론은 이륙 전이어도 프로펠러의 회전으로 인한 기체 진동이 발생하게 되는데, 이러한 진동으로 인한 오차를 제거하기 위해 드론의 가속도를 측정하여 문턱값 이상의 가속도에 대해서는 데드밴드로 설정하여 드론의 위치 산출 시 이를 제외하게 된다.The acceleration measuring unit 110 measures the acceleration of the drone. In other words, the speed change of the drone over time is measured. The acceleration measurement unit may measure the acceleration of the drone before takeoff and after takeoff. Even before the drone takes off, gas vibration occurs due to the propeller's rotation.In order to eliminate the error caused by the propeller, the drone's acceleration is measured and the deadband is set for the acceleration exceeding the threshold value. Done.
저장부(120)는 가속도 측정부(110)에서 측정한 드론의 가속도 및 데드밴드 값을 저장한다. 또한 기타 설정과 관련된 데이터를 저장할 수 있다.The
제어부(130)는 이동체(100)의 이동과 관련된 전반적인 동작의 제어 및 위치 산출 시 이동체의 가속도가 문턱값 이상인지를 판단하여 그 결과를 위치 산출부(150)에 전달하는 기능을 담당한다.The
구동부(140)는 이동체의 구동과 관련된 구성요소이며, 모터, 프로펠러 등을 포함하고 제어부(130)에 의해 동작이 제어된다.The driving
위치 산출부(150)는 이동체(100)의 위치를 산출하는 기능을 담당한다. 위치 산출 시 제어부(130)로부터 이동체의 가속도가 문턱값 이상인지를 판단한 결과를 수신하여 이동체의 가속도가 문턱값 이상인 가속도는 제외하고 이동체의 위치를 산출한다.The
관성 항법부(inertial measurement unit, IMU: 160)는 관성 공간에서 센서의 자세를 측정한다. 이에 따라 이동체의 운동 상태, 즉, 이동체가 이동중인지, 호버링 중인지를 판단할 수 있다. 상기 관성 항법부(160)의 판단 결과에 따라 이동중인 경우 및 호버링 중인 경우에 문턱값이 다르게 설정될 수도 있다.An inertial measurement unit (IMU) 160 measures the attitude of the sensor in the inertial space. Accordingly, it is possible to determine whether the moving body is in motion, that is, whether the moving body is moving or hovering. According to the determination result of the
도 4는 발명의 실시예에 따른 관성항법부를 이용한 실내 측위 방법을 나타내는 도면이다. 처음으로, 이동체의 이륙 전 상태에서 제1 가속도를 측정하여 문턱값 이상을 데드밴드로 설정한다(S100). 가속도는 시간에 따른 속도의 변화량으로 절대값을 의미하는 것으로 속도가 증가하거나 감소하는 범위가 문턱값 이상인 경우를 데드밴드로 설정한다.4 is a view showing an indoor positioning method using an inertial navigation unit according to an embodiment of the present invention. First, the first acceleration is measured in the state before takeoff of the moving body to set the threshold band or more as a dead band (S100). Acceleration refers to an absolute value as a change in speed over time, and sets a deadband when the speed increase or decrease is greater than or equal to a threshold.
다음으로 이동체의 이륙 후, 일정 시간 동안 이동체의 제2 가속도를 측정한다(S200). 이동체의 제2 가속도는 이동체가 호버링 중이거나, 이동하는 중에 계속하여 측정될 수 있다.Next, after taking off of the moving body, the second acceleration of the moving body is measured for a predetermined time (S200). The second acceleration of the moving body can be measured continuously while the moving body is hovering or moving.
다음으로, 상기 일정 시간 동안 측정된 이동체의 제2 가속도가 상기 문턱값 이상인지를 판단하여(S300), 상기 일정 시간 동안 측정된 이동체의 제2 가속도가 상기 문턱값 미만인 경우에는 상기 일정 시간 동안의 이동체의 위치를, 상기 제2 가속도 값을 통해 산출하여 위치를 측정하고(S500), 상기 일정 시간 동안 측정된 이동체의 제2 가속도가 상기 문턱값 이상인 경우에는 이동체의 제2 가속도가 상기 문턱값 이상에 해당하는 시간만큼을 제외하고(S400), 나머지 시간을 고려하여 상기 일정 시간 동안의 이동체의 위치를, 상기 제2 가속도 값을 통해 산출한다(S500).Next, it is determined whether the second acceleration of the moving object measured during the predetermined time is greater than or equal to the threshold value (S300), and when the second acceleration of the moving object measured during the predetermined time is less than the threshold value, The position of the movable body is calculated using the second acceleration value to measure the position (S500). When the second acceleration of the movable body measured for the predetermined time is greater than or equal to the threshold value, the second acceleration of the movable body is greater than or equal to the threshold value. Except for the time corresponding to (S400), the position of the moving object for the predetermined time in consideration of the remaining time is calculated through the second acceleration value (S500).
도 5는 발명의 실시예에 따른 관성항법부를 이용한 실내 측위 방법을 적용한 이동체의 호버링 상태에서의 Y축 가속도 및 위치를 나타내는 도면이고, 도 6은 발명의 실시예에 따른 관성항법부를 이용한 실내 측위 방법을 적용한 이동체의 전진 비행 상태에서의 Y축 가속도 및 위치를 나타내는 도면이다.5 is a view showing the Y-axis acceleration and position in the hovering state of the moving object to which the indoor positioning method using the inertial navigation unit according to an embodiment of the invention, Figure 6 is an indoor positioning method using the inertial navigation unit according to an embodiment of the present invention A diagram showing the Y-axis acceleration and the position of the moving body to which the moving object is applied.
도시된 바와 같이 문턱값 이상에 해당하는 가속도를 제거하고, 문턱값 미만에 해당하는 가속도만을 측정값으로 하기 때문에 위치 산출에 사용되는 가속도 값의 변화가 적고 이에 따라 신뢰성이 개선된 위치 산출이 가능하다.As shown in the figure, the acceleration corresponding to the threshold value or more is removed, and only the acceleration corresponding to the threshold value is less than the measured value. .
이동체의 호버링 상태에서의 Y축 위치를 나타내는 도 5에서 일시적으로 위치가 낮아지는 지점을 확인할 수 있는데, 이는 이동체가 호버링 중에 일시적으로 위치가 낮아졌다가 원 위치로 돌아오는 것을 나타낸다.In FIG. 5, which shows the position of the Y-axis in the hovering state of the moving object, the position where the position is temporarily lowered can be confirmed, which indicates that the moving body temporarily lowers during the hovering and returns to the original position.
도 5에서 작은 가속도 값들의 변화가 측정되며 시간에 따른 속도나 위치의 오차가 거의 없음을 확인할 수 있다. 드론의 이동 중 데이터 샘플링 후에 한 번씩 발생하는 반대 방향의 가속도 값이 측정되는 문제는 반대 방향의 가속도가 측정되면 해당 데이터를 제거하여 위치 계산에 사용되지 않도록 처리함으로써 해결되었음을 확인할 수 있다. 드론이 이동 상태일 때 고정 신호를 입력하기 때문에 속도는 증가하거나 유지되는데, 반대 방향으로 큰 가속도 값이 측정될 수 없기 때문이다.In FIG. 5, changes in small acceleration values are measured and it can be seen that there is almost no error in speed or position over time. It can be confirmed that the problem of measuring the acceleration value in the opposite direction, which occurs once after data sampling during the movement of the drone, was solved by removing the data so that it is not used for the position calculation when the acceleration in the opposite direction is measured. The speed is increased or maintained because the drone enters a fixed signal when the drone is in motion, because a large acceleration value cannot be measured in the opposite direction.
도 6은 이동체의 전진 비행 상태에서의 Y축 가속도 및 위치를 나타내는 도면으로 호버링 상태에서의 Y축 가속도를 나타내는 도 5에 비해 가속도의 변화량은 상대적으로 큰 값을 가짐을 확인할 수 있다.6 is a view showing the Y-axis acceleration and position in the forward flight state of the moving body as compared to Figure 5 showing the Y-axis acceleration in the hovering state it can be seen that the amount of acceleration has a relatively large value.
고정 피치 신호를 인가하여 비슷한 가속도 값들이 측정되며 측정 위치가 포물선 형태로 나타난다. 순간적인 기체의 기울어짐으로 발생하는 문제는 기체가 기울어지는 순간을 판단하기 위해 관성항법부의 자이로 센서로 측정한 각속도와 피치, 롤 신호를 이용한다.By applying a fixed pitch signal, similar acceleration values are measured and the measurement position appears in a parabolic form. The problem caused by the instantaneous tilt of the gas uses the angular velocity, pitch, and roll signals measured by the gyro sensor of the inertial navigation unit to determine the instant of tilt of the gas.
기울어짐으로 인한 측정값이 신호가 들어온 뒤에 발생하고 기체가 기울면서 순간적으로 각속도가 크게 측정되기 때문이다. 기체가 기울어진 순간을 기준으로 최근 데이터들을 필터링하여 기울어짐으로 발생한 측정값을 처리한다. 가속도 그래프를 확인해보면 피치 신호를 받은 직후 비정상적인 측정값들이 나타나지 않음을 확인할 수 있다.This is because the measured value due to the tilt occurs after the signal is input and the angular velocity is measured at a moment as the gas is tilted. Filters recent data based on the moment the aircraft is tilted to process measured values caused by tilting. If you check the acceleration graph, you can see that there are no abnormal measurements immediately after receiving the pitch signal.
도 7은 발명의 실시예에 따른 관성항법부를 이용한 실내 측위 방법을 적용한 이동체의 전진 및 후진 비행 상태에서의 Y축 가속도 및 위치를 나타내는 도면이다. 7 is a view showing the Y-axis acceleration and position of the moving object in the forward and backward flight state to which the indoor positioning method using the inertial navigation unit according to an embodiment of the present invention.
도 7에 도시된 이동체의 위치 측정 실험은 이륙, 호버링, 5m 전진, 호버링, 5m 후진, 호버링, 착륙의 순으로 진행되었다. 상기 실험에서 이륙 및 착륙시에 위치 이동이 있으며 높이 변화에 대해서는 위치 측정 그래프에 도시되어 있다.Position measurement experiment of the moving body shown in Figure 7 proceeded in the order of takeoff, hovering, 5m forward, hovering, 5m backward, hovering, landing. In this experiment, there is a positional shift at takeoff and landing and the height change is shown in the position measurement graph.
또한, 호버링 및 전진, 후진하는 구간에서는 높이 변화가 없거나, 매우 작은 변화가 나타남을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that there is no height change or very small change in the hovering, forward and backward sections.
또한, 이륙 및 착륙시에 가속도의 변화가 급격하게 나타나고, 이륙이 종료되는 시점 및 착륙이 종료되는 시점에 반대방향으로 가속도가 나타남을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that the acceleration changes rapidly during takeoff and landing, and the acceleration appears in the opposite direction at the time when the takeoff ends and when the landing ends.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다.Features, structures, effects, and the like described in the above embodiments are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to only one embodiment. In addition, the features, structures, effects, and the like illustrated in the embodiments may be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong.
따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, contents related to such combinations and modifications should be construed as being included in the scope of the present invention. In addition, the above description has been made with reference to the embodiments, which are merely examples and are not intended to limit the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may be illustrated as above without departing from the essential characteristics of the present embodiments. It will be appreciated that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments may be modified. And differences relating to such modifications and applications will have to be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.
100: 이동체
110: 가속도 측정부
120: 저장부
130: 제어부
140: 구동부
150: 위치 산출부
160: 관성 항법부100: moving object
110: acceleration measurement unit
120: storage unit
130: control unit
140: drive unit
150: position calculation unit
160: Inertial Navigation Department
Claims (7)
이동체의 이륙 전 상태의 진동으로 인한 오차를 제거하도록 제1 가속도 및 이륙 후 일정시간 동안 이동하거나 호버링 중인 이동체의 제2 가속도를 측정하는 하나의 가속도 측정부;
상기 이동체의 제2 가속도가 문턱값 이상인지를 판단하는 제어부;
상기 제2 가속도가 문턱값 미만이면 상기 제2 가속도 값을 통해 이동체의 위치를 산출하고, 제2 가속도가 문턱값 이상이면 이동체의 제2 가속도가 상기 문턱값 이상에 해당하는 시간만큼을 제외하고 나머지 시간으로 상기 이동체의 위치를 산출하는 위치 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 장치.
An inertial navigation unit that senses whether the moving object is moving or hovering before takeoff;
One acceleration measuring unit for measuring the first acceleration and the second acceleration of the moving object moving or hovering for a predetermined time after takeoff to remove the error due to the vibration of the state before takeoff of the mobile body;
A controller for determining whether a second acceleration of the moving object is greater than or equal to a threshold value;
If the second acceleration is less than the threshold value, the position of the moving object is calculated from the second acceleration value. If the second acceleration is greater than or equal to the threshold value, the second acceleration of the moving object is excluded except for a time corresponding to the threshold value or more. Indoor positioning device comprising a position calculation unit for calculating the position of the moving object in time.
상기 위치 산출부는, 상기 이동체의 이동방향과 반대방향으로 측정되는 가속도 값은 제거하여 상기 이동체의 위치 계산에 미적용하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 장치.
The method of claim 1,
Wherein the position calculation unit, the acceleration value measured in the direction opposite to the moving direction of the moving body is removed and not applied to the position calculation of the moving body Indoor positioning device.
상기 제어부는 상기 관성 항법부가 센싱한 상기 이동체의 운동 상태에 따라 상기 문턱값을 상이하게 적용하여 판단하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 장치.
The method of claim 1,
The control unit is an indoor positioning device, characterized in that for determining by applying the threshold value differently according to the motion state of the moving object sensed by the inertial navigation unit.
상기 가속도를 저장하는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 장치.
The method of claim 1,
Indoor positioning device comprising a storage for storing the acceleration.
상기 이동체의 이륙 후, 일정 시간 동안 상기 가속도 측정부가 이동체의 제2 가속도를 측정하는 단계;
상기 제2 가속도가 상기 문턱값 이상인지를 판단하는 단계; 및
상기 판단 결과에 따라 상기 제2 가속도가 문턱값 미만이면 상기 제2 가속도 값을 통해 이동체의 위치를 산출하고, 제2 가속도가 문턱값 이상이면 이동체의 제2 가속도가 상기 문턱값 이상에 해당하는 시간만큼을 제외하고 나머지 시간으로 상기 이동체의 위치를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 방법.
Setting one or more threshold values to a deadband by measuring an acceleration of one acceleration unit to remove an error due to vibration in a state before takeoff of the moving body;
Measuring the second acceleration of the moving body by the acceleration measuring unit for a predetermined time after taking off of the moving body;
Determining whether the second acceleration is greater than or equal to the threshold value; And
If the second acceleration is less than the threshold value, the position of the moving object is calculated based on the second acceleration value, and if the second acceleration is greater than or equal to the threshold value, the time when the second acceleration of the moving object is greater than or equal to the threshold value is determined. Computing the position of the moving object in the remaining time except as much as the indoor positioning method.
상기 이동체의 위치를 산출하는 단계에서,
상기 이동체의 이동방향과 반대방향으로 측정되는 가속도 값은 제거하여 상기 이동체의 위치 계산에 적용되지 않도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 측위 방법.
The method of claim 5,
In calculating the position of the moving body,
And removing the acceleration value measured in a direction opposite to the moving direction of the moving object so that it is not applied to the calculation of the position of the moving object.
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