KR102318378B1 - An integrated navigation system combining ins/gps/ultrasonic speedometer to overcome gps-denied area - Google Patents

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Abstract

INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치를 이용한 이동체의 위치해 획득 방법에 관한 것이며, 이동체의 위치해 획득 방법은 (a) 초음파 속도계를 이용하여 추정된 이동체의 이동방향에 대한 초음파 기반 속도 추정치를 획득하는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계에서 획득된 초음파 기반 속도 추정치를 이용하여 INS로 추정된 INS 항법 정보를 보정함으로써, 보정된 INS 항법 정보를 기반으로 상기 이동체의 위치해를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.The present invention relates to a method for obtaining the position of a moving object using an INS/GPS/ultrasonic speedometer combined navigation device, the method comprising the steps of: (a) obtaining an ultrasound-based velocity estimate for the moving direction of a moving object estimated using an ultrasonic speedometer; ; and (b) correcting the INS navigation information estimated by the INS using the ultrasound-based velocity estimate obtained in step (a), thereby obtaining the position of the mobile body based on the corrected INS navigation information. have.

Description

GPS 음영지역 극복을 위한 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 시스템 {AN INTEGRATED NAVIGATION SYSTEM COMBINING INS/GPS/ULTRASONIC SPEEDOMETER TO OVERCOME GPS-DENIED AREA}{AN INTEGRATED NAVIGATION SYSTEM COMBINING INS/GPS/ULTRASONIC SPEEDOMETER TO OVERCOME GPS-DENIED AREA}

본원은 GPS 음영지역 극복을 위한 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 시스템에 관한 것이다. 특히, 본원은 이동체의 위치해 획득을 위한 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치를 포함하는 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 시스템에 관한 것이다.The present application relates to an INS/GPS/ultrasonic speedometer combined navigation system for overcoming GPS shadow areas. In particular, the present disclosure relates to a combined INS/GPS/ultrasonic velocimetry navigation system including a combined INS/GPS/ultrasonic velocimetry navigation device for position acquisition of a moving object.

GPS(global positioning system)는 항법위성에서 송신된 신호를 수신하여 매 시점마다 위치해를 구함에 따라 오차가 누적되지 않는 특성을 가지는 전파 항법 시스템을 의미한다. 한편, 도심지, 터널, 지하도와 같이 항법위성 신호의 수신이 어려운 환경(즉, GPS 기반의 위치 추정이 어려운 환경, 음영지역, GPS 신호의 단절 구간)에서는 주변 환경에 강인하면서 동적 특성이 좋은 INS (Inertial Navigation System)를 함께 활용해야 할 필요가 있다. A global positioning system (GPS) refers to a radio navigation system having a characteristic in which an error is not accumulated by receiving a signal transmitted from a navigation satellite and obtaining a position at every point in time. On the other hand, in environments where it is difficult to receive navigation satellite signals such as downtown areas, tunnels, and underpasses (i.e., environments where GPS-based location estimation is difficult, shaded areas, and disconnected sections of GPS signals), INS ( Inertial Navigation System) needs to be utilized together.

INS는 관성측정장치로부터 얻어지는 3축 가속도와 3축 각속도를 활용하여 동체(이동체)의 자세, 속도 및 위치를 추정한다. 그런데, INS의 경우에는 속도 및 위치를 계산하는 과정에서 적분 연산을 수행하므로 시간에 따라 슐러(Schuler) 주기를 가지고 오차가 누적되는 단점이 있으며, 이는 이동체에 대한 위치 추정의 부정확한 결과를 초래하는 문제가 있다.INS estimates the posture, velocity, and position of a moving body (moving object) using the 3-axis acceleration and 3-axis angular velocity obtained from the inertial measurement device. However, in the case of INS, since the integral operation is performed in the process of calculating the speed and position, there is a disadvantage that errors are accumulated with a Schuler period according to time, which leads to an inaccurate result of estimating the position of the moving object. there is a problem.

따라서, GPS를 가용할 수 없는 경우에(즉, 음영지역 등에서 GPS 기반의 위치 추정이 불가능한 경우에) INS를 이용한 위치 정보의 정확도가 급격히 열화되는 문제를 해소할 수 있는 기술에 대한 개발이 요구되는 실정이다.Therefore, when GPS is not available (that is, when GPS-based location estimation is not possible in a shaded area, etc.), the development of a technology that can solve the problem of rapidly deteriorated accuracy of location information using INS is required. the current situation.

최근에는 도심지, 터널, 지하도 등과 같은 위성항법시스템(Global Positioning System, GPS)의 신호 수신이 어려운 환경에서 사용자에게 안정적으로(지속적으로) 정확한 위치 정보를 제공하기 위하여 추가적인 센서를 활용하는 연구가 활발히 이루어지고 있다.Recently, research using additional sensors has been actively conducted to provide users with stable (continuous) accurate location information in environments where it is difficult to receive signals from the Global Positioning System (GPS) such as downtown areas, tunnels, and underpasses. is losing

기존에 연구된 기법 중에는 주행 거리계(Odometer), 자력계(Magnetometer), LiDAR (Light Detection And Ranging), 영상 센서(이미지 센서, 카메라) 등을 활용하여 위치 정보를 보조하는 방식이 있다.Among the previously studied techniques, there is a method of assisting location information by using an odometer, a magnetometer, a LiDAR (Light Detection And Ranging), and an image sensor (image sensor, camera).

그런데, Odometer를 활용하는 경우에는 이동체가 주행하는 노면의 상태, 바퀴의 노후 상태, 공기 저항 등의 요인으로 인해 속력 오차가 크게 발생하게 되는 문제가 있다. Magnetometer를 활용하는 경우에는 heading 정보를 제공해 줄 수 있으나, 주변 자기장 환경에 영향을 받아 왜곡이 발생하여 잘못된 heading 정보의 제공이 이루어질 수 있는 문제가 있다. 영상 센서는 날씨와 조명 환경의 영향을 받고, 영상처리에 대한 계산량이 많고 복잡한 문제가 있다. LiDAR는 고비용의 장비이므로 보편화하기 어려운 문제가 있다.However, in the case of using the odometer, there is a problem in that a large speed error occurs due to factors such as the condition of the road surface on which the moving object travels, the aging condition of the wheels, and air resistance. In case of using a magnetometer, heading information can be provided, but there is a problem in that incorrect heading information can be provided due to distortion caused by the influence of the surrounding magnetic field environment. The image sensor is affected by weather and lighting environment, and there is a large amount of computation for image processing and complex problems. Since LiDAR is an expensive device, it is difficult to generalize.

이처럼, 주행 거리계, 자력계, LiDAR, 영상 센서 등을 활용한 종래의 위치 추정 기술들은 이동체에 대한 정확한 위치해를 획득하는 데에 한계가 있으며, 환경의 영향, 장비의 가격 등의 관점에서 효율성이 떨어지는 단점이 있다.As such, conventional location estimation techniques using an odometer, magnetometer, LiDAR, and image sensor have limitations in obtaining an accurate location for a moving object, and are inefficient in terms of environmental impact and equipment price. There is this.

본원의 배경이 되는 기술은 예시적으로 문헌 [Y. S. Kim and D. H. Hwang, "Architectural design of INS/GPS/Vision integrated navigation system," in Proceeding of the Institute of Control, Robotics and Systems, Daejeon: Korea, pp. 85-88, Dec. 2009.]에 개시되어 있다.The technology behind this application is exemplarily described in Y. S. Kim and D. H. Hwang, "Architectural design of INS/GPS/Vision integrated navigation system," in Proceeding of the Institute of Control, Robotics and Systems, Daejeon: Korea, pp. 85-88, Dec. 2009.].

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, GPS를 가용할 수 없는 경우에(즉, 음영지역 등에서 GPS 기반의 위치 추정이 불가능한 경우에) INS를 이용한 위치 정보의 정확도가 급격히 열화되는 문제를 해소할 수 있는 이동체의 위치해 획득을 위한 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치 및 그를 이용한 이동체의 위치해 획득 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.The present application is intended to solve the problems of the prior art described above, and when GPS is not available (ie, when GPS-based position estimation is not possible in a shaded area, etc.), the accuracy of location information using the INS is rapidly deteriorated. An object of the present invention is to provide an INS/GPS/ultrasonic speedometer combination navigation device for obtaining the location of a moving object that can solve the problem and a method for obtaining the location of a moving object using the same.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, GPS 신호 수신이 어려운 환경(음영지역 등의 환경)에서 조명 환경에 영향을 받지 않고 저가의 센서를 이용하여 정밀도 높은 이동체의 위치해 획득을 수행할 수 있는 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치 및 그를 이용한 이동체의 위치해 획득 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.The present application is to solve the problems of the prior art described above, and in an environment (such as a shaded area) where GPS signal reception is difficult, it is not affected by the lighting environment and uses a low-cost sensor to position and acquire a high-precision moving object. An object of the present invention is to provide an INS/GPS/ultrasonic speedometer combination navigation device and a method for obtaining the location of a moving object using the same.

다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problems to be achieved by the embodiments of the present application are not limited to the technical problems as described above, and other technical problems may exist.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1 측면에 따른 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치를 이용한 이동체의 위치해 획득 방법은 (a) 초음파 속도계를 이용하여 추정된 이동체의 이동방향에 대한 초음파 기반 속도 추정치를 획득하는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계에서 획득된 초음파 기반 속도 추정치를 이용하여 INS로 추정된 INS 항법 정보를 보정함으로써, 보정된 INS 항법 정보를 기반으로 상기 이동체의 위치해를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.As a technical means for achieving the above technical problem, the method for obtaining the position of a moving object using the INS/GPS/ultrasonic speedometer combined navigation device according to the first aspect of the present application is (a) the moving direction of the moving object estimated using the ultrasonic speedometer. obtaining an ultrasound-based velocity estimate for and (b) correcting the INS navigation information estimated by the INS using the ultrasound-based velocity estimate obtained in step (a), thereby obtaining the position of the mobile body based on the corrected INS navigation information. have.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1 측면에 따른 이동체의 위치해 획득을 위한 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치는, 초음파 속도계를 이용하여 추정된 이동체의 이동방향에 대한 초음파 기반 속도 추정치를 획득하는 초음파 기반 속도 추정치 획득부; 및 상기 초음파 기반 속도 추정치를 이용하여 INS로 추정된 INS 항법 정보를 보정함으로써, 보정된 INS 항법 정보를 기반으로 상기 이동체의 위치해를 획득하는 위치해 획득부를 포함할 수 있다.As a technical means for achieving the above technical problem, the INS/GPS/ultrasonic speedometer combination navigation device for obtaining the location of a moving object according to the first aspect of the present application is an ultrasonic wave for the moving direction of the moving object estimated using the ultrasonic speedometer. an ultrasound-based velocity estimate obtainer configured to obtain a base velocity estimate; and a location acquisition unit configured to correct the INS navigation information estimated by the INS using the ultrasound-based velocity estimate, and obtain the location of the mobile object based on the corrected INS navigation information.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제3 측면에 따른 컴퓨터 프로그램은, 본원의 제1 측면에 따른 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치를 이용한 이동체의 위치해 획득 방법을 실행시키기 위하여 기록매체에 저장되는 것일 수 있다.As a technical means for achieving the above technical problem, the computer program according to the third aspect of the present application is to execute the method for acquiring the position of a moving object using the INS/GPS/ultrasonic speedometer combination navigation device according to the first aspect of the present application. It may be stored in a recording medium.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary, and should not be construed as limiting the present application. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치의 제공을 통해, GPS를 가용할 수 없는 경우에(즉, 음영지역 등에서 GPS 기반의 위치 추정이 불가능한 경우에) INS를 이용한 위치 정보의 정확도가 급격히 열화되는 문제를 해소할 수 있다.According to the problem solving means of the present application described above, through the provision of an INS / GPS / ultrasonic speedometer combination navigation device, when GPS is not available (that is, when GPS-based position estimation is not possible in a shaded area, etc.) INS It is possible to solve the problem that the accuracy of the used location information is rapidly deteriorated.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 초음파 속도계로 추정된 초음파 기반 속도 추정치를 이용하여 INS 항법 정보를 보정하고 이를 기반으로 이동체의 위치해를 획득함으로써, GPS 신호 수신이 어려운 환경(음영지역 등의 환경)에서 조명 환경에 영향을 받지 않고 저가의 센서를 이용하여 정밀도 높은 이동체의 위치해를 획득할 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, by using the ultrasound-based speed estimation value estimated by the ultrasound speedometer, the INS navigation information is corrected and the position of the moving object is obtained based on this, so that GPS signal reception is difficult (environment such as a shaded area) ), it is possible to obtain the position of a moving object with high precision by using a low-cost sensor without being affected by the lighting environment.

다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.However, the effects obtainable herein are not limited to the above-described effects, and other effects may exist.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 GPS 음영지역 극복을 위한 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치에서 고려되는 초음파 속도계의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치에서 고려되는 초음파의 전파속도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치에서 음영지역 여부에 따른 INS 항법 정보의 보정 방식을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치에서 INS/GPS/초음파 속도계를 결합한 다중센서 결합 항법을 구현하는 알고리즘의 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치의 성능 평가를 위한 첫 번째 실험을 위한 실험 장비의 전체적인 인터페이스의 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본원의 일 실험에 따른 결과로서, 초음파의 전파속도와 GPS를 통해 수집된 대지속력 간의 관계를 확인하기 위한 실험의 결과를 나타낸 도면이다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치의 성능 평가를 위한 두 번째 실험을 위한 실험 장비의 전체적인 인터페이스의 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 본원의 일 실험에 따른 결과로서, 두 번째 실험에 사용된 인위적인 GPS 음영 구간을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본원의 일 실험예에 따른 GPS 음영 구간 2에서의 수평 속도 추정치의 비교 결과를 나타낸 도면이다.
도 12는 본원의 일 실험예에 따른 GPS 음영구간에서 각 시스템의 수평 속도 추정치의 최대 오차를 나타낸 도면이다.
도 13은 종래 INS/GPS 결합 항법 시스템을 이용하여 추정된 이동체의 운동 궤적의 예를 나타낸 도면이다.
도 14는 본원의 일 실시예에 따른 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 시스템을 이용하여 추정된 이동체의 운동 궤적의 예를 나타낸 도면이다.
도 15는 본원의 일 실험예에 따른 GPS 음영 구간 3에 대한 위치 해를 북쪽 방향 성분에 대해 비교한 예를 나타낸다.
도 16은 본원의 일 실험예에 따른 GPS 음영 구간 3에 대한 위치 해를 동쪽 방향 성분에 대해 비교한 예를 나타낸다.
도 17은 본원의 일 실험예에 따른 GPS 음영구간에서 각 시스템으로부터 추정된 위치의 최대 오차를 북쪽 방향 성분에 대해 비교한 예를 나타낸다.
도 18은 본원의 일 실험예에 따른 GPS 음영구간에서 각 시스템으로부터 추정된 위치의 최대 오차를 동쪽 방향 성분에 대해 비교한 예를 나타낸다.
도 19는 본원의 일 실험예에 따른 GPS 음영구간에서 각 시스템으로부터 추정된 수평 위치의 최대 오차를 비교한 예를 나타낸다.
도 20은 본원의 일 실시예에 따른 이동체의 위치해 획득 방법에 대한 동작 흐름도이다.1 is a diagram showing a schematic configuration of an INS/GPS/ultrasonic speedometer combination navigation system for overcoming a GPS shadow area according to an embodiment of the present application.
2 is a diagram showing a schematic configuration of an INS/GPS/ultrasonic speedometer combination navigation device according to an embodiment of the present application.
3 is a view for explaining the principle of the ultrasonic speedometer considered in the INS / GPS / ultrasonic speedometer combined navigation device according to an embodiment of the present application.
4 is a view for explaining a method of measuring the propagation speed of ultrasound considered in the INS/GPS/ultrasonic speedometer combined navigation device according to an embodiment of the present application.
5 is a diagram schematically illustrating a correction method of INS navigation information according to whether there is a shadow area in an INS/GPS/ultrasonic speedometer combination navigation apparatus according to an embodiment of the present application.
6 is a diagram illustrating an example of an algorithm for implementing a multi-sensor combination navigation combining INS/GPS/ultrasonic speedometer in the INS/GPS/ultrasonic speedometer combination navigation device according to an embodiment of the present application.
7 is a view showing an example of the overall interface of the experimental equipment for the first experiment for the performance evaluation of the INS / GPS / ultrasonic speedometer combination navigation device according to an embodiment of the present application.
8 is a view showing the results of an experiment for confirming the relationship between the propagation speed of ultrasonic waves and the ground speed collected through GPS as a result according to an experiment of the present application.
9 is a view showing an example of the overall interface of the experimental equipment for the second experiment for the performance evaluation of the INS / GPS / ultrasonic speedometer combination navigation device according to an embodiment of the present application.
10 is a view for explaining the artificial GPS shadow section used in the second experiment as a result according to an experiment of the present application.
11 is a diagram illustrating a comparison result of horizontal speed estimates in GPS shadow section 2 according to an experimental example of the present application.
12 is a view showing the maximum error of the horizontal speed estimate of each system in the GPS shadow section according to an experimental example of the present application.
13 is a diagram illustrating an example of a motion trajectory of a moving object estimated using a conventional INS/GPS combined navigation system.
14 is a diagram illustrating an example of a motion trajectory of a moving object estimated using an INS/GPS/ultrasonic speedometer combined navigation system according to an embodiment of the present application.
15 shows an example in which the location solution for the GPS shadow section 3 according to an experimental example of the present application is compared with respect to the north direction component.
16 shows an example in which the location solution for the GPS shadow section 3 according to an experimental example of the present application is compared with the east direction component.
17 shows an example in which the maximum error of the position estimated from each system in the GPS shadow section according to an experimental example of the present application is compared with the north direction component.
18 shows an example in which the maximum error of the position estimated from each system in the GPS shadow section according to an experimental example of the present application is compared with respect to the east direction component.
19 shows an example of comparing the maximum error of the horizontal position estimated from each system in the GPS shadow section according to an experimental example of the present application.
20 is an operation flowchart of a method for obtaining a location of a moving object according to an embodiment of the present application.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present application pertains can easily implement them. However, the present application may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present application in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is "connected" with another part, it is not only "directly connected" but also "electrically connected" or "indirectly connected" with another element interposed therebetween. "Including cases where

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when it is said that a member is positioned "on", "on", "on", "under", "under", or "under" another member, this means that a member is positioned on the other member. It includes not only the case where they are in contact, but also the case where another member exists between two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 GPS 음영지역 극복을 위한 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 시스템(200)의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다. 도 2는 본원의 일 실시예에 따른 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치(100)의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing a schematic configuration of an INS/GPS/ultrasonic speedometer combination navigation system 200 for overcoming a GPS shadow area according to an embodiment of the present application. Figure 2 is a view showing a schematic configuration of the INS / GPS / ultrasonic speedometer combined navigation apparatus 100 according to an embodiment of the present application.

이하에서는 설명의 편의상, 본원의 일 실시예에 따른 GPS 음영지역 극복을 위한 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 시스템(200)은 본 시스템(200)이라 하고, 본원의 일 실시예에 따른 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치(100)는 본 장치(100)라 하기로 한다.Hereinafter, for convenience of description, the INS/GPS/ultrasonic speedometer combination navigation system 200 for overcoming the GPS shadow area according to an embodiment of the present application is referred to as the present system 200, and INS/GPS according to an embodiment of the present application / The ultrasonic speedometer combination navigation device 100 will be referred to as the present device 100 .

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 시스템(200)은 이동체(동체, 1) 및 이동체(1)에 설치(탑재)되는 본 장치(100)를 포함할 수 있다.1 and 2 , the present system 200 may include a moving body (body 1) and the present device 100 installed (mounted) on the moving body 1 .

이동체(1)는 이동 가능한 수단으로서, 예시적으로 자동차(차량), 버스, 오토바이 등일 수 있다. 다만, 이에만 한정되는 것은 아니고, 이동체(1)로는 위치해 획득(즉, 위치 추정)을 수행하고자 하는 다양한 종류의 이동 수단이 적용될 수 있다.The movable body 1 is a movable means, and may be, for example, a car (vehicle), a bus, a motorcycle, or the like. However, the present invention is not limited thereto, and various types of moving means for obtaining a location (ie, location estimation) may be applied to the mobile body 1 .

본 장치(100)는 이동체(1)에 설치(탑재)되도록 마련될 수 있다. 본 장치(100)는 이동체(1)의 위치해 획득을 위한 INS/GPS/초음파 속도계(INS/GPS/Ultrasonic-speedometer) 결합 항법 장치일 수 있다.The device 100 may be provided to be installed (mounted) on the movable body 1 . The device 100 may be a navigation device combined with INS/GPS/Ultrasonic-speedometer for obtaining the location of the mobile body 1 .

본 장치(100)는 GPS(global positioning system, 2), 초음파 속도계(3) 및 INS(Inertial navigation System, 관성항법장치, 4)를 포함할 수 있다. 여기서, GPS(2)는 GPS 센서(2)라 달리 표현되고, INS(4)는 INS 센서(4)라 달리 표현될 수 있다. 초음파 속도계(3)는 초음파 센서(3')를 포함할 수 있으며, 초음파 센서(3')는 송신 센서(3a) 및 수신 센서(3b)를 포함할 수 잇다.The apparatus 100 may include a global positioning system (GPS) 2 , an ultrasonic speedometer 3 , and an inertial navigation system (INS) 4 . Here, the GPS 2 may be expressed differently as the GPS sensor 2 , and the INS 4 may be differently expressed as the INS sensor 4 . The ultrasonic speedometer 3 may include an ultrasonic sensor 3', and the ultrasonic sensor 3' may include a transmitting sensor 3a and a receiving sensor 3b.

본 장치(100)는 GPS(2, GPS 센서), 초음파 센서(3')를 포함하는 초음파 속도계(3) 및 INS(4, INS 센서)를 이용하여 이동체(1)의 위치해를 획득, 즉 이동체(1)의 위치해를 획득(계산, 추정)할 수 있다. 본 장치(100)는 이동체(1)의 위치해로서, 이동체(1)의 위치 정보뿐만 아니라 이동체(1)의 속도 정보를 획득할 수 있다.The apparatus 100 obtains the position of the moving object 1 by using the GPS (2, GPS sensor), the ultrasonic speedometer 3 including the ultrasonic sensor 3', and the INS (4, the INS sensor), that is, the moving object. It is possible to obtain (calculate, estimate) the location of (1). As the location of the moving object 1 , the apparatus 100 may acquire not only the position information of the moving object 1 but also the speed information of the moving object 1 .

본 장치(100)는 음영지역 여부 판단부(110), 초음파 기반 속도 추정치 획득부(120), GPS 측정치 획득부(130) 및 위치해 획득부(140)를 포함할 수 있다. The apparatus 100 may include a shadow area determination unit 110 , an ultrasound-based speed estimation value acquisition unit 120 , a GPS measurement value acquisition unit 130 , and a location acquisition unit 140 .

음영지역 여부 판단부(110)는 본 장치(100)가 설치된 이동체(1)가 GPS(2)의 신호 수신이 불가능한 GPS 비가용 상태인 음영지역에 위치하는지 판단할 수 있다. The shaded area determination unit 110 may determine whether the mobile body 1 in which the present device 100 is installed is located in a shaded area in which the GPS signal reception of the GPS 2 is impossible.

이동체(1)가 음영지역에 위치하는지 여부에 따라, 후술하는 위치해 획득부(140)는 GPS(2)로 측정된 GPS 측정치 및 초음파 속도계(3)를 이용하여 획득된 초음파 기반 속도 추정치 중 어느 하나를 선택적으로 이용하여 INS(4)로 추정된 INS 항법 정보를 보정할 수 있으며, 이를 기반으로 이동체(1)의 위치해를 획득할 수 있다.Depending on whether the moving object 1 is located in the shaded area, the location obtaining unit 140, which will be described later, performs any one of a GPS measurement value measured with the GPS 2 and an ultrasound-based speed estimate obtained using the ultrasonic speedometer 3 . can be selectively used to correct the INS navigation information estimated by the INS 4 , and the location of the mobile body 1 can be obtained based on this.

이때, 이동체(1)가 음영지역에 위치하는 경우에는 초음파 기반 속도 추정치를 이용하여 INS 항법 정보의 보정이 이루어지고, 이동체(1)가 음영지역에 위치하지 않는 경우에는 GPS 측정치를 이용하여 INS 항법 정보의 보정이 이루어질 수 있다.At this time, when the moving object 1 is located in the shaded area, the INS navigation information is corrected using the ultrasound-based velocity estimate. When the moving object 1 is not located in the shaded area, the INS navigation is performed using the GPS measurement A correction of the information may be made.

여기서, 음영지역이라 함은 도심지, 터널, 지하도 등과 같이 항법위성 신호의 수신이 어려운 환경에 속한 지역을 의미할 수 있다. 즉, 음영지역은 GPS(2)를 이용한 이동체(1)의 위치 추정이 어려운 지역, GPS(2) 신호 수신이 불가능한 지역, GPS(2) 신호의 단절 지역, GPS 비가용 상태인 지역(영역, 구간)을 의미할 수 있다.Here, the shaded area may mean an area belonging to an environment in which it is difficult to receive a navigation satellite signal, such as a downtown area, a tunnel, an underpass, or the like. That is, the shaded area is an area where it is difficult to estimate the location of the moving object 1 using the GPS 2, an area where GPS 2 signal reception is not possible, an area where the GPS 2 signal is disconnected, and an area where GPS is not available (area, section) can mean

한편, 이동체(1)가 음영지역에 위치하지 않는 경우는 이동체(1)가 비음영 지역에 위치한 경우를 의미할 수 있다. 여기서, 비음영 지역은 항법위성 신호의 수신이 가능한 환경에 속한 지역을 의미할 수 있다. 즉, 비음영 지역은 GPS(2)를 이용한 이동체(1)의 위치 추정이 가능한 지역, GPS(2) 신호 수신이 가능한 지역, GPS 가용 상태인 지역(영역, 구간)을 의미할 수 있다.Meanwhile, the case in which the moving object 1 is not located in the shaded area may mean a case in which the moving object 1 is located in the non-shaded area. Here, the non-shaded area may mean an area belonging to an environment in which a navigation satellite signal can be received. That is, the non-shaded area may mean an area in which the location estimation of the moving object 1 using the GPS 2 is possible, an area in which the GPS 2 signal can be received, and an area (region, section) in which GPS is available.

따라서, 이동체(1)의 위치해를 획득함에 있어서, 본 장치(100)는 GPS 비가용 상태인 경우(이동체가 음영지역에 위치하는 경우) 초음파 속도계(3)를 이용(즉, 초음파 기반 속도 추정치를 이용)하여 INS 항법 정보의 보정을 수행할 수 있다. 또한, 본 장치(100)는 GPS 가용 상태인 경우(이동체가 비음영 지역에 위치하는 경우) GPS(2)를 이용(즉, GPS 측정치를 이용)하여 INS 항법 정보의 보정을 수행할 수 있다.Therefore, in obtaining the position of the moving object 1, the apparatus 100 uses the ultrasonic speedometer 3 when the GPS is not available (when the moving object is located in the shaded area) (ie, the ultrasound-based velocity estimate is calculated). ) to perform correction of INS navigation information. Also, when the GPS is available (when the moving object is located in a non-shaded area), the device 100 may perform correction of the INS navigation information by using the GPS 2 (ie, using the GPS measurement value).

음영지역 여부 판단부(110)는 GPS의 가시위성 개수(개수 데이터)를 이용하여 이동체(1)가 음영지역에 위치하는지 여부를 판단할 수 있다.The shaded area determination unit 110 may determine whether the moving object 1 is located in the shaded area by using the number of visible satellites (number data) of the GPS.

음영지역 여부 판단부(110)에 의한 판단 결과에 따라, 초음파 속도계(3)를 이용하여 추정된 초음파 기반 속도 추정치 및 GPS(2)를 이용하여 측정된 GPS 측정치 중 적어도 하나가 갱신될 수 있다. 여기서, 초음파 속도계(3)를 이용하여 추정된 초음파 기반 속도 추정치는 초음파 속도계 측정치라 달리 표현될 수 있다.At least one of an ultrasound-based speed estimation value estimated using the ultrasonic speedometer 3 and a GPS measurement value measured using the GPS 2 may be updated according to the determination result by the shaded area determination unit 110 . Here, the ultrasound-based velocity estimate estimated using the ultrasonic velocity meter 3 may be expressed differently as the ultrasonic velocity measurement value.

초음파 기반 속도 추정치 획득부(120)는 본 장치(100)가 설치된 이동체(1)가 GPS(2)의 신호 수신이 불가능한 GPS 비가용 상태인 음영지역에 위치하는 것으로 판단된 경우에 수행될 수 있다.The ultrasound-based speed estimate obtaining unit 120 may be performed when it is determined that the mobile body 1 in which the apparatus 100 is installed is located in a shaded area where the GPS signal cannot be received and the GPS is not available. .

초음파 기반 속도 추정치 획득부(120)는 초음파 속도계(3)를 이용하여 추정된 이동체(1)의 이동방향(진행방향)에 대한 초음파 기반 속도 추정치를 획득할 수 있다. 이에 대한 설명은 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다. 즉, 초음파 속도계(3)의 원리와 초음파 데이터(즉, 초음파 기반 속도 추정치)의 획득 기법에 대한 설명은 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다.The ultrasound-based velocity estimate obtainer 120 may obtain an ultrasound-based velocity estimate with respect to the moving direction (traveling direction) of the moving object 1 estimated using the ultrasonic velocity meter 3 . A description thereof may be more easily understood with reference to FIGS. 3 and 4 . That is, a description of the principle of the ultrasonic speedometer 3 and a method of acquiring ultrasonic data (ie, ultrasonic-based velocity estimate) may be more easily understood with reference to FIGS. 3 and 4 .

도 3은 본원의 일 실시예에 따른 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치(100)에서 고려되는 초음파 속도계(3)의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본원의 일 실시예에 따른 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치(100)에서 고려되는 초음파의 전파속도를 측정(획득)하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining the principle of the ultrasonic speedometer 3 considered in the INS / GPS / ultrasonic speedometer combination navigation apparatus 100 according to an embodiment of the present application. 4 is a view for explaining a method of measuring (obtaining) the propagation velocity of the ultrasonic wave considered in the INS/GPS/ultrasonic velocity meter combination navigation apparatus 100 according to an embodiment of the present application.

도 3 및 도 4를 참조하면, 초음파 기반 속도 추정치 획득부(120)는 초음파 속도계(3)를 이용하여 추정된 이동체(1)의 전진 방향에 대응하는 이동방향(Movement 방향, 진행방향)에 대한 초음파 기반 속도 추정치를 획득할 수 있다. 여기서, 전진 방향은 일예로 도 3을 기준으로 3시 방향을 의미할 수 있다.Referring to FIGS. 3 and 4 , the ultrasound-based velocity estimation value obtaining unit 120 is configured to determine the movement direction (movement direction, movement direction) corresponding to the forward direction of the moving object 1 estimated using the ultrasonic velocity meter 3 . An ultrasound-based velocity estimate can be obtained. Here, the forward direction may refer to, for example, the 3 o'clock direction with reference to FIG. 3 .

초음파 기반 속도 추정치는, 이동체(1)가 이동함에 따라 발생하는 역풍(Headwind)으로 인해 변화되는 초음파(Ultrasonic Wave)의 전파속도(Velocity of propagation)를 초음파 속도계(3), 특히, 초음파 속도계(3) 내 초음파 센서(3')를 이용하여 측정(계산)하고, 측정된 초음파의 전파속도를 고려하여 추정되는 것일 수 있다.The ultrasound-based velocity estimation is performed by measuring the velocity of propagation of an ultrasonic wave that is changed due to a headwind generated as the moving object 1 moves. ) may be measured (calculated) using the ultrasonic sensor 3', and estimated in consideration of the propagation speed of the measured ultrasonic wave.

본 장치(100)에서 초음파 속도계(3)는 이동체(1)의 이동시 발생하는 역풍(Headwind)의 영향이 반영되도록, 이동체(1)의 외측에 설치되는 초음파 센서(3')로서, 이동체(1)의 이동(movement)방향에 대하여 소정의 거리(r)를 두고 서로 마주하도록 이격 배치되는 송신 센서(3a, Transmitter)와 수신 센서(3b, Receiver)를 포함할 수 있다. 즉, 수신 센서(3b)는 송신 센서(3a)의 위치를 기준으로 이동체(1)가 전진하는 전진 방향으로 소정의 거리(r)를 두고 송신 센서(3a)와 마주하도록 이격 배치될 수 있다. 소정의 거리(r)는 일예로 50cm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 다양하게 설정될 수 있다. In the present apparatus 100 , the ultrasonic speedometer 3 is an ultrasonic sensor 3 ′ installed outside the movable body 1 so as to reflect the effect of a headwind generated when the movable body 1 moves. ) may include a transmitting sensor (3a, Transmitter) and a receiving sensor (3b, Receiver) spaced apart to face each other at a predetermined distance (r) with respect to the movement direction. That is, the receiving sensor 3b may be spaced apart from the transmitting sensor 3a to face the transmitting sensor 3a at a predetermined distance r in the forward direction in which the moving object 1 advances based on the position of the transmitting sensor 3a. The predetermined distance r may be, for example, 50 cm, but is not limited thereto, and may be variously set.

즉, 본 장치(100)에서 초음파 센서(3')는 송신 센서(3a)로부터 방출되는 초음파의 전파방향이 이동체(1)가 전진하는 방향과 대응하도록(일치하도록) 이동체(1)의 외측에 설치될 수 있다. 송신 센서(3a)와 수신 센서(3b)는 서로 마주보도록 마련(설치)될 수 있다. 본 장치(100)에서 송신 센서(3a)와 수신 센서(3b)는 일예로 이격거리가 50cm가 되도록 마련될 수 있다.That is, in the apparatus 100, the ultrasonic sensor 3' is located outside the movable body 1 so that the propagation direction of the ultrasonic wave emitted from the transmitting sensor 3a corresponds (coincides) with the moving direction of the movable body 1 can be installed. The transmitting sensor 3a and the receiving sensor 3b may be provided (installed) to face each other. In the present device 100, the transmitting sensor 3a and the receiving sensor 3b may be provided such that, for example, the separation distance is 50 cm.

또한, 본 장치(100)에서 초음파 센서(3')는 초음파의 방출방향(전파방향)이 일예로 이동체(1)의 상판과 평행이 되도록 이동체(1)의 외측에 설치될 수 있다.In addition, in the present apparatus 100 , the ultrasonic sensor 3 ′ may be installed outside the movable body 1 so that the emission direction (propagation direction) of the ultrasonic waves is parallel to the upper plate of the movable body 1 , for example.

초음파 센서(3') 내 송신 센서(3a)는 초음파(Ultrasonic Wave)를 수신 센서(3b)를 향하여 방출시키고, 수신 센서(3b)는 송신 센서(3a)로부터 방출된 초음파를 수신할 수 있다. 이때, 이동체(1)의 이동에 의해 역풍이 발생하게 되면, 송신 센서(3a)에서 방출된 초음파가 수신 센서(3b)로 전파되는 속도(즉, 초음파 전파속도)에 변화가 생기게 된다. 즉, 이동체(1)가 이동하는 경우, 이동체(1)의 이동방향(진행방향)과 반대방향으로 역풍이 발생하게 되며, 이 역풍으로 인해 초음파 센서(3')에 의한 초음파의 전파속도가 변화될 수 있다. 초음파 기반 속도 추정치 획득부(120)는 이러한 역풍의 발생으로 인한 초음파 전파속도의 변화를 이용하여 초음파 기반 속도 추정치를 획득할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 다음과 같다.The transmitting sensor 3a in the ultrasonic sensor 3' may emit an ultrasonic wave toward the receiving sensor 3b, and the receiving sensor 3b may receive the ultrasonic wave emitted from the transmitting sensor 3a. At this time, when a headwind is generated by the movement of the moving object 1, the speed at which the ultrasonic wave emitted from the transmitting sensor 3a propagates to the receiving sensor 3b (ie, the ultrasonic propagation speed) is changed. That is, when the movable body 1 moves, a headwind is generated in the opposite direction to the moving direction (traveling direction) of the movable body 1, and the propagation speed of the ultrasonic wave by the ultrasonic sensor 3' is changed due to this headwind. can be The ultrasound-based velocity estimate obtainer 120 may obtain an ultrasound-based velocity estimate by using a change in the ultrasonic propagation velocity due to the occurrence of such a headwind. A detailed description of this is as follows.

가청주파수로 알려진 20 kHz 이상의 주파수 대역을 가지는 음파를 초음파(Ultrasonic Wave)라 한다. 음파는 전파되는 과정에서 바람, 온도 및 습도 등 다양한 요인으로부터 영향을 받는다. 바람 이외의 환경요인은 일정하다고 가정하였을 때, 음파(초음파)는 그 특성상 바람에 의해 전파속도가 변화되고 굴절되게 된다. A sound wave having a frequency band of 20 kHz or higher known as an audible frequency is called an ultrasonic wave. Sound waves are affected by various factors such as wind, temperature and humidity in the process of propagation. Assuming that environmental factors other than wind are constant, the propagation speed of sound waves (ultrasound) is changed and refracted by the wind due to its characteristics.

음파(초음파)의 진행방향을 기준으로 바람의 운동 성분은 하기 식 1과 같이 표현할 수 있다. 또한, 바람의 영향을 받은 초음파의 전파속도는 하기 식 2와 같이 표현될 수 있다. 달리 말해, 본 장치(100)에서 초음파 속도계(3)를 이용하여 측정(계산)되는 초음파의 전파속도는, 바람의 영향(즉, 이동체의 이동에 의하여 발생하는 역풍의 영향)이 고려된 초음파의 전파속도로서 하기 식 2와 같이 표현될 수 있다.Based on the traveling direction of sound waves (ultrasound), the motion component of the wind can be expressed as in Equation 1 below. In addition, the propagation speed of the ultrasonic wave affected by the wind can be expressed as Equation 2 below. In other words, the propagation speed of the ultrasonic wave measured (calculated) using the ultrasonic speedometer 3 in the apparatus 100 is the ultrasonic wave in consideration of the effect of the wind (ie, the effect of the headwind generated by the movement of the moving object). As the propagation speed, it can be expressed as in Equation 2 below.

[식 1][Equation 1]

Figure 112019073394044-pat00001
Figure 112019073394044-pat00001

[식 2][Equation 2]

Figure 112019073394044-pat00002
Figure 112019073394044-pat00002

식 1 및 식 2에서, u(r, z)는 바람의 운동 성분(운동 함수), u r 은 음파 방향과 동일한(평행한, 나란한) 방향에 대한 바람의 성분, u z 는 음파 방향과 수직인 방향에 대한 바람의 성분을 나타낸다. 여기서 음파 방향은 음파(초음파)가 진행되는 방향을 의미한다.In Equations 1 and 2, u ( r , z ) is the motion component (kinetic function) of the wind, u r is the wind component for the same (parallel, parallel) direction as the sound wave direction, u z represents the wind component with respect to the direction perpendicular to the sound wave direction. Here, the sound wave direction refers to a direction in which a sound wave (ultrasound) proceeds.

c eff는 바람의 영향을 받은 음속(즉, 초음파의 속도, 초음파의 전파속도)를 의미한다. 즉, c eff는 본 장치(100)에서 초음파 속도계(3)를 이용하여 측정(계산)되는 바람의 영향이 고려된 초음파의 전파속도를 의미한다. c는 바람의 영향이 없는 경우의 음속(초음파의 전파속도)을 의미한다. c eff means the speed of sound affected by the wind (ie, the speed of ultrasonic waves, the propagation speed of ultrasonic waves). That is, c eff means the propagation speed of the ultrasonic wave in consideration of the influence of the wind measured (calculated) using the ultrasonic speedometer 3 in the present apparatus 100 . c means the speed of sound (propagation speed of ultrasonic waves) in the absence of wind.

바람의 영향이 고려된 초음파의 전파속도 c eff는 바람의 영향이 없는 경우의 음속인 c와 바람 벡터의 크기 값인

Figure 112019073394044-pat00003
의 합으로 표현될 수 있다. 음파의 진행 방향(음파 방향)에 수직하는 바람 성분인 u z 는 음파의 진행 방향에 평행한 바람 성분인 u r에 비해 음파(초음파)의 전파 과정에 영향을 거의 미치지 않으므로, 무시할 수 있다. 이에 따라, c eff는 상기 식 2의 우변과 같이, 바람의 영향이 없는 경우의 음속인 c와 음파의 진행 방향에 투영된 풍속 성분인 u r의 합으로 근사화될 수 있다. The propagation speed c eff of the ultrasonic wave considering the influence of wind is
Figure 112019073394044-pat00003
can be expressed as the sum of u z , which is the wind component perpendicular to the direction of propagation of sound waves (direction of sound waves) It does almost not affect the propagation of the sound waves (ultrasound) than u r of the wind component parallel to the direction in which the sound waves can be ignored. Accordingly, c eff can be approximated by the sum of u r as shown in the right-hand side of the above equation 2, the velocity component projected to the speed of sound c in the direction of movement of the sound wave when there is no wind effect.

따라서, 음파의 진행 방향과 바람의 방향(바람의 진행방향)이 같으면 음파의 전파속도는 빨라지고, 음파의 진행 방향과 바람의 방향이 반대이면 음파의 속도는 상대적으로 느려질 수 있다. 달리 표현하여, 본 장치(100)의 초음파 속도계(3), 특히 초음파 센서(3')를 이용하여 측정되는 바람의 영향이 고려된 초음파의 전파속도는, 음파의 진행방향과 바람의 방향(바람의 진행방향)이 같으면 전파속도가 빨라져 큰 값으로 측정(산출, 계산)되고, 음파의 진행방향과 바람의 방향이 다르면(반대이면) 전파속도가 상대적으로 느려져 작은 값으로 측정될 수 있다.Therefore, if the propagation direction of the sound wave and the wind direction (wind direction) are the same, the propagation speed of the sound wave may be increased. In other words, the propagation speed of the ultrasonic wave in consideration of the influence of wind measured using the ultrasonic speedometer 3 of the apparatus 100, in particular, the ultrasonic sensor 3', is the propagation direction of the sound wave and the wind direction (wind). (direction of propagation) is the same, the propagation speed is increased and it is measured (calculated, calculated) as a large value.

즉, 도 3을 참조하면, 이동체(1)가 전진 방향으로 이동하는 경우에는, 이동체(1)의 이동에 따라 이동 방향(전진 방향)의 반대 방향으로 역풍(Headwind)이 발생하게 된다. 이때, 이동체(1)의 속도가 빨라지면 역풍의 세기 역시 증가하게 되므로, 송신 센서(3a)에서 수신 센서(3b)로 전달되는 초음파의 전파속도는 감소될 수 있다. 이때, 바람 이외의 환경 요인인 온도, 습도 등은 일정하다고 가정하였다.That is, referring to FIG. 3 , when the movable body 1 moves in the forward direction, a headwind is generated in a direction opposite to the moving direction (forward direction) according to the movement of the movable body 1 . In this case, when the speed of the moving object 1 increases, the strength of the headwind also increases, so that the propagation speed of the ultrasonic wave transmitted from the transmitting sensor 3a to the receiving sensor 3b may be reduced. In this case, it was assumed that environmental factors other than wind, such as temperature and humidity, were constant.

반대로, 이동체(1)가 후진 방향으로 이동하는 경우에는, 이동 방향(후진 방향)의 반대 방향인 전진 방향으로 역풍(Headwind)이 발생하게 된다. 이때, 이동체(1)의 속도가 빨라지면 역풍의 세기 역시 증가하게 되므로, 송신 센서(3a)에서 수신 센서(3b)로 전달되는 초음파의 전파속도는 증가될 수 있다. Conversely, when the movable body 1 moves in the backward direction, a headwind is generated in a forward direction opposite to the moving direction (reverse direction). At this time, since the strength of the headwind also increases when the speed of the moving object 1 increases, the propagation speed of the ultrasonic wave transmitted from the transmitting sensor 3a to the receiving sensor 3b may be increased.

이를 기반으로, 초음파 기반 속도 추정치 획득부(120)는, 초음파 센서(3')를 용하여 측정된 초음파의 전파속도(즉, 바람의 영향이 고려된 초음파의 전파속도)를 고려하여 초음파 기반 속도 추정치를 획득할 수 있다. 이때, 초음파 기반 속도 추정치는, 측정된 초음파의 전파속도 뿐만 아니라 초음파 속도계(3)에 의한 측정 잡음 및 추정된 초음파 속도계의 환산 계수를 고려하여 추정될 수 있다.Based on this, the ultrasound-based velocity estimate obtainer 120 considers the propagation velocity of the ultrasonic wave measured using the ultrasonic sensor 3' (that is, the propagation velocity of the ultrasonic wave considering the influence of wind) to obtain the ultrasound-based velocity estimate. can be obtained. In this case, the ultrasound-based velocity estimate may be estimated in consideration of not only the propagation velocity of the measured ultrasonic wave, but also the measurement noise by the ultrasonic velocity meter 3 and the conversion coefficient of the estimated ultrasonic velocity meter.

다시 말해, 후술하는 본원의 일 실험예에 따른 초음파 속도계 특성 및 성능 평가 실험에 의하면, 이동체(1)의 전진방향으로의 속도가 증가하면 초음파의 전파속도가 감소하는 경향을 가짐을 확인할 수 있다. 이러한 이동체(1)의 속도(전진방향으로의 속도)와 초음파의 전파속도 간의 관련성을 고려하여, 본 장치(100)는 측정된 초음파의 전파속도에 환산 계수(추정된 초음파 속도계의 환산 계수)를 적용함으로써, 측정된 초음파의 전파속도로부터 이동체(1)의 속력(속도)를 구할 수 있다(즉, 초음파 기반 속도 추정치를 획득할 수 있다). 즉, 본 장치(100)는 측정된 초음파의 전파속도에 환산 계수를 적용함으로써, 초음파의 전파속도를 이동체(1)의 속력으로 변환할 수 있다.In other words, according to an ultrasonic speedometer characteristic and performance evaluation experiment according to an experimental example of the present application, which will be described later, it can be confirmed that when the speed in the forward direction of the moving object 1 increases, the propagation speed of the ultrasonic wave tends to decrease. Considering the relationship between the speed of the moving object 1 (the speed in the forward direction) and the propagation speed of the ultrasonic wave, the apparatus 100 calculates a conversion factor (conversion factor of the estimated ultrasonic speedometer) to the measured propagation speed of the ultrasonic wave. By applying, the speed (velocity) of the moving object 1 can be obtained from the measured propagation speed of the ultrasonic wave (that is, an ultrasound-based speed estimate can be obtained). That is, the apparatus 100 may convert the propagation speed of the ultrasonic wave into the speed of the moving object 1 by applying a conversion factor to the measured propagation speed of the ultrasonic wave.

초음파 속도계(3)를 이용해 측정되는 초음파의 전파속도는, 송신 센서(3a)와 수신 센서(3b) 간의 이격 거리(r)를 송신 센서(3a)에서 방출된 초음파를 수신 센서(3b)가 수신하는데 까지 걸린 전파 소요시간으로 나눔으로써 측정(계산, 산출)될 수 있다. The propagation speed of the ultrasonic wave measured using the ultrasonic speedometer 3 is the separation distance r between the transmitting sensor 3a and the receiving sensor 3b. The receiving sensor 3b receives the ultrasonic wave emitted from the transmitting sensor 3a. It can be measured (calculated, calculated) by dividing by the time required for propagation.

구체적으로, 초음파 속도계(3)를 이용하여 초음파의 전파속도(바람의 영향이 고려된 초음파의 전파속도)를 측정하는 방법은 다음과 같다. Specifically, the method of measuring the propagation speed of the ultrasonic wave (the propagation speed of the ultrasonic wave considering the influence of wind) using the ultrasonic speedometer 3 is as follows.

도 4를 참조하면, 초음파 속도계(3)는 송신 센서(3a)를 포함하는 송신부(Transmission part) 및 수신 센서(3b)를 포함하는 수신부(Reception part)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the ultrasonic speedometer 3 may include a transmission part including a transmission sensor 3a and a reception part including a reception sensor 3b.

송신부(Transmission part)는 일예로 미리 설정된 주파수 신호로서 일예로 20 Hz의 구형파(square pulse) 신호를 생성하여 송신 센서(3a)로 제공할 수 있다. 이때, 구형파 신호가 송신 센서(3a)에 제공될 때마다(가해질 때마다) 제공된 신호가 증폭되고, 증폭된 신호의 상승 모서리(rising edge)에서 송신 센서(3a)가 구동하게 됨에 따라 초음파를 방출(송출)할 수 있다. 송신 센서(3a)에서 방출(송출)된 초음파는, 송신 센서(3a)와 소정의 거리(r)를 두고 서로 마주하도록 이격 배치된 수신 센서(3b)가 수신할 수 있다. As an example, the transmission part may generate a square pulse signal of 20 Hz as an example of a preset frequency signal and provide it to the transmission sensor 3a. At this time, whenever a square wave signal is provided to the transmitting sensor 3a (each time it is applied), the provided signal is amplified, and as the transmitting sensor 3a is driven at the rising edge of the amplified signal, ultrasonic waves are emitted. (transmit) can be done. The ultrasonic wave emitted (transmitted) from the transmitting sensor 3a may be received by the transmitting sensor 3a and the receiving sensor 3b spaced apart to face each other at a predetermined distance r.

수신부(Reception part)는 수신 센서(3b)가 수신한 신호(초음파)를 다시 구형파 신호로 변환시킬 수 있다. 이후, 초음파 기반 속도 추정치 획득부(120)는 송신부에서 증폭된 신호와 수신부에서 변환된 구형파 신호의 상승 모서리를 비교함으로써, 초음파 전달에 소요된 시간차를 산출할 수 있다. 즉, 상승 모서리의 비교를 통해, 송신 센서(3a)에서 방출된 초음파를 수신 센서(3b)가 수신하는데 까지 걸린 초음파의 전파 소요시간이 산출될 수 있다.The reception part may convert the signal (ultrasound) received by the reception sensor 3b back into a square wave signal. Thereafter, the ultrasound-based velocity estimate obtainer 120 may calculate the time difference required for ultrasound transmission by comparing the rising edge of the signal amplified by the transmitter and the square wave signal converted by the receiver. That is, through the comparison of the rising edge, the propagation time of the ultrasonic wave taken until the receiving sensor 3b receives the ultrasonic wave emitted from the transmitting sensor 3a can be calculated.

이때, 송신 센서(3a)와 수신 센서(3b) 간의 이격 거리(r)는 소정의 거리(r, 일예로 50cm)인 것으로 본 장치(100)의 설치시 기 결정되어 있으므로, 초음파 기반 속도 추정치 획득부(120)는 이격 거리(r)를 시간차로 나눔으로써 바람의 영향이 고려된 초음파의 전파속도가 측정(계산)될 수 있다. 즉, 초음파 기반 속도 추정치 획득부(120)는 송신 센서(3a)와 수신 센서(3b) 간의 이격 거리(r)를 송신 센서(3a)에서 방출된 초음파를 수신 센서(3b)가 수신하는데 까지 걸린 전파 소요시간으로 나눔으로써 측정(계산)될 수 있다.At this time, since the separation distance r between the transmitting sensor 3a and the receiving sensor 3b is a predetermined distance r, for example, 50 cm, when the apparatus 100 is installed, an ultrasound-based velocity estimate is obtained. By dividing the separation distance r by the time difference, the unit 120 may measure (calculate) the propagation speed of the ultrasonic wave considering the influence of the wind. That is, the ultrasound-based velocity estimate obtaining unit 120 determines the separation distance r between the transmitting sensor 3a and the receiving sensor 3b until the receiving sensor 3b receives the ultrasonic wave emitted from the transmitting sensor 3a. It can be measured (calculated) by dividing by the propagation time required.

이후, 측정 잡음과 환산 계수를 고려하면, 초음파의 전파속도를 이용해 이동체(1)의 전진 방향으로의 속도(속력)가 추정될 수 있다. 즉, 초음파 기반 속도 추정치 획득부(120)는 측정된 초음파의 전파속도, 초음파 속도계(3)에 의한 측정 잡음(즉, 초음파 속도계 측정치에 관한 측정 잡음) 및 추정된 초음파 속도계의 환산 계수를 이용하여, 이동체(1)의 이동방향(전진방향)에 대한 초음파 기반 속도 추정치를 획득할 수 있다.Then, considering the measurement noise and the conversion factor, the speed (speed) of the moving object 1 in the forward direction can be estimated using the propagation speed of the ultrasonic wave. That is, the ultrasound-based velocity estimation value acquisition unit 120 uses the measured propagation velocity of the ultrasonic wave, the measurement noise by the ultrasonic velocity meter 3 (ie, the measurement noise related to the ultrasonic velocity meter measurement value), and the conversion coefficient of the estimated ultrasonic velocity meter. , it is possible to obtain an ultrasound-based velocity estimate for the moving direction (forward direction) of the movable body 1 .

여기서, 초음파 기반 속도 추정치라 함은, 초음파를 이용하여 추정된 이동체(1)의 속도 추정값으로서, 달리 표현해 초음파 속도계(3)를 이용하여 추정된 이동체(1)가 전진방향에 대한 이동체(1)의 속도를 의미할 수 있다.Here, the ultrasound-based velocity estimation value is the velocity estimation value of the moving object 1 estimated using ultrasonic waves. can mean the speed of

초음파 기반 속도 추정치 획득부(120)는 하기 식 3을 이용하여 초음파 기반 속도 추정치를 획득할 수 있다. 즉, 초음파 기반 속도 추정치에 관한 속도 모델링은 하기 식 3과 같을 수 있다.The ultrasound-based velocity estimate obtainer 120 may obtain an ultrasound-based velocity estimate using Equation 3 below. That is, the velocity modeling for the ultrasound-based velocity estimate may be expressed as Equation 3 below.

[식 3][Equation 3]

Figure 112019073394044-pat00004
Figure 112019073394044-pat00004

여기서,

Figure 112019073394044-pat00005
는 초음파 속도계(3)를 이용하여 추정된 초음파 기반 속도 추정치,
Figure 112019073394044-pat00006
는 초음파 속도계(3)를 이용하여 측정된 초음파의 전파속도, vU는 초음파 속도계(3)에 의한 측정 잡음(오차)으로서, 백색 잡음(white noise)을 나타낸다. 또한,
Figure 112019073394044-pat00007
는 추정된 초음파 속도계의 환산 계수를 나타낸다. 여기서,
Figure 112019073394044-pat00008
는 초음파 속도계(3)의 환산 계수 오차(
Figure 112019073394044-pat00009
)를 후술하는 칼만필터의 상태변수에 추가하고, 상태변수에 추가된 초음파 속도계의 환산 계수 오차를 추정함으로써 획득될 수 있다.here,
Figure 112019073394044-pat00005
is an ultrasound-based velocity estimate estimated using an ultrasonic velocimeter (3),
Figure 112019073394044-pat00006
is the propagation speed of the ultrasonic wave measured using the ultrasonic speedometer 3 , and v U is the noise (error) measured by the ultrasonic speedometer 3 and represents white noise. In addition,
Figure 112019073394044-pat00007
denotes the conversion coefficient of the estimated ultrasonic velocity meter. here,
Figure 112019073394044-pat00008
is the conversion factor error of the ultrasonic speedometer (3) (
Figure 112019073394044-pat00009
) can be obtained by adding to the state variable of the Kalman filter, which will be described later, and estimating the conversion coefficient error of the ultrasonic velocity meter added to the state variable.

즉, 초음파 속도계(3)를 이용하여 추정되는 초음파 기반 속도 추정치(즉, 이동체의 진행방향 속력에 대한 추정치)인

Figure 112019073394044-pat00010
는 불규칙적인 잡음(vU)을 포함하기 때문에, 상기 식 3과 같이 오차 모델링될 수 있다.That is, it is an ultrasound-based velocity estimate (ie, an estimate for the moving speed in the moving direction) estimated using the ultrasonic speedometer 3 .
Figure 112019073394044-pat00010
Since includes irregular noise (v U ), it can be modeled as an error as in Equation 3 above.

이처럼, 초음파 기반 속도 추정치 획득부(140)에서 획득된 초음파 기반 속도 추정치는, 후술하는 위치해 획득부(140)에서 음영지역에 위치한 이동체(1)의 위치해 획득을 위한 INS 항법 정보의 보정시 이용될 수 있다.In this way, the ultrasound-based velocity estimate obtained by the ultrasound-based velocity estimate obtaining unit 140 is to be used when correcting the INS navigation information for obtaining the position of the moving object 1 located in the shaded area in the position acquiring unit 140 to be described later. can

이때, 초음파 기반 속도 추정치 획득부(140)에서 획득된 초음파 기반 속도 추정치(즉, 상기 식 3을 통해 획득되는 추정치)인

Figure 112019073394044-pat00011
는 이동체(1)의 진행방향에 대하여 초음파 속도계(3)를 이용하여 추정된 이동체(1)의 1차원 속력 추정치를 의미할 수 있다. 한편, 위치해 획득부(140)에서 INS 항법 정보의 보정시 이용되는 초음파 기반 속도 추정치는 1차원 속력 추정치(
Figure 112019073394044-pat00012
)를 INS(4)로 추정된 INS 항법 정보와의 비교를 위해 변환한 3차원 속력 추정치(즉, 이동체의 진행방향에 대하여 초음파 속도계를 이용하여 추정된 이동체의 3차원 속도 벡터 추정치)
Figure 112019073394044-pat00013
를 의미할 수 있다. 이때, 변환된 3차원 속력 추정치는 하기 식 4와 같이 표현될 수 있다.In this case, the ultrasound-based velocity estimate obtained by the ultrasound-based velocity estimate obtaining unit 140 (ie, the estimate obtained through Equation 3) is
Figure 112019073394044-pat00011
may mean a one-dimensional velocity estimate of the moving object 1 estimated using the ultrasonic speedometer 3 with respect to the moving direction of the moving object 1 . On the other hand, the ultrasound-based speed estimate used when the location acquisition unit 140 corrects the INS navigation information is a one-dimensional speed estimate (
Figure 112019073394044-pat00012
) converted for comparison with the INS navigation information estimated by the INS(4) (that is, the 3D velocity vector estimate of the moving object estimated by using an ultrasonic speedometer with respect to the moving direction of the moving object)
Figure 112019073394044-pat00013
can mean In this case, the converted 3D speed estimate may be expressed as in Equation 4 below.

[식 4][Equation 4]

Figure 112019073394044-pat00014
Figure 112019073394044-pat00014

구체적으로, 위치해 획득부(140)에서 INS 항법 정보의 보정을 수행함에 있어서, 초음파 속도계(3)로부터 추정된 이동체(1)의 1차원 진행방향 속력

Figure 112019073394044-pat00015
를 INS(4)로 추정된 3차원 속도(INS로 추정된 이동체의 속도)와 비교하여 오차를 보정하기 위해서는 추가적인 모델링이 필요하다. Specifically, in performing the correction of the INS navigation information by the location acquisition unit 140 , the one-dimensional traveling direction speed of the moving object 1 estimated from the ultrasonic speedometer 3 .
Figure 112019073394044-pat00015
Additional modeling is required to correct the error by comparing .

항체의 순간적인 측면 속도 성분이 아주 작다는 가정 하에서, 초음파 속도계(3)로 추정된 1차원 진행방향 속력 추정치

Figure 112019073394044-pat00016
는 하기 식 4와 같이 동체 좌표계로부터 항법 좌표계로의 변환 행렬
Figure 112019073394044-pat00017
에 의하여 3차원 속도 벡터 추정치
Figure 112019073394044-pat00018
로 변환될 수 있다.Assuming that the instantaneous lateral velocity component of the antibody is very small, the one-dimensional propagation velocity estimate estimated by the ultrasonic velocimeter (3)
Figure 112019073394044-pat00016
is a transformation matrix from the body coordinate system to the navigation coordinate system as shown in Equation 4 below.
Figure 112019073394044-pat00017
3D Velocity Vector Estimate by
Figure 112019073394044-pat00018
can be converted to

따라서, 후술하는 위치해 획득부(140)는 INS 항법 정보의 보정시 이용하는 초음파 기반 속도 추정치로서, 초음파 기반 속도 추정치 획득부(140)에서 획득된 이동체의 1차원 속력 추정치

Figure 112019073394044-pat00019
를 3차원 속도 벡터 추정치로 변환한
Figure 112019073394044-pat00020
를 이용할 수 있다.Accordingly, the position obtaining unit 140, which will be described later, is an ultrasound-based speed estimate used when correcting INS navigation information, and is a one-dimensional speed estimate of the moving object obtained by the ultrasound-based speed estimate obtaining unit 140 .
Figure 112019073394044-pat00019
is converted to a three-dimensional velocity vector estimate.
Figure 112019073394044-pat00020
is available.

한편, GPS 측정치 획득부(130)는 본 장치(100)가 설치된 이동체(1)가 GPS(2)의 신호 수신이 가능한 GPS 가용 상태인 비음영 지역에 위치하는 것으로 판단된 경우에 수행될 수 있다.On the other hand, the GPS measurement value acquisition unit 130 may be performed when it is determined that the mobile body 1 in which the device 100 is installed is located in a non-shaded area in a GPS-enabled state capable of receiving a signal from the GPS 2 . .

GPS 측정치 획득부(130)는 이동체(1)가 음영지역에 위치하지 않는 것으로 판단되는 경우, 이동체(1)가 GPS(2)의 신호 수신이 가능한 GPS 가용 상태인 것으로 인식하여 GPS(2)로 측정된 GPS 측정치를 획득할 수 있다. 여기서, GPS 측정치는 GPS(2)로 측정된 이동체(1)의 속도 및 위치에 관한 정보를 의미할 수 있다. 여기서, GPS(2)로 측정된 위치는 위도, 고도 및 경도 정보를 포함할 수 있다.When it is determined that the mobile object 1 is not located in the shaded area, the GPS measurement value acquisition unit 130 recognizes that the mobile object 1 is in a GPS-enabled state in which the GPS signal reception of the GPS 2 is possible, and sends the GPS measurement value to the GPS (2). A measured GPS measurement value may be obtained. Here, the GPS measurement value may refer to information about the speed and position of the moving object 1 measured by the GPS 2 . Here, the location measured by the GPS 2 may include latitude, altitude, and longitude information.

GPS 측정치 획득부(130)에서 획득된 GPS 측정치는, 후술하는 위치해 획득부(140)에서 비음영 지역에 위치한 이동체(1)의 위치해 획득을 위한 INS 항법 정보의 보정시 이용될 수 있다.The GPS measurement values acquired by the GPS measurement value acquisition unit 130 may be used when correcting the INS navigation information for acquiring the location of the mobile object 1 located in the non-shaded area in the location acquiring unit 140 to be described later.

위치해 획득부(140)는 이동체(1)가 음영지역에 위치하는지 여부에 따라, 초음파 기반 속도 추정치 획득부(120)에서 획득된 초음파 기반 속도 추정치 및 GPS 측정치 획득부(130)에서 획득된 GPS 측정치 중 어느 하나를 선택적으로 이용하여 INS(4)로 추정된 INS 항법 정보를 보정할 수 있다. 이후, 위치해 획득부(140)는 보정된 INS 항법 정보를 기반으로 이동체의 위치해를 획득할 수 있다. The location obtaining unit 140 determines whether the moving object 1 is located in the shaded area, the ultrasound-based speed estimate obtained by the ultrasound-based speed estimate obtaining unit 120 and the GPS measurement value obtained by the GPS measurement value obtaining unit 130 . Any one may be selectively used to correct the INS navigation information estimated by the INS 4 . Thereafter, the location obtaining unit 140 may obtain the location of the moving object based on the corrected INS navigation information.

여기서, INS 항법 정보는 INS(4)로 추정된 이동체(1)의 속도 및 위치에 관한 정보를 의미할 수 있다. 여기서, INS(4)로 추정된 위치는 위도, 고도 및 경도 정보를 포함할 수 있다. 또한, 위치해 획득부(140)에서 획득되는 이동체(1)의 위치해는 이동체(1)의 위치뿐만 아니라 속도 정보를 의미할 수 있다.Here, the INS navigation information may refer to information about the speed and position of the moving object 1 estimated by the INS 4 . Here, the position estimated by the INS 4 may include latitude, altitude, and longitude information. Also, the position of the moving object 1 obtained by the position obtaining unit 140 may mean not only the position of the moving object 1 but also speed information.

위치해 획득부(140)는 이동체(1)가 음영지역에 위치하는 경우, 초음파 기반 속도 추정치 획득부(120)에서 획득된 초음파 기반 속도 추정치를 이용하여 INS 항법 정보(특히, INS로 추정된 속도)를 보정할 수 있으며, 보정된 INS 항법 정보를 기반으로 이동체(1)의 위치해(속도와 위치)를 획득할 수 있다.When the moving object 1 is located in the shaded area, the location acquisition unit 140 uses the ultrasound-based velocity estimate obtained from the ultrasound-based velocity estimate acquisition unit 120 to provide INS navigation information (particularly, the INS-estimated velocity). can be corrected, and the position (velocity and position) of the mobile body 1 can be obtained based on the corrected INS navigation information.

위치해 획득부(140)는 이동체(1)가 비음영 지역에 위치하는 경우, GPS 측정치 획득부(130)에서 획득된 GPS 측정치를 이용하여 INS(4)로 추정된 INS 항법 정보(특히, INS로 추정된 속도와 위치)를 보정할 수 있으며, 보정된 INS 항법 정보를 기반으로 이동체(1)의 위치해(속도와 위치)를 획득할 수 있다.When the mobile body 1 is located in a non-shaded area, the location acquisition unit 140 provides INS navigation information estimated to the INS 4 using the GPS measurement values acquired from the GPS measurement value acquisition unit 130 (particularly, the INS The estimated speed and position) can be corrected, and the position (speed and position) of the mobile body 1 can be obtained based on the corrected INS navigation information.

도 5는 본원의 일 실시예에 따른 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치(100)에서 음영지역 여부에 따른 INS 항법 정보의 보정 방식을 개략적으로 나타낸 도면이다. 즉, 도 5는 이동체가 음영지역에 위치하여 GPS 비가용 상태인 경우(Visible GPS satellites)의 INS 항법 정보 보정의 예와 이동체가 비음영 지역에 위치하여 GPS 가용 상태인 경우(Non-Visible GPS satellites)의 INS 항법 정보 보정의 예를 나타낸 도면이다.5 is a diagram schematically illustrating a correction method of INS navigation information according to whether there is a shadow area in the INS/GPS/ultrasonic speedometer combination navigation apparatus 100 according to an embodiment of the present application. That is, FIG. 5 shows an example of correction of INS navigation information when a moving object is located in a shaded area and is in a non-GPS state (Visible GPS satellites) and a case in which a moving object is located in a non-shaded area and is in a GPS-enabled state (Non-Visible GPS satellites). ) is a diagram showing an example of INS navigation information correction.

도 5를 참조하면, 위치해 획득부(140)는 이동체(1)가 비음영 지역에 위치하는 것으로 판단(GPS 가용 상태인 것으로 판단)되는 경우, GPS(2)로 측정된 GPS 측정치를 이용하여 일예로 1Hz의 간격으로 INS(4)로 추정된 INS 항법 정보(INS의 위치와 속도 정보)를 보정할 수 있다.Referring to FIG. 5 , when it is determined that the moving object 1 is located in a non-shaded area (determined to be in a GPS-enabled state), the location acquisition unit 140 uses the GPS measurement value measured by the GPS 2 for an example. INS(4) estimated INS navigation information (INS position and velocity information) may be corrected at an interval of 1 Hz.

한편, 위치해 획득부(140)는 이동체(1)가 음영지역에 위치하는 것으로 판단(GPS 비가용 상태인 것으로 판단)되는 경우, 초음파 속도계(3)로 추정된 초음파 기반 속도 추정치를 이용하여 일예로 1Hz의 간격으로 INS(4)로 추정된 INS 항법 정보(INS의 위치와 속도 정보)를 보정할 수 있다.On the other hand, when it is determined that the moving object 1 is located in the shaded area (it is determined that the GPS is not available), the location acquisition unit 140 uses the ultrasound-based speed estimate estimated by the ultrasonic speedometer 3 as an example. It is possible to correct the INS navigation information (information on the position and speed of the INS) estimated by the INS 4 at an interval of 1 Hz.

이때, 위치해 획득부(140)는 초음파 속도계(3)의 측정치(즉, 초음파 기반 속도 추정치, 초음파 속도계 측정치)를 이용하여 INS 항법 정보를 보정하는 경우, 보정 시점 직전의 측정치의 평균값을 이용할 수 있다. 구체적으로, 위치해 획득부(140)는 초음파 기반 속도 추정치를 이용한 INS 항법 정보의 보정시, 이전 보정 시점과 금번 보정 시점 사이에 측정된 복수의 초음파 기반 속도 추정치 중 적어도 2개 이상의 초음파 기반 속도 추정치의 평균값을 이용할 수 있다.At this time, when the position acquisition unit 140 corrects the INS navigation information using the measurement values of the ultrasonic speedometer 3 (that is, the ultrasound-based speed estimation value, the ultrasonic speedometer measurement value), the average value of the measurement values immediately before the correction point can be used. . Specifically, when the INS navigation information is corrected using the ultrasound-based velocity estimate, the location acquirer 140 is configured to perform at least two ultrasound-based velocity estimates among a plurality of ultrasound-based velocity estimates measured between the previous correction time and the current correction time. The average value can be used.

본 장치(100)는 이러한 평균값을 이용해 INS 항법 정보의 보정을 수행함으로써, 보다 신뢰도 높은 INS 항법 정보의 보정이 이루어지도록 제공할 수 있다. 즉, 보정된 INS 항법 정보 계산의 신뢰도를 높일 수 있다.The apparatus 100 may provide more reliable correction of INS navigation information by performing correction of INS navigation information using such an average value. That is, it is possible to increase the reliability of the calculation of the corrected INS navigation information.

또한, 위치해 획득부(140)는, 초음파 기반 속도 추정치 획득부(120)에서 획득된 초음파 기반 속도 추정치와 칼만필터를 이용하여 16차 INS/GPS/초음파 속도계 약결합을 수행하고, 상기 약결합을 기반으로 이동체(1)의 위치해를 획득할 수 있다. 초음파 속도계(3)와 칼만필터를 이용한 16차 INS/GPS/초음파 속도계 약결합 기법에 대한 보다 구체적인 설명은 다음과 같다.In addition, the position acquisition unit 140 performs a 16th order INS/GPS/ultrasonic velocimetry weak coupling using the ultrasound-based velocity estimate obtained in the ultrasound-based velocity estimate acquisition unit 120 and the Kalman filter, and performs the weak coupling. It is possible to obtain the location of the mobile body 1 based on it. A more detailed description of the 16th order INS/GPS/ultrasound velocimeter weak coupling technique using the ultrasonic speedometer (3) and the Kalman filter is as follows.

본 장치(100)는 초음파 속도계(3)를 INS/GPS와 효율적으로 결합하기 위해 16차 칼만필터를 이용할 수 있으며, 이때, 칼만필터에 고려되는 상태변수는 하기 식 5와 같이 표현될 수 있다.The apparatus 100 may use a 16th-order Kalman filter in order to efficiently couple the ultrasonic velocity meter 3 with the INS/GPS.

[식 5][Equation 5]

Figure 112019073394044-pat00021
Figure 112019073394044-pat00021

여기서, 칼만필터의 상태벡터 X는, 상태변수로서 고도 오차

Figure 112019073394044-pat00022
, 경도 오차
Figure 112019073394044-pat00023
, 위도 오차
Figure 112019073394044-pat00024
, 3축 속도 오차
Figure 112019073394044-pat00025
, 3축 자세 오차
Figure 112019073394044-pat00026
, 3축 가속도계 오차
Figure 112019073394044-pat00027
, 3축 자이로 오차
Figure 112019073394044-pat00028
, 및 초음파 속도계(3)의 환산 계수 오차
Figure 112019073394044-pat00029
를 포함할 수 있다.Here, the state vector X of the Kalman filter is the altitude error as a state variable.
Figure 112019073394044-pat00022
, hardness error
Figure 112019073394044-pat00023
, latitude error
Figure 112019073394044-pat00024
, 3-axis speed error
Figure 112019073394044-pat00025
, 3-axis posture error
Figure 112019073394044-pat00026
, 3-axis accelerometer error
Figure 112019073394044-pat00027
, 3-axis gyro error
Figure 112019073394044-pat00028
, and the conversion coefficient error of the ultrasonic speedometer (3)
Figure 112019073394044-pat00029
may include.

본 시스템(200) 내지 본 장치(100)에서 INS(4), GPS(2) 및 초음파 속도계(3)를 효율적으로 결합시키는 알고리즘을 구현하는 과정을 수행(즉, INS/GPS/초음파 속도계의 약결합을 수행)함에 있어서, 이산시간 시간 전달 (time-propagation)을 위한 상태방정식은 하기 식 6과 같이 표현될 수 있다. 즉, 하기 식 6은 본 시스템(200) 및 본 시스템(200)에서 고려되는 칼만필터 시스템 모델을 나타낸다.In the present system 200 to the present device 100, the process of implementing an algorithm for efficiently combining the INS 4, the GPS 2, and the ultrasonic speedometer 3 is performed (that is, about the INS/GPS/ultrasonic speedometer) coupling), the state equation for discrete time propagation can be expressed as Equation 6 below. That is, Equation 6 below shows the present system 200 and the Kalman filter system model considered in the present system 200 .

[식 6][Equation 6]

Figure 112019073394044-pat00030
Figure 112019073394044-pat00030

상기 식 6의 상태방정식은 시스템 행렬(system matrix) Fk 및 공정잡음 벡터 (propagation noise vector) WLC로 이루어질 수 있다. 여기서, Fk 는 상태변수로 설정된 오차 변수들의 시간에 따른 변화를 표현한 행렬을 나타내며, 하기 식 7과 같이 표현될 수 있다. 달리 표현해, Fk 는 본 장치(100)에서 고려되는 16차 약결합 INS/GPS/초음파 속도계 시스템 행렬을 나타낸다. 또한, WLC 는 하기 식 8과 같이 표현될 수 있다.The state equation of Equation 6 may include a system matrix F k and a propagation noise vector W LC . Here, F k represents a matrix expressing changes with time of error variables set as state variables, and can be expressed as Equation 7 below. In other words, F k represents the 16th-order weakly coupled INS/GPS/ultrasonic tachometer system matrix considered in the apparatus 100 . In addition, W LC may be expressed as in Equation 8 below.

[식 7][Equation 7]

Figure 112019073394044-pat00031
Figure 112019073394044-pat00031

[식 8][Equation 8]

Figure 112019073394044-pat00032
Figure 112019073394044-pat00032

여기서, FI는 기존의 15차 약결합 INS/GPS 시스템 행렬을 나타내고, Gk는 공정잡음 입력행렬을 나타낸다. 공정잡음 WLC는 평균이 영벡터 (zero vector)이고 공분산 행렬이 QLC로 모델링된 가속도계와 자이로, 초음파 속도계의 백색잡음으로 이루어질 수 있다.Here, F I represents the existing 15th-order weakly coupled INS/GPS system matrix, and G k represents the process noise input matrix. Process noise W LC may be composed of white noise of an accelerometer, a gyro, and an ultrasonic velocity meter, in which the mean is a zero vector and the covariance matrix is modeled as Q LC .

칼만필터의 측정 갱신(measurement-update) 과정은 GPS 가용 여부에 의해 2가지로 분류될 수 있다. GPS 가용 상태일 때의 측정식은 하기 식 9와 같고, GPS 비가용 상태일 때의 측정식은 하기 식 10과 같을 수 있다.A measurement-update process of the Kalman filter may be classified into two types depending on whether GPS is available. The measurement formula when the GPS is available may be the same as Equation 9 below, and the measurement formula when the GPS is not available may be the same as Equation 10 below.

[식 9][Equation 9]

Figure 112019073394044-pat00033
Figure 112019073394044-pat00033

[식 10][Equation 10]

Figure 112019073394044-pat00034
Figure 112019073394044-pat00034

여기서,

Figure 112019073394044-pat00035
및 는 INS(4)로 추정된 INS 항법 정보를 나타낸다. 특히
Figure 112019073394044-pat00036
는 INS(4)로 추정된 이동체(1)의 위치(위도, 고도, 경도) 정보,
Figure 112019073394044-pat00037
는 INS(4)로 추정된 이동체(1)의 속도 정보를 나타낸다.
Figure 112019073394044-pat00038
및
Figure 112019073394044-pat00039
는 GPS(3)로 측정된 GPS 측정치를 나타낸다. 특히,
Figure 112019073394044-pat00040
는 GPS(2)로 측정된 이동체(1)의 위치(위도, 고도, 경도) 정보,
Figure 112019073394044-pat00041
는 GPS(2)로 측정된 이동체(1)의 속도 정보를 나타낸다.here,
Figure 112019073394044-pat00035
and denotes INS navigation information estimated by the INS (4). Especially
Figure 112019073394044-pat00036
is the location (latitude, altitude, longitude) information of the moving object 1 estimated by the INS(4),
Figure 112019073394044-pat00037
denotes the speed information of the moving object 1 estimated by the INS 4 .
Figure 112019073394044-pat00038
and
Figure 112019073394044-pat00039
denotes a GPS measurement value measured by the GPS 3 . Especially,
Figure 112019073394044-pat00040
is the location (latitude, altitude, longitude) information of the mobile body 1 measured by the GPS (2),
Figure 112019073394044-pat00041
denotes the speed information of the moving object 1 measured by the GPS 2 .

또한,

Figure 112019073394044-pat00042
는 초음파 속도계(3)로 추정된 이동체(1)의 속도 정보로서, 이동체(1)의 초음파 기반 속도 추정치를 나타낸다. 이때, 식 10에서의
Figure 112019073394044-pat00043
로는 앞서 설명한 식 4의 3차원 속력 추정치
Figure 112019073394044-pat00044
가 고려될 수 있다. 또한,
Figure 112019073394044-pat00045
는 GPS 측정 오차, 즉 GPS(2)로 측정된 GPS 측정치의 측정 잡음(오차)를 나타낸다.
Figure 112019073394044-pat00046
는 초음파 속도계(3) 측정 오차, 즉 초음파 속도계(3)로 추정된 초음파 기반 속도 추정치의 측정 잡음(오차)를 나타낸다.In addition,
Figure 112019073394044-pat00042
is velocity information of the moving object 1 estimated by the ultrasonic speedometer 3 , and represents an ultrasound-based velocity estimate of the moving object 1 . At this time, in Equation 10
Figure 112019073394044-pat00043
is the three-dimensional velocity estimate of Equation 4 described above.
Figure 112019073394044-pat00044
can be considered. In addition,
Figure 112019073394044-pat00045
denotes the GPS measurement error, that is, the measurement noise (error) of the GPS measurement value measured with the GPS (2).
Figure 112019073394044-pat00046
denotes the ultrasonic speedometer 3 measurement error, that is, the measurement noise (error) of the ultrasound-based speed estimate estimated by the ultrasonic speedometer 3 .

다시 말하자면, 상기 식 9는 GPS 가용 상태일 때 GPS 측정치를 이용하여 INS 항법 정보(위치와 속도)를 보정하기 위한 측정식을 나타낸다. 또한, 상기 식 10은 GPS가 비가용 상태일 때 초음파 기반 속도 추정치를 이용하여 INS 항법 정보(특히, INS의 속도)를 보정하기 위한 측정식을 나타낸다.In other words, Equation 9 represents a measurement equation for correcting INS navigation information (position and speed) using GPS measurement values when GPS is available. In addition, Equation 10 shows a measurement equation for correcting INS navigation information (particularly, the speed of the INS) using an ultrasound-based velocity estimate when the GPS is not available.

달리 표현해, 위치해 획득부(140)는 이동체(1)가 비음영 지역에 위치하여 GPS 가용 상태인 경우 상기 식 9를 기반으로 INS 항법 정보의 보정을 수행하고, 이동체(1)가 음영지역에 위치하여 GPS 비가용 상태인 경우 상기 식 10을 기반으로 INS 항법 정보의 보정을 수행할 수 있다.In other words, when the moving object 1 is located in a non-shaded area and GPS is enabled, the location acquisition unit 140 corrects the INS navigation information based on Equation 9 above, and the moving object 1 is located in the shaded area. Accordingly, when the GPS is not available, the INS navigation information may be corrected based on Equation 10 above.

식 9와 식 10에서, H1 및 H2 각각은, 상태변수가 GPS 측정치와 초음파 속도계 측정치(즉, 초음파 기반 속도 추정치) 각각에 어떻게 반영되어 있는지를 나타내는 관측행렬(observation matrix)을 의미한다. 즉, H1 는 GPS 측정치에 대한 상태변수의 반영 상태를 나타내는 관측행렬을 의미한다. H2 는 초음파 속도계 측정치에 대한 상태변수의 반영 상태를 나타내는 관측행렬을 의미한다. 여기서, H2는 하기 식 11로부터 유도된 것일 수 있다. In Equations 9 and 10, each of H 1 and H 2 means an observation matrix indicating how the state variable is reflected in the GPS measurement value and the ultrasonic speedometer measurement value (ie, the ultrasound-based velocity estimate), respectively. That is, H 1 denotes an observation matrix indicating the reflection state of the state variable to the GPS measurement value. H 2 denotes an observation matrix indicating the reflected state of the state variable to the ultrasonic velocimeter measurement value. Here, H 2 may be derived from Equation 11 below.

[식 11][Equation 11]

Figure 112019073394044-pat00047
Figure 112019073394044-pat00047

여기서,

Figure 112019073394044-pat00048
는 서로 자세가 다른 좌표계 사이의 미소 시간에 대한 좌표변환행렬을 나타내며, 세 개의 연속적인 단위 좌표변환행렬
Figure 112019073394044-pat00049
의 곱으로 표현될 수 있다. 이는 미소 회전각의 고차 항을 무시하면 상기 식 11의 우변과 같이 근사화될 수 있다.here,
Figure 112019073394044-pat00048
represents the coordinate transformation matrix for micro time between coordinate systems with different postures, and is a three consecutive unit coordinate transformation matrix.
Figure 112019073394044-pat00049
It can be expressed as the product of This can be approximated as the right side of Equation 11 above, ignoring the higher-order term of the minute rotation angle.

하기 식 12는 INS(4)로 추정된 이동체(1)의 속도

Figure 112019073394044-pat00050
와 초음파 속도계(3)로 추정된 이동체(1)의 속도
Figure 112019073394044-pat00051
간의 차이를 모델링한 것을 나타내며, 이는 상기 식 10에서 고려되는 요소일 수 있다.Equation 12 below is the velocity of the moving object 1 estimated by the INS(4).
Figure 112019073394044-pat00050
and the velocity of the moving object (1) estimated by the ultrasonic speedometer (3)
Figure 112019073394044-pat00051
It indicates that the difference between the two is modeled, which may be a factor considered in Equation 10 above.

[식 12][Equation 12]

Figure 112019073394044-pat00052
Figure 112019073394044-pat00052

여기서,

Figure 112019073394044-pat00053
는 좌표 변환 행렬의 첫 번째 열 벡터를 나타내고,
Figure 112019073394044-pat00054
는
Figure 112019073394044-pat00055
의 왜대칭 행렬을 나타낸다.here,
Figure 112019073394044-pat00053
denotes the first column vector of the coordinate transformation matrix,
Figure 112019073394044-pat00054
Is
Figure 112019073394044-pat00055
represents a symmetric matrix of .

식 12를 기반으로, 식 9에서의 관측행렬 H1 가 하기 식 13으로 모델링되고, 식 10에서의 관측행렬 H2 가 하기 식 14로 모델링될 수 있다.Based on Equation 12, the observation matrix H 1 in Equation 9 may be modeled as Equation 13 below, and the observation matrix H 2 in Equation 10 may be modeled as Equation 14 below.

[식 13][Equation 13]

Figure 112019073394044-pat00056
Figure 112019073394044-pat00056

[식 14][Equation 14]

Figure 112019073394044-pat00057
Figure 112019073394044-pat00057

이에 따르면, 위치해 획득부(140)는 GPS 가용 상태인 경우, 상기 식 9를 기반으로 한 칼만필터의 측정 갱신(즉, GPS 측정치 갱신)을 통해 INS 항법 정보의 보정을 수행하고, 이를 기초로 이동체(1)의 위치해를 획득할 수 있다. 또한, 위치해 획득부(140)는 GPS 비가용 상태인 경우, 상기 식 10을 기반으로 한 칼만필터의 측정 갱신(즉, 초음파 속도계 측정치 갱신)을 통해 INS 항법 정보의 보정을 수행하고, 이를 기초로 이동체(1)의 위치해를 획득할 수 있다.According to this, when the GPS is available, the location acquiring unit 140 corrects the INS navigation information through the measurement update of the Kalman filter based on Equation 9 (ie, updating the GPS measurement value), and based on this, the moving object The location of (1) can be obtained. In addition, when the GPS is not available, the location acquisition unit 140 corrects the INS navigation information by updating the measurement of the Kalman filter (ie, updating the measurement value of the ultrasonic speedometer) based on Equation 10, and based on this It is possible to obtain the position of the mobile body 1 .

도 6은 본원의 일 실시예에 따른 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치(100)에서 INS/GPS/초음파 속도계를 결합한 다중센서(INS/GPS/초음파 속도계) 결합 항법을 구현하는 알고리즘의 예를 나타낸 도면이다. 달리 표현해, 도 6은 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치(본 장치, 100)를 이용한 이동체(1)의 위치해 획득 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.6 is a multi-sensor (INS/GPS/ultrasonic speedometer) combining INS/GPS/ultrasonic speedometer in the INS/GPS/ultrasonic speedometer combined navigation device 100 according to an embodiment of the present application. An example of an algorithm for implementing a combined navigation the drawing shown. In other words, FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a method for obtaining the position of the mobile body 1 using the INS/GPS/ultrasonic speedometer combined navigation device (the present device, 100).

도 6을 참조하면, 본 장치(100)에서는 먼저 GPS(2), 초음파 속도계(3) 및 INS(4) 각각의 값에 대한 초기 개략 정렬(Coarse initial alignment)이 수행(S11)될 수 있다. 이후, 본 장치(100)에 의한 이동체(1)의 위치해 계산(위치해 획득, S12)이 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 6 , in the device 100 , first, coarse initial alignment of the values of the GPS 2 , the ultrasonic speedometer 3 , and the INS 4 may be performed ( S11 ). Thereafter, the position calculation (position acquisition, S12) of the mobile body 1 by the apparatus 100 may be performed.

구체적으로, 위치해 계산을 위해 음영지역 여부 판단부(110)는 이동체(1)가 GPS(2) 신호 수신이 불가능한 음영지역에 위치하는지 여부(즉, GPS 음영 여부)를 판단(S13)할 수 있다. 이때, 단계S13에서는 GPS의 가시 위성 개수 데이터를 이용하여 GPS 음영 여부가 판단될 수 있다.Specifically, for location calculation, the shaded area determination unit 110 may determine (S13) whether the moving object 1 is located in a shaded area where GPS 2 signal reception is impossible (ie, GPS shaded status). . In this case, in step S13, it may be determined whether GPS shadowing is performed using data on the number of visible satellites of the GPS.

이때, 이동체(1)가 음영지역에 위치하지 않는 것으로 판단되면(S13-NO), GPS 측정치 획득부(130)가 GPS(2)로 측정된 GPS 측정치를 획득할 수 있다. 이후, 위치해 획득부(140)는 식 9를 기반으로 GPS 측정치 갱신(S14)을 수행하고, 이를 기반으로 INS 항법 정보의 오차 보정을 수행(S15)할 수 있다.At this time, if it is determined that the moving object 1 is not located in the shaded area (S13-NO), the GPS measurement value acquisition unit 130 may acquire the GPS measurement value measured by the GPS 2 . Thereafter, the location obtaining unit 140 may update the GPS measurement value ( S14 ) based on Equation 9 and perform error correction of the INS navigation information based on this ( S15 ).

반면, 이동체(1)가 음영지역에 위치하는 것으로 판단되면(S13-YES), 초음파 기반 속도 추정치 획득부(120)가 초음파 속도계(3)로 측정된 초음파 속도계 측정치(즉, 추정된 초음파 기반 속도 추정치)를 획득할 수 있다. 이후, 위치해 획득부(140)는 식 10을 기반으로 초음파 속도계 측정치 갱신(S16)을 수행하고, 이를 기반으로 INS 항법 정보의 오차 보정을 수행(S15)할 수 있다.On the other hand, if it is determined that the moving object 1 is located in the shaded area (S13-YES), the ultrasound-based velocity estimation value acquisition unit 120 transmits the ultrasonic velocity measurement value measured by the ultrasonic velocity meter 3 (ie, the estimated ultrasound-based velocity). estimate) can be obtained. Thereafter, the location acquisition unit 140 may update the ultrasonic speedometer measurement value (S16) based on Equation 10, and perform error correction of the INS navigation information based on this (S15).

즉, 위치해 획득부(140)는 단계S13-NO인 경우, 식 9에 대응하는 INS/GPS 칼만필터 알고리즘을 기반으로 INS 항법 정보의 보정(오차 보정)수행할 수 있다(S15). 한편, 위치해 획득부(140)는 단계S13-YES인 경우, 식 10에 대응하는 INS/초음파 속도계(INS/Ultrasonic-speedometer) 칼만필터 알고리즘을 기반으로 INS 항법 정보의 보정(오차 보정)수행할 수 있다(S15).That is, in the case of step S13-NO, the location obtaining unit 140 may perform correction (error correction) of INS navigation information based on the INS/GPS Kalman filter algorithm corresponding to Equation 9 (S15). On the other hand, in the case of step S13-YES, the location acquisition unit 140 may perform correction (error correction) of INS navigation information based on the INS/Ultrasonic-speedometer Kalman filter algorithm corresponding to Equation 10. There is (S15).

위치해 획득부(140)는 단계S15에서 보정된 INS 위치 항법 정보를 기반으로 이동체(1)의 위치해를 획득(계산)할 수 있다(S12).The location obtaining unit 140 may obtain (calculate) the location of the mobile body 1 based on the INS location and navigation information corrected in step S15 (S12).

상술한 설명에서, 단계 S11 내지 S16은 본원의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.In the above description, steps S11 to S16 may be further divided into additional steps or combined into fewer steps, according to an embodiment of the present application. In addition, some steps may be omitted as necessary, and the order between steps may be changed.

본원은 GPS를 가용할 수 없는 경우에 INS의 위치 정보 정확도의 급격한 열화를 제한하기 위한 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 시스템(200)에 대하여 제안한다.The present application proposes an INS/GPS/ultrasonic speedometer combined navigation system 200 for limiting the rapid deterioration of the location information accuracy of the INS when GPS is not available.

본 장치(100)에서 초음파 속도계(3)는 저가의 초음파 센서(3')를 활용하여 이동체의 전방 속도를 추정할 수 있도록 마련될 수 있다. 이때, 초음파 속도계(3)로부터 획득한 이동체(1)의 진행방향에 대한 속력의 추정치(초음파 기반 속도 추정치)는 환산계수 오차를 포함하기 때문에, 환산계수 오차를 칼만필터의 상태변수에 추가함으로써 추정할 수 있다. 따라서, 본 장치(100)에서는 획득한 속도 정보(즉, 초음파 기반 속도 추정치)와 칼만필터를 활용하여 16차 INS/GPS/초음파 속도계 약결합을 수행함으로써, GPS 음영지역에서 INS의 위치해 안정성을 효과적으로 유지하도록 할 수 있다.In the present apparatus 100 , the ultrasonic speedometer 3 may be provided to estimate the forward speed of the moving object by using an inexpensive ultrasonic sensor 3 ′. At this time, since the estimate of the speed in the moving direction of the moving object 1 obtained from the ultrasonic speedometer 3 (ultrasonic-based speed estimate) includes the conversion coefficient error, it is estimated by adding the conversion coefficient error to the state variable of the Kalman filter. can do. Therefore, in the present device 100, the 16th INS/GPS/ultrasonic velocimetry is performed using the acquired velocity information (that is, the ultrasound-based velocity estimate) and the Kalman filter, thereby effectively improving the stability of the position of the INS in the GPS shadow area. be able to keep

본원은 음영지역(GPS 음영지역)에서의 위치 정확도를 개선하기 위해, 초음파의 전파속도에 관한 전파 특성을 이용하여 이동체(1)의 전방 속도(전방향으로의 속도)를 추정할 수 있는 저가의 초음파 속도계(ultrasonic-speedometer)에 대해 제안한다. 또한, 본원은 이러한 초음파 속도계를 이용하여 관성항법시스템(INS)과 효율적으로 결합하는 INS/초음파 속도계 결합 항법 시스템에 대하여 제안한다.In order to improve the positional accuracy in the shaded area (GPS shaded area), the present application provides a low-cost method that can estimate the forward speed (velocity in the forward direction) of the moving object 1 using the propagation characteristics related to the propagation speed of ultrasonic waves. An ultrasonic-speedometer is proposed. In addition, the present application proposes an INS/ultrasonic speedometer combined navigation system that efficiently combines with an inertial navigation system (INS) using such an ultrasonic speedometer.

본원은 초음파의 전파 특성을 활용하여 이동체의 전진 방향 속도를 추정할 수 있는 초음파 속도계(3)를 제안한다. 종래에 초음파 센서는 주로 초음파의 반사 특성을 활용하여 타 물체까지의 거리를 측정하거나 물체의 인식 용도로 사용되어 왔다. 이와는 달리, 본 장치(100)에서는 마주 보는 초음파 송신 센서(3a)와 수신 센서(3b) 사이에서 전파되는 초음파의 전파속도를 이용하여 초음파 센서(3')가 장착된 이동체(1)의 속도를 추정하는 초음파 속도계(3)에 대하여 제안한다. 본 장치(100)에서 고려되는 초음파 속도계(3)는 저가의 초음파 센서(3')를 활용하며, 주변 환경의 영향을 덜 받는다는 측면에서 장점이 있다.The present application proposes an ultrasonic speedometer 3 capable of estimating the forward speed of a moving object by utilizing the propagation characteristics of ultrasonic waves. Conventionally, ultrasonic sensors have been mainly used for measuring a distance to another object or recognizing an object by utilizing the reflection characteristics of ultrasonic waves. On the contrary, in the present device 100, the speed of the moving object 1 on which the ultrasonic sensor 3' is mounted is measured by using the propagation speed of the ultrasonic wave propagating between the ultrasonic transmitting sensor 3a and the receiving sensor 3b facing each other. An ultrasonic speedometer (3) to estimate is proposed. The ultrasonic speedometer 3 considered in the apparatus 100 utilizes an inexpensive ultrasonic sensor 3', and has an advantage in that it is less affected by the surrounding environment.

본 장치(100)는 초음파의 반사 특성이 아닌, 초음파 전파속도의 변화를 활용하여 이동체의 위치해를 획득할 수 있다. 본 장치(100)는 타 물체의 속도 정보가 아닌, 초음파 센서(3')가 탑재된 이동체의 속도 정보를 획득함으로써, 본 시스템(200)을 구현함에 있어서 INS의 누적오차 보정 역할을 수행할 수 있다.The apparatus 100 may acquire the position of the moving object by utilizing the change in the ultrasonic propagation speed, not the reflection characteristic of the ultrasonic wave. The device 100 acquires speed information of a moving object on which the ultrasonic sensor 3' is mounted, not speed information of other objects, so that in implementing the present system 200, the INS can perform a role of correcting the accumulated error. have.

또한, 본 장치(100)에서의 초음파 센서(3')의 동작은 이동체(1)의 바퀴와 연관성이 없으므로 Odometer의 방식과는 차별화된다고 할 수 있다. 본 장치(100)는 초음파 속도계(3)를 이용해 이동체(1)의 움직임에 따른 역풍을 고려해 초음파의 전파속도를 계산하고, 이를 이용해 위치해를 추정할 수 있다.In addition, since the operation of the ultrasonic sensor 3 ′ in the apparatus 100 is not related to the wheels of the movable body 1 , it can be said that it is differentiated from the method of the Odometer. The apparatus 100 may calculate the propagation speed of the ultrasonic wave in consideration of the headwind caused by the movement of the mobile body 1 using the ultrasonic speedometer 3 , and estimate the location using this.

즉, 본 장치(100)는 바퀴의 평균 각 회전량을 측정하여 평균 속력을 구하는 기존의 속도계를 활용하는 것이 아닌, 바람(역풍)에 의한 초음파의 전파속도의 변화를 이용하여 이동체의 전방 속도를 추정할 수 있는 초음파 속도계(3) 기반으로 위치해 획득을 수행할 수 있다.That is, the apparatus 100 measures the average angular rotation amount of the wheels to determine the forward speed of the moving object by using the change in the propagation speed of the ultrasonic wave caused by the wind (headwind), rather than using a conventional speedometer to obtain the average speed. Acquisition can be performed based on the ultrasonic speedometer 3 that can be estimated.

본 장치(100)는 GPS 신호 수신이 어려운 환경에서 조명 환경의 영향이 없는 저가의 초음파 센서(3')를 활용하여 본 장치(100)가 탑재된 이동체(1)의 전방 속도를 추정할 수 있으며, 이를 기반으로 INS의 항법정보를 보정할 수 있다.The device 100 can estimate the forward speed of the mobile body 1 on which the device 100 is mounted by utilizing a low-cost ultrasonic sensor 3 ′ that is not affected by the lighting environment in an environment where GPS signal reception is difficult. , based on this, the navigation information of the INS can be corrected.

본 시스템(200)은 최근 GPS 신호가 전혀 도달하지 못하는 환경이 증가함에 따라 종래 항법 시스템의 급격한 위치 정확도 열화를 제한하기 위한 필수적인 기술이라 할 수 있다. 또한, 저가의 초음파 센서(3')를 이용하여 본 시스템(200)이 탑재된 이동체(1)의 속도를 추정할 수 있는 본원은 무인 항법, 차량 항법 등 다양한 분야에 적용 및 응용될 수 있다.The present system 200 can be said to be an essential technology for limiting the rapid degradation of the position accuracy of the conventional navigation system as an environment in which a GPS signal cannot reach at all increases. In addition, the present application capable of estimating the speed of the moving object 1 on which the present system 200 is mounted using the low-cost ultrasonic sensor 3 ′ can be applied and applied to various fields such as unmanned navigation and vehicle navigation.

본 장치(100)는 초음파의 전파 특성을 활용하여 저가의 초음파 센서(3')로부터 획득한 초음파의 전파속도 데이터(즉, 초음파의 전파속도)를 이용하여 이동체의 전방 속도(초음파 기반 속도 추정치)를 추정하는 기술과, 추정된 전방 속도를 이용하여 GPS 음영지역에서 급격히 증가하는 INS의 속도와 위치 오차를 보정할 수 있는 기술에 대하여 제안한다.The apparatus 100 utilizes the propagation characteristics of the ultrasonic wave and uses the ultrasonic wave propagation speed data (that is, the ultrasonic wave propagation speed) obtained from the low-cost ultrasonic sensor 3' to the forward speed of the moving object (ultrasonic-based speed estimate) We propose a technique for estimating INS and a technique for correcting the speed and position error of the INS that rapidly increases in the GPS shadow area using the estimated forward speed.

이동체가 전진함에 따라 진행방향의 반대방향으로 발생하는 역풍으로 인해 초음파의 전파속도는 변화될 수 있다. 본 장치(100)는 이러한 변화하는 초음파의 전파속도로부터 이동체의 속도를 획득하기 위해 초음파 속도계(3)의 환산계수 오차를 추정할 수 있다.As the moving object advances, the propagation speed of the ultrasonic wave may be changed due to a headwind generated in the opposite direction to the moving direction. The apparatus 100 may estimate a conversion coefficient error of the ultrasonic speedometer 3 to obtain the speed of the moving object from the changing propagation speed of the ultrasonic wave.

본 장치(100)는 GPS가 가용한 시점에서 GPS 측정치를 활용하여 INS의 누적 오차를 보정할 수 있다. 한편, 본 장치(100)는 GPS가 비가용한 시점에서 본원에서 제안하는 초음파 속도계(3)로부터 추정한 데이터(초음파 기반 속도 추정치)를 이용하여 INS의 항법 정보(INS의 3차원 속도 및 위치)를 보정할 수 있다. 이러한 본 장치(100)는 GPS 신호를 수신하지 못하는 상황이 발생하더라도 안정적으로 이동체(1)의 위치해를 획득할 수 있다.The apparatus 100 may correct the accumulated error of the INS by using the GPS measurement value at a time point when the GPS is available. On the other hand, the device 100 uses the data (ultrasonic-based speed estimate) estimated from the ultrasonic speedometer 3 proposed in the present application at a time point when GPS is not available to obtain navigation information (three-dimensional speed and location of the INS) of the INS. can be corrected. The present device 100 can stably acquire the location of the moving object 1 even when a situation in which a GPS signal cannot be received occurs.

본 장치(100)는 이동체(1)의 전진에 따라 발생하는 역풍으로 인한 초음파의 전파속도의 변화 특성을 활용하여 위치해를 획득할 수 있다. 본 장치(100)는 초음파의 진행방향과 대기 중 바람의 진행방향이 같으면 초음파의 전파속도가 빨라지고, 상호 간의 방향이 반대이면 초음파의 전파속도가 상대적으로 느려진다는 점을 고려하여, 이동체의 위치해를 획득할 수 있다.The apparatus 100 may obtain a location by utilizing a change characteristic of a propagation speed of an ultrasonic wave caused by a headwind generated as the moving object 1 moves forward. The apparatus 100 determines the location of the moving object, considering that the propagation speed of the ultrasonic wave increases when the direction of the ultrasonic wave and the direction of the wind in the air are the same, and the propagation speed of the ultrasonic wave becomes relatively slow when the directions are opposite to each other. can be obtained

본 장치(100)는 송신 센서(3a)와 수신 센서(3b) 사이의 이격거리와 초음파 전파 소요시간을 이용하여 초음파의 전파속도를 획득(계산)할 수 있다. 또한, 본 장치(100)는 GPS 가시위성 개수를 활용하여 GPS 음영 여부를 판단하고 이에 따른 측정치(GPS 측정치, 초음파 속도계 측정치)를 갱신할 수 있다. 본 장치(100)의 경우, GPS 가용 시점에서는 GPS 측정치를 활용하고 GPS 비가용 시점에는 초음파 속도계를 활용하여 INS의 항법 정보를 보정할 수 있다.The apparatus 100 may obtain (calculate) the propagation speed of the ultrasonic wave by using the separation distance between the transmitting sensor 3a and the receiving sensor 3b and the ultrasonic propagation time required. Also, the apparatus 100 may determine whether a GPS shadow is present by using the number of GPS visible satellites, and may update the measurement values (GPS measurement value, ultrasonic speedometer measurement value) accordingly. In the case of the present device 100 , the navigation information of the INS may be corrected by using a GPS measurement value when the GPS is available and by using an ultrasonic speedometer when the GPS is not available.

본 장치(100)는 이동체(1)의 위치해 획득(추정)을 수행함에 있어서, 상기 식 3과 식 4와 관련된 3차원 속도 모델링, 상기 식 5 내지 식 8과 관련된 시스템 모델링, 상기 식 9 및 식 10과 관련된 측정식 모델링, 및 식 11 내지 식 14와 관련된 관측행렬 모델링을 수행할 수 있다.The apparatus 100 performs three-dimensional velocity modeling related to Equations 3 and 4, system modeling related to Equations 5 to 8, and Equations 9 and 8, in performing position acquisition (estimation) of the moving object 1 . Measurement expression modeling related to 10 and observation matrix modeling related to Equations 11 to 14 may be performed.

후술하는 본원의 일 실험 예에서는 본 시스템(200) 내지 본 장치(100)의 성능을 분석하기 위해 수행된 차량 탑재 실험 결과에 대하여 기술한다. 본원의 일 실험 결과에 의하면, 초음파 속도계(3)로서 일예로 저가의 MEMS IMU(micro electro mechanical systems inertial measurement unit)를 활용하였으며, GPS(2) 신호가 10초 이상 가용하지 않는 경우에 시스템(200)이 위치 정보 정확도의 열화를 효과적으로 제한할 수 있음을 확인할 수 있다.In an experimental example of the present application, which will be described later, the results of an on-vehicle test performed to analyze the performance of the present system 200 to the present apparatus 100 will be described. According to the experimental results of the present application, a low-cost MEMS micro electro mechanical systems inertial measurement unit (IMU) was used as the ultrasonic speedometer 3 as an example, and when the GPS 2 signal is not available for more than 10 seconds, the system 200 ) can effectively limit the degradation of location information accuracy.

구체적으로, 본원의 일 실험 예에서는 제안된 초음파 속도계(3)의 성능을 평가하기 위해, 이동체에 장착된 초음파 센서(3')로부터 초음파의 전파속도를 획득하고, GPS(2) 수신기를 활용하여 산출된 대지속력(ground speed)과의 비교를 수행하였다. 또한, 제안된 초음파 속도계(3)를 활용하여 GPS 신호 단절 구간에서도 지속적인 위치해를 제공할 수 있는 INS/초음파 속도계 결합 항법 시스템을 설계하여 위치 정확도를 분석하였다.Specifically, in one experimental example of the present application, in order to evaluate the performance of the proposed ultrasonic speedometer 3, the propagation speed of ultrasonic waves is obtained from the ultrasonic sensor 3' mounted on a moving object, and the GPS (2) receiver is used to evaluate the performance. A comparison with the calculated ground speed was performed. In addition, the proposed ultrasonic speedometer (3) was used to design an INS/ultrasonic speedometer combination navigation system that can provide a continuous location even in the section where the GPS signal is disconnected and the location accuracy was analyzed.

이하에서는 본원의 일 실험예에 따른 본 장치(100)의 성능 분석 결과에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다. 즉, 이동체(차량) 실험을 통해 획득한 실제 데이터를 활용하여 GPS 음영지역에서 이동체(1)의 속도와 위치해 추정 성능을 분석한 결과의 예는 다음과 같다.Hereinafter, a performance analysis result of the apparatus 100 according to an experimental example of the present application will be described in detail. That is, an example of the result of analyzing the speed and location estimation performance of the moving object 1 in the GPS shadow area using actual data obtained through the moving object (vehicle) experiment is as follows.

본원의 일 실험에서는, 본 시스템(200) 내지 본 장치(100)의 성능을 평가하기 위하여 두 종류의 실험을 수행하였다. 첫 번째 실험은 초음파 속도계(3)의 정확도를 평가하기 위한 실험이고, 두 번째 실험은 INS/초음파 속도계 결합 항법 시스템(즉, INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 시스템, 200)의 성능을 평가하기 위한 실험이다.In one experiment of the present application, two types of experiments were performed to evaluate the performance of the present system 200 to the present apparatus 100 . The first experiment is an experiment to evaluate the accuracy of the ultrasonic speedometer (3), and the second experiment is an experiment to evaluate the performance of the INS/ultrasonic speedometer combined navigation system (i.e., the INS/GPS/ultrasonic speedometer combined navigation system, 200). It's an experiment.

첫 번째 실험(즉, 초음파 속도계 특성 및 성능 평가를 위한 실험)에 대한 구체적인 설명은 다음과 같다. 첫 번째 실험을 위하여, 본원에서 제안하는 초음파 속도계(3)를 이동체(차량)에 탑재하여 주행하면서 측정 데이터를 수집하였다. 첫 번째 실험을 위한 실험 장비의 전체적인 인터페이스는 도 7에 도시되어 있다.A detailed description of the first experiment (that is, an experiment for evaluating the characteristics and performance of an ultrasonic speedometer) is as follows. For the first experiment, the ultrasonic speedometer 3 proposed in the present application was mounted on a moving body (vehicle) to collect measurement data while driving. The overall interface of the experimental equipment for the first experiment is shown in FIG. 7 .

도 7은 본원의 일 실시예에 따른 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치(100)의 성능 평가를 위한 첫 번째 실험을 위한 실험 장비의 전체적인 인터페이스의 예를 나타낸 도면이다. 즉, 도 7은 초음파 속도계(3)의 성능 평가를 위한 실험 장비의 개형을 나타낸다.7 is a view showing an example of the overall interface of the experimental equipment for the first experiment for the performance evaluation of the INS / GPS / ultrasonic speedometer combination navigation apparatus 100 according to an embodiment of the present application. That is, FIG. 7 shows a modification of the experimental equipment for performance evaluation of the ultrasonic speedometer 3 .

도 7을 참조하면, 실험을 위하여 저가형 임베디드 보드 Beaglebone Black에 초음파 센서(4) HG-M40TC /RC와 GPS(2) 수신기 Ublox AEK-4T를 연결하여 데이터를 수신하였다. 본 실험에서 활용된 초음파 센서(3')는 일예로 외부 발진형으로서 발진기가 없고, 단지 증폭 및 출력 회로만 포함할 수 있다. 따라서, 일예로 본 실험예에서는 별도의 소프트웨어를 이용하여 구형파 신호를 생성하였다. Referring to FIG. 7 , for the experiment, the ultrasonic sensor (4) HG-M40TC /RC and the GPS (2) receiver Ublox AEK-4T were connected to the low-cost embedded board Beaglebone Black to receive data. The ultrasonic sensor 3 ′ used in this experiment is an external oscillation type, for example, without an oscillator, and may include only an amplification and output circuit. Therefore, as an example, in this experimental example, a square wave signal was generated using separate software.

또한, 초음파 센서(3')의 수신부와 임베디드 보드의 전압 레벨을 일치시키기 위하여 High-Speed CMOS Quad Buffer IC 칩인 CD74HC126E를 활용하였다. 임베디드 보드와 센서 사이의 데이터 전달 방식은 다용도 입출력 GPIO (general purpose input/output)를 활용하였다.In addition, CD74HC126E, a High-Speed CMOS Quad Buffer IC chip, was used to match the voltage level of the receiver of the ultrasonic sensor 3' and the embedded board. The data transfer method between the embedded board and the sensor utilizes general purpose input/output (GPIO).

초음파 센서(3')의 설치 조건은 초음파의 전파방향이 이동체(차량)의 전진 방향과 일치하도록 하였으며, 송신 센서(3a)와 수신 센서(3b)는 서로 마주보게 설치하였다. 이때, 송신 센서(3a)와 수신 센서(3b)는 일예로 레이저 거리 측정기를 활용하여 이격거리가 50cm가 되도록 배치시켰다. 또한, 초음파의 송신 방향이 이동체(차량)의 상판과 평행이 되도록 하는 구조물을 설계하기 위해 실내 온도와 이격거리를 고려한 실내 정적 실험을 수행하였다. 실내에서 출력된 초음파의 전파속도가 이론적인 초음파의 전파속도와 일치하도록 하여 초음파의 전파방향이 이동체의 상판과 평행이 되도록 하는 구조물을 설계하였다.The installation condition of the ultrasonic sensor 3' was such that the propagation direction of the ultrasonic wave coincided with the forward direction of the moving object (vehicle), and the transmitting sensor 3a and the receiving sensor 3b were installed to face each other. At this time, the transmitting sensor 3a and the receiving sensor 3b were arranged to have a separation distance of 50 cm by using a laser distance measuring device as an example. In addition, in order to design a structure so that the transmission direction of the ultrasonic wave is parallel to the upper plate of the moving body (vehicle), an indoor static experiment was performed in consideration of the room temperature and the separation distance. The structure was designed so that the propagation direction of the ultrasonic wave is parallel to the upper plate of the moving object by making the propagation speed of the ultrasonic wave output from the room coincide with the theoretical ultrasonic wave speed.

도 8은 본원의 일 실험에 따른 결과로서, 초음파의 전파속도와 GPS를 통해 수집된 대지속력 간의 관계를 확인하기 위한 실험의 결과를 나타낸 도면이다.8 is a view showing the results of an experiment for confirming the relationship between the propagation speed of ultrasonic waves and the ground speed collected through GPS as a result according to an experiment of the present application.

도 8에서, 파선은 초음파의 전파속도(Propagation speed of ultrasonic)에 관한 데이터로서, 20 Hz 간격의 초음파 센서 데이터에 대해 이동 평균 필터를 적용시킨 결과를 나타낸다. 원형 마커는 GPS에 기반한 대지속력(Ground speed form GPS) 관련 데이터로서, GPS 수신기로부터 획득한 NMEA(national marine electronics association) 0183 포맷의 대지속력 데이터를 나타낸다. 실선은 조정된 초음파의 전파속도(Adjusted Propagation speed of ultrasonic)에 관한 데이터로서, 초음파의 전파속도와 이동체의 속력 사이의 관계를 확인하기 위해 초기값을 기준으로 하여 파선을 재배치한 결과를 나타낸다.In FIG. 8 , a broken line is data related to the propagation speed of ultrasonic, and represents a result of applying a moving average filter to ultrasonic sensor data at an interval of 20 Hz. The circular marker is GPS-based ground speed form GPS-related data, and indicates ground speed data in NMEA (national marine electronics association) 0183 format obtained from a GPS receiver. The solid line is data regarding the adjusted propagation speed of ultrasonic, and represents the result of rearranging the broken line based on the initial value to confirm the relationship between the propagation speed of the ultrasonic wave and the speed of the moving object.

도 8을 참조하면, GPS로부터 획득한 대지속력과 재배치된 초음파의 전파속도는 x축을 기준으로 대칭성을 가지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 이에 따르면 이동체의 속도가 증가하면 초음파의 전파속도가 감소하는 경향을 가짐을 알 수 있다.Referring to FIG. 8 , it can be seen that the ground speed obtained from the GPS and the propagation speed of the rearranged ultrasonic wave have symmetry with respect to the x-axis. That is, according to this, it can be seen that when the speed of the moving object increases, the propagation speed of the ultrasonic wave tends to decrease.

따라서, 본원의 일 실험 결과에 따르면, 두 데이터(대지속력과 초음파의 전파속도 간)의 관련성을 고려하고 초음파의 전파속도에 환산 계수를 적용하면, 초음파의 전파속도를 이동체의 대지속력으로 변환할 수 있음을 확인할 수 있다. 즉, 초음파의 전파속도로부터 이동체의 전방향으로의 속도를 추정할 수 있음을 확인할 수 있다.Therefore, according to the experimental results of the present application, when considering the relationship between the two data (between the ground speed and the propagation speed of the ultrasonic wave) and applying a conversion factor to the propagation speed of the ultrasonic wave, the propagation speed of the ultrasonic wave can be converted into the ground speed of the moving object. It can be confirmed that That is, it can be confirmed that the velocity of the moving object in the forward direction can be estimated from the propagation velocity of the ultrasonic wave.

두 번째 실험에 대한 구체적인 설명은 다음과 같다. 두 번째 실험은 초음파 속도계를 활용한 속도 및 위치 추정을 위한 실험으로서, INS/초음파 속도계 결합 항법 시스템(INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 시스템, 200)의 성능 평가를 위한 실험이라 할 수 있다.A detailed description of the second experiment is as follows. The second experiment is an experiment for estimating velocity and position using an ultrasonic speedometer, and it can be said to be an experiment to evaluate the performance of the INS/ultrasonic speedometer combined navigation system (INS/GPS/ultrasonic speedometer combined navigation system, 200).

두 번째 실험을 위하여, cm급 정확도의 RTK 위치해를 산출하고 이를 기준으로 본 시스템의 궤적 정확도를 분석하였다. 두 번째 실험에서는 성능 평가를 위하여 인위적으로 GPS 음영 구간을 설정하였다. For the second experiment, the RTK position with cm-level accuracy was calculated and the trajectory accuracy of this system was analyzed based on this. In the second experiment, a GPS shaded section was artificially set for performance evaluation.

도 9는 본원의 일 실시예에 따른 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치(100)의 성능 평가를 위한 두 번째 실험을 위한 실험 장비의 전체적인 인터페이스의 예를 나타낸 도면이다. 즉, 도 9는 본 시스템(200)에서 고려되는 INS/초음파 속도계 결합 항법 시스템의 성능 평가를 위한 실험 장비의 전체적인 인터페이스를 나타낸 도면이다. 9 is a view showing an example of the overall interface of the experimental equipment for the second experiment for the performance evaluation of the INS / GPS / ultrasonic speedometer combination navigation apparatus 100 according to an embodiment of the present application. That is, FIG. 9 is a view showing the overall interface of the experimental equipment for the performance evaluation of the INS / ultrasonic speedometer combined navigation system considered in the present system 200 .

도 9를 참조하면, 두 번째 실험에는 저가의 임베디드 보드에 초음파 센서, IMU 모듈 MPU-6050과 시각 동기를 위한 GPS 수신기 Ublox AEK-4T를 연결하여 데이터를 획득하였다. 기준 데이터를 수신하기 위하여 NovAtel ProPak 6 GPS 수신기를 사용하였으며, 기준 위치해는 일예로 한국항공대에서 개발한 GAFAS (GNSS algorithm for accuracy & safety) 소프트웨어를 활용하여 획득하였다. Referring to FIG. 9 , in the second experiment, data were acquired by connecting an ultrasonic sensor, IMU module MPU-6050, and a GPS receiver Ublox AEK-4T for time synchronization to a low-cost embedded board. To receive the reference data, a NovAtel ProPak 6 GPS receiver was used, and the reference location was obtained by using the GAFAS (GNSS algorithm for accuracy & safety) software developed by Korea Aerospace University as an example.

도 10은 본원의 일 실험에 따른 결과로서, 두 번째 실험에 사용된 인위적인 GPS 음영 구간을 설명하기 위한 도면이다.10 is a view for explaining the artificial GPS shadow section used in the second experiment as a result according to an experiment of the present application.

도 10을 참조하면, 본원의 일 실험에서는 GPS 가시위성의 개수가 0이 상황으로 가정하여 7초, 10초, 15초의 GPS 음영구간(즉, 음영지역)을 설정하였다. 즉, 7초인 GPS 음영구간 1(Period #1), 10초인 GPS 음영구간 2(Period #2), 및 15초인 GPS 음영구간 3(Period #3)의 설정을 나타낸다.Referring to FIG. 10 , in an experiment of the present application, assuming that the number of GPS visible satellites is 0, GPS shadow sections (ie, shaded areas) of 7 seconds, 10 seconds, and 15 seconds were set. That is, the settings of the GPS shaded interval 1 (Period #1) of 7 seconds, the GPS shaded interval 2 (Period #2) of 10 seconds, and the GPS shaded interval 3 (Period #3) of 15 seconds are shown.

도 11은 본원의 일 실험예에 따른 GPS 음영 구간 2에서의 수평 속도 추정치의 비교 결과를 나타낸 도면이다. 11 is a diagram illustrating a comparison result of horizontal speed estimates in GPS shadow section 2 according to an experimental example of the present application.

도 11에서, RTK GPS(Reference)는 NovAtel ProPak 6 GPS 수신기를 이용하여 획득된 기준 데이터, INS/GPS는 종래의 INS/GPS 결합 항법 시스템을 통해 획득된 데이터, INS/GPS/Ultrasonic-speedometer는 본원에서 제안하는 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 시스템(200)을 통해 획득된 데이터를 나타낸다.In FIG. 11 , RTK GPS (Reference) is reference data obtained using a NovAtel ProPak 6 GPS receiver, INS/GPS is data obtained through a conventional INS/GPS combined navigation system, and INS/GPS/Ultrasonic-speedometer is the present application Data obtained through the combined navigation system 200 proposed by INS/GPS/ultrasonic speedometer is shown.

도 11을 참조하면, GPS 음영 구간 2(Period #2)에서 INS로만 추정된 수평 속도(즉, 종래 INS/GPS로 추정된 이동체의 수평 속도)는 시간에 따라 오차가 누적되어 기준 데이터로부터 급격히 멀어지는 것을 확인할 수 있다. 이에 반해, GPS 음영 구간 2에서 본 시스템(200) 내지 본 장치(100)를 통해 추정된 수평 속도(즉, INS/GPS/Ultrasonic-speedometer로 추정된 이동체의 수평 속도)는 시간이 지남에도 기준 데이터와 유사한 속도 값을 보임을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 11 , in the GPS shadow section 2 (Period #2), the horizontal speed estimated only by the INS (ie, the horizontal speed of the moving object estimated by the conventional INS/GPS) accumulates errors over time and rapidly moves away from the reference data. that can be checked On the other hand, in the GPS shadow section 2, the horizontal speed estimated through the system 200 to the device 100 (ie, the horizontal speed of the moving object estimated by the INS/GPS/Ultrasonic-speedometer) is the reference data even over time. It can be seen that the speed value is similar to

도 12는 본원의 일 실험예에 따른 GPS 음영구간(즉, Period #1 내지 Period #3)에서 각 시스템의 수평 속도 추정치의 최대 오차(Maximum error of horizontal velocity)를 나타낸 도면이다. 도 12에서, INS-only는 종래의 INS/GPS 결합 항법 시스템을 의미하고, INS/GPS/Ultrasonic-speedometer는 본 시스템(200)을 의미한다.12 is a diagram showing the maximum error of horizontal velocity of each system in the GPS shadow section (ie, Period #1 to Period #3) according to an experimental example of the present application. In FIG. 12 , INS-only refers to a conventional INS/GPS combined navigation system, and INS/GPS/Ultrasonic-speedometer refers to the present system 200 .

도 12를 참조하면, GPS 음영 구간 2(Period #2)에서, INS로만(INS-only) 추정된 수평속도는 기준 데이터 대비 속도의 최대 오차가 6.81 km/h로 계산되었다. 반면, 본 시스템(200)을 이용하는 경우(즉, 본원에서 제안하는 초음파 속도계를 이용하여 INS의 속도 오차 보정을 수행하였을 경우), 기준 데이터 대비 속도의 최대 오차는 0.14 km/h로 계산되었다.Referring to FIG. 12 , in the GPS shadow section 2 (Period #2), the maximum error of the INS-only estimated horizontal speed compared to the reference data was calculated to be 6.81 km/h. On the other hand, in the case of using the present system 200 (that is, when the velocity error correction of the INS is performed using the ultrasonic velocity meter proposed herein), the maximum error of the velocity compared to the reference data was calculated to be 0.14 km/h.

이러한 도 12의 실험 결과에 따르면, 본 시스템(200)에 의한 이동체의 위치해 추정은 종래 INS로만 추정한 이동체의 위치해 추정(즉, INS/GPS 결합 항법 시스템을 이용한 이동체의 위치해 추정)보다 높은 정확도를 보임을 확인할 수 있다.According to the experimental results of FIG. 12, the estimation of the location of the moving object by the present system 200 has higher accuracy than the estimation of the location of the moving object estimated only by the conventional INS (that is, the location estimation of the moving object using the combined INS/GPS navigation system). visibility can be verified.

도 13은 종래 INS/GPS 결합 항법 시스템을 이용하여 추정된 이동체의 운동 궤적(즉, 위치해)의 예를 나타낸 도면이다. 도 13에서, 원으로 표시된 부분은 GPS 음영구간(음영지역)을 나타낸다.13 is a diagram illustrating an example of a motion trajectory (ie, location) of a moving object estimated using a conventional INS/GPS combined navigation system. In FIG. 13 , a circled portion indicates a GPS shaded section (shaded area).

도 13을 참조하면, 종래 INS/GPS 결합 항법 시스템을 이용하는 경우, GPS 음영 구간에서 추정된 동체의 궤적이 INS의 누적오차 특성과 저가형 IMU의 오차로 인해 시간이 지남에 따라 RTK/GPS로 추정한 기준 궤적으부터(기준 위치해로부터) 급격히 멀어지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 종래 INS/GPS 결합 항법 시스템을 기반으로 획득된 이동체의 위치해는 기준 위치해 대비 오차가 크게 발생함을 확인할 수 있다.13, when using the conventional INS/GPS combined navigation system, the trajectory of the body estimated in the GPS shadow section is estimated with RTK/GPS over time due to the accumulated error characteristics of the INS and the error of the low-cost IMU. It can be seen that it sharply moves away from the reference trajectory (from the reference position). That is, it can be confirmed that the position of the moving object obtained based on the conventional INS/GPS combined navigation system has a large error compared to the reference position.

도 14는 본원의 일 실시예에 따른 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 시스템(200)을 이용하여 추정된 이동체의 운동 궤적(즉, 위치해)의 예를 나타낸 도면이다.14 is a diagram illustrating an example of a motion trajectory (ie, location) of a moving object estimated using the INS/GPS/ultrasonic speedometer combined navigation system 200 according to an embodiment of the present application.

달리 표현하여, 도 14는 본 시스템(200)에 의한 이동체의 위치해 획득 예를 나타낸 도면이다. 특히, 도 14는 본 시스템(200)에 의하여, GPS 음영구간에 대해서는 INS/초음파 속도계 결합 알고리즘을 GPS 음영구간에 적용(즉, 초음파 기반 속도 추정치를 이용하여 INS 항법 정보의 보정을 수행)하고, INS/GPS 결합 알고리즘을 GPS 비음영 구간에 적용(즉, GPS 측정치를 이용하여 INS 항법 정보의 보정을 수행)하였을 때의 이동체의 위치해 예를 나타낸다. 도 13에서, 원으로 표시된 부분은 GPS 음영구간(음영지역)을 나타낸다.In other words, FIG. 14 is a diagram showing an example of position acquisition of a moving object by the present system 200 . In particular, FIG. 14 shows that, by the system 200, the INS/ultrasonic speedometer combination algorithm is applied to the GPS shadow section for the GPS shadow section (that is, the INS navigation information is corrected using an ultrasound-based speed estimate), An example of the position of a moving object when the INS/GPS combination algorithm is applied to the GPS non-shaded section (that is, correction of INS navigation information using GPS measurements is performed) is shown. In FIG. 13 , a circled portion indicates a GPS shaded section (shaded area).

도 14를 참조하면, 도 13에 도시된 종래 INS/GPS 시스템을 통해 획득된 이동체의 위치해 대비, 본 시스템(200)은 GPS 음영구간에 대하여 정확도가 크게 개선된 위치해를 획득할 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 14, compared to the position of the moving object obtained through the conventional INS/GPS system shown in FIG. 13, it can be confirmed that the system 200 can obtain a position with greatly improved accuracy for the GPS shadow section. have.

도 15는 본원의 일 실험예에 따른 GPS 음영 구간 3(Period #3)에 대한 위치 해를 북쪽 방향 성분에 대해 비교한 예를 나타낸다. 즉, 도 15는 GPS 음영 구간 3(Period #3)에서 추정된 북쪽 방향의 위치 해를 비교한 예이다. 도 16은 본원의 일 실험예에 따른 GPS 음영 구간 3(Period #3)에 대한 위치 해를 동쪽 방향 성분에 대해 비교한 예를 나타낸다. 즉, 도 16은 GPS 음영 구간 3(Period #3)에서 추정된 동쪽 방향의 위치 해를 비교한 예이다.15 shows an example in which the position solution for the GPS shadow section 3 (Period #3) according to an experimental example of the present application is compared with respect to the north direction component. That is, FIG. 15 is an example of comparing the location solution in the north direction estimated in the GPS shadow section 3 (Period #3). 16 shows an example in which the location solution for the GPS shadow section 3 (Period #3) according to an experimental example of the present application is compared with respect to the east direction component. That is, FIG. 16 is an example of comparing the east direction location solution estimated in the GPS shadow section 3 (Period #3).

도 15와 도 16에서, 원형의 마커는 기준 위치를 나타낸다. 또한, 점 모양의 마커는 INS/GPS를 이용해 위치해를 추정한 결과를 나타낸다. 별 모양의 마커는 본 시스템(200)(즉, INS/GPS/초음파 속도계)를 이용해 위치해를 추정한 결과를 나타낸다.15 and 16 , a circular marker indicates a reference position. In addition, the dot-shaped marker indicates the result of estimating the location using INS/GPS. The star-shaped marker indicates the result of estimating the location using the present system 200 (ie, INS/GPS/ultrasonic speedometer).

또한, 도 17은 본원의 일 실시예에 따른 GPS 음영구간(즉, Period #1 내지 Period #3)에서 각 시스템으로부터 추정된 위치의 최대 오차(Maximum error of position)를 북쪽 방향 성분에 대해 비교한 예를 나타낸다. 또한, 도 18은 본원의 일 실시예에 따른 GPS 음영구간(즉, Period #1 내지 Period #3)에서 각 시스템으로부터 추정된 위치의 최대 오차(Maximum error of position)를 동쪽 방향 성분에 대해 비교한 예를 나타낸다. 도 17과 도 18에서, INS-only는 종래의 INS/GPS 결합 항법 시스템을 의미하고, INS/GPS/Ultrasonic-speedometer는 본 시스템(200)을 의미한다.In addition, FIG. 17 is a comparison of the maximum error of position estimated from each system in the GPS shadow section (ie, Period #1 to Period #3) with respect to the north direction component according to an embodiment of the present application. shows an example. In addition, FIG. 18 is a comparison of the maximum error of position estimated from each system in the GPS shadow section (ie, Period #1 to Period #3) according to an embodiment of the present application with respect to the east direction component. shows an example. 17 and 18 , INS-only refers to a conventional INS/GPS combined navigation system, and INS/GPS/Ultrasonic-speedometer refers to the present system 200 .

도 15 내지 도 18을 참조하면, GPS 음영 구간 3(Period #3)에서 INS로만 추정된 북쪽 방향과 동쪽 방향 각각의 위치해는, 시간에 따라 오차가 누적되어 기준 데이터로부터 급격히 멀어지는 것을 확인할 수 있다. 이에 반해, 본 시스템(200)을 통해 추정된 북쪽 방향과 동쪽 방향 각각의 위치해는, 시간이 지남에도 기준 데이터와 유사한 속도 값을 보임을 확인할 수 있다.15 to 18 , it can be seen that the positions of the north and east directions estimated only by the INS in the GPS shaded section 3 (Period #3), respectively, accumulate errors over time and sharply move away from the reference data. On the other hand, it can be seen that the positions of the north and east directions estimated through the present system 200 show velocity values similar to those of the reference data over time.

즉, GPS 음영구간 3(Period #3)에서의 INS 단독 측위 결과(INS/GPS에 의한 측위 결과)는 기준 궤적인 RTK GPS(Reference) 대비, 북쪽 방향으로 위치 최대 오차가 32.2 m로 발생하고, 동쪽 방향으로 위치 최대 오차가 47.52 m로 발생함을 확인할 수 있다. 반면, GPS 음영구간 3(Period #3)에서 본 시스템(200)에 의한 위치 최대 오차는, 북쪽 방향의 경우 3.4 m로 발생하고, 동쪽 방향의 경우 5.98 m로 발생함을 확인할 수 있다.That is, the INS-only positioning result (the positioning result by INS/GPS) in the GPS shaded section 3 (Period #3) has a maximum position error of 32.2 m in the north direction compared to the RTK GPS (Reference), which is the reference trajectory, It can be seen that the maximum error of position in the east direction occurs as 47.52 m. On the other hand, it can be seen that the maximum position error by the system 200 in the GPS shadow section 3 (Period #3) occurs at 3.4 m in the north direction and 5.98 m in the east direction.

이에 따르면, 본 시스템(200)에 의한 남쪽 및 북쪽 방향으로의 위치 최대 오차는 종래 INS/GPS 시스템 대비 오차가 크게 감소함을 확인할 수 있다.According to this, it can be confirmed that the maximum error of the position in the south and north directions by the present system 200 is greatly reduced compared to the conventional INS/GPS system.

도 19는 본원의 일 실험예에 따른 GPS 음영구간(즉, Period #1 내지 Period #3)에서 각 시스템으로부터 추정된 수평 위치의 최대 오차를 비교한 예를 나타낸다.19 shows an example of comparing the maximum error of the horizontal position estimated from each system in the GPS shadow section (ie, Period #1 to Period #3) according to an experimental example of the present application.

도 19를 참조하면, 본 시스템(200)을 이용하면, GPS 음영구간 2(Period #2)와 GPS 음영구간 3(Period #3) 각각에 대하여, 종래의 INS/GPS 시스템(INS-only) 대비 각각 66%와 88%의 정확도가 향상된 위치를 획득할 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 19 , when the system 200 is used, for each of the GPS shadow period 2 (Period #2) and the GPS shadow period 3 (Period #3), compared to the conventional INS/GPS system (INS-only) It can be seen that an improved position can be obtained with an accuracy of 66% and 88%, respectively.

한편, GPS 음영구간 2(Period #2)와 GPS 음영구간 3(Period #3)에 비하여 헨 음영이 상대적으로 짧게 7초간 지속되는 GPS 음영구간 1(Period #1)에서는 종래의 시스템과 본원에서 제안하는 시스템(200)의 위치 정확도가 비슷한 수준으로 나타남을 확인할 수 있다.On the other hand, in the GPS shaded interval 1 (Period #1), in which the Hen shade lasts for 7 seconds, compared to the GPS shaded interval 2 (Period #2) and the GPS shaded interval 3 (Period #3), the conventional system and the proposed herein It can be seen that the positional accuracy of the system 200 appears at a similar level.

이에 따르면, 본 시스템(200)은 GPS 음영이 장기간 지속될수록 본 시스템(200)이 위치해 정확도 유지에 효과적임을 알 수 있다. 즉, 본 시스템(200)은 이동체가 음영지역에 위치해있는 시간이 길수록 본 시스템(200)에 의해 획득(추정)된 위치해의 정확도가 더욱 높아짐을 확인할 수 있다.According to this, it can be seen that the present system 200 is effective in maintaining accuracy where the present system 200 is located as the GPS shading continues for a long period of time. That is, the system 200 can confirm that the longer the time the moving object is located in the shadow area, the higher the accuracy of the position acquired (estimated) by the system 200 is.

본원은 저가의 초음파 센서(3')의 장점을 활용한 초음파 속도계(3)의 설계 기술에 대하여 제안하고, 또한 GPS 음영구간에서 INS의 속도를 보정하여 종래에 INS 기반의 위치해 획득시 항법 정확도가 급격한 열화되는 문제를 방지할 수 있는 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 시스템(200)에 대하여 제안한다.This application proposes a design technology of the ultrasonic speedometer 3 that utilizes the advantages of the low-cost ultrasonic sensor 3', and also corrects the speed of the INS in the GPS shadow section to improve the navigation accuracy when acquiring the INS-based position in the prior art. It is proposed for a navigation system 200 combined with an INS/GPS/ultrasonic speedometer capable of preventing the problem of rapid deterioration.

상술한 본원의 일 실험예에서는 본 시스템(200)의 성능을 평가하기 위하여 두 종류의 실험을 수행한 결과를 도시하였다. 첫 번째 실험은 초음파 속도계의 정확도를 평가하기 위한 실험이며 두 번째 실험은 INS/초음파 속도계 결합항법 시스템의 성능을 평가하기 위한 실험이다. In the above-described experimental example of the present application, the results of performing two types of experiments to evaluate the performance of the present system 200 are shown. The first experiment is to evaluate the accuracy of the ultrasonic speedometer, and the second experiment is to evaluate the performance of the INS/ultrasonic speedometer combined navigation system.

첫 번째 실험 결과에 의하면, 계산된 초음파의 전파속도에 환산 계수를 적용하는 경우, 초음파의 전파속도를 이동체의 대지속력으로 변환할 수 있음을 확인할 수 있다.According to the first experimental result, it can be confirmed that when a conversion factor is applied to the calculated propagation speed of ultrasonic waves, the propagation speed of ultrasonic waves can be converted into the ground speed of a moving object.

또한, 7초, 10초, 그리고 15초의 인위적인 GPS 음영구간에 대하여 수행된 두 번째 실험 결과에 의하면, GPS 음영 지속 시간이 길어질수록 본원에서 제안한 시스템(200)에 의하여 위치 정확도의 열화 방지 효과가 크게 나타남을 확인할 수 있다. 즉, GPS 음영 지속 시간이 길어질수록, 본 시스템(200)에 의해 위치해 정확도의 개선 수준이 커짐을 확인, 즉, 본 시스템(200)을 통해 획득된 위치의 정확도가 높은 수준으로 유지됨을 확인할 수 있다.In addition, according to the results of the second experiment performed for the artificial GPS shadow sections of 7 seconds, 10 seconds, and 15 seconds, the longer the GPS shadow duration, the greater the effect of preventing degradation of location accuracy by the system 200 proposed herein. appear can be confirmed. That is, as the GPS shadow duration increases, it can be confirmed that the improvement level of the accuracy of positioning by the present system 200 increases, that is, the accuracy of the position obtained through the present system 200 is maintained at a high level. .

특히, GPS 음영구간이 15초에 해당하는 구간에서는 본 시스템(200)에 의한 수평 위치의 최대 오차가 종래 시스템(INS/GPS 시스템) 대비 약 88% 정도 향상(개선)되었음을 확인할 수 있다.In particular, it can be seen that the maximum error of the horizontal position by the system 200 is improved (improved) by about 88% compared to the conventional system (INS/GPS system) in the section where the GPS shadow section is 15 seconds.

이하에서는 상기에 자세히 설명된 내용을 기반으로, 본원의 동작 흐름을 간단히 살펴보기로 한다.Hereinafter, an operation flow of the present application will be briefly reviewed based on the details described above.

도 20은 본원의 일 실시예에 따른 이동체의 위치해 획득 방법에 대한 동작 흐름도이다.20 is an operation flowchart of a method for obtaining a location of a moving object according to an embodiment of the present application.

도 20에 도시된 이동체의 위치해 획득 방법은 앞서 설명된 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치(본 장치, 100)에 의하여 수행될 수 있다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치(본 장치, 100)에 대하여 설명된 내용은 이동체의 위치해 획득 방법에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.The method for obtaining the position of the mobile body shown in FIG. 20 may be performed by the above-described INS/GPS/ultrasonic speedometer combined navigation device (the present device, 100). Therefore, even if omitted below, the description of the combined INS/GPS/ultrasonic speedometer navigation device (the present device, 100) may be equally applied to the description of the method of obtaining the location of the moving object.

도 20을 참조하면, 단계S21에서 초음파 기반 속도 추정치 획득부(120)는, 초음파 속도계를 이용하여 추정된 이동체의 이동방향(전진방향, 진행방향)에 대한 초음파 기반 속도 추정치를 획득할 수 있다.Referring to FIG. 20 , in step S21 , the ultrasound-based velocity estimate obtainer 120 may obtain an ultrasound-based velocity estimate for the moving direction (forward direction, forward direction) of the moving object estimated using the ultrasonic velocity meter.

이때, 단계S21은, INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치가 설치(탑재)된 이동체가 GPS의 신호 수신이 불가능한 GPS 비가용 상태인 음영지역에 위치하는 것으로 판단된 경우에 수행될 수 있다.In this case, step S21 may be performed when it is determined that the mobile body on which the combined INS/GPS/ultrasonic speedometer navigation device is installed (mounted) is located in a shaded area where GPS signal reception is impossible and GPS is not available.

또한, 단계S21에서 초음파 기반 속도 추정치는, 이동체가 이동함에 따라 이동체의 진행방향과 반대 방향으로 발생하는 역풍으로 인해 변화되는 초음파의 전파속도를 초음파 속도계를 이용하여 측정(계산)하고, 측정된 초음파의 전파속도를 고려하여 추정되는 것일 수 있다.In addition, in step S21, the ultrasound-based speed estimation value is obtained by measuring (calculating) the propagation speed of the ultrasonic wave, which is changed due to a headwind generated in the direction opposite to the moving direction of the moving object as the moving object moves, using an ultrasonic speedometer, and the measured ultrasonic wave speed is calculated. It may be estimated considering the propagation speed of

또한, 초음파 기반 속도 추정치는, 초음파 속도계에 의한 측정 잡음 및 추정된 초음파 속도계의 환산 계수를 고려하여 추정되는 것일 수 있다.Also, the ultrasound-based velocity estimate may be estimated in consideration of measurement noise by the ultrasonic velocity meter and a conversion coefficient of the estimated ultrasonic velocity meter.

또한, 초음파 속도계는, 역풍의 영향이 반영되도록 이동체의 외측에 설치되는 초음파 센서로서, 이동체의 이동방향에 대하여 소정의 거리를 두고 서로 마주하도록 이격 배치되는 송신 센서와 수신 센서를 포함할 수 있다.In addition, the ultrasonic speedometer is an ultrasonic sensor installed outside the moving body to reflect the influence of the headwind, and may include a transmitting sensor and a receiving sensor spaced apart to face each other at a predetermined distance with respect to the moving direction of the moving body.

또한, 초음파의 전파속도는, 송신 센서와 수신 센서 간의 이격 거리를 송신 센서에서 방출된 초음파를 수신 센서가 수신하는데 까지 걸린 전파 소요시간으로 나눔으로써 측정되는 것일 수 있다.In addition, the propagation speed of the ultrasonic wave may be measured by dividing the separation distance between the transmitting sensor and the receiving sensor by the propagation time taken until the receiving sensor receives the ultrasonic wave emitted from the transmitting sensor.

다음으로, 단계S22에서 위치해 획득부(140)는, 단계S21에서 획득된 초음파 기반 속도 추정치를 이용하여 INS로 추정된 INS 항법 정보(속도 및 위치)를 보정함으로써, 보정된 INS 항법 정보를 기반으로 이동체의 위치해를 획득할 수 있다.Next, the location acquisition unit 140 in step S22 uses the ultrasound-based velocity estimate obtained in step S21 to correct the INS navigation information (velocity and location) estimated by the INS, based on the corrected INS navigation information. The location of the moving object can be obtained.

또한, 단계S22에서 위치해 획득부(140)는, 초음파 기반 속도 추정치를 이용한 INS 항법 정보의 보정시, 이전 보정 시점과 금번 보정 시점 사이에 측정된 복수의 초음파 기반 속도 추정치 중 적어도 2개 이상의 초음파 기반 속도 추정치의 평균값을 이용할 수 있다.In addition, in step S22, when the INS navigation information is corrected using the ultrasound-based velocity estimate, the location acquisition unit 140 performs at least two ultrasound-based velocity estimates among a plurality of ultrasound-based velocity estimates measured between the previous correction time and the current correction time. The average of the velocity estimates can be used.

또한, 단계S22에서 위치해 획득부(140)는, 단계S21에서 획득된 초음파 기반 속도 추정치와 칼만필터를 이용하여 16차 INS/GPS/초음파 속도계 약결합을 수행하고, 약결합을 기반으로 이동체의 위치해를 획득할 수 있다.In addition, in step S22, the location acquisition unit 140 performs 16th INS/GPS/ultrasonic speedometer weak coupling using the ultrasound-based speed estimate obtained in step S21 and the Kalman filter, and based on the weak coupling, the location of the moving object can be obtained.

또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 본원의 일 실시예에 따른 이동체의 위치해 획득 방법은, 단계S22 이전에, 이동체가 음영지역에 위치하지 않는 것으로 판단되는 경우, 이동체가 GPS의 신호 수신이 가능한 GPS 가용 상태인 것으로 인식하여 GPS로 측정된 GPS 측정치를 GPS 측정치 획득부(130)가 획득하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, although not shown in the drawings, in the method for obtaining the location of a moving object according to an embodiment of the present application, when it is determined that the moving object is not located in the shaded area before step S22, GPS is available in which the moving object can receive a GPS signal. It may include the step of acquiring, by the GPS measurement value acquisition unit 130, a GPS measurement value measured by GPS by recognizing that it is in the state.

이때, 단계S22에서는, GPS 측정치를 획득하는 단계에서 획득된 GPS 측정치를 이용하여 INS 항법 정보를 보정함으로써, 보정된 INS 항법 정보를 기반으로 이동체의 위치해를 획득할 수 있다.In this case, in step S22, the position of the moving object may be obtained based on the corrected INS navigation information by correcting the INS navigation information using the GPS measurement value obtained in the step of acquiring the GPS measurement value.

상술한 설명에서, 단계 S21 및 S22는 본원의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.In the above description, steps S21 and S22 may be further divided into additional steps or combined into fewer steps, according to an embodiment of the present application. In addition, some steps may be omitted as necessary, and the order between steps may be changed.

본원의 일 실시 예에 따른 이동체의 위치해 획득 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method for obtaining the location of a moving object according to an embodiment of the present application may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

또한, 전술한 이동체의 위치해 획득 방법은 기록 매체에 저장되는 컴퓨터에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 또는 애플리케이션의 형태로도 구현될 수 있다.In addition, the above-described method for obtaining the location of a moving object may be implemented in the form of a computer program or application executed by a computer stored in a recording medium.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present application is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present application pertains will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present application.

200: INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 시스템
100: INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치
110: 음영지역 여부 판단부
120: 초음파 기반 속도 추정치 획득부
130: GPS 측정치 획득부
140: 위치해 획득부200: INS/GPS/ultrasonic speedometer combined navigation system
100: INS/GPS/ultrasonic speedometer combined navigation device
110: shadow area determination unit
120: ultrasound-based velocity estimation unit
130: GPS measurement value acquisition unit
140: location acquisition unit

Claims (19)

INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치를 이용한 이동체의 위치해 획득 방법으로서,
(a) GPS의 가시 위성 개수 데이터를 이용하여, 상기 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치가 설치된 이동체가 GPS의 신호 수신이 불가능한 GPS 비가용 상태인 음영지역에 위치하는 것으로 판단된 경우, 초음파 속도계를 이용하여 추정된 이동체의 이동방향에 대한 초음파 기반 속도 추정치를 획득하고, 상기 이동체가 음영지역에 위치하지 않는 것으로 판단된 경우, GPS로 측정된 GPS 측정치를 획득하는 단계; 및
(b) 상기 (a) 단계에서 획득된 초음파 기반 속도 추정치 또는 GPS 측정치를 이용하여 INS로 추정된 INS 항법 정보를 보정함으로써, 보정된 INS 항법 정보를 기반으로 상기 이동체의 위치해를 획득하는 단계,
를 포함하되,
상기 (a) 단계에서 상기 초음파 기반 속도 추정치는, 상기 이동체가 이동함에 따라 상기 이동체의 이동 방향의 반대 방향으로 발생하는 역풍으로 인해 변화되는 초음파의 전파속도를 상기 초음파 속도계를 이용하여 측정되고, 상기 측정된 초음파의 전파속도의 변화와 상기 이동체의 속도 간의 관련성을 고려하여 추정되고,
상기 초음파 속도계는, 상기 역풍의 영향이 반영되도록 상기 이동체의 외측에 설치되는 초음파 센서로서, 상기 이동체의 이동방향에 대하여 소정의 거리를 두고 서로 마주하도록 이격배치되는 송신 센서와 수신 센서를 포함하되,
상기 수신 센서는 상기 송신 센서의 위치를 기준으로 상기 이동체가 전진하는 전진 방향으로 상기 소정의 거리를 두고 이격 배치되는 것인, 이동체의 위치해 획득 방법.A method for obtaining the position of a moving object using an INS/GPS/ultrasonic speedometer combined navigation device, the method comprising:
(a) When it is determined that the mobile object in which the combined INS/GPS/ultrasonic speedometer navigation device is installed is located in a shaded area where GPS signal reception is impossible, using the data on the number of visible satellites of the GPS, the ultrasonic speedometer obtaining an ultrasound-based velocity estimate for the moving direction of the moving object estimated using and
(b) correcting the INS navigation information estimated by the INS using the ultrasound-based velocity estimation value or the GPS measurement value obtained in step (a), thereby obtaining the position of the moving object based on the corrected INS navigation information;
including,
In the step (a), the ultrasound-based velocity estimate is measured using the ultrasonic velocity meter to measure the propagation velocity of the ultrasonic wave, which is changed due to a headwind generated in a direction opposite to the moving direction of the moving object as the moving object moves, It is estimated in consideration of the relationship between the measured change in the propagation velocity of the ultrasonic wave and the velocity of the moving object,
The ultrasonic speedometer is an ultrasonic sensor installed outside the moving body to reflect the effect of the headwind, and includes a transmitting sensor and a receiving sensor spaced apart to face each other at a predetermined distance with respect to the moving direction of the moving body,
Wherein the receiving sensor is disposed to be spaced apart from each other by the predetermined distance in a forward direction in which the moving object advances based on the position of the transmitting sensor. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 초음파 기반 속도 추정치는,
상기 초음파 속도계에 의한 측정 잡음 및 추정된 초음파 속도계의 환산 계수를 고려하여 추정되는 것인, 이동체의 위치해 획득 방법.According to claim 1,
The ultrasound-based velocity estimate is
The method for obtaining the position of a moving object, which is estimated in consideration of noise measured by the ultrasonic speedometer and a conversion coefficient of the estimated ultrasonic speedometer. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 초음파의 전파속도는,
상기 송신 센서와 상기 수신 센서 간의 이격 거리를 상기 송신 센서에서 방출된 초음파를 상기 수신 센서가 수신하는데 까지 걸린 전파 소요시간으로 나눔으로써 측정되는 것인, 이동체의 위치해 획득 방법.According to claim 1,
The propagation speed of the ultrasonic wave is,
The method for obtaining the position of a moving object, which is measured by dividing the separation distance between the transmitting sensor and the receiving sensor by a time required for propagation until the receiving sensor receives the ultrasonic wave emitted from the transmitting sensor. 제1항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
상기 초음파 기반 속도 추정치를 이용한 상기 INS 항법 정보의 보정시, 이전 보정 시점과 금번 보정 시점 사이에 측정된 복수의 초음파 기반 속도 추정치 중 적어도 2개 이상의 초음파 기반 속도 추정치의 평균값을 이용하는 것인, 이동체의 위치해 획득 방법.According to claim 1,
Step (b) is,
When the INS navigation information is corrected using the ultrasound-based velocity estimate, an average value of at least two ultrasound-based velocity estimates among a plurality of ultrasound-based velocity estimates measured between a previous correction time and a current correction time is used. Location and how to obtain it. 제4항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
상기 (a) 단계에서 획득된 상기 초음파 기반 속도 추정치와 칼만필터를 이용하여 16차 INS/GPS/초음파 속도계 약결합을 수행하고, 상기 약결합을 기반으로 상기 이동체의 위치해를 획득하는 것인, 이동체의 위치해 획득 방법.5. The method of claim 4,
Step (b) is,
The 16th order INS/GPS/ultrasonic velocity meter weak coupling is performed using the ultrasound-based velocity estimate obtained in step (a) and the Kalman filter, and the position of the moving body is obtained based on the weak coupling. The location of the acquisition method. 삭제delete INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치로서,
초음파 속도계를 이용하여 추정된 이동체의 이동방향에 대한 초음파 기반 속도 추정치를 획득하는 초음파 기반 속도 추정치 획득부;
GPS로 측정된 GPS 측정치를 획득하는 GPS 측정치 획득부; 및
상기 초음파 기반 속도 추정치 또는 상기 GPS 측정치를 이용하여 INS로 추정된 INS 항법 정보를 보정함으로써, 보정된 INS 항법 정보를 기반으로 상기 이동체의 위치해를 획득하는 위치해 획득부,
를 포함하되,
상기 초음파 기반 속도 추정치 획득부는, GPS의 가시 위성 개수 데이터를 이용하여, 상기 INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치가 설치된 이동체가 GPS의 신호 수신이 불가능한 GPS 비가용 상태인 음영지역에 위치하는 것으로 판단된 경우, 상기 초음파 기반 속도 추정치를 획득하고,
상기 GPS 측정치 획득부는, GPS의 가시 위성 개수 데이터를 이용하여, 상기 이동체가 음영지역에 위치하지 않는 것으로 판단된 경우, 상기 GPS 측정치를 획득하며,
상기 초음파 기반 속도 추정치는, 상기 이동체가 이동함에 따라 상기 이동체의 이동 방향의 반대 방향으로 발생하는 역풍으로 인해 변화되는 초음파의 전파속도를 상기 초음파 속도계를 이용하여 측정되고, 상기 측정된 초음파의 전파속도의 변화와 상기 이동체의 속도 간의 관련성을 고려하여 추정되고,
상기 초음파 속도계는, 상기 역풍의 영향이 반영되도록 상기 이동체의 외측에 설치되는 초음파 센서로서, 상기 이동체의 이동방향에 대하여 소정의 거리를 두고 서로 마주하도록 이격배치되는 송신 센서와 수신 센서를 포함하되,
상기 수신 센서는 상기 송신 센서의 위치를 기준으로 상기 이동체가 전진하는 전진 방향으로 상기 소정의 거리를 두고 이격 배치되는 것인, INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치.An INS/GPS/ultrasonic speedometer combined navigation device comprising:
an ultrasound-based velocity estimation value acquisition unit configured to acquire an ultrasound-based velocity estimation value with respect to the moving direction of the moving object estimated using the ultrasonic velocity meter;
a GPS measurement value acquisition unit for acquiring a GPS measurement value measured by GPS; and
a location obtaining unit that corrects the INS navigation information estimated by the INS using the ultrasound-based speed estimation value or the GPS measurement value, and obtains the location of the moving object based on the corrected INS navigation information;
including,
The ultrasonic-based speed estimate obtaining unit is determined to be located in a shaded area in which GPS signal reception is impossible, in which the mobile body in which the INS/GPS/ultrasonic speedometer combination navigation device is installed is not available, using data on the number of visible satellites of the GPS. to obtain the ultrasound-based velocity estimate,
The GPS measurement value acquisition unit acquires the GPS measurement value when it is determined that the moving object is not located in the shaded area using data on the number of visible satellites of the GPS;
The ultrasound-based velocity estimate is measured by using the ultrasonic velocity meter to measure a propagation velocity of an ultrasonic wave that is changed due to a headwind generated in a direction opposite to the moving direction of the moving object as the moving object moves, and the measured propagation velocity of the ultrasonic wave It is estimated in consideration of the relationship between the change of
The ultrasonic speedometer is an ultrasonic sensor installed outside the moving body to reflect the effect of the headwind, and includes a transmitting sensor and a receiving sensor spaced apart to face each other at a predetermined distance with respect to the moving direction of the moving body,
Wherein the receiving sensor is disposed to be spaced apart from the predetermined distance in the forward direction in which the moving object advances based on the position of the transmitting sensor, INS/GPS/ultrasonic speedometer combined navigation device. 삭제delete 삭제delete 제10항에 있어서,
상기 초음파 기반 속도 추정치는,
상기 초음파 속도계에 의한 측정 잡음 및 추정된 초음파 속도계의 환산 계수를 고려하여 추정되는 것인, INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치.11. The method of claim 10,
The ultrasound-based velocity estimate is
The INS/GPS/ultrasonic speedometer combined navigation device, which is estimated in consideration of the measurement noise by the ultrasonic speedometer and the conversion coefficient of the estimated ultrasonic speedometer. 삭제delete 제10항에 있어서,
상기 초음파의 전파속도는,
상기 송신 센서와 상기 수신 센서 간의 이격 거리를 상기 송신 센서에서 방출된 초음파를 상기 수신 센서가 수신하는데 까지 걸린 전파 소요시간으로 나눔으로써 측정되는 것인, INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치.11. The method of claim 10,
The propagation speed of the ultrasonic wave is,
The INS/GPS/ultrasonic speedometer combined navigation device, which is measured by dividing the separation distance between the transmitting sensor and the receiving sensor by the propagation time taken until the receiving sensor receives the ultrasonic wave emitted from the transmitting sensor. 제10항에 있어서,
상기 위치해 획득부는,
상기 초음파 기반 속도 추정치를 이용한 상기 INS 항법 정보의 보정시, 이전 보정 시점과 금번 보정 시점 사이에 측정된 복수의 초음파 기반 속도 추정치 중 적어도 2개 이상의 초음파 기반 속도 추정치의 평균값을 이용하는 것인, INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치.11. The method of claim 10,
The location acquisition unit,
When the INS navigation information is corrected using the ultrasound-based velocity estimate, an average value of at least two ultrasound-based velocity estimates among a plurality of ultrasound-based velocity estimates measured between a previous correction time and a current correction time is used. GPS/ultrasonic speedometer combined navigation device. 제13항에 있어서,
상기 위치해 획득부는,
상기 초음파 기반 속도 추정치와 칼만필터를 이용하여 16차 INS/GPS/초음파 속도계 약결합을 수행하고, 상기 약결합을 기반으로 상기 이동체의 위치해를 획득하는 것인, INS/GPS/초음파 속도계 결합 항법 장치.14. The method of claim 13,
The location acquisition unit,
A 16th-order INS/GPS/ultrasonic velocimetry weak coupling is performed using the ultrasound-based velocity estimate and a Kalman filter, and the position of the moving object is obtained based on the weak coupling. . 삭제delete 제1항, 제4항, 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체.A computer-readable recording medium recording a program for executing the method of any one of claims 1, 4, and 6 to 8 on a computer.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004264184A (en) * 2003-03-03 2004-09-24 National Aerospace Laboratory Of Japan Ultrasonic air data sensor
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004264184A (en) * 2003-03-03 2004-09-24 National Aerospace Laboratory Of Japan Ultrasonic air data sensor
KR101183866B1 (en) * 2011-04-20 2012-09-19 서울시립대학교 산학협력단 Apparatus and method for real-time position and attitude determination based on integration of gps, ins and image at

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