KR20110077454A - System and method for determining position and attitude of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명에 따른 실시예들은 이동체의 위치 및 자세를 결정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.Embodiments in accordance with the present invention relate to systems and methods for determining the position and attitude of a moving object.
블랙박스용 위치 및 자세 계산 시스템은 GPS와 속도계(예를 들어, 차속계), 3축 자이로와 3축 가속도계를 이용하여 차량의 자세, 속도 등을 출력하는 시스템이다. 먼저 3축 자이로를 이용하여, 자세를 구하게 되고 3축 가속도를 이용하여 속도를 계산하게 된다. 필터를 이용하여, 자이로와 가속도계의 바이어스(bias), 속도계의 환산 계수 등의 오차를 추정하고 이를 보상하게 된다. 이후 계산된 자세와 속도를 이용하여 위치를 계산하고, 계산된 위치와 GPS 위치 정보를 이용하여 필터에서 위치 오차를 추정하고 보상하게 된다. GPS가 수신되지 않을 경우에는 자세와 속도만을 이용하여 위치를 구하게 된다. 블랙박스용 위치 및 자세 계산 시스템은 기본적으로 초기 동작 후 전원을 껐을 때 최종적인 위치와 자세가 메모리를 통해 백업이 되도록 설계되고, 다시 전원을 켰을 때 백업된 자세로부터 자세가 변하도록 설계된다. 동작 초기에 자이로 센서와 가속도 센서의 바이어스 추정이 자세 출력 의 성능에 커다란 영향을 주게 되는데, 대부분 초기 동작 시에는 차량이 움직이지 않고 정지 상태를 유지하기 때문에 자이로 센서의 바이어스는 추정값이 큰 오차를 가지지 않는다. 그러나 가속도 센서는 비록 정지 상태이기는 하나, 중력 가속도가 항상 작용하고 있으며, 자세가 기울어져 있을 경우, 가속도 성분이 세 축(axis)에 각각 나뉘어 작용하므로 초기 바이어스 추정이 쉽지 않다. 고가의 가속도 센서는 실험을 통해 센서 파라미터 정보를 얻고, 이러한 파라미터 정보를 이용해 바이어스 값을 계산할 수 있지만, 저가의 센서나, 블랙박스와 같이 사고 판단을 위해 "High G"(35G이상)의 센서를 사용할 때에는 비교적 잡음이 크고, 런투런(run-to-run) 바이어스가 심하므로 초기 바이어스 추정에 어려움이 있다.The position and attitude calculation system for a black box is a system that outputs the vehicle's attitude and speed using a GPS, a speedometer (for example, a speedometer), a three-axis gyro and a three-axis accelerometer. First, the attitude is calculated using the three-axis gyro, and the velocity is calculated using the three-axis acceleration. By using a filter, an error such as a bias of a gyro and an accelerometer and a conversion coefficient of the speedometer is estimated and compensated for. Then, the position is calculated using the calculated position and velocity, and the position error is estimated and compensated by the filter using the calculated position and the GPS position information. If GPS is not received, the location is obtained using only posture and speed. The position and posture calculation system for the black box is basically designed so that the final position and posture are backed up through the memory when the power is turned off after the initial operation, and the posture is changed from the backed up posture when the power is turned on again. The bias estimation of the gyro sensor and the acceleration sensor has a big influence on the performance of the posture output in the early stage of operation. In most cases, the bias of the gyro sensor does not have a large error because the vehicle remains stationary and does not move during the initial operation. Do not. However, although the acceleration sensor is stationary, gravity acceleration is always active, and when the attitude is inclined, the initial bias estimation is not easy because the acceleration components are divided into three axes. Expensive acceleration sensors can acquire sensor parameter information through experiments and calculate the bias value using this parameter information. However, inexpensive sensors or sensors such as "Black G" (more than 35G) can be used for accident determination such as black boxes. When used, the noise is relatively high and the run-to-run bias is severe, which makes it difficult to estimate the initial bias.
본 명세서에서는 효율적으로 이동체의 자세를 계산할 수 있는 위치 및 자세 계산 시스템 및 방법이 제안된다.In this specification, a position and posture calculation system and method capable of efficiently calculating a posture of a moving object are proposed.
초기 동작 시, 차량의 자세에 기초하여 계산된 자세 변환 행렬과 정지 상태의 이동체에 작용하는 중력가속도 그리고 가속도 센서의 출력인 센서값에 기초하여 가속도 센서의 바이어스를 추정하는 위치 및 자세 계산 시스템 및 방법이 제공된다.Position and attitude calculation system and method for estimating the bias of the acceleration sensor based on the attitude transformation matrix calculated based on the vehicle's posture at the initial operation, the gravitational acceleration acting on the stationary moving object and the sensor value which is the output of the acceleration sensor This is provided.
GPS 수신기가 정상적으로 포지션 픽스(position fix)되었을 때, GPS 수신기에서 출력된 3개의 축에 따른 속도 결과를 경도 및 위도의 위치 정보를 통해 각각 항법 좌표계의 속도로 변환하고, 변환된 속도간의 연산을 통해 계산함으로써, 이러한 속도 정보와 자세 정보를 통해 자이로 센서와 가속도 센서의 바이어스, 자세값 및 속도값 각각의 오차보다 보다 정확하게 추정하는 위치 및 자세 계산 시스템 및 방법이 제공된다.When the GPS receiver is normally position fixed, the speed results along the three axes output from the GPS receiver are converted to the speeds of the navigation coordinate system through the position information of the longitude and latitude, respectively. By calculating, the position and attitude calculation system and method for more accurately estimating the error of the bias, attitude value, and speed value of the gyro sensor and the acceleration sensor through the speed information and the attitude information are provided.
본 발명의 일실시예에 따른 위치 및 자세 계산 시스템은 자이로 센서로부터 수신된 센서값에 기초하여 이동체의 자세값 및 자세 변환 행렬을 계산하는 자세값 계산부, 가속도 센서로부터 수신된 센서값에 기초하여 이동체의 속도값을 계산하는 속도값 계산부 및 자이로 센서와 가속도 센서의 바이어스, 자세값 및 속도값 각각의 오차를 추정하는 필터부를 포함한다. 이때, 필터부는 초기 동작 시, 자세 변환 행렬, 중력 가속도 및 가속도 센서의 센서값에 기초하여 가속도 센서의 바이어스를 계산한다.Position and posture calculation system according to an embodiment of the present invention is a posture value calculation unit for calculating the posture value and the attitude transformation matrix of the moving body based on the sensor value received from the gyro sensor, based on the sensor value received from the acceleration sensor And a speed value calculator for calculating a speed value of the moving object and a filter part for estimating errors of bias, attitude value, and speed value of the gyro sensor and the acceleration sensor. At this time, during the initial operation, the filter unit calculates the bias of the acceleration sensor based on the attitude transformation matrix, the gravity acceleration, and the sensor values of the acceleration sensor.
본 발명의 일측면에 따르면, 필터부는 이동체의 속도계로부터 수신되는 속도 정보, 이전 시간에 측정된 자세값 및 속도값에 기초하여 오차 및 속도계의 환산 계수의 오차를 각각 추정할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the filter unit may estimate the error and the error of the conversion coefficient of the speedometer based on the speed information received from the speedometer of the moving object, the attitude value and the speed value measured at a previous time, respectively.
본 발명의 일측면에 따르면, 필터부는 이동체의 GPS 수신부로부터 수신되는 속도 정보, 이전 시간에 측정된 자세값 및 속도값에 기초하여 오차를 각각 추정할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the filter unit may estimate the error based on the speed information received from the GPS receiver of the moving object, the attitude value measured at the previous time, and the speed value, respectively.
본 발명의 일측면에 따르면, 자세값은 이동체의 롤(roll), 피치(pitch) 및 요(yaw) 중 적어도 하나에 대한 측정값을 포함할 수 있다. 이때, 자세 변환 행렬은 측정값을 각도로 하는 삼각함수에 기초하여 계산될 수 있다.According to one aspect of the invention, the posture value may include a measurement value for at least one of a roll, pitch and yaw of the moving object. In this case, the attitude transformation matrix may be calculated based on a trigonometric function using the measured value as an angle.
본 발명의 일실시예에 따른 위치 및 자세 계산 시스템은 자이로 센서로부터 수신된 센서값에 기초하여 이동체의 자세값을 계산하는 자세값 계산부, 가속도 센서로부터 수신된 센서값에 기초하여 이동체의 속도값을 계산하는 속도값 계산부 및 GPS 수신기로부터 수신된 속도 정보 및 자세 정보, 자세값 및 속도값에 기초하여 자이로 센서와 가속도 센서의 바이어스, 자세값 및 속도값 각각의 오차를 추정하는 필터부를 포함한다. 이때, 속도 정보는 GPS 수신기에서 출력된 3개의 축에 따른 속도 결과를 경도 및 위도의 위치 정보를 통해 각각 항법 좌표계의 속도로 변환함으로써 계산되고, 자세 정보는 변환된 속도간의 연산을 통해 계산된다.Position and posture calculation system according to an embodiment of the present invention is a posture value calculation unit for calculating the posture value of the moving body based on the sensor value received from the gyro sensor, the speed value of the moving body based on the sensor value received from the acceleration sensor And a filter unit for estimating an error of each of the bias, attitude value, and speed value of the gyro sensor and the acceleration sensor based on the speed information and attitude information, the attitude value, and the speed value received from the GPS receiver. . At this time, the speed information is calculated by converting the speed results along the three axes output from the GPS receiver to the speed of the navigation coordinate system through the position information of the longitude and latitude, respectively, and the attitude information is calculated through the calculation between the converted speeds.
본 발명의 일실시예에 따른 위치 및 자세 계산 방법은 자이로 센서로부터 수신된 센서값에 기초하여 이동체의 자세값 및 자세 변환 행렬을 계산하는 단계, 가속도 센서로부터 수신된 센서값에 기초하여 이동체의 속도값을 계산하는 단계, 자 이로 센서와 가속도 센서의 바이어스, 자세값 및 속도값 각각의 오차를 추정하는 단계를 포함한다. 이때, 오차를 추정하는 단계는 초기 동작 시 자세 변환 행렬, 중력 가속도 및 가속도 센서의 센서값에 기초하여 가속도 센서의 바이어스를 계산하는 단계를 포함한다.The position and posture calculation method according to an embodiment of the present invention is to calculate the posture value and the posture transformation matrix of the moving body based on the sensor value received from the gyro sensor, the speed of the moving body based on the sensor value received from the acceleration sensor Computing the value, estimating the error of each of the bias, attitude value and speed value of the gyro sensor and the acceleration sensor. In this case, the estimating of the error may include calculating a bias of the acceleration sensor based on the posture transformation matrix, the gravity acceleration, and the sensor value of the acceleration sensor during the initial operation.
본 발명의 일실시예에 따른 위치 및 자세 계산 방법은 자이로 센서로부터 수신된 센서값에 기초하여 이동체의 자세값을 계산하는 단계, 가속도 센서로부터 수신된 센서값에 기초하여 이동체의 속도값을 계산하는 단계 및 GPS 수신기로부터 수신된 속도 정보 및 자세 정보, 자세값 및 속도값에 기초하여 자이로 센서와 가속도 센서의 바이어스, 자세값 및 속도값 각각의 오차를 추정하는 단계를 포함한다. 이때, 속도 정보는 GPS 수신기에서 출력된 3개의 축에 따른 속도 결과를 경도 및 위도의 위치 정보를 통해 각각 항법 좌표계의 속도로 변환함으로써 계산되고, 자세 정보는 변환된 속도간의 연산을 통해 계산된다.The position and posture calculation method according to an embodiment of the present invention is to calculate the posture value of the moving body based on the sensor value received from the gyro sensor, calculating the speed value of the moving body based on the sensor value received from the acceleration sensor Estimating an error of each of the bias, attitude value and speed value of the gyro sensor and the acceleration sensor based on the speed information and the attitude information, the attitude value and the speed value received from the GPS receiver. At this time, the speed information is calculated by converting the speed results along the three axes output from the GPS receiver to the speed of the navigation coordinate system through the position information of the longitude and latitude, respectively, and the attitude information is calculated through the calculation between the converted speeds.
초기 동작 시, 차량의 자세에 기초하여 계산된 자세 변환 행렬과 정지 상태의 이동체에 작용하는 중력가속도 그리고 가속도 센서의 출력인 센서값에 기초하여 가속도 센서의 바이어스를 추정할 수 있다.In the initial operation, the bias of the acceleration sensor may be estimated based on the attitude transformation matrix calculated based on the vehicle attitude, the gravitational acceleration acting on the stationary moving object, and the sensor value output from the acceleration sensor.
GPS 수신기가 정상적으로 포지션 픽스(position fix)되었을 때, GPS 수신기에서 출력된 3개의 축에 따른 속도 결과를 경도 및 위도의 위치 정보를 통해 각각 항법 좌표계의 속도로 변환하고, 변환된 속도간의 연산을 통해 계산함으로써, 이러한 속도 정보와 자세 정보를 통해 자이로 센서와 가속도 센서의 바이어스, 자세값 및 속도값 각각의 오차보다 보다 정확하게 추정할 수 있다.When the GPS receiver is normally position fixed, the speed results along the three axes output from the GPS receiver are converted to the speeds of the navigation coordinate system through the position information of the longitude and latitude, respectively. By calculating, the velocity information and the attitude information may be more accurately estimated than the error of the bias, attitude value, and speed value of the gyro sensor and the acceleration sensor.
이동체의 위치, 속도 및 가속도 등의 항법 정보와 기본적인 센서 출력 이외에도 자체적인 자세계산을 통해 자세정보를 출력함으로써, 일반적인 접촉사고나 추돌 사고 외에 차량과 같은 이동체의 전복이나 미끄럼 길 등에서 급격히 자세가 불안하여 유발되는 사고에 대해서도 이동체의 자세정보를 통해 사고 분석이나 재현, 상황 재구성 등에 유용한 정보로 활용할 수 있다.In addition to navigational information such as the position, speed, and acceleration of the moving object and basic sensor output, the attitude information is output through its own self-world production. In addition, the attitude of the moving object can be used as information useful for analyzing, reproducing, and reconstructing the situation.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다양한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, various embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예들에 따른 위치 및 자세 계산 시스템은 블랙박스 등에 사용 가능한 것으로 GPS 수신기와 속도계로부터 수신되는 정보와 자이로 센서와 가속도 센서를 통해 차량의 위치, 자세 및 속도를 계산하여 출력하는 시스템이다.Position and attitude calculation system according to embodiments of the present invention is a system that can be used in a black box, etc. to calculate and output the position, attitude and speed of the vehicle through the information received from the GPS receiver and the speedometer, the gyro sensor and the acceleration sensor. .
이러한 위치 및 자세 계산 시스템은 먼저 자이로 센서를 이용하여, 자세(attitude)를 구하게 되고, 가속도 센서를 이용하여 속도를 계산하게 된다. 이러한, 위치 및 자세 계산 시스템은 두 개의 필터를 이용할 수 있다.The position and attitude calculation system first calculates an attitude using a gyro sensor and calculates a speed using an acceleration sensor. Such a position and attitude calculation system may use two filters.
첫 번째 필터에서는 계산된 자세와 속도 그리고 속도계로부터 수신되는 속도 정보, GPS 수신기로부터 수신되는 속도와 자세 정보를 이용하여, 자이로 센서와 가속도 센서의 바이어스의 오차나 속도계의 환산 계수 등의 오차를 추정하고 이를 보상하게 된다.In the first filter, the calculated position and speed, speed information received from the speedometer, and speed and attitude information received from the GPS receiver are used to estimate errors such as the bias error of the gyro sensor and the acceleration sensor or the conversion factor of the speedometer. This will be compensated.
이때, 최초 자이로 센서와 가속도 센서를 통해 계산된 자세와 속도를 이용하 여 이동체의 위치를 계산하게 되고, 두 번째 필터에서는 계산된 위치의 값과 GPS 수신기로부터 수신되는 위치 정보를 이용하여 위치 오차를 추정하여 보상하게 된다. At this time, the position of the moving object is calculated using the attitude and velocity calculated by the first gyro sensor and the acceleration sensor, and the second filter estimates the position error by using the calculated position value and the position information received from the GPS receiver. To compensate.
혹은 하나의 필터에서 자이로 센서와 가속도 센서의 바이어스 및 속도계의 환산 계수 등에 대한 오차뿐만 아니라 계산된 위치의 값에 대한 오차까지 모두 추정하여 보상할 수도 있다.Alternatively, a single filter may estimate and compensate not only an error of a bias of a gyro sensor and an acceleration sensor and a conversion factor of a speedometer, but also an error of a value of a calculated position.
기본적으로 본 실시예들에 따른 위치 및 자세 계산 시스템은 초기 동작 후 전원을 껐을 때, 최종적인 위치와 자세가 메모리를 통해 백업이 되도록 설계될 수 있고, 다시 전원을 켰을 때 백업된 값을 초기 출발점으로 인식하여 위치 및 자세가 계산되도록 설계될 수 있다.Basically, the position and posture calculation system according to the present embodiments may be designed such that the final position and posture are backed up through the memory when the power is turned off after the initial operation, and the backed up values are returned when the power is turned on again. Can be designed to calculate the position and posture.
또한 본 실시예들에 따른 위치 및 자세 계산 시스템은 GPS 수신기가 수신되지 않더라도 지속적으로 위치와 자세, 속도 정보를 제공할 수 있다. 이 경우 GPS 수신기의 위치 정보를 이용하지 않고, 앞서 계산된 자세와 속도를 이용하여 위치를 계산할 수 있다. 다시 말해, 터널이나 지하주차장과 같이 GPS 수신기를 이용할 수 없는 지역에서도 항법 정보를 꾸준히 제공하여, 차량 사고 분석 및 재현에 큰 도움을 줄 수 있다.In addition, the position and attitude calculation system according to the present embodiments may continuously provide the position, attitude, and speed information even when the GPS receiver is not received. In this case, the position may be calculated using the previously calculated posture and speed without using the position information of the GPS receiver. In other words, even in areas where GPS receivers are not available, such as tunnels or underground parking lots, navigation information can be continuously provided, which can greatly help vehicle accident analysis and reproduction.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 위치 및 자세 계산 시스템의 전체적인 모습을 도시한 일례이다. 본 실시예에 따른 위치 및 자세 계산 시스템(110)은 일례로, 블랙박스 등에 이용될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 위치 및 자세 계산 시스템(110)은 자이로 센서(111), 가속도 센서(112), 자세값 계산부(113), 속도값 계산부(114) 및 제1 필터부(115)를 포함할 수 있다. 이러한 위치 및 자세 계산 시스템(110)은 또한, 이동체에 포함되어, 이동체가 더 포함할 수 있는 속도계(120), GPS 수신기(130)의 출력과 자이로 센서(111) 및 가속도 센서(112)의 센서값을 통해 이동체의 자세와 속도 등을 출력하는 시스템이다. 먼저, 3축 자이로인 자이로 센서(111)를 이용하여 자세를 구하고, 3축 가속도계인 가속도 센서(112)를 이용하여 속도를 계산하게 된다. 제1 필터부(115)는 자이로 센서(111)와 가속도 센서(112)의 바이어스, 속도계(120)의 환산 계수 그리고 자세값 계산부(113)와 속도값 계산부(114)의 출력인 자세값 및 속도값 각각의 오차를 추정하고 이를 보상하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 위치 및 자세 계산 시스템(110)은 자세값과 속도값을 통해 이동체의 위치를 계산할 수 있고, 더 포함하는 제2 필터부(116)를 이용하여 위치에 대한 오차를 추정하여 보상할 수 있다. 즉, 제2 필터부(116)는 GPS 수신기로부터 수신되는 위치 정보를 통해 오차를 추정하고, 추정된 오차를 통해 자세값과 속도값을 이용하여 계산된 위치에 의해 발생되는 오차를 보상할 수 있다. 위치 및 자세 계산 시스템(110)은 별도의 필터인 제2 필터부(116)를 통해 이러한 위치에 대한 오차의 추정 및 보상을 수행할 수도 있지만, 제2 필터부(116)를 포함하지 않고, 제1 필터부(115)를 수행할 수도 있다.1 is an example showing the overall appearance of a position and attitude calculation system according to an embodiment of the present invention. The position and
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 위치 및 자세 계산 시스템의 내부 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 본 실시예에 따른 위치 및 자세 계산 시스템(200)은 도 2에 도시된 바와 같이 자세값 계산부(210), 속도값 계산부(220) 및 필터부(230)를 포함한다.2 is a block diagram illustrating an internal configuration of a position and attitude calculation system according to an exemplary embodiment of the present invention. The position and
자세값 계산부(210)는 자이로 센서로부터 수신된 센서값에 기초하여 이동체의 자세값 및 자세 변환 행렬을 계산한다. 이때, 자세값은 이동체의 롤(roll), 피치(pitch) 및 요(yaw) 중 적어도 하나에 대한 측정값을 포함할 수 있고, 자세 변환 행렬은 측정값을 각도로 하는 삼각함수에 기초하여 계산될 수 있다. 또한, 자세값 계산부(210)는 이동체의 속도계로부터 수신되는 속도 정보를 더 이용하여 자세값 및 자세 변환 행렬을 계산함으로써, 자세 발산(divergence)을 막을 수 있다.The
속도값 계산부(220)는 가속도 센서로부터 수신된 센서값에 기초하여 이동체의 속도값을 계산한다. 이때, 자세값 계산부(210)와 속도값 계산부(220)는 모두 이전 시간에 측정된 자세값과 속도값에 기초하여 필터부(230)를 통해 추정된 오차를 보상하여 현재 시간의 자세값과 속도값을 계산할 수 있다. 이러한 필터부(230)는 바로 이전 시간에 추정한 값을 토대로 해서 현재의 값을 추정 즉, 재귀적으로 동작하는 칼만 필터를 포함할 수 있다.The
필터부(230)는 자이로 센서와 가속도 센서의 바이어스, 자세값 및 속도값 각각의 오차를 추정한다. 이때, 필터부(230)는 초기 동작 시, 자세 변환 행렬, 중력 가속도 및 가속도 센서의 센서값에 기초하여 가속도 센서의 바이어스를 계산한다. 이동체의 초기 동작 시 정지상태에서 가속도 센서의 바이어스 추정이 자세값의 오차에 큰 영향을 주게 되는데, 일반적으로 가속도 센서의 바이어스는 실험을 통해 센서의 동작 특성을 파악하고 이때 얻어진 파라미터를 이용해, 그 값을 계산하게 된다. 그러나 런투런 바이어스가 심해서 동작할 때 마다 바이어스의 변화폭이 큰 가속도 센서의 경우에는 이미 알고 있는 자세 정보를 이용하여 가속도 센서의 바이 어스를 추정할 수 있다. 즉, 필터부(230)는 이미 알고 있는 자세 정보인 자세 변환 행렬을 이용하여 가속도 센서의 바이어스를 계산할 수 있다.The
초기 출발 시 차량의 자세가 롤(ф), 피치(θ), 요(ψ)를 통해 표현될 때, 자세 변환 행렬은 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.When the attitude of the vehicle at the initial departure is expressed through the roll ф , the pitch θ , and the yaw ψ , the attitude transformation matrix may be expressed by Equation 1 below.
여기서, ""는 자세 변환 행렬을 의미할 수 있다.here, " May mean an attitude transformation matrix.
또한, 정지 상태에서는 중력 가속도 이외의 별도의 가속도 성분은 없기 때문에 항법 좌표계에서 이동체의 세 축에 대한 가속도 성분은 다음 수학식 2와 같은 행렬로 표현될 수 있다.In addition, since there is no other acceleration component other than gravity acceleration in the stationary state, the acceleration components for three axes of the moving object in the navigation coordinate system may be represented by a matrix as shown in Equation 2 below.
여기서 'G'는 중력 가속도를 의미할 수 있다.Here, ' G ' may mean gravity acceleration.
이때, 이동체에 대한 좌표계에서 가속도 성분은 다음 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.In this case, the acceleration component in the coordinate system for the moving object may be expressed as in Equation 3 below.
여기서, "Ax," "Ay" 및 "Az"는 각각 이동체에 대한 좌표계에서의 3축 각각에 대한 가속도 성분을 의미할 수 있다.Here, " Ax ,"" Ay " and " Az " may each mean an acceleration component for each of the three axes in the coordinate system for the moving object.
3축에 대한 환산 계수를 각각 "Asfx", "Asfy", "Asfz"라 하고, 가속도 센서의 ADC(Analog to Digital Converter) 출력을 각각 "ADCx", "ADCy" 및 "ADCz" 그리고 초기 바이어스를 "Biasx", "Biasy" 및 "Biasz"라고 했을 때, 초기 바이어스는 다음 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.The conversion factor for the third axis, respectively "Asfx", "Asfy", "Asfz" La, and the ADC (Analog to Digital Converter) output from the acceleration sensor for each "ADCx", "ADCy" and "ADCz" and the initial bias When " Biasx ", " Biasy " and " Biasz ", the initial bias can be expressed as Equation 4 below.
이때, ADC출력을 "m/s2"의 가속도 출력의 단위로 나타내면 초기 바이어스는 다음 수학식 5와 같이 표현될 수도 있다.In this case, when the ADC output is expressed in units of the acceleration output of "m / s 2 ", the initial bias may be expressed as in Equation 5 below.
여기서, "Accx", "Accy" 및 "Accz"는 가속도 센서를 통해 출력되는 센서값을 의미할 수 있다. 이때, 상기 이동체의 GPS 수신부로부터 수신되는 속도 정보, 이전 시간에 상기 속도값 계산부 계산된 자세값 및 속도값에 기초하여 상기 오차를 각각 추정할 수도 있다.Here, " accx ", " accy ", and " accz " may refer to sensor values output through the acceleration sensor. In this case, the error may be estimated based on the speed information received from the GPS receiver of the moving object, the attitude value and the speed value calculated by the speed value calculator at a previous time.
다른 실시예로, 필터부(230)는 GPS 수신기로부터 수신된 속도 정보 및 자세 정보, 상기 자세값 및 상기 속도값에 기초하여 상기 자이로 센서와 상기 가속도 센서의 바이어스, 상기 자세값 및 상기 속도값 각각의 오차를 추정한다. 즉, 상술한 초기 동작 이후, GPS가 정상적으로 포지션 픽스(Position Fix) 상태에 들어갔을 때, GPS 수신기에서 제공하는 속도 정보와 자세 정보가 위치 및 자세 계산 시스템(200)의 자세값 및 속도값 계산을 위한 측정값으로서 이용될 수 있다. 이때, 속도 정보는 상기 GPS 수신기에서 출력된 3개의 축에 따른 속도 결과를 경도 및 위도의 위치 정보를 통해 각각 항법 좌표계의 속도로 변환함으로써 계산되고, 상기 자세 정보는 상기 변환된 속도간의 연산을 통해 계산된다.In another embodiment, the
GPS 수신기에서 출력된 속도 정보를 "Vx", "Vy" 및 "Vz" 라고 하면, 속도 정보는 경도와 위도의 위치 정보를 이용하여 항법 좌표계의 값으로 변환하여 다음 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.When the speed information output from the GPS receiver is referred to as " Vx ", " Vy ", and " Vz ", the speed information is converted into a value of the navigation coordinate system using the location information of the longitude and latitude, and can be expressed as in Equation 6 below. have.
여기서, 는 경도 및 위도의 위치 정보로서 일례로, 다음 수학식 7과 같은 행렬로 표현될 수 있다.here, Is, for example, position information of longitude and latitude, and may be represented by a matrix as shown in Equation 7 below.
여기서, "Lat"는 위도를, "Lon"은 경도를 각각 의미할 수 있다.Here, " Lat " may mean latitude, and " Lon " may mean longitude, respectively.
항법 좌표계의 속도가 수학식 6에서와 같이 "Vn", "Ve" 및 "Vd"라 할 때, GPS를 이용한 자세 정보는 하기 수학식 8과 같이 계산될 수 있다.When the speed of the navigation coordinate system is " Vn "," Ve " and " Vd " as in Equation 6, the attitude information using GPS can be calculated as in Equation 8 below.
단, 요(ψ)의 계산에서, 요(ψ)는 'Vn > 0'이고, 'Ve < 0'이거나 'Vn < 0'이고, 'Ve < 0'일 때 '360 - 요(ψ)'의 값을 가질 수 있다.However, in the calculation of yaw (ψ), yaw (ψ) is 'Vn>0', and 'Ve <0' or 'Vn <0', and when 'Ve <0''360 - yaw (ψ)' It can have a value of.
필터부(230)는 수학식 8과 같이 계산된 자세 정보와 속도 정보, 자이로 센서와 가속도 센서의 센서값을 통해 이전 시간에 계산된 자세값 및 속도값을 이용하여 (1) 현재 시간의 자세값과 속도값 각각의 오차 그리고 (2)자이로 센서와 가속도 센서의 바이어스의 각각의 오차를 추정하여 보상하게 된다.The
이때, 두 실시예 모두에서 위치 및 자세 계산 시스템(200)의 필터부(230)는 속도계로부터 수신되는 속도 정보를 더 이용하여 자세값 및 속도값 각각의 오차를 추정할 수 있다. 이때, 필터부(230)는 속도계의 환산 계수에 대한 오차 또한 추정하여 속도계로 전송할 수 있다.At this time, in both embodiments, the
또한, 위치 및 자세 계산 시스템(200)은 자세값 및 속도값에 기초하여 이동체의 위치를 계산하는 위치 계산부(미도시)를 더 포함할 수 있고, 자세값, 속도값 및 위치를 이용하여 이동체의 자세, 속도 및 위치 중 적어도 하나의 정보를 제공할 수 있다. 따라서, GPS 정보를 수신할 수 없는 경우에도, 이동체의 위치, 속도, 자세와 같은 정보를 사용자에게 제공할 수 있게 된다.In addition, the position and
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 위치 및 자세 계산 시스템을 이용하면, 초기 동작 시, 차량의 자세에 기초하여 계산된 자세 변환 행렬과 정지 상태의 이동체에 작용하는 중력가속도 그리고 가속도 센서의 출력인 센서값에 기초하여 가속도 센서의 바이어스를 추정할 수 있다. 또는 GPS 수신기가 정상적으로 포지션 픽스(position fix)되었을 때, GPS 수신기에서 출력된 3개의 축에 따른 속도 결과를 경도 및 위도의 위치 정보를 통해 각각 항법 좌표계의 속도로 변환하고, 변환된 속도간의 연산을 통해 계산함으로써, 이러한 속도 정보와 자세 정보를 통해 자이로 센서와 가속도 센서의 바이어스, 자세값 및 속도값 각각의 오차보다 보다 정확하게 추정할 수 있다. 본 실시예에서는, 위치 및 자세 계산 시스템(200)이 이동체의 초기 동작 시와 그 이후의 두 가지 경우에 따라 설명하였으나, 하나의 위치 및 자세 계산 시스템(200)에서 각각의 경우에 따라 동작될 수도 있음은 당연하다.As described above, when the position and attitude calculation system according to an embodiment of the present invention is used, the output of the acceleration sensor and the gravity acceleration acting on the moving object in the stationary state and the attitude transformation matrix calculated based on the vehicle attitude during the initial operation. The bias of the acceleration sensor can be estimated based on the phosphorus sensor value. Alternatively, when the GPS receiver is normally position fixed, the speed results along the three axes output from the GPS receiver are converted into the speeds of the navigation coordinate system through the position information of the longitude and latitude, respectively, and the calculation between the converted speeds is performed. Through the calculation, the velocity information and the attitude information can be more accurately estimated than the error of the bias, attitude value and speed value of the gyro sensor and the acceleration sensor. In the present embodiment, the position and
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 위치 및 자세 계산 시스템을 이용하면, 이 동체의 위치, 속도 및 가속도 등의 항법 정보와 기본적인 센서 출력 이외에도 자체적인 자세계산을 통해 자세정보를 출력함으로써, 일반적인 접촉사고나 추돌 사고 외에 차량과 같은 이동체의 전복이나 미끄럼 길 등에서 급격히 자세가 불안하여 유발되는 사고에 대해서도 이동체의 자세정보를 통해 사고 분석이나 재현, 상황 재구성 등에 유용한 정보로 활용할 수 있다. 뿐만 아니라 GPS 수신기가 동작하지 않거나 GPS 수신기로부터 정보를 수신할 수 없는 경우에도 자이로 센서, 가속도 센서 및 속도계를 통해 지속적으로 속도와 자세가 계산 및 출력되고, 이를 이용하여 위치를 계산할 수 있기 때문에 GPS 정보가 수신되지 않는 지하주차장이나 터널 등에서도 지속적으로 항법해를 제공할 수 있다.In addition, by using the position and attitude calculation system according to an embodiment of the present invention, in addition to the navigation information such as the position, speed and acceleration of the moving body and the basic sensor output, by outputting the attitude information through its own magnetic world, general contact In addition to accidents and collisions, accidents caused by sudden instability in a vehicle such as a vehicle overturning or sliding can be used as useful information for accident analysis, reproduction, and situation reconstruction through the vehicle's attitude information. In addition, even if the GPS receiver is not working or cannot receive information from the GPS receiver, the GPS information is continuously calculated and output through the gyro sensor, acceleration sensor, and speedometer, and the position can be calculated using this. Underground parking lots and tunnels that do not receive can continue to provide navigation solutions.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 위치 및 자세 계산 방법을 도시한 흐름도이다. 본 실시예에 따른 위치 및 자세 계산 방법은 도 2를 통해 설명한 위치 및 자세 계산 시스템(200) 중 첫 번째 실시예에 따른 위치 및 자세 계산 시스템(200)를 통해 수행될 수 있다. 도 3에서는 위치 및 자세 계산 시스템(200)을 통해 각각의 단계가 수행되는 과정을 설명함으로써, 위치 및 자세 계산 방법을 설명한다.3 is a flowchart illustrating a position and attitude calculation method according to an embodiment of the present invention. The position and posture calculation method according to the present embodiment may be performed through the position and
단계(310)에서 위치 및 자세 계산 시스템(200)은 자이로 센서로부터 수신된 센서값에 기초하여 이동체의 자세값 및 자세 변환 행렬을 계산한다. 이때, 자세값은 이동체의 롤, 피치 및 요 중 적어도 하나에 대한 측정값을 포함할 수 있고, 자세 변환 행렬은 측정값을 각도로 하는 삼각함수에 기초하여 계산될 수 있다. 또한, 위치 및 자세 계산 시스템(200)은 이동체의 속도계로부터 수신되는 속도 정보 를 더 이용하여 자세값 및 자세 변환 행렬을 계산함으로써, 자세 발산을 막을 수 있다.In
단계(320)에서 위치 및 자세 계산 시스템(200)은 가속도 센서로부터 수신된 센서값에 기초하여 이동체의 속도값을 계산한다. 이때, 위치 및 자세 계산 시스템(200)은 단계(310)과 단계(320)에서, 이전 시간에 측정된 자세값과 속도값에 기초하여 필터를 통해 추정된 오차를 보상하여 현재 시간의 자세값과 속도값을 계산할 수 있다. 이러한 필터는 바로 이전 시간에 추정한 값을 토대로 해서 현재의 값을 추정 즉, 재귀적으로 동작하는 칼만 필터를 포함할 수 있다. 이와 같은 오차의 추정은 단계(330)에서 수행될 수 있다.In
단계(320)에서 위치 및 자세 계산 시스템(200)은 자이로 센서와 가속도 센서의 바이어스, 자세값 및 속도값 각각의 오차를 추정한다. 이때, 위치 및 자세 계산 시스템(200)은 초기 동작 시, 자세 변환 행렬, 중력 가속도 및 가속도 센서의 센서값에 기초하여 가속도 센서의 바이어스를 계산한다. 이동체의 초기 동작 시 정지상태에서 가속도 센서의 바이어스 추정이 자세값의 오차에 큰 영향을 주게 되는데, 일반적으로 가속도 센서의 바이어스는 실험을 통해 센서의 동작 특성을 파악하고 이때 얻어진 파라미터를 이용해, 그 값을 계산하게 된다. 그러나 런투런 바이어스가 심해서 동작할 때 마다 바이어스의 변화폭이 큰 가속도 센서의 경우에는 이미 알고 있는 자세 정보를 이용하여 가속도 센서의 바이어스를 추정할 수 있다. 즉, 위치 및 자세 계산 시스템(200)은 이미 알고 있는 자세 정보인 자세 변환 행렬을 이용하여 가속도 센서의 바이어스를 계산할 수 있다.In
우선, 항법 좌표계의 축은 일례로, 도 4와 같이 정의 될 수 있다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 위치 및 자세 계산 시스템에서 이용 가능한 항법 좌표계의 축을 나타낸 일례이다.First, the axis of the navigation coordinate system may be defined as shown in FIG. 4, for example. Figure 4 is an example showing the axis of the navigation coordinate system available in the position and attitude calculation system according to an embodiment of the present invention.
초기 출발 시 차량의 자세가 롤(ф), 피치(θ), 요(ψ)를 통해 표현될 때, 자세 변환 행렬은 상술한 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.When the attitude of the vehicle at the initial departure is expressed through the roll ф , the pitch θ , and the yaw ψ , the attitude transformation matrix may be expressed by Equation 1 described above.
또한, 정지 상태에서는 중력 가속도 이외의 별도의 가속도 성분은 없기 때문에 항법 좌표계에서 이동체의 세 축에 대한 가속도 성분은 상술한 수학식 2와 같은 행렬로 표현될 수 있다.In addition, since there is no acceleration component other than gravity acceleration in the stationary state, the acceleration components for three axes of the moving object in the navigation coordinate system may be expressed by the matrix as shown in Equation 2 above.
이때, 이동체에 대한 좌표계에서 가속도 성분은 상술한 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.In this case, the acceleration component in the coordinate system for the moving object may be expressed as in Equation 3 above.
3축에 대한 환산 계수를 각각 "Asfx", "Asfy", "Asfz"라 하고, 가속도 센서의 ADC(Analog to Digital Converter) 출력을 각각 "ADCx", "ADCy" 및 "ADCz" 그리고 초기 바이어스를 "Biasx", "Biasy" 및 "Biasz"라고 했을 때, 초기 바이어스는 상술한 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.The conversion factor for the third axis, respectively "Asfx", "Asfy", "Asfz" La, and the ADC (Analog to Digital Converter) output from the acceleration sensor for each "ADCx", "ADCy" and "ADCz" and the initial bias When " Biasx ", " Biasy " and " Biasz ", the initial bias may be expressed as in Equation 4 described above.
이때, ADC출력을 "m/s2"의 가속도 출력의 단위로 나타내면 초기 바이어스는 상술한 수학식 5와 같이 표현될 수도 있다.In this case, when the ADC output is expressed in units of acceleration output of “m / s 2 ”, the initial bias may be expressed as in Equation 5 described above.
여기서, "Accx", "Accy" 및 "Accz"는 가속도 센서를 통해 출력되는 센서값을 의미할 수 있다. 이때, 상기 이동체의 GPS 수신부로부터 수신되는 속도 정보, 이전 시간에 상기 속도값 계산부 계산된 자세값 및 속도값에 기초하여 상기 오차를 각각 추정할 수도 있다. 이때, 위치 및 자세 계산 시스템(200)은 속도계로부터 수신되는 속도 정보를 더 이용하여 자세값 및 속도값 각각의 오차를 추정할 수 있다. 이때, 위치 및 자세 계산 시스템(200)은 속도계의 환산 계수에 대한 오차 또한 추정하여 속도계로 전송할 수 있다.Here, " accx ", " accy ", and " accz " may refer to sensor values output through the acceleration sensor. In this case, the error may be estimated based on the speed information received from the GPS receiver of the moving object, the attitude value and the speed value calculated by the speed value calculator at a previous time. At this time, the position and
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 위치 및 자세 계산 시스템에서 가속도 센서의 바이어스를 계산하는 과정을 도시한 일례이다. 본 실시예에 따른 위치 및 자세 계산 시스템이 가속도 센서(510)와 자세값 계산부(520)를 포함한다고 가정하면, 가속도 센서(510)의 출력(530)에서 자세값 계산부(520)에서 계산된 자세 변환 행렬(540)과 상술한 수학식 2와 같이 표현된 중력가속도(550)의 행렬의 곱셈 연산 결과를 빼줌으로써, 가속도 센서(510)의 바이어스(560)를 계산할 수 있게 된다. 이때, 위치 및 자세 계산 시스템은 종료 시 마지막 자세값을 메모리에 저장하고, 최초 동작 시 메모리에 저장된 마지막 자세값을 통해 계산된 자세 변환 행렬(540)을 통해 가속도 센서(510)의 바이어스(560)를 계산할 수 있다.5 is an example illustrating a process of calculating the bias of the acceleration sensor in the position and attitude calculation system according to an embodiment of the present invention. Assuming that the position and posture calculation system according to the present embodiment includes the
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 위치 및 자세 계산 방법을 이용하면, 초기 동작 시, 차량의 자세에 기초하여 계산된 자세 변환 행렬과 정지 상태의 이동체에 작용하는 중력가속도 그리고 가속도 센서의 출력인 센서값에 기초하여 가속도 센서의 바이어스를 추정할 수 있다.As described above, when the position and attitude calculation method according to the embodiment of the present invention is used, the attitude transformation matrix calculated based on the vehicle attitude and the gravitational acceleration and the acceleration sensor output to the stationary vehicle during the initial operation The bias of the acceleration sensor can be estimated based on the phosphorus sensor value.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위치 및 자세 계산 방법을 도시한 흐름도이다. 본 실시예에 따른 위치 및 자세 계산 방법은 도 2를 통해 설명한 위치 및 자세 계산 시스템(200) 중 두 번째 실시예에 따른 위치 및 자세 계산 시스 템(200)를 통해 수행될 수 있다. 도 6에서는 위치 및 자세 계산 시스템(200)을 통해 각각의 단계가 수행되는 과정을 설명함으로써, 위치 및 자세 계산 방법을 설명한다.6 is a flowchart illustrating a position and attitude calculation method according to another embodiment of the present invention. The position and posture calculation method according to the present embodiment may be performed through the position and
단계(310)에서 위치 및 자세 계산 시스템(200)은 자이로 센서로부터 수신된 센서값에 기초하여 이동체의 자세값 및 자세 변환 행렬을 계산한다. 이때, 자세값은 이동체의 롤, 피치 및 요 중 적어도 하나에 대한 측정값을 포함할 수 있고, 자세 변환 행렬은 측정값을 각도로 하는 삼각함수에 기초하여 계산될 수 있다.In
단계(320)에서 위치 및 자세 계산 시스템(200)은 가속도 센서로부터 수신된 센서값에 기초하여 이동체의 속도값을 계산한다. 이때, 위치 및 자세 계산 시스템(200)은 단계(310)과 단계(320)에서, 이전 시간에 측정된 자세값과 속도값에 기초하여 필터를 통해 추정된 오차를 보상하여 현재 시간의 자세값과 속도값을 계산할 수 있다. 이러한 필터는 바로 이전 시간에 추정한 값을 토대로 해서 현재의 값을 추정 즉, 재귀적으로 동작하는 칼만 필터를 포함할 수 있다. 이와 같은 오차의 추정은 단계(330)에서 수행될 수 있다.In
단계(320)에서 위치 및 자세 계산 시스템(200)은 GPS 수신기로부터 수신된 속도 정보 및 자세 정보, 상기 자세값 및 상기 속도값에 기초하여 상기 자이로 센서와 상기 가속도 센서의 바이어스, 상기 자세값 및 상기 속도값 각각의 오차를 추정한다. 즉, 상술한 초기 동작 이후, GPS가 정상적으로 포지션 픽스(Position Fix) 상태에 들어갔을 때, GPS 수신기에서 제공하는 속도 정보와 자세 정보가 위치 및 자세 계산 시스템(200)의 자세값 및 속도값 계산을 위한 측정값으로서 이용될 수 있다. 이때, 속도 정보는 상기 GPS 수신기에서 출력된 3개의 축에 따른 속도 결과를 경도 및 위도의 위치 정보를 통해 각각 항법 좌표계의 속도로 변환함으로써 계산되고, 상기 자세 정보는 상기 변환된 속도간의 연산을 통해 계산된다.In
GPS 수신기에서 출력된 속도 정보를 "Vx", "Vy" 및 "Vz" 라고 하면, 속도 정보는 경도와 위도의 위치 정보를 이용하여 항법 좌표계의 값으로 변환하여 상술한 수학식 6 및 7과 같이 표현될 수 있다.When the speed information output from the GPS receiver is referred to as " Vx ", " Vy ", and " Vz ", the speed information is converted into a value of the navigation coordinate system by using the position information of the longitude and latitude, as shown in Equations 6 and 7 above. Can be expressed.
항법 좌표계의 속도가 상술한 수학식 6에서와 같이 "Vn", "Ve" 및 "Vd"라 할 때, GPS를 이용한 자세 정보는 상술한 수학식 8과 같이 계산될 수 있다.When the speed of the navigation coordinate system is " Vn "," Ve " and " Vd " as in Equation 6, the attitude information using GPS can be calculated as shown in Equation 8.
위치 및 자세 계산 시스템(200)은 수학식 8과 같이 계산된 자세 정보와 속도 정보, 자이로 센서와 가속도 센서의 센서값을 통해 이전 시간에 계산된 자세값 및 속도값을 이용하여 (1) 현재 시간의 자세값과 속도값 각각의 오차 그리고 (2)자이로 센서와 가속도 센서의 바이어스의 각각의 오차를 추정하여 보상하게 된다.The position and
이때, 위치 및 자세 계산 시스템(200)은 속도계로부터 수신되는 속도 정보를 더 이용하여 자세값 및 속도값 각각의 오차를 추정할 수 있다. 이때, 위치 및 자세 계산 시스템(200)은 속도계의 환산 계수에 대한 오차 또한 추정하여 속도계로 전송할 수 있다.At this time, the position and
또한, 위치 및 자세 계산 시스템(200)은 자세값 및 속도값에 기초하여 이동체의 위치를 계산할 수 있고, 자세값, 속도값 및 위치를 이용하여 이동체의 자세, 속도 및 위치 중 적어도 하나의 정보를 제공할 수 있다. 따라서, GPS 정보를 수신할 수 없는 경우에도, 이동체의 위치, 속도, 자세와 같은 정보를 사용자에게 제공 할 수 있게 된다.In addition, the position and
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 위치 및 자세 계산 방법을 이용하면, GPS 수신기가 정상적으로 포지션 픽스(position fix)되었을 때, GPS 수신기에서 출력된 3개의 축에 따른 속도 결과를 경도 및 위도의 위치 정보를 통해 각각 항법 좌표계의 속도로 변환하고, 변환된 속도간의 연산을 통해 계산함으로써, 이러한 속도 정보와 자세 정보를 통해 자이로 센서와 가속도 센서의 바이어스, 자세값 및 속도값 각각의 오차보다 보다 정확하게 추정할 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 위치 및 자세 계산 방법을 이용하면, 이동체의 위치, 속도 및 가속도 등의 항법 정보와 기본적인 센서 출력 이외에도 자체적인 자세계산을 통해 자세정보를 출력함으로써, 일반적인 접촉사고나 추돌 사고 외에 차량과 같은 이동체의 전복이나 미끄럼 길 등에서 급격히 자세가 불안하여 유발되는 사고에 대해서도 이동체의 자세정보를 통해 사고 분석이나 재현, 상황 재구성 등에 유용한 정보로 활용할 수 있다. 뿐만 아니라 GPS 수신기가 동작하지 않거나 GPS 수신기로부터 정보를 수신할 수 없는 경우에도 자이로 센서, 가속도 센서 및 속도계를 통해 지속적으로 속도와 자세가 계산 및 출력되고, 이를 이용하여 위치를 계산할 수 있기 때문에 GPS 정보가 수신되지 않는 지하주차장이나 터널 등에서도 지속적으로 항법해를 제공할 수 있다.As described above, using the position and attitude calculation method according to another embodiment of the present invention, when the GPS receiver is normally position fixed, the speed result along three axes output from the GPS receiver is calculated according to the longitude and latitude. By converting the position information into the speed of the navigation coordinate system, and calculating it through the calculation between the converted speeds, the speed information and the attitude information are more accurate than the error of the bias, attitude value, and speed value of the gyro sensor and the acceleration sensor. It can be estimated. In addition, by using the position and attitude calculation method according to an embodiment of the present invention, in addition to the navigation information such as the position, speed and acceleration of the moving object and the basic sensor output, by outputting the attitude information through its own magnetic world, general contact accident In addition to collision accidents, accidents caused by sudden instability in a vehicle such as a vehicle overturning or sliding can be used as useful information for accident analysis, reproduction, and situation reconstruction through the vehicle's attitude information. In addition, even if the GPS receiver is not working or cannot receive information from the GPS receiver, the GPS information is continuously calculated and output through the gyro sensor, acceleration sensor, and speedometer, and the position can be calculated using this. Underground parking lots and tunnels that do not receive can continue to provide navigation solutions.
본 발명에 따른 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 파일 데이터, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 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. 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Embodiments according to the present invention can be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means can be recorded on a computer readable medium. Computer-readable media may include, alone or in combination with the program instructions, file data, data structures, and the like. The program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. Hardware devices may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.In the present invention as described above has been described by the specific embodiments, such as specific components and limited embodiments and drawings, but this is provided to help a more general understanding of the present invention, the present invention is not limited to the, Various modifications and variations can be made by those skilled in the art to which the present invention pertains.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims as well as the claims to be described later will belong to the scope of the present invention. .
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 위치 및 자세 계산 시스템의 전체적인 모습을 도시한 일례이다.1 is an example showing the overall appearance of a position and attitude calculation system according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 위치 및 자세 계산 시스템의 내부 구성을 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating an internal configuration of a position and attitude calculation system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 위치 및 자세 계산 방법을 도시한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a position and attitude calculation method according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 위치 및 자세 계산 시스템에서 이용 가능한 항법 좌표계의 축을 나타낸 일례이다.Figure 4 is an example showing the axis of the navigation coordinate system available in the position and attitude calculation system according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 위치 및 자세 계산 시스템에서 가속도 센서의 바이어스를 계산하는 과정을 도시한 일례이다.5 is an example illustrating a process of calculating the bias of the acceleration sensor in the position and attitude calculation system according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위치 및 자세 계산 방법을 도시한 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a position and attitude calculation method according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
110: 위치 및 자세 계산 시스템110: position and attitude calculation system
111: 자이로 센서111: gyro sensor
112: 가속도 센서112: acceleration sensor
113: 자세값 계산부113: posture value calculation unit
114: 속도값 계산부114: speed value calculation unit
115: 필터부115: filter unit
120: 속도계120: speedometer
130: GPS 수신기130: GPS receiver
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101367759B1 (en) * | 2011-10-31 | 2014-02-26 | 주식회사 비즈모델라인 | Method for Controlling Black Box System for Vehicle |
KR101500070B1 (en) * | 2013-04-15 | 2015-03-06 | 현대자동차주식회사 | System for estimating a road slope |
US9779311B2 (en) | 2012-01-31 | 2017-10-03 | Hanwha Techwin Co., Ltd. | Integrated control system and method using surveillance camera for vehicle |
KR20180062505A (en) * | 2016-11-30 | 2018-06-11 | 주식회사 오픈시스넷 | Method for estimating pothole on the road |
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2009
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101367759B1 (en) * | 2011-10-31 | 2014-02-26 | 주식회사 비즈모델라인 | Method for Controlling Black Box System for Vehicle |
US9779311B2 (en) | 2012-01-31 | 2017-10-03 | Hanwha Techwin Co., Ltd. | Integrated control system and method using surveillance camera for vehicle |
KR101500070B1 (en) * | 2013-04-15 | 2015-03-06 | 현대자동차주식회사 | System for estimating a road slope |
KR20180062505A (en) * | 2016-11-30 | 2018-06-11 | 주식회사 오픈시스넷 | Method for estimating pothole on the road |
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