A Study on Improvement of Navigation Performance of Land Vehicle using Low Cost 2D DGPS/INS/Magnetometer Considering Gravity

Abstract

본 논문에서는 저가형 GPS(Global Positioning System) 수신기, MEMS IMU(Inertial Measurement Unit), Magnetometer를 이용한 차량의 항법 측위 성능 향상에 관한 알고리즘을 제안한다. Stand-alone GPS의 성능을 향상시키고자 사용자 주변에 있는 기준국의 보정정보를 이용하는DGPS(Differential GPS)를 이용하였다. 또한, 차량용 시스템을 개발하기 위해서 차량의 동적인 특성을 기반으로 시스템을 단순화하여 2D을 적용하였고, 단순화 과정으로 인해 발생하는 오차를 최소화하고자 실제 차량 주행 특성을 파악하여 IMU 센서 측정치 모델링을 개선하여 결과적으로는 시스템은 단순화하면서도 항법 해 성능은 유지할 수 있도록 하였다. 그리고 GPS/INS의 한계점인 차량이 정지하거나 저속으로 주행할 경우 Heading 정보가 발산하는 것을 Magnetometer를 추가함으로써 보완할 수 있도록 하여 최종적으로는 DGPS/INS/Magnetometer 결합 EKF(Extended Kalman Filter)를 구성하여 항법 해 성능 향상을 도모하였다. 구성한 차량용 DGPS/INS/Magnetometer 결합 EKF시스템을 검증하고자 simulation을 통해 이상 유무 판단 및 항법 해 성능 향상이 가능함을 검증하였고, 실제 차량에 시스템을 적용하여 후처리 분석을 통한 항법 해 성능 향상을 확인하였다.

In this paper, we propose an algorithm for improving the navigation positioning performance of a land vehicle using a low cost Global Positioning System (GPS) receiver, a MEMS IMU (Inertial Measurement Unit) and a magnetometer. To improve the performance of stand-alone GPS, DGPS is applied using calibration information of the reference station around the user. In order to develop a land vehicle system, the system is simplified based on the dynamic characteristics of the land vehicle and 2D is applied. In order to minimize the error caused by the simplification process, the IMU sensor measurement modeling is improved by understanding the actual land vehicle driving characteristics, system is simplified and navigation performance is maintained. Furthermore, the addition of a magnetometer to compensate for heading information when the land vehicle stops or runs at low speed, which is the limit of GPS/INS, is supplemented. Finally, the DGPS/INS/Magnetometer combined Extended Kalman Filter (EKF) is constructed to improve navigation performance. To verify the EKF system combined with the DGPS/INS/Magnetometer for the land vehicle, it is verified that the simulation is able to determine the defect and improved the navigation performance, and the improvement of the navigation performance is confirmed by applying the system to the actual land vehicle.