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실시간 Cycle Slip 검출과 보상을 통한 강건한 의사위성/초저가 IMU 결합 실내 항법 시스템 : Pseudolite/Ultra Low-Cost IMU Integrated Robust Indoor Navigation System through Real-time Cycle Slip Detection and Compensation
DC Field | Value | Language |
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dc.contributor.advisor | 기창돈 | - |
dc.contributor.author | 김문기 | - |
dc.date.accessioned | 2017-10-31T07:34:51Z | - |
dc.date.available | 2017-10-31T07:34:51Z | - |
dc.date.issued | 2017-08 | - |
dc.identifier.other | 000000145639 | - |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10371/137363 | - |
dc.description | 학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 공과대학 기계항공공학부, 2017. 8. 기창돈. | - |
dc.description.abstract | GNSS를 통한 항법이 활성화 되면서 GNSS 항법이 불가능한 실내에서의 항법에 대한 필요성 역시 증가하고 있다. 하지만 실내 환경의 경우 항법을 수행함에 있어 방해가 되는 요소들이 많기 때문에 아직 확실하다고 할 수 있는 실내항법시스템은 개발되어 있지 않다. 이에 따라 원활한 실내 항법 시스템을 개발하기 위해 현재 RFID, Wi-Fi, Visual Sensor, IMU 그리고 의사위성 등 다양한 방식의 연구들이 진행되고 있다.
그 중 높은 정확도의 위치결과를 얻을 수 있는 의사위성 반송파 신호와 저가의 IMU 그리고 Magnetometer의 결합을 통해 실내 항법을 시도하였던 연구가 존재하였다. 하지만 이 경우 반송파의 사이클 슬립 발생 문제가 남아 있었기 때문에 항법에는 제한이 있었다. 또 다른 연구로는 실외에서 GPS와 IMU의 결합을 통해 사이클 슬립을 검출 및 보상한 연구가 있었다. 이는 실외환경에서 진행된 연구로써 1 사이클 단위의 슬립 만 검출 가능하였다. 그런데 실내환경에서는 사이클 슬립 발생률이 더 높아 하프 사이클 단위의 슬립까지도 자주 발생하기 때문에 실내항법에서는 이를 그대로 적용할 수 없었다. 본 연구에서는 위의 두 문제를 다음과 같은 방법으로 해결하였다. 먼저 의사위성과 초저가 IMU의 결합을 통해 사이클 슬립을 검출 및 보상해 줌으로써 의사위성 시스템에 남아있던 문제점인 사이클 슬립 발생 문제를 해결하고자 하였다. 또한 실내환경에서는 사이클 슬립의 발생률이 높기 때문에 하프 사이클 단위의 슬립 역시 자주 발생하게 되므로 사이클 슬립 검출 및 보상을 하프 사이클 단위까지 해줌으로써 이를 해결하고자 하였다. 최근 스마트 폰의 발달로 인해 스마트폰을 활용하여 수행할 수 있는 작업들의 기술적 수준과 활용범위가 모두 증가하고 있다. 이에 따라 궁극적으로는 스마트 폰 내에서 이 모든 작업이 수행되는 실내 항법을 개발하는 것이 목표이다. 그 과정의 일환으로 스마트 폰에 내장된 초저가 IMU를 의사위성/IMU 결합에 사용하였고 초저가 IMU를 사용하기 위한 센서 모델링을 수행하였으며 데이터에 존재하는 이상 문제 등을 처리하였다. 결과적으로 의사위성 단독 대비 의사위성/초저가 IMU 결합항법의 위치 정확도는 30%정도 향상되었으며 하프 사이클 슬립 검출에 있어서는 threshold를 0.5 half cycle 로 설정하였을 경우 false alarm과 miss detection의 발생 확률이 〖10〗^(-8) 수준이었다. 이 결과를 확인하기 위해 KOBUKI`로봇과 스마트 폰을 이용하여 실시간 항법을 구현하였으며 실시간으로 하프 사이클 단위의 슬립들을 임의로 발생시키더라도 검출 및 보상되어 항법과 제어가 잘 유지되는 것을 확인하였다. | - |
dc.description.tableofcontents | 제 1 장 서 론 1
제 1 절 연구 동기 및 목적 1 제 2 절 연구 동향 2 제 3 절 연구 내용 및 방법 5 제 4 절 연구의 기여도 6 제 2 장 Extended Kalman Filter를 통한 의사위성/초저가 IMU 결합 7 제 1 절 의사위성 기반 실내항법시스템 7 1. 오차 요소 8 2. CDGPS 8 제 2 절 초저가 IMU 10 1. 가속도계 10 2. 자이로스코프 16 3. 센서 데이터 이상 현상 21 제 3 절 전체 시스템 구성 23 제 4 절 Extended Kalman Filter 24 1. State 25 2. Nonlinear Equation 25 3. State Equation 26 제 5 절 Sensor Bias Modeling 및 데이터 이상현상 해결 27 1. 가속도계 Bias Modeling 28 2. 자이로스코프 Bias Modeling 29 3. 가속도계 데이터 이상 문제 해결 29 4. 자이로스코프 데이터 이상 문제 해결 31 제 6 절 속도, 헤딩 Measurement 34 1. 속도 Measurement 34 2. 헤딩 Measurement 37 제 7 절 Process Noise and Measurement Noise 38 1. Process Noise 38 2. Measurement Noise 39 제 3 장 하프 사이클 슬립 검출 및 보상 41 제 1 절 의사위성 반송파를 이용한 실내항법에서의 하프 사이클 슬립 발생 41 제 2 절 사이클 슬립 검출 알고리즘 43 제 3 절 하프 사이클 슬립의 검출 확률 46 제 4 절 Monitoring Value 잔여오차 분석 49 1. Carrier Phase 측정치에 발생하는 오차 50 2. 결합항법으로 추정한 Distance 항에 포함되는 오차 51 제 5 절 사이클 슬립 보상 알고리즘 60 제 4 장 실시간 항법 구성 및 결과 62 제 1 절 실시간 항법 구성 62 1. 전체 장비 구성 62 2. 시리얼 통신 구성 63 3. 실시간 항법 프로그램 66 제 2 절 결과 68 1. 실시간 항법 결과 68 2. 하프 사이클 슬립 검출 및 보상 결과 70 제 5 장 결론 75 참고 문헌 77 | - |
dc.format | application/pdf | - |
dc.format.extent | 2462527 bytes | - |
dc.format.medium | application/pdf | - |
dc.language.iso | ko | - |
dc.publisher | 서울대학교 대학원 | - |
dc.subject | 실내 항법 | - |
dc.subject | 의사위성 | - |
dc.subject | 초저가 IMU | - |
dc.subject | 의사위성/IMU 결합 | - |
dc.subject | Extended Kalman Filter | - |
dc.subject | 약결합 | - |
dc.subject | 하프 사이클 슬립 검출 및 보상 | - |
dc.subject | Monitoring Value | - |
dc.subject | 스마트 폰 | - |
dc.subject | 위치 정확도 | - |
dc.subject | 실시간 항법 | - |
dc.subject | 센서 모델링 | - |
dc.subject.ddc | 621 | - |
dc.title | 실시간 Cycle Slip 검출과 보상을 통한 강건한 의사위성/초저가 IMU 결합 실내 항법 시스템 | - |
dc.title.alternative | Pseudolite/Ultra Low-Cost IMU Integrated Robust Indoor Navigation System through Real-time Cycle Slip Detection and Compensation | - |
dc.type | Thesis | - |
dc.contributor.AlternativeAuthor | Kim Moonki | - |
dc.description.degree | Master | - |
dc.contributor.affiliation | 공과대학 기계항공공학부 | - |
dc.date.awarded | 2017-08 | - |
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