GPS/MEMS IMU를 사용한 모형차량 상대위치 추정에 대한 연구

Abstract

본 논문은 저가의 GPS 수신기와 MEMS급 IMU, B-CDMA 무선 통신 모듈을 이용한 다수 차량의 상대위치 추정에 관한 연구이다. 차량의 상대위치를 추정함에 있어서, 각 차량의 가시 위성 조합이 불이치 할 경우 오차가 급증하는 현상이 발생한다. 본 논문에서는, 이를 개선하기 위하여 측정치 기반으로 상대위치를 계산하는 RGPS 알고리즘을 제안한다. 동시에 GPS/INS 통합항법 알고리즘을 적용하여 각 차량의 방향각과 속도를 추정한다. 최종적으로 RGPS 알고리즘과 각 차량의 GPS/INS 통합항법 알고리즘 결과를 사용한 Position Integration Filter 알고리즘으로부터 최종적인 상대위치와 상대속도를 추정한다. 이와 같은 연구 결과를 증명하기 위하여, 시뮬레이션을 통하여 추정 결과를 확인하였다. 또한 실시간 프로그램과 실험용 모형 차량을 제작하여 상대위치, 상대속도 추정 실험을 실시, 실제 환경에서의 알고리즘의 성능을 검증하였다. 본 논문의 알고리즘의 결과 각 차량의 단일항법해를 차분하여 얻은 상대위치에 비하여 제안된 알고리즘의 상대위치의 오차 수준이 약 80% 가량 감소되었으며, 출력주기가 10배 향상 되었다. 본 논문의 내용은 차량의 안정성을 확보하는 충돌 회피 시스템(CAS)으로 발전 가능하며, 더 나아가 다수 차량의 편대 주행 제어 시스템을 구축하는데 기여할 것으로 기대한다.

Recently, there are many studies and projects on relative positioning using GPS for collision avoidance system or collision warning system. One approach for obtain precise relative position is using precise absolute position of each vehicle such as DGPS, GPS-RTK. However, applying DGPS(or GPS-RTK) based on moving land vehicle needs additional infrastructure, infrastructure-to-vehicle (I2V) communication device for calculating and broadcasting error correction data. So implementation is difficult and occasions great expense In this paper, we present relative positioning algorithm for moving land vehicle using GPS, MEMS IMU and B-CDMA module. This algorithm does not calculate precise absolute position but calculates relative position directly, so additional infrastructure and I2V communication device are not required. Proposed algorithm has several steps. Firstly, unbiased relative position is calculated using pseudorange difference between two vehicles. Simultaneously, the algorithm estimates position of each vehicle using GPS/INS integration. Secondly, proposed algorithm performs filtering and finally estimates relative position and relative velocity Using proposed algorithm, we can obtain more precise relative position for moving land vehicles with short time interval as IMU sensor has. The simulation is performed to evaluate this algorithm and the several field tests are performed with real time program and miniature vehicles for verifying performance of proposed algorithm.