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GPS 신호 단절 상황에서 IMU 사양에 따른 보조센서 통합을 이용한 정확도 분석
Accuracy Analysis using Assistant Sensor Integration on Various IMU during GPS Signal Blockage

이원진    (서울시립대학교 도시과학대학 공간정보공학과   ); 권재현    (서울시립대학교 도시과학대학 공간정보공학과   ); 이종기    (   ); 한중희    (서울시립대학교 도시과학대학 공간정보공학과  );
  • 초록

    본 연구에서는 MMS인 경우 고성능의 중급 IMU가 사용되고 보행자 항법시스템에서는 MEMS형의 저급 IMU가 사용된다고 가정한 후 GPS 신호가 단절되었을 경우 IMU에 의해 생성되는 위치 및 자세 오차를 시뮬레이션을 통하여 계산하였다. 또한 GPS 신호 단절 시에 고도계, 전자나침반 및 2가지 센서를 동시에 이용하는 MultiSensor를 이용하여 중급 및 저급 IMU를 보정하였을 경우의 정확도 향상 효과를 분석하였다. 실험 결과 중급 IMU의 경우 MMS에서 요구되는 3차원 위치오차 정확도가 5m라고 가정할 경우 GPS 단절 시간이 30초가 넘으면 요구 정확도를 만족하지 못하였다. 하지만 GPS 단절 구간에서 고도계 전자나침반 그리고 MultiSensor를 이용하여 IMU 보정을 수행할 경우 약 60초까지 요구정확도를 만족하였다. 또한 고도계 및 전자나침반을 동시에 사용할 경우 고도계에 의한 영향이 더욱 큰 것으로 판단된다 MEMS IMU와 같은 저급 IMU가 사용되는 보행자 항법 시스템의 요구 위치 정확도가 약 20m라고 가정할 경우 4초 이후에는 요구 정확도를 만족하지 못하였으며 자세 오차도 매우 급증하였다. 하지만 GPS 신호 단절시 보조센서를 이용하여 저급 IMU 보정을 수행하였을 경우 약 15초까지 요구 정확도를 만족할수 있을 것으로 시뮬레이션 결과 예측되었으며 또한 중급 IMU 실험과는 반대로 보행자 항법과 같은 속도가 느린 시스템에서 고도계 및 전자나침반 2가지 센서를 동시에 사용할 경우 전자나침반에 의한 영향이 더욱 큰 것으로 나타났다. 본 연구는 GPS 신호 단절이 발생할 수 있는 지역에 대하여 MMS 또는 보행자 항법시스템을 운용할 경우 요구 정확도에 따른 보조센서 통합을 이용하여 정확도를 높이는 자료로써 사용될 수 있을 것으로 예상된다.


    In this study, the performances of a medium grade IMU which is aimed for Mobile Mapping System and a low grade IMU for pedestrian navigation are analyzed through simulations under GPS signal blockage. In addition, an analysis on the accuracy improvement of barometer, electronic compass, or multi-sensor(combination of barometer and electronic compass) to correct medium grade or low grade IMU errors in the situation of GPS signal blockage is performed. With the medium grade IMU, the three dimensional positioning error from INS exceeds the demanded accuracy of 5m when the block time is over 30 seconds. When we correct IMU with barometer, compass, or multi-sensor, however, the demanded accuracy is maintained up to 60 seconds. In addition, barometer is more effective than the electronic compass when they are combined. In case of low grade IMU like MEMS IMU, the three dimensional positioning error from INS exceeds the demanded accuracy of 20m when the block time is over 15 seconds. When we correct INS with barometer, compass, or multi-sensor, however, the demanded accuracy is maintained up to 15 seconds in simulation results. On the contrary to medium grade IMU, electronic compass is more effective than the barometer in case of low velocity such as pedestrian navigation. It is expected that the analysis suggested a method to decrease position or attitude error using aided sensor integration when MMS or pedestrian navigation is operated under 1he environment of GPS signal blockage.


  • 주제어

    GPS 신호 단절 .   고도계 .   전자 나침반.  

  • 참고문헌 (9)

    1. Mathieu, S., Denis, G. (2004), Comparison between the unscented kalman filter and the extended kalman filter for the position estimation module of an integrated navigation information system, IEEE intelligent Vehicles Symposium, pp. 831-835. 
    2. 성상만 (2006), 속도계 및 자기콤파스를 이용한 차량용 항법시스템 설계, 한국자동차공학회 춘계학술대회논문집, 한국자동차공학회, PP. 1627-1631. 
    3. 황진상, 위광재 (2009), 차량 모바일매핑시스템의 현황과 활용, 측량, 103호, 대한측량협회, pp. 59-65. 
    4. 이원진, 권재현, 이종기, 한중희 (2009), 실시간 공중 자료획득 시스템을 위한 GPS/MEMS IMU 센서 검증 및 GPS/INS 통합 알고리즘, 한국측량학회지, 한국측량학회, 제27권, 제2호, pp. 225-234.     
    5. 권재현, Grejner-Brzezinska, D. A, 좌윤석 (2006), GPS/INS/기압계/방위계를 이용한 연속 측위시스템, 한국지형공간정보학회지, 한국지형공간정보학회,제14권, 제3호, pp. 47-53.     
    6. Simon, D. (2006), Optimal State Estimation, John Wiley & Sons, Inc. p. 409. 
    7. Tang, W., (2005), Barometric altimeter short-term accuracy analysis, Aerospace and Electronic Systems Magazine, IEEE, Volume 20, Issue 12, pp.24-26. 
    8. Jekeli, C. (2000), Inertial navigation systems with geodetic applications, Walter de Gruyter Inc., Berlin. 
    9. Grewal, M.S., Weill, L.R., Andrews, A.P., (2007), Global Positioning Systems, Inertial Navigation, and Integration, John Wiley & Sons, New Jersey. 

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