KR101177374B1 - Method for estimating position of vehicle using Interacting Multiple Model filter - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 상호작용 다중모델 필터를 이용한 차량 위치 추정방법은, 운동학적 모델 예측값을 운동학적 모델 확장칼만필터로 산출하고 동역학적 모델 예측값을 동역학적 모델 확장칼만필터로 산출하는 단계와, 운동학적 모델 예측값과 차량의 현재 위치를 나타내는 측정값의 사이값인 운동학적 모델 필터링값을 산출하고, 동역학적 모델 예측값과 차량의 현재 위치를 나타내는 측정값의 사이값인 동역학적 모델 필터링값을 산출하는 단계와, 동역학적 모델 필터링값과 운동학적 모델 필터링값을 융합하여 최종보정값을 산출하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의한 상호작용 다중모델 필터를 이용한 차량 위치 추정방법을 이용하면, GPS 수신이 불량한 장소에서도 차량의 위치를 안정적으로 추정할 수 있고, 확장칼만필터의 연산에 오류가 발생되는 경우에도 오류값을 줄일 수 있으며, 운동학적 모델 확장칼만필터로부터 산출된 데이터와 동역학적 모델 확장칼만필터로부터 산출된 데이터에 부가하는 가중치를 보다 합리적으로 설정함으로써 차량의 위치를 보다 정확하게 추정할 수 있다는 장점이 있다.The vehicle position estimation method using the interactive multi-model filter according to the present invention includes the steps of calculating the kinematic model prediction value with the kinematic model extended Kalman filter and calculating the dynamic model prediction value with the kinematic model extended Kalman filter, Calculating a kinematic model filtering value that is a value between the model predicted value and the measured value indicating the current position of the vehicle, and calculating a dynamic model filtering value that is a value between the dynamic model predicted value and the measured value indicating the current position of the vehicle And fusing the kinetic model filtering value and the kinematic model filtering value to calculate a final correction value. By using the vehicle position estimation method using the interactive multi-model filter according to the present invention, the position of the vehicle can be stably estimated even in a place where GPS reception is poor, and even when an error occurs in the calculation of the extended Kalman filter. In addition, the ratio of the weights added to the data calculated from the kinematic model extended Kalman filter and the data calculated from the dynamic model extended Kalman filter can be set more reasonably to estimate the position of the vehicle more accurately.
Description
본 발명은 상호작용 다중모델 필터를 이용하여 차량의 위치를 추정하는 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 GPS 위치정보와 차량 내 센서정보를 융합하여 차량의 위치를 추정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of estimating the position of a vehicle using an interactive multi-model filter, and more particularly, to a method of estimating the position of a vehicle by fusing GPS position information and sensor information in a vehicle.
차량 항법 시스템은 차량의 현재위치를 파악하는 것으로부터 위치 정보를 제공받고 이를 기반으로 지리 정보와 결합하여 경로안내, 교통안내, 주변정보 및 부가정보 제공 등의 다양한 서비스를 제공하는 첨단기술이다.Vehicle navigation system is a cutting-edge technology that provides a variety of services, such as route guidance, traffic guidance, surrounding information and additional information provided by receiving the location information from knowing the current position of the vehicle and combined with the geographic information based on it.
차량 항법 시스템에서 차량의 위치를 파악하기 위해 사용하는 기본적인 항법 장치는 GPS(Global Positioning System)로써 자동차뿐만 아니라 비행기, 선박 등에도 사용이 되고 있으며 세계 어느 곳에서든지 인공위성을 이용하여 자신의 위치를 정확히 알 수 있는 시스템이다. The basic navigation system used to identify the position of the vehicle in the vehicle navigation system is the GPS (Global Positioning System), which is used not only for automobiles but also for airplanes and ships. It can be a system.
이때, GPS를 이용하여 차량의 위치를 추정하는 방법으로는 확장칼만필터(Extended Kalman Filter)를 구비하는 상호작용 다중모델 필터(Interacting Multiple Model filter)를 이용하여 차량의 위치를 추정하는 방법이 최근 들어 적용되고 있다. 확장칼만필터는 운동학적 모델(Kinematic Model) 확장칼만필터와 동역학적 모델(Dynamic Model) 확장칼만필터로 구성되며, 상기 상호작용 다중모델 필터는 운동학적 모델(Kinematic Model) 확장칼만필터로부터 산출된 차량의 좌표값 및 각속도와 동역학적 모델(Dynamic Model) 확장칼만필터로부터 산출된 차량의 좌표값 및 각속도를 융합하여 최종적인 차량의 위치를 추정하도록 구성된다. At this time, as a method of estimating the position of the vehicle using GPS, a method of estimating the position of the vehicle using an interactive multiple model filter having an extended Kalman filter has been recently developed. Is being applied. The Extended Kalman Filter is composed of a Kinematic Model Extended Kalman Filter and a Dynamic Model Extended Kalman Filter, and the interactive multi-model filter is a vehicle calculated from a Kinematic Model Extended Kalman Filter. It is configured to estimate the final position of the vehicle by fusing the coordinate value and angular velocity of the vehicle and the coordinate value and angular velocity of the vehicle calculated from the Dynamic Model Extended Kalman Filter.
이때, GPS는 전파를 수신할 수 없는 터널, 고가도로 밑, 빌딩 숲과 같은 지역에서는 GPS를 사용할 수 없으며 주변환경에 따라 연속적으로 위치를 제공할 수 없거나 오차가 커질 수 있으므로, GPS로부터 수신된 데이터(차량의 좌표값을 포함한 데이터)만을 확장칼만필터에 입력하여 차량의 현재위치를 추정하게 되면 차량의 실제 위치를 정확하게 추정할 수 없다는 단점이 있다. 따라서 상기와 같은 단점을 보완하기 위하여, GPS로부터 수신된 데이터뿐만 아니라 차량에 장착된 휠스피드 센서(Wheel speed sensor) 및 조향각 센서(Steering angle sensor)를 통해 얻어질 수 있는 차량의 속도 및 각속도값을 상기 확장칼만필터에 입력함으로써, GPS 수신이 불량한 경우에도 차량의 현재위치를 추정할 수 있는 방안이 널리 활용되고 있다. In this case, the GPS cannot be used in areas such as tunnels, overpasses, and forests of buildings that cannot receive radio waves, and may not be able to continuously provide location or increase errors depending on the surrounding environment. When the current position of the vehicle is estimated by inputting only the data including the coordinate values of the vehicle into the extended Kalman filter, the actual position of the vehicle cannot be accurately estimated. Therefore, in order to compensate for the above disadvantages, the speed and angular velocity values of the vehicle that can be obtained through the wheel speed sensor and the steering angle sensor mounted on the vehicle as well as the data received from the GPS. By inputting the extended Kalman filter, a method of estimating the current position of the vehicle even when GPS reception is poor is widely used.
한편, 차량의 슬립이 발생되지 아니하는 경우에는 운동학적 모델(Kinematic Model) 확장칼만필터로 차량의 위치를 추정하는 것이 비교적 정확하고, 차량의 슬립이 발생되는 경우에는 동역학적 모델(Dynamic Model) 확장칼만필터로 차량의 위치를 추정하는 것이 비교적 정확하므로, 운동학적 모델(Kinematic Model) 확장칼만필터로부터 산출된 차량의 좌표값 및 각속도와 동역학적 모델(Dynamic Model) 확장칼만필터로부터 산출된 차량의 좌표값 및 각속도를 융합할 때, 차량의 슬립이 비교적 발생되지 아니하는 저속의 경우 운동학적 모델(Kinematic Model) 확장칼만필터로부터 산출된 차량의 좌표값 및 각속도에 더 많은 가중치를 두고, 차량의 슬립이 비교적 많이 발생되는 고속의 경우 동역학적 모델(Dynamic Model) 확장칼만필터로부터 산출된 차량의 좌표값 및 각속도에 더 많은 가중치를 둔다. 그러나 저속의 경우에도 차량의 슬립이 발생될 수 있고 고속의 경우에도 차량의 슬립이 발생되지 아니할 수 있으므로, 상기와 같이 차량의 속도에 따라 가중치를 두는 방법으로는 차량의 위치를 정확하게 추정할 수 없다는 문제점이 있다.
On the other hand, it is relatively accurate to estimate the position of the vehicle with the Kinematic Model expansion Kalman filter when the slip does not occur, and when the slip is generated, the dynamic model is extended. Since it is relatively accurate to estimate the position of the vehicle with the Kalman filter, the coordinates of the vehicle calculated from the Kinematic Model extended Kalman filter and the coordinates of the vehicle calculated from the angular velocity and dynamic model Extended Kalman filter In the case of the low speed at which the slip of the vehicle does not occur relatively when the value and the angular velocity are fused, the weight of the vehicle is more weighted to the coordinate value and the angular velocity of the vehicle calculated from the Kinematic Model Extended Kalman Filter. In the case of high speeds that are relatively high, more vehicle coordinates and angular velocities are calculated from Dynamic Model Extended Kalman Filter. Place the weights. However, even at low speeds, the slip of the vehicle may occur, and even at high speeds, the slip of the vehicle may not occur. Therefore, weighting according to the speed of the vehicle may not accurately estimate the position of the vehicle. There is a problem.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, GPS 위치정보와 차량 내 센서정보를 융합하여 차량의 위치를 추정함으로써 GPS 수신이 불량한 장소에서도 차량의 위치를 안정적으로 추정할 수 있고, 확장칼만필터에 의해 산출된 차량위치 예측값을 차량위치 실측값으로 보정을 함으로써 확장칼만필터의 연산에 오류가 발생되는 경우에도 오류값을 줄일 수 있으며, 운동학적 모델 확장칼만필터로부터 산출된 데이터와 동역학적 모델 확장칼만필터로부터 산출된 데이터에 부가하는 가중치를 보다 합리적으로 설정함으로써 차량의 위치를 보다 정확하게 추정할 수 있는 차량 위치 추정방법을 제공하는데 목적이 있다.
The present invention has been proposed to solve the above problems, and by estimating the location of the vehicle by fusing the GPS location information and the sensor information in the vehicle, it is possible to stably estimate the location of the vehicle even in a location where GPS reception is poor. By correcting the vehicle position predicted value calculated by the Kalman filter to the vehicle position measured value, the error value can be reduced even when an error occurs in the calculation of the extended Kalman filter. It is an object of the present invention to provide a method for estimating a vehicle position that can more accurately estimate a vehicle position by more reasonably setting weights added to data calculated from a model extended Kalman filter.
본 발명에 의한 차량 위치 추정방법은, 입력된 데이터를 혼합하는 믹싱부와, 운동학적 모델 확장칼만필터 및 동역학적 모델 확장칼만필터로 구성되는 확장칼만필터와, 입력된 데이터를 융합하는 조합부를 포함하는 상호작용 다중모델 필터를 이용하여 차량 위치를 추정하는 방법에 있어서, 상기 믹싱부가 차량의 운동학적 모델 초기값과 동역학적 모델 초기값을 입력받는 단계; 상기 믹싱부가 상기 운동학적 모델 초기값과 상기 동역학적 모델 초기값을 믹싱하여 운동학적 모델 믹싱값과 동역학적 모델 믹싱값을 산출하는 단계; 상기 운동학적 모델 확장칼만필터가 상기 운동학적 모델 믹싱값을 입력받아 운동학적 모델 예측값을 산출하고, 상기 동역학적 모델 확장칼만필터가 상기 동역학적 모델 믹싱값을 입력받아 동역학적 모델 예측값을 산출하는 단계; 상기 운동학적 모델 확장칼만필터가 차량의 현재 위치를 나타내는 측정값과 상기 운동학적 모델 예측값의 사이값인 운동학적 모델 필터링값을 산출하고, 상기 동역학적 모델 확장칼만필터가 차량의 현재 위치를 나타내는 측정값과 상기 동역학적 모델 예측값의 사이값인 동역학적 모델 필터링값을 산출하는 단계; 상기 조합부가 상기 동역학적 모델 필터링값과 상기 운동학적 모델 필터링값을 융합하여 최종보정값을 산출하는 단계;를 포함한다.
상기 최종보정값을 산출하는 단계 이후, 상기 상호작용 다중모델 필터가 차량의 위치 추정 중지신호 입력 여부를 판단하는 단계를 더 포함하여, 차량의 위치 추정 중지신호가 입력되었으면 모든 과정을 종료하고, 차량의 위치 추정 중지신호가 입력되지 아니하였으면 상기 운동학적 모델 초기값과 동역학적 모델 초기값을 입력받는 단계로 되돌아간다.
상기 운동학적 모델 초기값과 동역학적 모델 초기값을 입력받는 단계를 처음 진입할 때에는, GPS로부터 수신된 차량의 위치관련 데이터가 상기 운동학적 모델 초기값과 동역학적 모델 초기값으로 설정되고, 상기 차량의 위치 추정 중지신호 입력 여부를 판단하는 단계를 거쳐 상기 운동학적 모델 초기값과 동역학적 모델 초기값을 입력받는 단계로 되돌아올 때에는, 이전 사이클에서 산출된 상기 운동학적 모델 필터링값과 동역학적 모델 필터링값이 각각 상기 운동학적 모델 초기값과 동역학적 모델 초기값으로 설정된다.
상기 상호작용 다중모델 필터는 데이터에 가중치를 부여하는 업데이트부(130)를 더 포함하고, 상기 최종보정값(30)을 산출하는 단계 이전에, 상기 업데이트부가 상기 운동학적 모델 필터링값과 상기 측정값 간의 차이와 상기 동역학적 모델 필터링값과 상기 측정값 간의 차이를 비교하여, 상기 운동학적 모델 필터링값과 상기 동역학적 모델 필터링값 중 상기 측정값과의 차이가 큰 필터링값보다 상기 측정값과의 차이가 작은 필터링값에 큰 가중치를 설정하는 단계를 더 포함하고, 상기 최종보정값을 산출하는 단계는, 상기 조합부가 상기 동역학적 모델 필터링값과 상기 운동학적 모델 필터링값에 상기 업데이트부에 의해 설정된 가중치를 부가한 후 융합하여 최종보정값을 산출하도록 구성된다.
상기 업데이트부가 가중치를 설정하는 단계는, 상기 운동학적 모델 필터링값과 상기 측정값 간의 차이와 상기 동역학적 모델 필터링값과 상기 측정값 간의 차이 비율에 반비례하는 비율로 가중치를 설정한다.
상기 운동학적 모델 믹싱값(12)과 상기 동역학적 모델 믹싱값을 산출하는 단계는, 상기 믹싱부가 상기 운동학적 모델 초기값에 상기 동역학적 모델 초기값을 일정 비율 믹싱하여 상기 운동학적 모델 믹싱값을 산출하고, 상기 동역학적 모델 초기값에 상기 운동학적 모델 초기값을 일정 비율 믹싱하여 상기 동역학적 모델 믹싱값을 산출하도록 구성된다.
상기 운동학적 모델 믹싱값과 상기 동역학적 모델 믹싱값을 산출하는 단계에서 상기 운동학적 모델 초기값에 상기 동역학적 모델 초기값을 믹싱하는 비율과 상기 동역학적 모델 초기값에 상기 운동학적 모델 초기값을 믹싱하는 비율은, 사용자의 선택에 따라 가변된다.
상기 측정값에는 차량의 현재 각속도와 차량의 현재 좌표가 포함되며, 상기 측정값은, 차량에 기 장착되어 있는 각속도 측정센서에 의해 측정된 차량의 각속도와, GPS로부터 수신된 차량의 현재 좌표를 통해 산출된다.
상기 각속도 측정센서는 요레이트 센서로 적용된다.
본 발명에 의한 차량 위치 추정방법은, 입력된 데이터를 혼합하는 믹싱부와, 운동학적 모델 확장칼만필터 및 동역학적 모델 확장칼만필터로 구성되는 확장칼만필터와, 입력된 데이터를 융합하는 조합부를 포함하는 상호작용 다중모델 필터를 이용하여 차량 위치를 추정하는 방법에 있어서, 상기 운동학적 모델 확장칼만필터가 차량의 운동학적 모델 예측값을 산출하고, 상기 동역학적 모델 확장칼만필터가 차량의 동역학적 모델 예측값을 산출하는 단계; 상기 운동학적 모델 확장칼만필터가 차량의 현재 위치를 나타내는 측정값과 상기 운동학적 모델 예측값의 사이값인 운동학적 모델 필터링값을 산출하고, 상기 동역학적 모델 확장칼만필터가 차량의 현재 위치를 나타내는 측정값과 상기 동역학적 모델 예측값의 사이값인 동역학적 모델 필터링값을 산출하는 단계; 상기 조합부가 상기 동역학적 모델 필터링값과 상기 운동학적 모델 필터링값을 융합하여 최종보정값을 산출하는 단계;를 포함한다.
상기 상호작용 다중모델 필터는 데이터에 가중치를 부여하는 업데이트부를 더 포함하고, 상기 최종보정값을 산출하는 단계 이전에, 상기 업데이트부가 상기 운동학적 모델 필터링값과 상기 측정값 간의 차이와 상기 동역학적 모델 필터링값과 상기 측정값 간의 차이를 비교하여, 상기 운동학적 모델 필터링값과 상기 동역학적 모델 필터링값 중 상기 측정값과의 차이가 큰 필터링값보다 상기 측정값과의 차이가 작은 필터링값에 큰 가중치를 설정하는 단계를 더 포함하고, 상기 최종보정값을 산출하는 단계는, 상기 조합부가 상기 동역학적 모델 필터링값과 상기 운동학적 모델 필터링값에 상기 업데이트부에 의해 설정된 가중치를 부가한 후 융합하여 최종보정값을 산출하도록 구성된다.
상기 업데이트부가 상기 가중치를 설정하는 단계는, 상기 운동학적 모델 필터링값과 상기 측정값 간의 차이와 상기 동역학적 모델 필터링값과 상기 측정값 간의 차이 비율에 반비례하는 비율로 가중치를 설정하도록 구성된다.
상기 측정값에는 차량의 현재 각속도와 차량의 현재 좌표가 포함되며, 상기 측정값은, 차량에 기 장착되어 있는 각속도 측정센서에 의해 측정된 차량의 각속도와, GPS로부터 수신된 차량의 현재 좌표를 통해 산출된다.
상기 각속도 측정센서는 요레이트 센서로 적용된다.The vehicle position estimation method according to the present invention includes a mixing unit that mixes input data, an extended Kalman filter composed of a kinematic model extended Kalman filter and a dynamic model extended Kalman filter, and a combination unit fused with the input data. A method of estimating a vehicle position using an interactive multi-model filter, the method comprising: receiving, by the mixing unit, a kinematic model initial value and a dynamic model initial value of a vehicle; Calculating, by the mixing unit, a kinematic model mixing value and a dynamic model mixing value by mixing the kinematic model initial value and the dynamic model initial value; The kinematic model extended Kalman filter receiving the kinematic model mixing value to calculate a kinematic model prediction value, and the kinematic model extended Kalman filter receiving the kinematic model mixing value to calculate a dynamic model predicted value ; The kinematic model extended Kalman filter calculates a kinematic model filtering value that is a value between the measured value indicating the current position of the vehicle and the kinematic model predicted value, and the dynamic model extended Kalman filter indicates the current position of the vehicle Calculating a dynamic model filtering value that is a value between the value and the dynamic model prediction value; And combining the dynamic model filtering value and the kinematic model filtering value to calculate a final correction value by the combining unit.
After the calculating of the final correction value, the interactive multi-model filter further comprises the step of determining whether or not to input the position estimation stop signal of the vehicle, if the position estimation stop signal of the vehicle is inputted, the process is terminated, If the position estimation stop signal is not inputted, the method returns to the initial step of receiving the kinematic model initial value and the dynamic model initial value.
When entering the kinematic model initial value and the dynamic model initial value for the first time, the position-related data of the vehicle received from the GPS is set to the kinematic model initial value and the dynamic model initial value, and the vehicle When the step of returning to the input of the kinematic model initial value and the dynamic model initial value through the step of determining whether the position estimation stop signal is inputted, the kinematic model filtering value and the dynamic model filtering calculated in the previous cycle Values are set to the kinematic model initial value and the kinetic model initial value, respectively.
The interactive multi-model filter further includes an
In the setting of the weighting unit, the weight is set at a ratio inversely proportional to the difference between the kinematic model filtering value and the measurement value and the difference ratio between the dynamic model filtering value and the measurement value.
In the calculating of the kinematic
In the calculating of the kinematic model mixing value and the dynamic model mixing value, the kinematic model initial value is added to the kinematic model initial value and the dynamic model initial value. The mixing ratio varies according to the user's selection.
The measured value includes the current angular velocity of the vehicle and the current coordinates of the vehicle, and the measured value is determined by the angular velocity of the vehicle measured by the angular velocity measuring sensor mounted on the vehicle and the current coordinates of the vehicle received from the GPS. Is calculated.
The angular velocity measuring sensor is applied as a yaw rate sensor.
The vehicle position estimation method according to the present invention includes a mixing unit that mixes input data, an extended Kalman filter composed of a kinematic model extended Kalman filter and a dynamic model extended Kalman filter, and a combination unit fused with the input data. In the method for estimating the vehicle position by using an interactive multi-model filter, the kinematic model extended Kalman filter calculates the kinematic model prediction value, the dynamic model extended Kalman filter is predicted by the dynamic model Calculating; The kinematic model extended Kalman filter calculates a kinematic model filtering value that is a value between the measured value indicating the current position of the vehicle and the kinematic model predicted value, and the dynamic model extended Kalman filter indicates the current position of the vehicle Calculating a dynamic model filtering value that is a value between the value and the dynamic model prediction value; And combining the dynamic model filtering value and the kinematic model filtering value to calculate a final correction value by the combining unit.
The interactive multi-model filter further includes an update unit for weighting the data, and before the calculating of the final correction value, the update unit differs between the kinematic model filtering value and the measured value and the dynamic model. By comparing the difference between the filtered value and the measured value, a weighted value that is larger than the filtered value having a larger difference between the measured value among the kinematic model filtered value and the dynamic model filtered value is smaller than the measured value. The method may further include setting the final correction value, wherein the combining unit adds weights set by the update unit to the dynamic model filtering value and the kinematic model filtering value, and then fuses the final values. Calculate a correction value.
The setting of the weighting unit by the updating unit is configured to set the weights at a ratio inversely proportional to the difference between the kinematic model filtering value and the measurement value and the difference ratio between the dynamic model filtering value and the measurement value.
The measured value includes the current angular velocity of the vehicle and the current coordinates of the vehicle, and the measured value is determined by the angular velocity of the vehicle measured by the angular velocity measuring sensor mounted on the vehicle and the current coordinates of the vehicle received from the GPS. Is calculated.
The angular velocity measuring sensor is applied as a yaw rate sensor.
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본 발명에 의한 상호작용 다중모델 필터를 이용한 차량 위치 추정방법을 이용하면, GPS 위치정보와 차량 내 센서정보를 융합하여 차량의 위치를 추정함으로써 GPS 수신이 불량한 장소에서도 차량의 위치를 안정적으로 추정할 수 있고, 확장칼만필터에 의해 산출된 차량위치 예측값을 차량위치 실측값으로 보정을 함으로써 확장칼만필터의 연산에 오류가 발생되는 경우에도 오류값을 줄일 수 있으며, 운동학적 모델 확장칼만필터로부터 산출된 데이터와 동역학적 모델 확장칼만필터로부터 산출된 데이터에 부가하는 가중치를 보다 합리적으로 설정함으로써 차량의 위치를 보다 정확하게 추정할 수 있다는 장점이 있다.By using the vehicle location estimation method using the interactive multi-model filter according to the present invention, by estimating the location of the vehicle by fusing the GPS location information and the sensor information in the vehicle, it is possible to stably estimate the location of the vehicle even in a place where GPS reception is poor. By correcting the vehicle position predicted value calculated by the extended Kalman filter to the vehicle position measured value, the error value can be reduced even when an error occurs in the calculation of the extended Kalman filter, and it is calculated from the kinematic model extended Kalman filter. There is an advantage that the position of the vehicle can be estimated more accurately by more rationally setting the weights added to the data and the data calculated from the dynamic model extended Kalman filter.
또한 본 발명에 의한 상호작용 다중모델 필터를 이용한 차량 위치 추정방법을 이용하면 차량의 위치를 안정적이고 정확하게 추정할 수 있으므로, 무인자율주행 자동차 시스템과 지능형 수송 시스템의 안정성을 현저히 향상시키고, 네비게이션 시스템의 정확도를 현저히 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
In addition, the vehicle position estimation method using the interactive multi-model filter according to the present invention can estimate the position of the vehicle stably and accurately, significantly improving the stability of the unmanned autonomous vehicle system and the intelligent transportation system, and The effect of remarkably improving accuracy can be obtained.
도 1은 본 발명에 의한 차량 위치 추정방법을 구현하기 위한 상호작용 다중모델 필터의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 의한 상호작용 다중모델 필터를 이용한 차량 위치 추정방법의 순서도이다.1 is a block diagram showing the configuration of an interactive multi-model filter for implementing a vehicle position estimation method according to the present invention.
2 is a flowchart of a vehicle position estimation method using an interactive multi-model filter according to the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 상호작용 다중모델 필터를 이용한 차량 위치 추정방법의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a vehicle position estimation method using an interactive multi-model filter according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 차량 위치 추정방법을 구현하기 위한 상호작용 다중모델 필터의 구성을 도시하는 블록도이고, 도 2는 본 발명에 의한 상호작용 다중모델 필터를 이용한 차량 위치 추정방법의 순서도이다.1 is a block diagram showing the configuration of an interactive multi-model filter for implementing a vehicle position estimation method according to the present invention, Figure 2 is a flow chart of a vehicle position estimation method using an interactive multi-model filter according to the present invention. .
차량이 이동할 때에는 저속이면서 각속도가 낮아 슬립이 거의 발생되지 아니하는 조건과, 고속이면서 각속도가 높아 슬립이 많이 발생하는 조건이 수시로 교차 발생되는바, 이동하는 차량의 위치를 보다 정확하게 추정할 수 있도록 각 모델에 맞춰 차량의 위치를 추정하는 상호작용 다중모델 필터(Interacting Multiple Model Filter : IMM filter)가 주로 사용된다. 상기 상호작용 다중모델 필터는, 슬립이 거의 발생하지 아니하는 모델을 해석하기 위한 운동학적 모델 확장칼만필터(Kinematic Model Extended Kalman Filter)와, 비교적 슬립이 많이 발생하는 모델을 해석하기 위한 동역학적 모델 확장칼만필터(Dynamic Model Extended Kalman Filter)를 구비하여, 차량의 운전 환경에 맞춰 차량의 위치를 추정하도록 구성되어 있다. When the vehicle moves, the low speed and low angular speed rarely causes slip and the high speed and high angular speed often cause frequent slip, so that the position of the moving vehicle can be estimated more accurately. The Interacting Multiple Model Filter (IMM filter), which estimates the position of the vehicle according to the model, is mainly used. The interactive multi-model filter includes a kinematic model extended Kalman filter for analyzing a model in which slip occurs rarely and a dynamic model extension for analyzing a model in which slip occurs relatively much. A Dynamic Model Extended Kalman Filter is provided and configured to estimate the position of the vehicle according to the driving environment of the vehicle.
이때, 현재 상용화되어 있는 차량 위치 추정 시스템은 대부분 GPS로부터 수신된 신호만으로 차량의 위치를 추정하도록 구성되어 있는바, 위성신호의 누락, 신호 에러, 위치정보의 큰 오차 등이 발생되는 경우 추정된 차량의 위치와 실제 차량의 위치가 크게 이격된다는 문제점이 있다.At this time, the current vehicle position estimation system is mostly configured to estimate the position of the vehicle using only the signal received from the GPS, the estimated vehicle when missing satellite signal, signal error, large error of position information, etc. There is a problem that the position of and the actual position of the vehicle is greatly spaced apart.
본 발명에 의한 상호작용 다중모델 필터(100)를 이용한 차량 위치 추정방법은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 발명으로서, 운동학적 모델 확장칼만필터(122)(Kinematic Model Extended Kalman Filter)와 동역학적 모델 확장칼만필터(124)(Dynamic Model Extended Kalman Filter)를 구비하는 상호작용 다중모델 필터(100)(Interacting Multiple Model Filter : IMM filter)를 이용하여 GPS로부터 수신된 차량의 위치관련 데이터를 연산함으로써 차량의 현재 위치를 추정하되, 운동학적 모델 확장칼만필터(122)와 동역학적 모델 확장칼만필터(124)의 연산 과정만을 통해 차량의 위치를 추정하는 것이 아니라, 운동학적 모델 확장칼만필터(122)와 동역학적 모델 확장칼만필터(124)를 통해 산출된 차량의 위치 데이터를 차량에 부착된 각종 센서 및 GPS를 통해 실측된 현재 차량 위치 측정값으로 보정을 함으로써 보다 정확하게 차량의 위치를 추정할 수 있도록 구성된다는 점에 특징이 있다.The vehicle position estimation method using the interactive
본 발명에 의한 상호작용 다중모델 필터(100)를 이용하여 차량 위치 추정방법을 수행할 때에는, 먼저 차량의 슬립이 발생되지 아니하는 것을 전제로하는 운동학적 모델로 분석될 차량의 위치관련 데이터 즉, 운동학적 모델 초기값(11)과, 동역학적 모델로 분석될 차량의 위치관련 데이터 즉, 동역학적 모델 초기값(21)을 입력받는다(S10). 이때, 슬립이 거의 발생하지 아니하는 운동학적 모델로 차량이 이동하다가 슬립이 많이 발생되는 동역학적 모델로 차량이 이동할 수 있고, 반대로 슬립이 많이 발생되는 동역학적 모델로 차량이 이동하다가 슬립이 거의 발생하지 아니하는 운동학적 모델로 차량이 이동할 수도 있다. 따라서 상기 운동학적 모델 초기값(11)이 그대로 운동학적 모델 확장칼만필터(122)로 대입되고 상기 동역학적 모델 초기값(21)이 그대로 동역학적 모델 확장칼만필터(124)로 대입되는 것이 아니라, 운동학적 모델 초기값(11)에 동역학적 모델 초기값(21)을 일정 비율 믹싱하여 운동학적 모델 믹싱값(12)을 산출하고, 동역학적 모델 초기값(21)에 운동학적 모델 초기값(11)을 일정 비율 믹싱하여 동역학적 모델 믹싱값(22)을 산출한 후(S20), 상기 운동학적 모델 믹싱값(12)과 동역학적 모델 믹싱값(22)이 각각 운동학적 모델 확장칼만필터(122)와 동역학적 모델 확장칼만필터(124)로 각각 대입된다. 이때, 운동학적 모델 초기값(11)에 동역학적 모델 초기값(21)을 믹싱하는 비율과 동역학적 모델 초기값(21)에 운동학적 모델 초기값(11)을 믹싱하는 비율은, 차량이동 모델이 동역학적 모델에서 운동학적 모델로 변환될 확률과 차량이동 모델이 운동학적 모델에서 동역학적 모델로 변환될 확률에 따라 결정된다. 이와 같이 두 종류 모델의 초기값을 믹싱하는 믹싱부(110)는 종래의 상호작용 다중모델 필터(100)에도 적용되고 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.When performing a vehicle position estimation method using the interactive
상기 운동학적 모델 믹싱값(12)과 동역학적 모델 믹싱값(22)이 각각 운동학적 모델 확장칼만필터(122)와 동역학적 모델 확장칼만필터(124)로 전달되면, 상기 운동학적 모델 확장칼만필터(122)와 동역학적 모델 확장칼만필터(124)를 통해 운동학적 모델 예측값(13)과 동역학적 모델 예측값(23)이 산출된다(S30). 한편, 운동학적 모델 예측값(13)과 동역학적 모델 예측값(23)이 산출되는 과정에서 휠스피드 센서(200)와 조향각 센서(300)로부터 얻어진 차량이 이동정보가 융합될 수도 있는데, 이와 같이 확장칼만필터(120)를 이용하여 차량의 위치 예측값을 산출할 때 차량에 부착된 센서로부터 얻어진 차량의 이동정보를 융합하는 방법 역시 종래의 상호작용 다중모델 필터(100)에 적용되고 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.When the kinematic
이때, 확장칼만필터(120)로부터 산출된 차량 위치 예측값은 시간변화에 따르는 선형그래프로 나타날 수는 있지만, 차량의 운전조건이 급격하게 변화되는 경우에는 상기 확장칼만필터(120)로부터 산출된 차량 위치 예측값과 실제 차량 위치값 간에는 큰 차이가 발생될 수 있다. 반면에, 차량의 요레이트 센서(500)에 의해 측정된 차량 각속도와 GPS(400)로부터 수신된 차량 좌표로부터 산출된 차량의 현재 위치관련 데이터 즉, 측정값은 GPS(400)가 가지고 있는 고유의 측정 오차 때문에 시간변화에 따르는 선형그래프로 나타날 수는 없지만, 차량의 운전조건이 급격하게 변화되더라도 실제 차량의 위치값과 큰 차이가 발생되지 아니한다는 특성이 있다. 따라서 본 발명에 의한 차량 위치 추정방법은, 상기 예측값과 측정값을 융합함으로써, 상기 예측값이 가지는 단점과 상기 측정값이 가지는 단점을 줄이도록 구성된다는 점에 특징이 있다.At this time, the vehicle position predicted value calculated from the
즉, 본 발명에 의한 차량 위치 추정방법은, 운동학적 모델 예측값(13)과 동역학적 모델 예측값(23)이 산출된 이후, 차량의 요레이트 센서(500)에 의해 측정된 차량 각속도와 GPS(400)로부터 수신된 차량 좌표를 이용하여 차량의 현재 위치관련 데이터를 포함하여 차량의 현재 위치를 나타내는 측정값을 산출하며, 상기 동역학적 모델 예측값(23)과 상기 측정값의 사이값인 동역학적 모델 필터링값(24)을 산출하고, 상기 운동학적 모델 예측값(13)과 상기 측정값의 사이값인 운동학적 모델 필터링값(14)을 산출하는 단계(S40)를 거치게 된다. 이때, 차량 각속도를 측정하기 위한 센서는 상기 언급한 요레이트 센서(500)로 한정되지 아니하고, 차량에 기 장착되어 있으며 차량의 각속도를 측정할 수 있는 센서라면 어떠한 센서로도 대체될 수 있다. That is, in the vehicle position estimation method according to the present invention, after the kinematic
이와 같이 예측값과 측정값을 융합하게 되면, 예측값이 실제 차량의 위치값과 큰 차이가 나도록 산출되더라도 실제 차량의 위치값과 가까워지도록 보정된 필터링값을 얻을 수 있으므로, 보다 안정적으로 차량의 위치를 추정할 수 있다는 장점이 있다. 이때, 상기 예측값과 측정값의 중간값을 필터링값으로 산출할 수도 있고, 상기 예측값과 측정값 중 어느 하나에 더 큰 가중치를 두어 필터링값을 산출할 수도 있다. 참고로, 상기 측정값이 융합된 필터링값 부터는 차량의 좌표뿐만 아니라 차량의 각속도 데이터까지 포함되어 있는바, 차량의 위치를 보다 정확하게 예측할 수 있게 된다.In this way, when the predicted value and the measured value are fused, even though the predicted value is calculated to be largely different from the actual vehicle position value, the filtered value is adjusted to be closer to the actual vehicle position value. The advantage is that you can. In this case, the median value between the predicted value and the measured value may be calculated as a filtering value, or the filtering value may be calculated by giving a greater weight to any one of the predicted value and the measured value. For reference, not only the coordinates of the vehicle but also the angular velocity data of the vehicle may be included from the filtered value in which the measured values are fused, so that the position of the vehicle may be more accurately predicted.
이와 같이 운동학적 모델 필터링값(14)과 동역학적 모델 필터링값(24)이 산출되면, 상기 운동학적 모델 필터링값(14)과 동역학적 모델 필터링값(24)을 융합하여 최종보정값(30)을 산출하는 단계(S60)를 거치게 되는데, 이와 같이 운동학적 모델 확장칼만필터(122)로부터 산출된 값과 동역학적 모델 확장칼만필터(124)로부터 산출된 값을 융합하는 조합부(140)는 종래의 상호작용 다중모델 필터(100)에도 동일하게 적용되고 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이때, 본 발명에 의한 차량위치 추정방법은, 운동학적 모델 확장칼만필터(122)로부터 산출된 운동학적 모델 필터링값(14)과 동역학적 모델 확장칼만필터(124)로부터 산출된 동역학적 모델 필터링값(24)의 평균값을 최종보정값(30)으로 산출하는 것이 아니라, 운동학적 모델 필터링값(14)과 동역학적 모델 필터링값(24) 중 어떤 필터링값이 차량의 상기 측정값(요레이트 센서(500)에 의해 측정된 차량 각속도와 GPS(400)로부터 수신된 차량 좌표로부터 산출된 차량의 현재 위치관련 데이터)과 근접한지를 판단한 후, 상기 측정값과 근접한 필터링값에 가중치를 두어 최종보정값(30)을 산출하도록 구성될 수 있다.When the kinematic
즉, 본 발명에 의한 차량 위치 추정방법은, 상기 최종보정값(30)을 산출하는 단계(S60) 이전에, 상기 운동학적 모델 필터링값(14)과 상기 측정값 간의 차이와 상기 동역학적 모델 필터링값(24)과 상기 측정값 간의 차이를 비교하여, 상기 운동학적 모델 필터링값(14)과 상기 동역학적 모델 필터링값(24) 중 상기 측정값과의 차이가 큰 필터링값보다 상기 측정값과의 차이가 작은 필터링값에 큰 가중치를 설정하는 단계(S50)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 운동학적 모델 필터링값(14)과 동역학적 모델 필터링값(24)에 가중치를 설정하는 단계(S50)가 추가되면, 상기 최종보정값(30)을 산출하는 단계(S60)는, 상기 동역학적 모델 필터링값(24)과 상기 운동학적 모델 필터링값(14)에 상기 가중치를 고려하여 최종보정값(30)을 산출하도록 구성되어야 할 것이다. 예를 들어, 운동학적 모델 필터링값(14)의 차량 위치좌표와 측정값의 차량 위치좌표 간 거리가 동역학적 모델 필터링값(24)의 차량 위치좌표와 측정값의 차량 위치좌표 간 거리보다 먼 경우, 상기 최종보정값(30)은 상기 동역학적 모델 필터링값(24)과 가까운 값으로 산출될 것이다.That is, the vehicle position estimation method according to the present invention, before the step (S60) of calculating the
더 나아가, 상기 가중치를 설정하는 단계는, 상기 운동학적 모델 필터링값(14)과 상기 측정값 간의 차이와 상기 동역학적 모델 필터링값(24)과 상기 측정값 간의 차이 비율에 반비례하는 비율로 가중치를 설정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 운동학적 모델 필터링값(14)의 차량 위치좌표가 (20, 10)이고 동역학적 모델 필터링값(24)의 차량 위치좌표가 (10, 20)이며, 운동학적 모델 필터링값(14)의 차량 위치좌표와 측정값의 차량 위치좌표 간 거리가 동역학적 모델 필터링값(24)의 차량 위치좌표와 측정값의 차량 위치좌표 간 거리의 3배인 경우, 상기 운동학적 모델 필터링값(14)에는 0.25의 가중치가 주어지고 상기 동역학적 모델 필터링값(24)에는 0.75의 가중치가 주어져, X좌표값은 (20×0.25)+(10×0.75)=12.5가 되고 Y좌표값은 (10×0.25)+(20×0.75)=17.5가 되어, 최종보정값(30)의 차량 위치좌표는 (12.5, 17.5)가 된다. 도 1에서는 동역학적 모델 필터링값(24)과 운동학적 모델 필터링값(14)에 가중치를 부가하기 위한 업데이트부(130)를 별도로 도시하고 있으나, 상기 업데이트부(130)는 조합부(140)와 하나로 합쳐져, 상기 조합부(140)에서 동역학적 모델 필터링값(24)과 운동학적 모델 필터링값(14)에 가중치를 설정하는 과정과 최종보정값(30)을 산출하는 과정이 모두 이루어지도록 구성될 수 있다.Further, the setting of the weight may include weighting at a rate inversely proportional to the difference between the kinematic
한편, 본 발명에 의한 차량 위치 추정방법은 상기와 같은 최종보정값(30)을 단위시간마다 지속적으로 산출해야 하는바, 상기 최종보정값(30)을 산출하는 단계 이후 차량의 위치 추정 중지신호가 입력되었는지를 판단하는 단계를 더 포함하여, 차량의 위치 추정 중지신호가 입력되었으면 모든 과정을 종료하고, 차량의 위치 추정 중지신호가 입력되지 아니하였으면 상기 운동학적 모델 초기값(11)과 동역학적 모델 초기값(21)을 입력받는 단계로 되돌아가도록 구성되어야 할 것이다.Meanwhile, in the vehicle position estimation method according to the present invention, the
이때, 상기 차량의 위치 추정 중지신호가 입력되었는지를 판단하는 단계를 거쳐 상기 운동학적 모델 초기값(11)과 동역학적 모델 초기값(21)을 입력받는 단계로 되돌아오는 경우, 이전 사이클에서 산출된 상기 운동학적 모델 필터링값(14)과 동력학적 모델 필터링값이 각각 상기 운동학적 모델 초기값(11)과 동역학적 모델 초기값(21)으로 설정된다. 이와 같이 바로 전 사이클에서 운동학적 모델 확장칼만필터(122)와 동역학적 모델 확장칼만필터(124)에 의해 산출된 값이 운동학적 모델 초기값(11)과 동역학적 모델 초기값(21)으로 입력되는 연산과정은, 통상의 상호작용 다중모델 필터(100)에서도 동일하게 활용되고 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.In this case, when it is returned to the step of receiving the kinematic model
한편, 상기 언급한 각 단계를 1사이클 거친 후 다시 상기 운동학적 모델 초기값(11)과 동역학적 모델 초기값(21)을 입력받는 단계로 진입하는 경우에는 상기 언급한 바와 같이 이전 사이클에서 산출된 상기 운동학적 모델 필터링값(14)과 동력학적 모델 필터링값을 각각 상기 운동학적 모델 초기값(11)과 동역학적 모델 초기값(21)으로 설정할 수 있으나, 상기 운동학적 모델 초기값(11)과 동역학적 모델 초기값(21)을 입력받는 단계를 처음 진입하는 경우에는 산출된 상기 운동학적 모델 필터링값(14)과 동력학적 모델 필터링값이 없으므로, 상기 GPS로부터 수신된 차량의 위치관련 데이터가 상기 운동학적 모델 초기값(11)과 동역학적 모델 초기값(21)으로 설정되어야 할 것이다.
On the other hand, when entering the step of receiving the kinematic model
또한 본 발명에 의한 상호작용 다중모델 필터(100)를 이용한 차량 위치 추정방법은, 운동학적 모델 믹싱값(12) 및 동역학적 모델 믹싱값(22)을 산출하는 단계(S20)가 생략될 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 상호작용 다중모델 필터(100)를 이용한 차량 위치 추정방법은, 슬립이 없는 조건으로 차량이 이동하였을 때의 차량 위치 예측값 즉, 운동학적 모델 예측값(13)을 상기 운동학적 모델 확장칼만필터(122)로 산출하고, 슬립이 있는 조건으로 차량이 이동하였을 때의 차량 위치 예측값 즉, 동역학적 모델 예측값(23)을 상기 동역학적 모델 확장칼만필터(124)로 산출하는 단계(S30)와, 차량의 요레이트 센서(500)에 의해 측정된 차량 각속도와 GPS로부터 수신된 차량 좌표를 이용하여 차량의 현재 위치관련 데이터 즉, 측정값을 산출하며, 상기 운동학적 모델 예측값(13)과 상기 측정값의 사이값인 운동학적 모델 필터링값(14)을 산출하고, 상기 동역학적 모델 예측값(23)과 상기 측정값의 사이값인 동역학적 모델 필터링값(24)을 산출하는 단계(S40)와, 상기 동역학적 모델 필터링값(24)과 상기 운동학적 모델 필터링값(14)을 융합하여 최종보정값(30)을 산출하는 단계(S60)를 포함하도록 구성될 수 있다.In addition, in the vehicle position estimation method using the interactive
물론, 운동학적 모델 필터링값(14)과 동역학적 모델 필터링값(24)에 가중치를 설정하는 단계(S50)가 추가될 수 있으며, 상기 가중치는 상기 언급한 바와 같이 운동학적 모델 필터링값(14)과 측정값 간의 차이와 동역학적 모델 필터링값(24)과 측정값 간의 차이 비율에 반비례하는 비율로 설정되도록 구성될 수 있다.
Of course, a step S50 of setting weights to the kinematic
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.
100 : 상호작용 다중모델 필터 110 : 믹싱부
120 : 확장칼만필터
122 : 운동학적 모델 확장칼만필터
124 : 동역학적 모델 확장칼만필터
130 : 업데이트부 140 : 조합부
200 : 휠스피드 센서 300 : 조향각 센서
400 : GPS 500 : 요레이트 센서100: interactive multi-model filter 110: mixing unit
120: Extended Kalman Filter
122: kinematic model extended Kalman filter
124: Dynamic Model Extended Kalman Filter
130: update unit 140: combination unit
200: wheel speed sensor 300: steering angle sensor
400: GPS 500: yaw rate sensor
Claims (14)
상기 믹싱부(110)가 차량의 운동학적 모델 초기값(11)과 동역학적 모델 초기값(21)을 입력받는 단계(S10);
상기 믹싱부(110)가 상기 운동학적 모델 초기값(11)과 상기 동역학적 모델 초기값(21)을 믹싱하여 운동학적 모델 믹싱값(12)과 동역학적 모델 믹싱값(22)을 산출하는 단계(S20);
상기 운동학적 모델 확장칼만필터(122)가 상기 운동학적 모델 믹싱값(12)을 입력받아 운동학적 모델 예측값(13)을 산출하고, 상기 동역학적 모델 확장칼만필터(124)가 상기 동역학적 모델 믹싱값(22)을 입력받아 동역학적 모델 예측값(23)을 산출하는 단계(S30);
상기 운동학적 모델 확장칼만필터(122)가 차량의 현재 위치를 나타내는 측정값과 상기 운동학적 모델 예측값(13)의 사이값인 운동학적 모델 필터링값(14)을 산출하고, 상기 동역학적 모델 확장칼만필터(124)가 차량의 현재 위치를 나타내는 측정값과 상기 동역학적 모델 예측값(23)의 사이값인 동역학적 모델 필터링값(24)을 산출하는 단계(S40);
상기 조합부(140)가 상기 동역학적 모델 필터링값(24)과 상기 운동학적 모델 필터링값(14)을 융합하여 최종보정값(30)을 산출하는 단계(S60);
를 포함하는 차량 위치 추정방법.
A mixing unit 110 for mixing the input data, an extension kalman filter 120 composed of a kinematic model extended Kalman filter 122 and a dynamic model extended Kalman filter 124, and a combination that fuses the input data. In the method for estimating the vehicle position using the interactive multi-model filter 100 including the unit 140,
Receiving, by the mixing unit 110, a kinematic model initial value 11 and a dynamic model initial value 21 of the vehicle (S10);
Calculating the kinematic model mixing value 12 and the dynamic model mixing value 22 by mixing the kinematic model initial value 11 and the dynamic model initial value 21 by the mixing unit 110. (S20);
The kinematic model extended Kalman filter 122 receives the kinematic model mixing value 12 to calculate a kinematic model prediction value 13, and the kinematic model extended Kalman filter 124 mixes the kinematic model. Receiving a value 22 and calculating a dynamic model prediction value 23 (S30);
The kinematic model extended Kalman filter 122 calculates the kinematic model filtered value 14, which is a value between the measured value indicating the current position of the vehicle and the kinematic model predicted value 13, and the kinematic model extended Kalman. The filter 124 calculating a dynamic model filtering value 24 which is a value between the measured value indicating the current position of the vehicle and the dynamic model prediction value 23 (S40);
Calculating, by the combining unit 140, a final correction value 30 by fusing the dynamic model filtering value 24 and the kinematic model filtering value 14;
Vehicle location estimation method comprising a.
상기 최종보정값(30)을 산출하는 단계(S60) 이후, 상기 상호작용 다중모델 필터(100)가 차량의 위치 추정 중지신호 입력 여부를 판단하는 단계(S70)를 더 포함하여, 차량의 위치 추정 중지신호가 입력되었으면 모든 과정을 종료하고, 차량의 위치 추정 중지신호가 입력되지 아니하였으면 상기 운동학적 모델 초기값(11)과 동역학적 모델 초기값(21)을 입력받는 단계로 되돌아가는 것을 특징으로 하는 차량 위치 추정방법.
The method of claim 1,
After the calculating of the final correction value (30) (S60), the interactive multi-model filter 100 further comprises a step (S70) of determining whether or not to input the vehicle position estimation stop signal, the position estimation of the vehicle If the stop signal is inputted, all processes are terminated, and if the vehicle position estimation stop signal is not inputted, the process returns to the step of receiving the kinematic model initial value 11 and the dynamic model initial value 21. Vehicle position estimation method.
상기 운동학적 모델 초기값(11)과 동역학적 모델 초기값(21)을 입력받는 단계(S10)를 처음 진입할 때에는, GPS로부터 수신된 차량의 위치관련 데이터가 상기 운동학적 모델 초기값(11)과 동역학적 모델 초기값(21)으로 설정되고,
상기 차량의 위치 추정 중지신호 입력 여부를 판단하는 단계(S70)를 거쳐 상기 운동학적 모델 초기값(11)과 동역학적 모델 초기값(21)을 입력받는 단계(S10)로 되돌아올 때에는, 이전 사이클에서 산출된 상기 운동학적 모델 필터링값(14)과 동역학적 모델 필터링값이 각각 상기 운동학적 모델 초기값(11)과 동역학적 모델 초기값(21)으로 설정되는 것을 특징으로 하는 차량 위치 추정방법.
The method of claim 2,
When entering the step S10 of receiving the kinematic model initial value 11 and the dynamic model initial value 21 for the first time, the position-related data of the vehicle received from the GPS is the kinematic model initial value 11. And dynamic model initial value (21),
When returning to the step S10 of receiving the kinematic model initial value 11 and the dynamic model initial value 21 through the step S70 of determining whether to input the position estimation stop signal of the vehicle, the previous cycle And the kinematic model filtering value (14) and the kinetic model filtering value calculated at are set to the kinematic model initial value (11) and the kinetic model initial value (21), respectively.
상기 상호작용 다중모델 필터(100)는 데이터에 가중치를 부여하는 업데이트부(130)를 더 포함하고,
상기 최종보정값(30)을 산출하는 단계(S60) 이전에, 상기 업데이트부(130)가 상기 운동학적 모델 필터링값(14)과 상기 측정값 간의 차이와 상기 동역학적 모델 필터링값(24)과 상기 측정값 간의 차이를 비교하여, 상기 운동학적 모델 필터링값(14)과 상기 동역학적 모델 필터링값(24) 중 상기 측정값과의 차이가 큰 필터링값보다 상기 측정값과의 차이가 작은 필터링값에 큰 가중치를 설정하는 단계(S50)를 더 포함하고,
상기 최종보정값(30)을 산출하는 단계(S60)는, 상기 조합부(140)가 상기 동역학적 모델 필터링값(24)과 상기 운동학적 모델 필터링값(14)에 상기 업데이트부(130)에 의해 설정된 가중치를 부가한 후 융합하여 최종보정값(30)을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 위치 추정방법.
The method of claim 1,
The interactive multi-model filter 100 further includes an updater 130 that weights the data.
Before calculating the final correction value 30 (S60), the update unit 130 and the difference between the kinematic model filtering value 14 and the measured value and the dynamic model filtering value 24 and The difference between the measured values and the difference between the measured values is greater than that of the measured values among the kinematic model filtered value 14 and the dynamic model filtered value 24. The method further includes setting a large weight in step S50,
Computing the final correction value (30) (S60), the combination unit 140 is the dynamic model filtering value 24 and the kinematic model filtering value 14 to the update unit 130. And a fusion after adding the weights set to calculate the final correction value (30).
상기 업데이트부(130)가 가중치를 설정하는 단계(S50)는, 상기 운동학적 모델 필터링값(14)과 상기 측정값 간의 차이와 상기 동역학적 모델 필터링값(24)과 상기 측정값 간의 차이 비율에 반비례하는 비율로 가중치를 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 위치 추정방법.
The method of claim 4, wherein
The step of setting the weight by the updater 130 (S50) may be based on the difference between the kinematic model filtering value 14 and the measured value and the difference between the kinematic model filtering value 24 and the measured value. And set weights at inversely proportional rates.
상기 운동학적 모델 믹싱값(12)과 상기 동역학적 모델 믹싱값(22)을 산출하는 단계(S20)는,
상기 믹싱부(110)가 상기 운동학적 모델 초기값(11)에 상기 동역학적 모델 초기값(21)을 일정 비율 믹싱하여 상기 운동학적 모델 믹싱값(12)을 산출하고, 상기 동역학적 모델 초기값(21)에 상기 운동학적 모델 초기값(11)을 일정 비율 믹싱하여 상기 동역학적 모델 믹싱값(22)을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 위치 추정방법.
The method according to any one of claims 1 to 5,
Computing the kinematic model mixing value 12 and the dynamic model mixing value 22 (S20),
The mixing unit 110 calculates the kinematic model mixing value 12 by mixing the kinematic model initial value 21 with the kinematic model initial value 11 by a predetermined ratio, and calculates the kinematic model initial value. And (21) calculating the dynamic model mixing value (22) by mixing the initial kinematic model initial value (11) with a predetermined ratio.
상기 운동학적 모델 믹싱값(12)과 상기 동역학적 모델 믹싱값(22)을 산출하는 단계(S20)에서 상기 운동학적 모델 초기값(11)에 상기 동역학적 모델 초기값(21)을 믹싱하는 비율과 상기 동역학적 모델 초기값(21)에 상기 운동학적 모델 초기값(11)을 믹싱하는 비율은, 사용자의 선택에 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 차량 위치 추정방법.
The method of claim 6,
The ratio of mixing the kinematic model initial value 21 with the kinematic model initial value 11 in the step S20 of calculating the kinematic model mixing value 12 and the dynamic model mixing value 22. And the ratio of mixing the kinematic model initial value (11) to the dynamic model initial value (21) is variable according to the user's selection.
상기 측정값에는 차량의 현재 각속도와 차량의 현재 좌표가 포함되며,
상기 측정값은, 차량에 기 장착되어 있는 각속도 측정센서에 의해 측정된 차량의 각속도와, GPS(400)로부터 수신된 차량의 현재 좌표를 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 차량 위치 추정방법.
The method according to any one of claims 1 to 5,
The measured value includes the current angular velocity of the vehicle and the current coordinates of the vehicle,
The measured value is calculated based on the angular velocity of the vehicle measured by the angular velocity measuring sensor pre-mounted on the vehicle, and the current coordinates of the vehicle received from the GPS (400).
상기 각속도 측정센서는 요레이트 센서(500)인 것을 특징으로 하는 차량 위치 추정방법.
9. The method of claim 8,
The angular velocity measuring sensor is a yaw rate sensor (500).
상기 운동학적 모델 확장칼만필터(122)가 차량의 운동학적 모델 예측값(13)을 산출하고, 상기 동역학적 모델 확장칼만필터(124)가 차량의 동역학적 모델 예측값(23)을 산출하는 단계(S30);
상기 운동학적 모델 확장칼만필터(122)가 차량의 현재 위치를 나타내는 측정값과 상기 운동학적 모델 예측값(13)의 사이값인 운동학적 모델 필터링값(14)을 산출하고, 상기 동역학적 모델 확장칼만필터(124)가 차량의 현재 위치를 나타내는 측정값과 상기 동역학적 모델 예측값(23)의 사이값인 동역학적 모델 필터링값(24)을 산출하는 단계(S40);
상기 조합부(140)가 상기 동역학적 모델 필터링값(24)과 상기 운동학적 모델 필터링값(14)을 융합하여 최종보정값(30)을 산출하는 단계(S60);
를 포함하는 차량 위치 추정방법.
A mixing unit 110 for mixing the input data, an extension kalman filter 120 composed of a kinematic model extended Kalman filter 122 and a dynamic model extended Kalman filter 124, and a combination that fuses the input data. In the method for estimating the vehicle position using the interactive multi-model filter 100 including the unit 140,
The kinematic model extended Kalman filter 122 calculates the kinematic model prediction value 13 of the vehicle, and the kinematic model extended Kalman filter 124 calculates the dynamic model predicted value 23 of the vehicle (S30). );
The kinematic model extended Kalman filter 122 calculates the kinematic model filtered value 14, which is a value between the measured value indicating the current position of the vehicle and the kinematic model predicted value 13, and the kinematic model extended Kalman. The filter 124 calculating a dynamic model filtering value 24 which is a value between the measured value indicating the current position of the vehicle and the dynamic model prediction value 23 (S40);
Calculating, by the combining unit 140, a final correction value 30 by fusing the dynamic model filtering value 24 and the kinematic model filtering value 14;
Vehicle location estimation method comprising a.
상기 상호작용 다중모델 필터(100)는 데이터에 가중치를 부여하는 업데이트부(130)를 더 포함하고,
상기 최종보정값(30)을 산출하는 단계(S60) 이전에, 상기 업데이트부(130)가 상기 운동학적 모델 필터링값(14)과 상기 측정값 간의 차이와 상기 동역학적 모델 필터링값(24)과 상기 측정값 간의 차이를 비교하여, 상기 운동학적 모델 필터링값(14)과 상기 동역학적 모델 필터링값(24) 중 상기 측정값과의 차이가 큰 필터링값보다 상기 측정값과의 차이가 작은 필터링값에 큰 가중치를 설정하는 단계(S50)를 더 포함하고,
상기 최종보정값(30)을 산출하는 단계(S60)는, 상기 조합부(140)가 상기 동역학적 모델 필터링값(24)과 상기 운동학적 모델 필터링값(14)에 상기 업데이트부(130)에 의해 설정된 가중치를 부가한 후 융합하여 최종보정값(30)을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 위치 추정방법.
The method of claim 10,
The interactive multi-model filter 100 further includes an updater 130 that weights the data.
Before calculating the final correction value 30 (S60), the update unit 130 and the difference between the kinematic model filtering value 14 and the measured value and the dynamic model filtering value 24 and The difference between the measured values and the difference between the measured values is greater than that of the measured values among the kinematic model filtered value 14 and the dynamic model filtered value 24. The method further includes setting a large weight in step S50,
Computing the final correction value (30) (S60), the combination unit 140 is the dynamic model filtering value 24 and the kinematic model filtering value 14 to the update unit 130. And a fusion after adding the weights set to calculate the final correction value (30).
상기 업데이트부(130)가 상기 가중치를 설정하는 단계(S50)는, 상기 운동학적 모델 필터링값(14)과 상기 측정값 간의 차이와 상기 동역학적 모델 필터링값(24)과 상기 측정값 간의 차이 비율에 반비례하는 비율로 가중치를 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 위치 추정방법.
The method of claim 11,
In step S50 of setting the weight by the updater 130, the difference between the kinematic model filtering value 14 and the measurement value and the difference ratio between the dynamic model filtering value 24 and the measurement value And set a weight at a rate inversely proportional to the vehicle position estimation method.
상기 측정값에는 차량의 현재 각속도와 차량의 현재 좌표가 포함되며,
상기 측정값은, 차량에 기 장착되어 있는 각속도 측정센서에 의해 측정된 차량의 각속도와, GPS(400)로부터 수신된 차량의 현재 좌표를 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 차량 위치 추정방법.
The method according to any one of claims 10 to 12,
The measured value includes the current angular velocity of the vehicle and the current coordinates of the vehicle,
The measured value is calculated based on the angular velocity of the vehicle measured by the angular velocity measuring sensor pre-mounted on the vehicle, and the current coordinates of the vehicle received from the GPS (400).
상기 각속도 측정센서는 요레이트 센서(500)인 것을 특징으로 하는 차량 위치 추정방법.The method of claim 13,
The angular velocity measuring sensor is a yaw rate sensor (500).
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