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KR101344755B1 - Apparatus and method for measuring velocity by using kalman filter - Google Patents

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KR101344755B1
KR101344755B1 KR1020120145449A KR20120145449A KR101344755B1 KR 101344755 B1 KR101344755 B1 KR 101344755B1 KR 1020120145449 A KR1020120145449 A KR 1020120145449A KR 20120145449 A KR20120145449 A KR 20120145449A KR 101344755 B1 KR101344755 B1 KR 101344755B1
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South Korea
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sensor
value
sensors
error
sensor value
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KR1020120145449A
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Korean (ko)
Inventor
조영완
권철
Original Assignee
(주)오시에스티
서경대학교 산학협력단
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Publication date
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Abstract

칼만 필터를 이용한 속도 측정 장치 및 방법이 개시된다. 제1적응적 칼만 필터부는 동종의 복수 개의 제1센서들로부터 입력된 센서값과 제1센서들로부터 선정된 주센서의 센서값을 기초로 제1센서들의 측정에러에 의한 영향을 감소시킨 제1센서값을 산출한다. 제2적응적 칼만 필터부는 제1센서와는 상이한 동종의 복수 개의 제2센서들로부터 입력된 센서값과 제2센서들로부터 선정된 주센서의 센서값을 기초로 제2센서들의 측정에러에 의한 영향을 감소시킨 제2센서값을 산출한다. 제1합성부는 제2센서값에서 제1센서값을 감하여 오차값을 산출한다. 칼만 필터부는 제1센서값, 제2센서값 및 오차값으로부터 에러 추정값을 산출한다. 제2합성부는 제1센서값에서 에러 추정값을 감하여 속도를 산출한다. 본 발명에 따르면, 단일 센서의 고장에도 성능저하가 없으면서 고도의 신뢰성으로 이동 물체의 속도을 측정할 수 있다.Disclosed are a speed measuring apparatus and method using a Kalman filter. The first adaptive Kalman filter unit may reduce the influence of the first sensors on the basis of the sensor values input from the plurality of first sensors of the same type and the sensor values of the main sensor selected from the first sensors. Calculate the sensor value. The second adaptive Kalman filter part may be caused by a measurement error of the second sensors based on sensor values input from a plurality of second sensors of the same type as the first sensor and sensor values of the main sensor selected from the second sensors. The second sensor value with reduced effect is calculated. The first synthesis unit calculates an error value by subtracting the first sensor value from the second sensor value. The Kalman filter unit calculates an error estimate value from the first sensor value, the second sensor value, and the error value. The second synthesizer calculates the speed by subtracting the error estimate value from the first sensor value. According to the present invention, it is possible to measure the speed of a moving object with a high degree of reliability without any deterioration in performance even with a failure of a single sensor.

Description

칼만 필터를 이용한 속도 측정 장치 및 방법{Apparatus and method for measuring velocity by using Kalman filter}Apparatus and method for measuring velocity by using Kalman filter}

본 발명은 칼만 필터를 이용한 속도 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다수의 센서로부터 입력되는 데이터를 칼만 필터에 의해 결합하여 고속으로 주행하는 주행체의 속도를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a speed measuring device and method using a Kalman filter, and more particularly, to an apparatus and method for measuring the speed of a traveling body traveling at high speed by combining data input from a plurality of sensors by the Kalman filter. It is about.

고속철도를 포함하여 레일 상에서 주행하는 열차시스템은 시속 100 km/h의 속도로 주행할 경우, 최소 1 km 이상의 제동거리를 요구하는 동적 특성을 가지고 있다. 따라서, 열차의 추돌 및 충돌을 방지하는 것을 목표로 도입되는 열차제어시스템은 열차의 진로제어 및 차량간 안전한 제동거리를 보장하는 간격제어를 목표로 하며, 이를 달성하기 위해서는 정확한 열차의 위치 및 속도의 검지가 전제되어야 한다.Train systems that run on rails, including high-speed railways, have dynamic characteristics that require a braking distance of at least 1 km when traveling at 100 km / h. Therefore, the train control system, which is introduced to prevent collisions and collisions of trains, aims to control the course of the trains and control the distances to ensure a safe braking distance between vehicles. Detection must be premised.

일반적으로 열차제어시스템은 지상에서 열차의 운행을 통제하는 지상제어설비와 기관사의 안전한 운행을 지원하는 차상제어설비로 구성된다. 지상제어설비는 선로상에서 운행중인 모든 열차의 안전운행을 보장하기 위해서 진로를 제어하는 연동장치(Interlocking), 선행 열차와 추돌을 방지하는 자동열차방호(Automatic Train Protection, ATP)장치 및 지상차상간 정보 송수신을 위한 선로변 통신설비 등으로 구성되어 있다. 또한 차상제어설비는 운행속도 검지장치, 차량제어장치, 통신장치 등으로 구성되어 있다.In general, the train control system consists of a ground control system that controls the operation of the train on the ground and a vehicle control system that supports the safe operation of the engineer. The ground control system is interlocking to control the course to ensure the safe operation of all trains operating on the track, automatic train protection (ATP) device to prevent collision with the preceding train, and information between ground vehicles. It consists of line side communication equipment for transmitting and receiving. In addition, the vehicle control system is composed of a driving speed detection device, a vehicle control device, and a communication device.

철도·항공 설비와 같이 고도의 안전성을 요구하는 시스템은 운행의 안전 및 속도검지의 신뢰성 확보를 위하여 단일 센서가 아닌 결함허용형 다중센서를 사용하는 것이 일반적이다. 현재 국내철도 경우 운행속도 150 km/h 이하인 국철구간에 대해서는 기관사가 현장 신호기의 현시정보를 기반으로 수동 운전하고 있으며 기관사의 계기판 속도정보는 타코미터 센서를 활용하여 표시되고 있다. It is common to use a fault-tolerant multi-sensor rather than a single sensor in systems requiring high safety, such as railway and aviation facilities, to ensure the safety of driving and reliability of speed detection. In case of domestic railways, the driver is manually operating on the national railway section with a driving speed of 150 km / h or less based on the on-site signal information, and the instrument panel speed information is displayed by using a tachometer sensor.

차량의 속도검지 기능을 구현하기 위해서 가장 널리 사용되고 있는 타코미터 센서는 자기센서 및 광량센서 등과 같은 센서를 통해 차축 또는 바퀴의 회전수를 계수하여 속도와 위치를 검지한다. 이러한 타코미터 센서는 차량이 움직인 거리와 속도를 연속적으로 검지할 수 있다는 장점이 있으나, 열차의 가속 또는 제동시 열차 바퀴의 공전(Slip) 또는 공주(Slide)가 발생하면 속도위치 정보에 오차가 발생하게 되어 고도의 정밀 제어를 요구하는 자동 무인 운전시스템에 단독으로 적용되기 어려운 문제점이 있다.The tachometer sensor, which is widely used to realize the speed detection function of a vehicle, detects speed and position by counting the number of revolutions of the axle or wheel through sensors such as a magnetic sensor and a light quantity sensor. Such a tachometer sensor has the advantage of detecting the distance and speed of the vehicle continuously, but if the slip or slip of the wheel of the train occurs during acceleration or braking of the train, an error occurs in the speed position information. There is a problem that is difficult to be applied to the automatic unmanned operation system that requires high precision control alone.

한편 지상 차상간 정보송수신을 위하여 선로에 설치된 발리스 무선통신 시스템은 열차제어를 위한 지상설비의 신호제어 정보 및 장치가 설치된 고유한 위치정보를 차상제어장치로 전송해 준다. 따라서, 차상 열차제어설비는 차체에 발리스 안테나를 통하여 지상 설비의 제어정보 및 현 열차의 위치 정보를 수신하여 열차제어를 위한 정보로 활용한다. 이 방식은 연속적으로 열차 위치를 검지할 수 없는 단점이 있으나 타코미터와 같은 다른 센서와 혼용 시 절대위치 보정용으로 사용할 수 있다.On the other hand, the BALI's wireless communication system installed on the track for transmitting and receiving information between on-board vehicles transmits signal control information of the ground equipment for train control and unique location information on which the device is installed to the onboard controller. Therefore, the on-vehicle train control system receives the control information of the ground facilities and the location information of the current train through the Bally antenna on the vehicle body and utilizes it as information for train control. This method has the disadvantage of not being able to detect train position continuously, but it can be used for absolute position correction when mixed with other sensors such as tachometer.

도플러 센서는 다가오는 물체에는 반사파의 주파수가 높아지고 반대로 멀어지는 물체에는 반사파의 주파수가 낮아지는 도플러 효과를 이용하여 속도를 측정하는 센서이다. 열차에 도플러 센서를 장착하여 일정한 주파수를 바닥에 쏘면 반사파가 다시 돌아오게 되고 이때의 주파수를 측정하여 속도를 알아내게 된다. 그러나 도플러 센서는 비접촉 방식으로 센서 측정시 에러가 허용범위 이상으로 발생할 가능성을 내포하고 있으므로 단독으로 사용될 경우 열차제어의 안전성을 보장할 수 없는 단점이 있다.The Doppler sensor is a sensor that measures the speed by using a Doppler effect in which the frequency of the reflected wave increases on the coming object and the frequency of the reflected wave decreases on the moving object. When the Doppler sensor is mounted on the train and a certain frequency is shot on the floor, the reflected wave returns and the speed is measured by measuring the frequency. However, the Doppler sensor has a disadvantage that the error can be exceeded within the allowable range when the sensor is measured in a non-contact manner, so when used alone, the safety of the train control cannot be guaranteed.

현재 무인 자동운전(Automatic Train Operation)을 지원하는 도시철도용 열차제어시스템 또는 KTX 고속철도 신호시스템은 앞서 언급한 도플러센서, 타코미터, 발리스 장치 등으로부터 입력되는 데이터를 융합하여 고신뢰도의 속도·위치정보를 획득하는 장치를 채용하고 있다. 도 1에는 열차의 속도·위치를 검출하는 장치의 구성이 도시되어 있다. 그러나 이러한 속도위치 검출장치를 포함한 차상열차제어용 핵심 설비는 현재, 국산화 제품으로 개발되어 있지 않고 전량 수입에 의존하고 있다. 따라서 속도 검출장치와 같은 차상 열차제어용 핵심 설비의 국산화가 시급한 실정이며, 이때 개발되는 속도 검출장치는 기존의 설비와 비교할 때 단일 센서의 고장에도 성능저하가 없으면서 고도의 신뢰성을 가져야 한다.Currently, the urban railway train control system or KTX high-speed railway signal system that supports unmanned automatic train operation combines the data input from the aforementioned Doppler sensors, tachometers, and ballistics devices to provide high speed and location information. Employing a device to obtain. 1 shows the configuration of an apparatus for detecting the speed and position of a train. However, the core equipment for controlling the onboard train including the speed position detection device is not developed as a localized product at present, but relies on imports. Therefore, it is urgent to localize the core equipment for on-board train control such as speed detection device, and the speed detection device developed at this time should have high reliability without degrading performance even in the failure of a single sensor when compared with existing facilities.

한국등록특허 제10-0387074호 (발명의 명칭: 차량 속도 측정장치와 방법 및 차량속도 측정장치와 교통시스템간 통신방법, 공개일: 2002.02.09)Korean Patent No. 10-0387074 (Invention name: Vehicle speed measuring device and method and communication method between vehicle speed measuring device and traffic system, Publication date: 2002.02.09) 한국공개특허 제10-2011-0105010호 (발명의 명칭: 차량의 속도를 측정하는 자체 혼합 레이저 센서 시스템을 조정하기 위한 방법, 공개일: 2011.09.23)Korean Patent Publication No. 10-2011-0105010 (name of the invention: a method for adjusting a self-mixing laser sensor system for measuring the speed of a vehicle, publication date: September 23, 2011) 한국등록특허 제10-1035533호 (발명의 명칭: 이동-유닛 측위 디바이스, 공개일: 2011.03.29)Korea Patent Registration No. 10-1035533 (Invention name: mobile unit positioning device, published date: 2011.03.29)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 단일 센서의 고장에도 성능저하가 없으면서 고도의 신뢰성을 갖는 칼만 필터를 이용한 속도 측정 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a speed measuring apparatus and method using a Kalman filter having high reliability without degrading performance even in the failure of a single sensor.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 단일 센서의 고장에도 성능저하가 없으면서 고도의 신뢰성을 갖는 칼만 필터를 이용한 속도 측정 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing a speed measuring method using a Kalman filter with high reliability without a performance penalty even in the case of a single sensor failure. .

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 칼만 필터를 이용한 속도 측정 장치는, 동종의 복수 개의 제1센서들로부터 입력된 센서값과 상기 제1센서들로부터 선정된 주센서의 센서값을 기초로 상기 제1센서들의 측정에러에 의한 영향을 감소시킨 제1센서값을 산출하는 제1적응적 칼만 필터부; 상기 제1센서와는 상이한 동종의 복수 개의 제2센서들로부터 입력된 센서값과 상기 제2센서들로부터 선정된 주센서의 센서값을 기초로 상기 제2센서들의 측정에러에 의한 영향을 감소시킨 제2센서값을 산출하는 제2적응적 칼만 필터부; 상기 제2센서값에서 상기 제1센서값을 감하여 오차값을 산출하는 제1합성부; 상기 제1센서값, 상기 제2센서값 및 상기 오차값으로부터 에러 추정값을 산출하는 칼만 필터부; 및 상기 제1센서값에서 상기 에러 추정값을 감하여 속도를 산출하는 제2합성부;를 구비한다.In order to achieve the above technical problem, a speed measuring device using a Kalman filter according to the present invention, the sensor value input from the plurality of first sensors of the same type and the sensor value of the main sensor selected from the first sensors A first adaptive Kalman filter unit for calculating a first sensor value on which the influence of the first sensors is reduced by a measurement error; The influence of the measurement error of the second sensors is reduced based on a sensor value input from a plurality of second sensors of the same type different from the first sensor and a sensor value of a main sensor selected from the second sensors. A second adaptive Kalman filter unit for calculating a second sensor value; A first synthesizer configured to calculate an error value by subtracting the first sensor value from the second sensor value; A Kalman filter unit calculating an error estimate value from the first sensor value, the second sensor value, and the error value; And a second synthesizer configured to calculate a speed by subtracting the error estimate value from the first sensor value.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 칼만 필터를 이용한 속도 측정 방법은, (a) 동종의 복수 개의 제1센서들로부터 입력된 센서값과 상기 제1센서들로부터 선정된 주센서의 센서값을 기초로 상기 제1센서들의 측정에러에 의한 영향을 감소시킨 제1센서값을 산출하는 단계; (b) 상기 제1센서와는 상이한 동종의 복수 개의 제2센서들로부터 입력된 센서값과 상기 제2센서들로부터 선정된 주센서의 센서값을 기초로 상기 제2센서들의 측정에러에 의한 영향을 감소시킨 제2센서값을 산출하는 단계; (c) 상기 제2센서값에서 상기 제1센서값을 감하여 오차값을 산출하는 단계; (d) 상기 제1센서값, 상기 제2센서값 및 상기 오차값으로부터 에러 추정값을 산출하는 단계; 및 (e)상기 제1센서값에서 상기 에러 추정값을 감하여 속도를 산출하는 단계;를 갖는다. According to another aspect of the present invention, there is provided a speed measuring method using a Kalman filter according to the present invention, (a) a sensor value input from a plurality of first sensors of the same type and a main sensor selected from the first sensors. Calculating a first sensor value on the basis of a sensor value of the first sensor value, the effect of which is reduced by a measurement error of the first sensors; (b) Influence of measurement errors of the second sensors based on sensor values input from a plurality of second sensors of the same type as the first sensor and sensor values of a main sensor selected from the second sensors. Calculating a second sensor value having a reduced value; (c) calculating an error value by subtracting the first sensor value from the second sensor value; (d) calculating an error estimate value from the first sensor value, the second sensor value, and the error value; And (e) calculating the speed by subtracting the error estimate value from the first sensor value.

본 발명에 따른 칼만 필터를 이용한 속도 측정 장치 및 방법에 의하면, 단일 센서의 고장에도 성능저하가 없으면서 고도의 신뢰성으로 이동 물체의 속도을 측정할 수 있다. 또한 센서의 결함에 대비하여 다종의 측정 센서를 사용하는 동시에 동일한 종류의 센서를 다중화하여 센서 결함에 강인한 이점이 있다. 나아가 로컬 칼만 필터의 추정치를 통합할 때 센서의 결함의 가능성을 고려하여 평가 가중치를 부여함으로써 결함이 발생한 센서에 대처할 수 있으며, 주센서를 고정하여 사용하지 않고 센서 중 기여도가 높은 센서를 주센서로 교체하여 사용함으로써 보다 신뢰성있는 속도 측정이 가능하다.According to the speed measuring apparatus and method using the Kalman filter according to the present invention, it is possible to measure the speed of the moving object with a high degree of reliability without deterioration even in the failure of a single sensor. In addition, there is an advantage in that it is robust to sensor defects by multiplexing the same type of sensors while using multiple types of measurement sensors in preparation for sensor defects. Furthermore, when integrating the estimates of the local Kalman filter, it is possible to cope with the defective sensor by assigning an evaluation weight in consideration of the possibility of the defect of the sensor, and using the high contribution among the sensors as the main sensor without fixing the main sensor. By replacing and using it, more reliable speed measurement is possible.

도 1은 열차의 속도·위치를 검출하는 장치의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 칼만 필터를 이용한 속도 측정 장치에 대한 바람직한 실시예의 구성을 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 속도 측정 장치에 적용되는 적응적 칼만 필터의 바람직한 실시예의 구성을 도시한 도면,
도 4는 본 발명에서 사용되는 칼만 필터 알고리즘의 일 예를 도시한 도면,
도 5는 센서값 산출부(340)의 상세한 구성을 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 칼만 필터를 이용한 속도 측정 방법에 대한 바람직한 실시예의 수행과정을 도시한 도면, 그리고,
도 7은 본 발명에 따른 칼만 필터를 이용한 속도 측정 방법에 적용되는 적응적 칼만 필터에 의한 센서값을 산출하는 과정을 도시한 도시한 도면이다.
1 is a diagram showing the configuration of an apparatus for detecting the speed and position of a train;
2 is a view showing the configuration of a preferred embodiment of the speed measuring device using a Kalman filter according to the present invention,
3 is a view showing the configuration of a preferred embodiment of an adaptive Kalman filter applied to a speed measuring device according to the present invention;
4 is a diagram illustrating an example of a Kalman filter algorithm used in the present invention;
5 is a view showing a detailed configuration of the sensor value calculation unit 340,
6 is a view showing a process of performing a preferred embodiment of the method for measuring the speed using a Kalman filter according to the present invention, and
7 is a diagram illustrating a process of calculating a sensor value by an adaptive Kalman filter applied to a speed measuring method using a Kalman filter according to the present invention.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 칼만 필터를 이용한 속도 측정 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of a speed measuring apparatus and method using a Kalman filter according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 칼만 필터를 이용한 속도 측정 장치에 대한 바람직한 실시예의 구성을 도시한 도면이다.2 is a view showing the configuration of a preferred embodiment of the speed measuring device using a Kalman filter according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 칼만 필터를 이용한 속도 측정 장치는, 제1적응적 칼만 필터부(210), 제2적응적 칼만 필터부(220), 제1합성부(230), 칼만 필터부(240), 제2합성부(250), 제1센서부(260) 및 제2센서부(270)를 구비한다.2, the speed measurement apparatus using the Kalman filter according to the present invention, the first adaptive Kalman filter unit 210, the second adaptive Kalman filter unit 220, the first synthesis unit 230, Kalman The filter unit 240, the second synthesis unit 250, the first sensor unit 260, and the second sensor unit 270 are provided.

제1적응적 칼만 필터부(210)는 제1센서부(260)에 구비된 복수 개의 동종 센서로부터 측정된 센서값을 입력으로 하여 고장이 발생한 센서로부터 입력된 센서값의 영향이 최소화된 최종적인 제1센서값을 출력한다. 또한 제2적응적 칼만 필터부(210)는 제2센서부(270)에 구비된 복수 개의 동종 센서로부터 측정된 센서값을 입력으로 하여 고장이 발생한 센서로부터 입력된 센서값의 영향이 최소화된 최종적인 제2센서값을 출력한다. 도 2에 도시된 본 실시예에는 제1센서부(260)와 제2센서부(270)에 각각 도플러 센서와 타코미터가 구비된다. 도 3에는 제1적응적 칼만 필터부(210) 및 제2적응적 칼만 필터부(220)에 구비되는 적응적 칼만 필터의 바람직한 실시예가 도시되어 있다.The first adaptive Kalman filter unit 210 inputs the sensor values measured from the plurality of homogeneous sensors provided in the first sensor unit 260 to minimize the influence of the sensor values input from the failed sensor. Output the first sensor value. In addition, the second adaptive Kalman filter unit 210 inputs sensor values measured from a plurality of homogeneous sensors provided in the second sensor unit 270 to minimize the influence of the sensor values input from the sensor in which the failure occurs. Outputs the second sensor value. In the present embodiment illustrated in FIG. 2, the Doppler sensor and the tachometer are provided in the first sensor unit 260 and the second sensor unit 270, respectively. 3 shows a preferred embodiment of an adaptive Kalman filter provided in the first adaptive Kalman filter unit 210 and the second adaptive Kalman filter unit 220.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 속도 측정 장치에 구비되는 적응적 칼만 필터는 복수 개의 제3합성부(320-1 내지 320-N), 복수 개의 지역 칼만 필터(330-1 내지 330-N), 센서값 산출부(340), 주센서 선정부(350) 및 주센서값 제공부(360)를 구비한다.Referring to FIG. 3, the adaptive Kalman filter provided in the speed measuring device according to the present invention includes a plurality of third synthesis units 320-1 to 320 -N and a plurality of local Kalman filters 330-1 to 330 -N. ), A sensor value calculator 340, a main sensor selector 350, and a main sensor value provider 360.

복수 개의 제3합성부(320-1 내지 320-N) 각각은 주센서값 제공부(360)로부터 주센서로 선택된 센서로부터 입력된 주센서값에서 제1센서(310-1) 내지 제N센서(310-N)로부터 센서값을 감하여 출력한다. 각각의 제3합성부(320-1 내지 320-N)에 의해 연산된 결과값은 각각의 제3합성부(320-1 내지 320-N)에 대응되는 제1지역칼만 필터(330-1) 내지 제N지역 칼만 필터(330-N)로 입력된다. 제1지역 칼만 필터(330-1 내지 330-N)는 대응되는 제3합성부(320-1 내지 320-N)로부터 입력된 결과값을 기초로 각각의 제1센서(310-1 내지 310-N)로부터 측정된 센서값의 에러추정값을 출력한다. 도 4에는 본 발명에서 사용되는 (지역) 칼만 필터 알고리즘이 도시되어 있다.Each of the plurality of third synthesizing units 320-1 to 320 -N has a first sensor 310-1 to an N-th sensor at a main sensor value input from a sensor selected as the main sensor from the main sensor value providing unit 360. The sensor value is subtracted from 310-N and output. The result value calculated by each of the third synthesis units 320-1 to 320 -N is the first local Kalman filter 330-1 corresponding to each of the third synthesis units 320-1 to 320 -N. To the N-th region Kalman filter 330-N. The first region Kalman filters 330-1 to 330 -N are each of the first sensors 310-1 to 310-based on a result value input from the corresponding third synthesis unit 320-1 to 320 -N. The error estimation value of the sensor value measured from N) is output. 4 shows the (regional) Kalman filter algorithm used in the present invention.

센서값 산출부(340)는 각각의 지역 칼만 필터(330-1 내지 330-N)로부터 입력된 각 제1센서(310-1 내지 310-N)의 센서값에 대한 에러추정값을 기초로 고장이 발생한 센서의 영향을 최소화한 최종적인 센서값을 출력한다. 도 5에는 센서값 산출부(340)의 상세한 구성이 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 센서값 산출부(340)는 복수 개의 제4합성부(410-1 내지 410-N), 오차 산출부(420) 및 센서값 결정부(430)를 구비한다. 제4합성부(410-1 내지 410-N)는 주센서값 제공부(360)로부터 입력되는 주센서값에서 대응되는 제1지역 칼만 필터(330-1 내지 330-N) 각각으로부터 입력된 에러추정값을 감하여 각각의 센서(310-1 내지 310-N)의 추정센서값을 출력한다. 그리고 오차 산출부(420)는 각각의 추정센서값을 기초로 다음의 수학식에 의해 각 센서의 추정센서값의 편차합으로 정의되는 각 센서(310-1 내지 310-N)에 대응하는 오차를 산출한다. The sensor value calculator 340 is configured based on an error estimation value for the sensor values of the first sensors 310-1 to 310-N input from the respective Kalman filters 330-1 to 330-N. The final sensor value is minimized with the effect of the sensor. 5 illustrates a detailed configuration of the sensor value calculator 340. Referring to FIG. 5, the sensor value calculator 340 includes a plurality of fourth synthesis units 410-1 to 410 -N, an error calculator 420, and a sensor value determiner 430. The fourth synthesis unit 410-1 to 410 -N receives an error input from each of the first region Kalman filters 330-1 to 330 -N corresponding to the main sensor value input from the main sensor value providing unit 360. The estimated value is subtracted to output estimated sensor values of the respective sensors 310-1 to 310 -N. The error calculator 420 calculates an error corresponding to each sensor 310-1 to 310 -N defined as the sum of deviations of the estimated sensor values of each sensor based on each estimated sensor value. Calculate.

Figure 112012103830394-pat00001
Figure 112012103830394-pat00001

여기서, SDk는 제k센서의 추정센서값과 다른 센서들의 추정센서값의 차이합으로 정의되는 제k센서의 오차,

Figure 112012103830394-pat00002
는 제k센서의 추정센서값, 그리고, Si는 제i센서의 추정센서값이다.Here, SD k is the error of the k-th sensor defined as the sum of the difference between the estimated sensor value of the k-th sensor and the estimated sensor value of the other sensors,
Figure 112012103830394-pat00002
Is an estimated sensor value of the k-th sensor, and S i is an estimated sensor value of the i-th sensor.

센서값 결정부(430)는 다음의 수학식에 의해 오차 산출부(420)로부터 입력되는 각각의 센서(310-1 내지 310-N)의 센서추정값들과 오차의 가중평균을 계산하여 적응적 칼만 필터의 최종적인 센서값을 출력한다.The sensor value determining unit 430 calculates the weighted average of the sensor estimation values and the errors of the respective sensors 310-1 to 310 -N input from the error calculating unit 420 according to the following equation and adaptive Kalman. Output the final sensor value of the filter.

Figure 112012103830394-pat00003
Figure 112012103830394-pat00003

여기서, Sout은 적응적 칼만 필터의 최종적인 센서값, SDi는 제i센서의 오차, 그리고,

Figure 112012103830394-pat00004
는 제i센서의 추정센서값이다.Where S out is the final sensor value of the adaptive Kalman filter, SD i is the error of the i-sensor, and
Figure 112012103830394-pat00004
Is an estimated sensor value of the i-th sensor.

다시 도 3으로 돌아와, 주센서 선정부(350)은 센서값 산출부(340)로부터 입력되는 각 센서(310-1 내지 310-N)의 오차와 최종적인 센서값의 차이가 최소인 센서를 주센서로 선정한다. 그리고 주센서값 제공부(360)는 각각의 센서(310-1 내지310-N)로부터 입력된 센서값 중에서 주센서 선정부(350)에 의해 선정된 센서로부터 입력되는 센서값을 주센서값으로 제3합성부(320-1 내지 320-N)와 제4합성부(410-1 내지 410-N)에 제공한다.3, the main sensor selecting unit 350 supplies a sensor having a minimum difference between an error of each sensor 310-1 to 310-N input from the sensor value calculating unit 340 and a final sensor value. Select it as a sensor. The main sensor value providing unit 360 converts the sensor value input from the sensor selected by the main sensor selecting unit 350 among the sensor values input from the respective sensors 310-1 to 310 -N as the main sensor value. The third synthesis units 320-1 to 320 -N and the fourth synthesis units 410-1 to 410 -N are provided.

제1합성부(230)는 제2적응적 칼만 필터로부터 입력되는 제2필터 출력값에서 제1적응적 칼만 필터로부터 입력되는 제1필터 출력값을 감하여 차이값을 출력한다. 제1합성부(230)의 출력은 칼만 필터부(240)로 제공된다. 칼만 필터부(240)는 제1합성부(230)로부터 입력되는 차이값, 제1적응적 칼만 필터부(210)로부터 입력되는 제1필터 출력값 및 제2적응적 칼만 필터부(220)로부터 입력되는 제2필터 출력값을 기초로 추정에러를 산출한다. 제2합성부(250)는 제1적응적 칼만 필터부(210)로부터 입력되는 제1필터 출력값에서 칼만 필터부(240)에 의해 산출된 추정에러를 감하여 이동 물체의 속도를 출력한다. The first synthesis unit 230 subtracts the first filter output value input from the first adaptive Kalman filter from the second filter output value input from the second adaptive Kalman filter and outputs a difference value. The output of the first synthesis unit 230 is provided to the Kalman filter unit 240. The Kalman filter unit 240 inputs a difference value input from the first synthesis unit 230, a first filter output value input from the first adaptive Kalman filter unit 210, and a second adaptive Kalman filter unit 220. An estimation error is calculated based on the second filter output value. The second synthesis unit 250 subtracts the estimated error calculated by the Kalman filter unit 240 from the first filter output value input from the first adaptive Kalman filter unit 210 to output the speed of the moving object.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 속도 측정 장치는 고신뢰도를 요구하는 열차의 속도 측정 장치 SDU(Speed Detection Unit)에 적용될 수 있으며, 센서의 결함에 대비하여 다종의 측정 센서를 사용하는 동시에 동일한 종류의 센서를 다중화하여 센서 결함에 강인한 이점이 있다.As described above, the speed measuring device according to the present invention may be applied to a speed detection unit (SDU) of a speed measuring device of a train requiring high reliability, and at the same time using a plurality of measuring sensors to prepare for defects of a sensor Multiplexing the sensor has the advantage of being robust against sensor defects.

시스템의 상태를 추정하기 위해서는 적절한 수준의 관측성을 확보 할 수 있는 센서의 설치가 우선되어야 하고 설치된 센서에서 제공된 측청 정보는 시스템의 동적 모델 및 관측 모델을 가지고 있는 필터를 통해 최적의 상태 추정치를 제공하게 된다. 이러한 과정에서 높은 신뢰 수준의 추정치를 얻기 위해서는 적용된 센서가 제공하는 정보 또한 신뢰도가 높아야 한다.In order to estimate the state of the system, the installation of a sensor to ensure an adequate level of observation must be prioritized, and the survey information provided by the installed sensor provides an optimal state estimate through a filter with the dynamic model and the observation model of the system. Done. In this process, in order to obtain a high confidence level estimate, the information provided by the applied sensor must also have high reliability.

그러나, 신뢰도가 높은 고급 센서를 사용하는 것은 비용 및 기술 수준과 직접적인 관계가 있으므로 일정 수준 이상의 센서를 사용하는 것은 현실적으로 불가능한 경우가 많다. 특히, 열차 속도 측정 장치와 같이 안전 등의 이유로 정밀성과 신뢰도가 매우 중요한 시스템의 경우 하나의 센서에서 제공되는 정보로는 충분하지 않은 경우가 많으므로 여러 개 또는 여러 종류의 센서를 동시에 사용하여 시스템의 상태를 추정하게 되는데 이때 센서들의 정보를 통합하여 최적의 상태 추정치를 얻기 위해서는 정보 통합을 위한 필터가 필요하게 된다.However, the use of highly reliable advanced sensors is directly related to cost and skill level, so it is often impossible to use more than a certain level of sensors. In particular, in systems where precision and reliability are very important for safety reasons, such as train speed measurement devices, the information provided by one sensor is often not sufficient, so that several or several types of sensors can be used simultaneously. In this case, a filter for integrating the information is required in order to integrate the information of the sensors to obtain an optimal state estimate.

칼만 필터는 시스템의 상태 추정을 위해 시스템 모델과 관측 모델측정치의 통계적 특성을 적절히 이용하여 노이즈가 있는 환경에서의 동적인 시스템 상태를 추정하는 재귀, 선형 최적, 실시간 데이터를 계산하는 알고리즘으로 다중 정보의 융합을 통한 시스템의 상태 추정을 위해 많이 사용된다. 센서 정보 통합을 위한 칼만 필터는 여러 가지 형태로 구성될 수 있는데 가장 일반적인 형태는 집중형 칼만 필터(CKF : Centralised Kalman Filtering)로 모든 센서의 측정치를 하나의 필터로 처리하는 형태이다. 이 방법은 구현이 가장 단순하나 측정치에 문제가 생겼을 경우 대처가 곤란하고 측정치가 많아질 경우 측정치의 공분산 행렬이 커져서 연산 과정에 문제가 있다. 이러한 집중형 칼만 필터의 단점을 보완하고자 만들어진 형태가 분산형 칼만 필터(DKF : Decentralised Kalman Filter)이다.The Kalman filter is an algorithm that calculates recursive, linear optimal, and real-time data that estimates the dynamic state of a system in a noisy environment by appropriately using the statistical properties of the system model and observed model measurements to estimate the state of the system. It is widely used for estimating the state of a system through fusion. Kalman filters for integrating sensor information can be configured in many forms. The most common form is centralized Kalman Filtering (CKF), which processes all sensor measurements into a single filter. This method is the simplest to implement, but it is difficult to cope when there is a problem with the measurement, and when there are many measurements, the covariance matrix of the measurement becomes large and there is a problem in the calculation process. The decentralized Kalman Filter (DKF) is a form designed to compensate for the shortcomings of the concentrated Kalman filter.

분산형 구조는 상호 독립적인 센서들에 대해 로컬 필터에서 추정 과정을 수행한 뒤 마스터 필터에서 로컬 필터로부터 제공된 정보를 통합하는 형태이다. 이러한 구조는 개별 센서에서 발생한 결함을 로컬 필터 수준에서 처리가 가능하고 결함이 발생한 상황에서도 계속적인 해를 제공 할 수 있기 때문에 결함에 강인한 특성을 가지고 있다. 분산형 구조의 필터들이 집중형에 비해 결함에 강인한 특성을 갖기는 하지만 마스터 필터에서 단순히 최소 자승법을 이용하여 정보를 통합하기 때문에 상태 변수 사이에 비선형성이 존재할 경우 집중형 구조의 필터에 비해 정확도가 떨어지거나 최악의 경우 발산하게 되는 경우도 있다.The distributed structure is a form of integrating information provided from a local filter in a master filter after performing an estimation process in a local filter for mutually independent sensors. This structure is robust to defects because it can handle defects in individual sensors at the local filter level and provide continuous solutions even in the event of a fault. Decentralized filters are more robust to defects than centralized ones, but the master filter integrates information using only the least-squares method, so that nonlinearities between state variables are more accurate than centralized ones. In some cases, they may fall off or shed in the worst case.

이러한 시스템 모델 혹은 관측 모델의 비선형성을 극복하기 위해 Extended Kalman Filter, Unscented Kalman Filter 등 여러 가지 방법이 제시되어 왔으나 대부분 집중형 필터에만 초점이 맞춰져 있을 뿐 분산형 필터에 적합한 필터의 구조는 제시되어 있지 않다. 그러나 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 적응형 칼만 필터는 동일 종류의 다중 센서로부터 내결함성(Fault tolerant)을 갖는 정보를 추정하기 위하여 단순 분산형 칼만 필터의 단점을 극복할 수 있는 필터이다. 즉, 개별 로컬 필터의 기여도가 낮은 것은 센서의 추정치 오차가 상대적으로 큰 것으로 결함의 가능성이 높아진다는 것을 의미함을 고려하여, 센서값 산출부에서 로컬 칼만 필터의 추정치를 통합할 때 센서의 결함의 가능성을 고려하여 평가 가중치를 부여함으로써 결함이 발생한 센서에 대처할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 적응형 칼만 필터는 주센서를 고정하여 사용하지 않고 센서 중 기여도가 높은 센서를 주센서로 교체하여 사용할 수 있도록 주센서의 경쟁적 선택 전략을 적용한다.In order to overcome the nonlinearity of the system model or the observation model, various methods such as the Extended Kalman Filter and the Unscented Kalman Filter have been proposed, but most of them focus only on the centralized filter, but the structure of the filter suitable for the distributed filter is not suggested. not. However, the adaptive Kalman filter according to the present invention as described with reference to FIGS. 3 and 4 can overcome the disadvantages of the simple distributed Kalman filter in order to estimate information with fault tolerance from multiple sensors of the same type. Filter. In other words, the low contribution of the individual local filter means that the error of the estimated value of the sensor is relatively high, so that the probability of the defect is increased, so that when the sensor value calculator integrates the estimate of the local Kalman filter, By considering the possibility and assigning an evaluation weight, it is possible to cope with a defective sensor. In particular, the adaptive Kalman filter according to the present invention applies a competitive selection strategy of the main sensor so that the high contribution among the sensors can be replaced with the main sensor without fixing the main sensor.

도 6은 본 발명에 따른 칼만 필터를 이용한 속도 측정 방법에 대한 바람직한 실시예의 수행과정을 도시한 도면이다.6 is a view showing the implementation of a preferred embodiment for the method of measuring the speed using a Kalman filter according to the present invention.

도 6을 참조하면, 제1적응적 칼만 필터부(210)는 복수 개의 도플러 센서로부터 입력된 센서값들과 복수 개의 도플러 센서 중에서 주센서로 선정된 센서로부터 입력된 주센서값을 기초로 측정에러가 큰 센서값의 영향을 최소화한 제1센서값을 출력한다(S600). 또한 제2적응적 칼만 필터부(220)는 복수 개의 타코미터로부터 입력된 센서값들과 복수 개의 타코미터 중에서 주센서로 선정된 타코미터로부터 입력된 주센서값을 기초로 측정에러가 큰 센서값의 영향을 감소시킨 제2센서값을 출력한다(S610). 다음으로 제1합성부(230)는 제2센서값과 제1센서값의 차이값을 출력하며(S620). 다음으로 칼만 필터부(240)는 제1센서값, 제2센서값 및 제2센서값과 제1센서값의 차이값을 입력받아 에러 추정값을 출력한다(S630). 마지막으로 제2합성부(250)는 제1센서값에서 에러 추정값을 감하여 최종적인 속도를 출력한다(S640).Referring to FIG. 6, the first adaptive Kalman filter unit 210 measures an error based on sensor values input from a plurality of Doppler sensors and a main sensor value input from a sensor selected as a main sensor among the plurality of Doppler sensors. The first sensor value is minimized and the influence of the large sensor value is output (S600). In addition, the second adaptive Kalman filter unit 220 influences the sensor value having a large measurement error based on the sensor values input from the plurality of tachometers and the main sensor value input from the tachometer selected as the main sensor among the plurality of tachometers. The reduced second sensor value is output (S610). Next, the first synthesis unit 230 outputs a difference value between the second sensor value and the first sensor value (S620). Next, the Kalman filter unit 240 receives the first sensor value, the second sensor value, and a difference value between the second sensor value and the first sensor value and outputs an error estimation value (S630). Finally, the second synthesizer 250 subtracts the error estimate value from the first sensor value and outputs a final speed (S640).

도 7은 본 발명에 따른 칼만 필터를 이용한 속도 측정 방법에 적용되는 적응적 칼만 필터에 의한 센서값을 산출하는 과정을 도시한 도시한 도면이다. 제1적응적 칼만 필터와 제2적응적 칼만 필터는 연결되는 센서의 종류만 상이할 뿐 센서값 산출과정은 동일하므로, 이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 적응적 칼만 필터를 예로 들어 설명한다. 7 is a diagram illustrating a process of calculating a sensor value by an adaptive Kalman filter applied to a speed measuring method using a Kalman filter according to the present invention. Since the first adaptive Kalman filter and the second adaptive Kalman filter differ only in the type of sensor to be connected, the sensor value calculation process is the same. Hereinafter, the adaptive Kalman filter described with reference to FIGS. 3 and 4 will be described as an example. do.

도 7을 참조하면, 먼저 N개의 센서(310-1 내지 310-N) 중에서 초기의 주센서(예를 들면, 제1센서(310-1))를 선정한다(S700). 다음으로, N개의 센서(310-1 내지 310-N) 각각에 대응되는 제3합성부(320-1 내지 320-N)는 주센서로 선정된 제1센서(310-1)로부터 입력된 주센서값에서 제1센서 내지 제N센서(310-1 내지 310-N)로부터 출력되는 센서값을 각각 감하여 차이값을 출력한다(S710). 다음으로 N개의 센서(310-1 내지 310-N)에 각각 대응되는 지역 칼만 필터(330-1 내지 330-N)는 입력된 각각의 차이값에 칼만 필터 알고리즘을 적용하여 각 센서(310-1 내지 310-N)의 에러추정값을 산출한다(S720). Referring to FIG. 7, first, an initial main sensor (eg, the first sensor 310-1) is selected from the N sensors 310-1 to 310 -N (S700). Next, the third synthesis units 320-1 to 320 -N corresponding to each of the N sensors 310-1 to 310 -N are inputted from the first sensor 310-1 selected as the main sensor. A difference value is output by subtracting the sensor value output from the first to Nth sensors 310-1 to 310 -N from the sensor value, respectively (S710). Next, the local Kalman filters 330-1 to 330-N corresponding to the N sensors 310-1 to 310 -N respectively apply the Kalman filter algorithm to each input difference value to each sensor 310-1. 310-N) to calculate an error estimation value (S720).

다음으로 N개의 센서(310-1 내지 310-N) 각각에 대응되는 제2합성부(410-1 내지 410-N)는 주센서값에서 에러추정값을 감하여 각각의 센서(310-1 내지 310-N)의 추정센서값을 출력한다(S730). 그리고 오차 산출부(420)는 각각의 추정센서값을 기초로 수학식 1에 의해 각 센서의 추정센서값의 편차합으로 정의되는 각 센서(310-1 내지 310-N)에 대응하는 오차를 산출한다(S740). 다음으로 센서값 결정부(430)는 수학식 2에 의해 오차 산출부(420)로부터 입력되는 각각의 센서(310-1 내지 310-N)의 센서추정값들과 오차의 가중평균을 계산하여 적응적 칼만 필터의 최종적인 센서값을 출력한다(S750). 한편 주센서 선정부(350)는 최종적인 센서값과 각 센서의 추정센서값의 차이값의 차이가 가장 작은 센서를 주센서로 선정한다(S760). 그리고 주센서값 제공부(360)는 N개의 센서(310-1 내지 310-N)로부터 입력되는 N개의 센서값 중에서 주센서 선정부(350)에 의해 선정된 센서로부터 입력되는 센서값을 주센서값으로 하여 새로운 센서값 결정시에 제3합성부(320-1 내지 320-N) 및 제4합성부(410-1 내지 410-N)에 제공한다(S770).Next, the second synthesis units 410-1 to 410-N corresponding to each of the N sensors 310-1 to 310-N subtract the error estimation value from the main sensor value, respectively. The estimated sensor value of N) is output (S730). The error calculator 420 calculates an error corresponding to each sensor 310-1 to 310 -N defined as the sum of deviations of the estimated sensor values of each sensor based on each estimated sensor value. (S740). Next, the sensor value determiner 430 adaptively calculates the weighted average of the sensor estimates and the errors of the respective sensors 310-1 to 310-N input from the error calculator 420 by Equation 2 The final sensor value of the Kalman filter is output (S750). On the other hand, the main sensor selecting unit 350 selects the sensor having the smallest difference between the difference between the final sensor value and the estimated sensor value of each sensor (S760). The main sensor value providing unit 360 receives a sensor value input from a sensor selected by the main sensor selecting unit 350 among the N sensor values input from the N sensors 310-1 to 310 -N. The value is provided to the third synthesizing units 320-1 to 320 -N and the fourth synthesizing units 410-1 to 410 -N when the new sensor value is determined (S770).

본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 장치에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 롬(ROM), 램(RAM), CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 유무선 통신망으로 연결된 컴퓨터 장치에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The present invention can also be embodied as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer apparatus is stored. Examples of the computer-readable recording medium include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like in the form of a carrier wave . In addition, the computer-readable recording medium may be distributed to computer devices connected to a wired / wireless communication network, and a computer-readable code may be stored and executed in a distributed manner.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 다음의 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes may be made and equivalents may be substituted without departing from the scope of the appended claims.

Claims (11)

동종의 복수 개의 제1센서들로부터 입력된 센서값과 상기 제1센서들로부터 선정된 주센서의 센서값을 기초로 상기 제1센서들의 측정에러에 의한 영향을 감소시킨 제1센서값을 산출하는 제1적응적 칼만 필터부;
상기 제1센서와는 상이한 동종의 복수 개의 제2센서들로부터 입력된 센서값과 상기 제2센서들로부터 선정된 주센서의 센서값을 기초로 상기 제2센서들의 측정에러에 의한 영향을 감소시킨 제2센서값을 산출하는 제2적응적 칼만 필터부;
상기 제2센서값에서 상기 제1센서값을 감하여 오차값을 산출하는 제1합성부;
상기 제1센서값, 상기 제2센서값 및 상기 오차값으로부터 에러 추정값을 산출하는 칼만 필터부; 및
상기 제1센서값에서 상기 에러 추정값을 감하여 속도를 산출하는 제2합성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 속도 측정 장치.
A first sensor value for reducing the influence due to a measurement error of the first sensors is calculated based on a sensor value input from a plurality of first sensors of the same type and a sensor value of a main sensor selected from the first sensors. A first adaptive Kalman filter unit;
The influence of the measurement error of the second sensors is reduced based on a sensor value input from a plurality of second sensors of the same type different from the first sensor and a sensor value of a main sensor selected from the second sensors. A second adaptive Kalman filter unit for calculating a second sensor value;
A first synthesizer configured to calculate an error value by subtracting the first sensor value from the second sensor value;
A Kalman filter unit calculating an error estimate value from the first sensor value, the second sensor value, and the error value; And
And a second synthesizer configured to calculate a speed by subtracting the error estimate value from the first sensor value.
제 1항에 있어서,
상기 제1적응적 칼만 필터부와 상기 제2적응적 칼만 필터부는,
복수 개의 센서들 중에서 선정된 센서로부터 입력된 주센서값에서 각각의 센서들로부터 입력된 센서값들을 감하여 상기 센서들 각각에 대응하는 차이값을 출력하는 제3합성부;
상기 각각의 차이값을 기초로 상기 센서 각각의 에러추정값을 산출하는 지역 칼만 필터부; 및
상기 주센서값에서 상기 각각의 에러추정값을 감하여 상기 센서 각각의 추정센서값을 산출하고, 상기 각각의 추정센서값을 기초로 상기 센서 각각의 추정센서값의 편차합으로 정의되는 상기 센서 각각에 대응하는 오차를 산출하고, 상기 센서 각각의 센서추정값들과 상기 센서 각각의 오차의 가중평균을 계산하여 최종적인 센서값을 출력하는 센서값 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 속도 측정 장치.
The method of claim 1,
The first adaptive Kalman filter unit and the second adaptive Kalman filter unit,
A third synthesis unit configured to subtract sensor values inputted from the respective sensors from the main sensor values inputted from a selected sensor among a plurality of sensors and output a difference value corresponding to each of the sensors;
A local Kalman filter unit for calculating an error estimation value of each of the sensors based on the respective difference values; And
The estimated sensor value of each sensor is calculated by subtracting the respective error estimation value from the main sensor value, and corresponds to each of the sensors defined as the sum of deviations of the estimated sensor values of each sensor based on the estimated sensor values. And a sensor value calculator configured to calculate an error of the sensor and calculate a weighted average of the sensor estimates of each sensor and the error of each sensor, and output a final sensor value.
제 2항에 있어서,
상기 센서값 산출부는,
상기 주센서값에서 상기 각각의 에러추정값을 감하여 상기 센서 각각의 추정센서값을 산출하는 제4합성부;
상기 각각의 추정센서값을 기초로 상기 센서 각각의 추정센서값의 편차합으로 정의되는 상기 센서 각각에 대응하는 오차를 산출하는 오차 산출부; 및
상기 센서 각각의 센서추정값들과 상기 센서 각각의 오차의 가중평균을 계산하여 최종적인 센서값을 출력하는 센서값 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 속도 측정 장치.
3. The method of claim 2,
The sensor value calculation unit,
A fourth synthesizer configured to calculate an estimated sensor value of each sensor by subtracting the error estimation value from the main sensor value;
An error calculator configured to calculate an error corresponding to each of the sensors defined as the sum of deviations of the estimated sensor values of the respective sensors based on the estimated sensor values; And
And a sensor value determiner configured to calculate a weighted average of the sensor estimates of each of the sensors and the error of each of the sensors, and output a final sensor value.
제 3항에 있어서,
상기 오차 산출부는 다음의 수학식 A에 의해 상기 센서 각각에 대응하는 오차를 산출하는 것을 특징으로 하는 속도 측정 장치:
[수학식 A]
Figure 112012103830394-pat00005

여기서, SDk는 제k센서의 추정센서값과 다른 센서들의 추정센서값의 차이합으로 정의되는 제k센서의 오차,
Figure 112012103830394-pat00006
는 제k센서의 추정센서값, 그리고, Si는 제i센서의 추정센서값이다.
The method of claim 3, wherein
The error calculating unit calculates an error corresponding to each of the sensors by the following equation (A):
[Mathematical formula A]
Figure 112012103830394-pat00005

Here, SD k is the error of the k-th sensor defined as the sum of the difference between the estimated sensor value of the k-th sensor and the estimated sensor value of the other sensors,
Figure 112012103830394-pat00006
Is an estimated sensor value of the k-th sensor, and S i is an estimated sensor value of the i-th sensor.
제 3항에 있어서,
상기 센서값 결정부는 다음의 수학식 B에 의해 상기 최종적인 센서값을 산출하는 것을 특징으로 하는 속도 측정 장치:
[수학식 B]
Figure 112012103830394-pat00007

여기서, Sout은 적응적 칼만 필터의 최종적인 센서값, SDi는 제i센서의 오차, 그리고,
Figure 112012103830394-pat00008
는 제i센서의 추정센서값이다.
The method of claim 3, wherein
The sensor value determining unit calculates the final sensor value by the following equation (B):
[Mathematical expression B]
Figure 112012103830394-pat00007

Where S out is the final sensor value of the adaptive Kalman filter, SD i is the error of the i-sensor, and
Figure 112012103830394-pat00008
Is an estimated sensor value of the i-th sensor.
제 2항에 있어서,
상기 최종적인 센서값과 상기 추정센서값 각각의 차이값이 최소인 센서를 주센서로 선정하는 주센서 선정부; 및
상기 센서들 중에서 주센서로 선정된 센서로부터 입력되는 센서값을 주센서값으로 변경하여 상기 제3합성부에 제공하는 주센서값 제공부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 속도 측정 장치.
3. The method of claim 2,
A main sensor selecting unit selecting a sensor having a minimum difference value between the final sensor value and the estimated sensor value as a main sensor; And
And a main sensor value providing unit which changes a sensor value input from a sensor selected as a main sensor among the sensors into a main sensor value and provides the sensor to the third synthesis unit.
(a) 동종의 복수 개의 제1센서들로부터 입력된 센서값과 상기 제1센서들로부터 선정된 주센서의 센서값을 기초로 상기 제1센서들의 측정에러에 의한 영향을 감소시킨 제1센서값을 산출하는 단계;
(b) 상기 제1센서와는 상이한 동종의 복수 개의 제2센서들로부터 입력된 센서값과 상기 제2센서들로부터 선정된 주센서의 센서값을 기초로 상기 제2센서들의 측정에러에 의한 영향을 감소시킨 제2센서값을 산출하는 단계;
(c) 상기 제2센서값에서 상기 제1센서값을 감하여 오차값을 산출하는 단계;
(d) 상기 제1센서값, 상기 제2센서값 및 상기 오차값으로부터 에러 추정값을 산출하는 단계; 및
(e)상기 제1센서값에서 상기 에러 추정값을 감하여 속도를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 속도 측정 방법.
(a) a first sensor value that reduces the influence of a measurement error of the first sensors based on a sensor value input from a plurality of first sensors of the same type and a sensor value of a main sensor selected from the first sensors; Calculating;
(b) Influence of measurement errors of the second sensors based on sensor values input from a plurality of second sensors of the same type as the first sensor and sensor values of a main sensor selected from the second sensors. Calculating a second sensor value having a reduced value;
(c) calculating an error value by subtracting the first sensor value from the second sensor value;
(d) calculating an error estimate value from the first sensor value, the second sensor value, and the error value; And
(e) calculating the speed by subtracting the error estimate value from the first sensor value.
제 7항에 있어서,
상기 (a)단계 및 상기 (b)단계는,
(a1) 복수 개의 센서들 중에서 선정된 센서로부터 입력된 주센서값에서 각각의 센서들로부터 입력된 센서값들을 감하여 상기 센서들 각각에 대응하는 차이값을 출력하는 단계;
(a2) 상기 각각의 차이값을 기초로 상기 센서 각각의 에러추정값을 산출하는 단계; 및
(a3) 상기 주센서값에서 상기 각각의 에러추정값을 감하여 상기 센서 각각의 추정센서값을 산출하고, 상기 각각의 추정센서값을 기초로 상기 센서 각각의 추정센서값의 편차합으로 정의되는 상기 센서 각각에 대응하는 오차를 산출하고, 상기 센서 각각의 센서추정값들과 상기 센서 각각의 오차의 가중평균을 계산하여 최종적인 센서값을 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 속도 측정 방법.
8. The method of claim 7,
Step (a) and step (b),
(a1) subtracting sensor values input from each sensor from a main sensor value input from a selected sensor among a plurality of sensors and outputting a difference value corresponding to each of the sensors;
(a2) calculating an error estimation value of each sensor based on each difference value; And
(a3) subtracting the respective error estimation value from the main sensor value to calculate an estimated sensor value of each sensor, and the sensor defined as the sum of deviations of the estimated sensor values of each sensor based on the respective estimated sensor value Calculating an error corresponding to each of the sensors, calculating a weighted average of the sensor estimation values of each sensor and the error of each sensor, and outputting a final sensor value.
제 8항에 있어서,
상기 (e)단계는,
(e1)상기 주센서값에서 상기 각각의 에러추정값을 감하여 상기 센서 각각의 추정센서값을 산출하는 단계;
(e2) 상기 각각의 추정센서값을 기초로 상기 센서 각각의 추정센서값의 편차합으로 정의되는 상기 센서 각각에 대응하는 오차를 산출하는 단계; 및
(e3) 상기 센서 각각의 센서추정값들과 상기 센서 각각의 오차의 가중평균을 계산하여 최종적인 센서값을 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 속도 측정 방법.
The method of claim 8,
The step (e)
(e1) calculating the estimated sensor value of each sensor by subtracting the respective error estimation value from the main sensor value;
(e2) calculating an error corresponding to each of the sensors defined as the sum of deviations of the estimated sensor values of each of the sensors based on the respective estimated sensor values; And
(e3) calculating a weighted average of the sensor estimates of each of the sensors and the error of each of the sensors, and outputting a final sensor value.
제 8항에 있어서,
(f) 상기 최종적인 센서값과 상기 추정센서값 각각의 차이값이 최소인 센서를 주센서로 선정하는 단계; 및
(g) 상기 센서들 중에서 주센서로 선정된 센서로부터 입력되는 센서값을 주센서값으로 변경하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 속도 측정 방법.
The method of claim 8,
(f) selecting a sensor having a minimum difference between the final sensor value and the estimated sensor value as a main sensor; And
(g) changing a sensor value input from a sensor selected as a main sensor among the sensors to a main sensor value.
제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 기재된 속도 측정 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing the speed measuring method according to any one of claims 7 to 10 on a computer.
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