Localization 기법

• GNSS
• LiDAR
• HD 맵
• Visual odometry
• dead reckoning sensor

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[230107 연구 과제 GNSS Localization 기법]

1. GPS를 예시로 본 개요

• 위성에서, 지표면의 수신기가 처리할 수 있는 형태로 부호화된 신호를 보냄

• 수신기는 해당 신호를 받아 위치, 속도, 시간을 추정

• 제대로 처리 하려면 최소 4개 이상의 GPS 신호를 받아 3차원상의 위치와 수신기 clock 기준 발생한 시간차를 계산해야 함

• 위성의 경우 지표면에서 약 20,200km 높이에 있는 원형에 가까운 6개의 궤도에 분산배치

  • 궤도는 적도를 기준으로 55도 기울어져 있고, 지구 1바퀴에 약 11시간 58분

2. GNSS의 오차 분석

• 위성 시계 오차

  • 위성 장치 내부의 원자 시계에 오차가 발생시, 지표면의 수신기에서 계산한 오차는 더 큰 폭으로 나타난다. 위치 오차량 : 10ns >>> 약 3m

• 궤도 오차

  • 위성의 궤도에도 약간씩 오차가 발생함. 지상의 컨트롤 시스템에서 보정하는 신호를 송신하고, 위성의 예상 위치를 나타내는 satellite ephemeris을 업데이트
  • 그러나 미세한 궤도 오차는 잔존하기 때문에 위치 오차량 : 최대 2.5m

• 이온층 지연

  • 이온층(지표면에서 80 ~ 600km)은 전기적 성질을 띄는 입자로 구성되어 있음
  • 태양의 활동이나 연도 계절 시간 위치 등에 따라 달라지기 때문에 위치 오차에 미치는 영향을 정확하게 파악하기 힘들다.
  • 층을 통과할때의 신호의 주파수에 따라 지연 시간도 상이함.
  • 위치 오차량 : 대략 5m

• 대류층 지연

  • 지구 표면과 가까운 대기층
  • 대류층의 습도, 온도, 대기압에 따라 지연의 정도가 다름 지표면에서의 환경과 상당히 비슷하기 때문에, 기지국과 수신기에서 발생하는 해당 지연이 비슷
  • RTK GNSS로 대류층 지연을 보정함

• 다중 경로 오차

  • 빌딩같은 물체에 반사된 GNSS 신호를 안테나가 수신시 발생
  • 위의 예시로 든 신호가 다른 신호보다 늦게 입력시, 수신기에서 계산한 위치에 오차가 발생

3. 위성 기반 오차 보정 시스템

SBAS (Satellite Based Augmentation Systems)

• GNSS의 측정 오차를 보정하는 역할
  • 전 대륙에 정확한 위치에 배치된 기준국들이 있음 \1. 거기서 GNSS 측정치를 얻음 \2. 오차를 컴퓨팅 센터로 송신하고, 차분 보정 값을 계산 \3. 계산한 값을 정지 궤도 위성을 통해 기존의 GNSS 메시지에 추가하거나 덮어씌우는 식으로 대륙 전체로 broadcast (무결성 메시지 사용) * 정지궤도 위성을 통해 브로드캐스트 : 광범위하게 안정적으로 전달함.