UWB 신호 특성과 발전된 direct path 신호 감지로 인해 UWB는 정확하고 강건한 거리 측정 솔루션을 제공할 수 있다. 이를 통해 UWB 네트워크는 UAV 운용을 포함한 다양한 애플리케이션에서 정확한 위 치를 제공하고 있다. 이는 전방위 UWB 안테나가 장착된 UAV를 운용할 때 UWB 네트워크의 공대지 UWB 거리 측정 오차는 UWB 앵커와 태그 사이의 상대 거리와 상대 각도에 따라 달라지는 수신 신호 강 도에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서 UWB 거리 측정 정확도는 일반적인 실내 UWB 네트워크 작동과 다를 수 있다. 본 논문에서 우리는 공대지 UWB 범위 측정을 위한 UWB 거리 측정 오차 모델을 실험 적으로 개발했다. 상대 거리와 신호 수신 각도에 따라 UWB 범위 오류를 얻기 위해 Decawave TREK1000 (중심 주파수 6.489 GHz, 데이터 전송률 110 kbps)과 GNSS RTK 시스템을 사용했다. 실험은 공대지 UWB 거리 측정을 위해 다양한 거리와 높이에서 UAV를 작동하여 지상 UWB 네트워크에서 수행하였다. 개발된 공대지 거리 측정 오차 모델은 각각의 상대 거리에서 예상되는 가우스 평균 및 표준 편차를 제공하며, 위치 측정 정확도를 향상시키기 위해 가중치 행렬을 형성하는 데 사용할 수 있다. 본 논문에서, 우리는 개발된 모델의 검증을 위해 공대지 거리 측정 오차 모델을 사용하여 UAV 위치 측정 정확 도 향상을 정량화 할 것이다.

Error Modeling on UWB Air-to-Ground Range Measurements for UAV Operation

Jae-Young Song, Eui-Ho Kim*, Taikjin Lee

Due to the characteristics of Ultra-Wideband (UWB) signals and advanced direct path signal detection, UWB can provide an accurate and robust ranging solution. This allows UWB networks to perform precise positioning in various applications including Unmanned Aerial Vehicle (UAV) operations. When UAV with omnidirectional UWB antenna fly, air-to-ground UWB ranging measurements of UWB networks are impacted by the received signal strengths that vary depending on the relative distance between an UWB anchor and a tag as well as a signal reception angle. Therefore, the UWB ranging accuracy and positioning performance of UAV may differ from a typical indoor UWB network operation. In this paper, we experimentally developed a UWB ranging error model for air-to-ground UWB ranging measurements. To obtain UWB ranging errors depending on relative distances and signal reception angles, we used Decawave TREK1000 (Center Frequency 6.489 GHz, Data Rate 110 kbps) and a GNSS RTK system. The experiments were conducted at a ground-based UWB networks by operating UAV at different distances and heights for air-to-ground UWB range measurements. The developed air-to-ground ranging error model provides an expected Gaussian mean and standard deviation for each ranging measurement, which can be used to form a weighting matrix to improve positioning accuracy. In this paper, we will also quantize the improvement of UAV positioning accuracy using the air-to-ground ranging error model for the validation of the developed model.

Keywords: UWB, UAV, GNSS RTK, ranging error model, air-to-ground

Speaker 송재영 홍익대학교