자율주행차량용 항법시스템은 정확성과 연속성이 보장되어야 한다. 연속성을 부여하기 위해 Inertial Navigation System (INS)를 대표 항법센서로 활용할 수 있다. INS는 100Hz 이상의 항법정보를 제공할 수 있으며, 짧은 시간 안에서는 정확한 6 자유도 항법정보를 제공할 수 있다. 그러나 시간에 따라 증가하는 오차를 보정해야 하며 이를 위해 INS를 Global Navigation Satellite System (GNSS)와 결합하는 복합항법을 사용할 수 있다. 즉 GNSS 신호를 통해 INS의 오차를 보정하여 단·장기 정확도를 보장하는 항법정보를 생성할 수 있게 된다. 그러나 터널 및 산악/도심지역에서는 위성 신호를 수신할 수 없거 나 오차가 큰 신호 수신을 통해 INS의 오차 보정이 불가하게 된다. 이 문제를 해결하기 위해 다양한 센서와의 융합 기법이 이루어지고 있으나 항법시스템의 가격 상승의 문제가 동반된다. 이 논문에서는 차량의 Non-Holonomic Constraints (NHC) 정보를 활용하여 INS의 오차를 보정하는 복합항법시스템을 다룬다. NHC는 진행축에 수직한 두 축의 속도가 0이라는 차량의 운동특성을 의미한다. 그러나 Inertial Measurement Unit (IMU)를 차량에 장착하는 과정에서 차량의 동체 좌표계와 센서 좌표계의 완벽한 정렬은 물리적으로 불가능하므로 IMU의 장착 비정렬 오차는 필연적으로 발생하게 된다. IMU의 장착 비정렬 오차가 있는 경우 NHC의 조건이 성립되지 않기 때문에 INS의 오차보정에 문제가 발생하게 된다. 따라서 차량의 정확한 항법정보를 생성하기 위해서는 IMU의 장착 비정렬 오차를 추정 후 보 정하는 것이 필수적이다. 이 논문에서는 복합 항법필터의 상태변수에 장착 비정렬 오차를 추가하여 항법시스템을 구성하고 측정치에 따른 장착 비정렬 오차의 추정 가능성 및 복합항법시스템의 성능의 상관관계를 시뮬레이션 기반으로 분석한다.

Integrated Navigation System for Autonomous Vehicles with IMU Mounting Misalignment Error Correction Function

Myeong-Seok Chae, Seong-Yun Cho*

The navigation system for autonomous vehicles must ensure accuracy and continuity. Inertial Navigation System (INS) can be used as a representative navigation sensor to give continuity. INS may provide accurate navigation information of 100 Hz or more and provide accurate 6 degrees of freedom navigation information within a short time. However, it is necessary to correct errors that increase over time, and for this, an integrated navigation method that combines INS with Global Navigation Satellite System (GNSS) can be used. That is, it is possible to generate navigation information that guarantees short- and long-term accuracy by correcting the error of INS through the GNSS signal. However, in tunnels and mountain/urban areas, error correction of INS becomes impossible through signal blockage or multipath signals. Convergence techniques with various sensors are being performed to solve this problem, but the problem of rising prices of navigation systems is accompanied. This paper deals with an integrated navigation system that corrects errors in INS using vehicle Non-Holonomic Constructions (NHC) information. NHC means the kinetic characteristics of the vehicle in which the speeds of the two axes perpendicular to the traveling axis are zero. However, in the process of mounting the Inertial Measurement Unit (IMU) to the vehicle, a complete alignment of the vehicle's body coordinate system and the sensor coordinate system is physically impossible, so the mounting misalignment error of the IMU inevitably occurs. If there is an irregular error in mounting the IMU, there is a problem in correcting the error of the INS because the NHC condition is not met. Therefore, in order to generate accurate navigation information of the vehicle, it is essential to estimate and correct the mounting misalignment error of the IMU. This paper constructs a navigation system by adding a mounting misalignment error to the state variables of the integrated navigation filter and analyzes the correlation possibility of the mounting misalignment error and the performance of the integrated navigation system through a simulation.

Keywords: vehicular navigation, INS/GNSS/NHC, IMU mounting misalignment error, EKF

Speaker 채명석 경일대학교