발에 장착한 관성센서 기반 Pedestrian Inertial Navigation (PIN)은 발의 영속도 검출에 의한 Zero-velocity UPdaTe (ZUPT)를 통해 Inertial Navigation System (INS)의 오차를 보정하는 방법으로 보행자의 위치를 추정한다. 따라서 발의 영속도 검출이 중요하며, 특히 걸음 특성이 다른 사람과 걸음 속도에 상관없이 영속도를 정확하게 검출하는 것이 PIN의 성능을 좌우하게 된다. 발의 영속도는 획득된 관성센서 출력의 파워를 사용하여 경계값 (Threshold)을 기반으로 검출하거나, 관성센서 출력 및 출력의 조합들의 각 경계값 조건을 통해 검출할 수 있다. 경계값은 고정된 값을 사용하거나 확률기반의 가변형 기법을 통해 결 정할 수 있다. 본 논문에서는 먼저 자이로 출력의 파워를 연속 저역통과필터를 통해 사인파 형태로 간략화 한 다음 한 걸음을 검출하는 기법을 제안한다. 한 걸음 구간 동안 획득된 자이로 출력의 파워는 복잡 하지만 연속 저역통과필터를 통해 사인파 형태로 간략화되어 한 걸음을 정확하게 검출할 수 있도록 해준다. 그리고 한 걸음 구간에 위치하는 영속도 구간을 한 걸음 동안의 신호를 기반으로 계산된 가변형 경 계값을 통해 정확하게 검출할 수 있는 영속도 검출 기법을 제안한다. 제안된 기법의 성능은 실험자와 보행 속도를 달리하면서 수행된 실험을 통해 검증한다. 그 결과 고정된 경계값을 사용하는 방법보다 향상 된 PIN 결과가 산출됨을 보여준다.

Zero Velocity Detection of PIN Using Variable Threshold Values Based on Continuous Low Pass Filter

Eui Yeon Cho, Seong Yun Cho*, Chan Gook Park

Foot-mounted inertial sensors-based Pedestrian Inertial Navigation (PIN) estimates the position of pedestrians by correcting the error of Inertial Navigation System (INS) through Zero-velocity UPdaTe (ZUPT) by detecting the zero velocity of the foot. Therefore, the Zero-Velocity Detection (ZVD) of foot is important, and in particular, accurate ZVD regardless of the walking speed with others with different walking characteristics determines the performance of the PIN. The zero-velocity of the foot can be detected based on the threshold value using the obtained power of the inertial sensor output, or through each threshold value condition of the combination of the inertial sensor outputs. The threshold value can be determined using a fixed value or through a probability-based variable technique. In this paper, first, the power value of the gyro output is simplified to a sine wave form through a continuous Low-Pass Filter (LPF), and then one step is detected. The power value of the gyro output acquired over a one-step interval is complex, but it is simplified into a sine wave form through a continuous LPF to accurately detect one step. Subsequently, we propose a ZVD technique that can accurately detect a zero velocity section located in a one-step section through a variable threshold value calculated based on a signal during one step. The performance of the proposed technique is verified through experiments performed by several experimenters at different walking speeds. As a result, it is shown that improved PIN results are calculated compared to the method using a fixed threshold value.

Keywords: PIN, zero-velocity detection, variable threshold, ZUPT

Speaker 조의연 경일대학교