과거 모바일 기기는 단순히 음성 통신의 수단으로 사용되었다. 하지만 최근 다양한 센서가 탑재된 스마트 기기의 보급으로 통신뿐만 아니라 목적지 탐색, 경로 추적, 위치 공유 등의 사용 자의 위치를 기반으로 하는 다양한 서비스를 이용할 수 있게 되었다. 이러한 위치 기반 서비스는 주로 스마트 기기에 탑재된 Global Navigation Satellite System (GNSS) 센서를 통해 이용 할 수 있으며, 탁 트인 하늘과 최소 4개 이상의 위성이 있는 시야 조건에서 3 ~ 5 m의 위치를 구할 수 있다. 그러나 스마트 기기에 탑재된 저가의 수신기 및 안테나의 한계로 인해 스마트 기기를 주로 이용하는 도심 지역에서의 GNSS 위치 솔루션은 다중 경로 오차, 불량한 신호 수신 및 신호 차단 등으로 인해 상당한 어려움을 겪고 있다. 이러한 점을 보완하기 위해 많은 연구자들은 스마트폰에 내장된 inertial measurement unit (IMU) 센서를 활용한 inertial navigation system (INS) – dead reckoning (DR) 기술을 활용하고 있다. 이는 높은 해상도를 바탕으로 단기간 우수한 위치 정확도를 제공하지만, 적분을 통한 위치 결정으로 장기간 GNSS 음영 지역에서의 위치 추정 시 오차가 누적된다는 단점을 갖고 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 기존의 GNSS/INS 시스템에 스마트폰 내장 자력계 및 기압계 센서를 추가한다. GNSS/INS/Magnetometer/Barometer 융합 기술은 장 · 단기간 발산 없이 미터 급의 위치 정 확도를 가진다.

Sensor Fusion Technology of Mobile Devices to Improve Positioning Accuracy and Availability

Jeonghyeon Yun, Byungwoon Park*

In the past, mobile devices were used only as a means of voice communication. However, with the recent proliferation of smart devices equipped with various sensors, it has become possible to use various services based on user location, such as destination search, route tracking, and location sharing, as well as communication. These location-based services (LBS) are primarily provided through Global Navigation Satellite System (GNSS) sensors mounted on smart devices, which use four or more satellites to obtain positions to 3 to 5 meters in open sky and visibility conditions. However, due to the limitations of low-cost receivers and antennas mounted on smart devices, GNSS location solutions in urban areas where smart devices are mainly used face significant difficulties due to multipath errors, poor signal reception, and signal blocking. To complement this, many researchers are using inertial navigation system (INS) – dead reckoning (DR) technology using the inertial measurement unit (IMU) sensor built into smartphones. This provides excellent short-term positioning accuracy based on high resolution, but has the disadvantage of accumulating errors when estimating position in long-term GNSS shadow areas due to positioning through integration. In this paper, to solve this problem, we add a magnetometer and barometer sensor built into a smartphone to the existing GNSS/INS system. GNSS/INS/magnetometer/barometer fusion technology has meter-level positioning accuracy without short- and long-term divergence.

Keywords: android smartphone, dead reckoning, GNSS, inertial navigation system, sensor fusion

Speaker 윤정현 세종대학교