열차의 항법정보는 인프라에 의한 검출기법 또는 센서에 의한 추정기법으로 나눌 수 있다. 검출기법은 항법정보의 정확도가 높지만 인프라 설치 및 유지보수에 필요한 비용이 크다는 단점이 있다. 추정기법은 항법정보가 검출기법 보다 정확도는 낮지만 비교적 적은 비용으로 시스템을 구축할 수 있다는 장점이 있다. 본 논문에서 적은 비용으로 시스템을 구축할 수 있는 추정기법을 사용하여 복합항법시스템을 구현하고 정확도와 성능 분석을 보다 쉽게 하기 위해 시뮬레이터 개발을 목적으로 한다. 항법시스템의 센서는 Inertial Measurement Unit (IMU)를 기본 센서로 하여 Inertial Navigation System (INS)를 기본 항법장치로 사용한다. INS의 시간에 따라 증가하는 오차를 보상하기 위해 GPS를 측정치로 사용하여 INS/GPS 복합항법시스템을 구현하고, 추가로 GPS 음영지역에서도 INS의 오차를 보상하기 위해 열차의 Non-Holonomic Constraint (NHC) 기반 움직임을 측정치로 사용한 INS/GPS/NHC 복합항법시스템을 구현한다. 본 논문에서는 복합항법시스템의 성능 검증을 위해 지도상의 실 궤적 기반으로 실측한 위치정보와 열차의 가속도 및 최고 속도 정보를 기반으로 기준 궤적을 생성한다. 기준 궤적을 기반으로 오차가 없는 IMU, GPS 데이터를 생성하고, 이 데이터에 바이어스, 노이즈 등의 오차를 추가하여 실제 센서와 유사한 데이터를 생성한다. 먼저 생성한 IMU 데이터의 성능을 검증하고, INS/GPS 및 INS/GPS/NHC 복합항법시스템의 성능을 검증하는 Matlab 기반 시뮬레이터를 개발한다.

Development of a Real Trajectory-based Simulator for Performance Evaluation of an Integrated Navigation System for Trains

Myeong Seok Chae, Seong Yun Cho*, Kyung Ho Shin

The navigation information of trains can be divided into detection techniques by infrastructure or estimation techniques by sensors. Although the accuracy of positioning is high, detector techniques have the disadvantage of having a high cost of infrastructure installation and maintenance. On the other hand, estimation techniques have the advantage of being able to build systems at a relatively low cost, although positioning is less accurate than the detection techniques. The purpose of this paper is to develop a simulator for easy performance analysis of an integrated navigation system that can be implemented at relatively low. In the navigation system, the INS with the IMU as the basic sensor is used as the basic navigation device. The INS/GPS integrated navigation system is used to compensate for the error that increases with time in the INS, and the INS/GPS/NHC integrated navigation is used to compensate for the error of INS even in the GPS shaded area based on the information of the NHC movement of the train. In this paper, for the performance verification of the integrated navigation system, the reference trajectory is generated based on the measured location information Based on the reference trajectory, IMU and GPS data with no error is generated, and errors such as Bias and Noise are added to this data to generate data like actual sensors. a Matlab-based simulator that validates the performance of IMU data generated is developed and the performance of INS/GPS and INS/GPS/NHC integrated navigation systems is verified.

Speaker 채명석 경일대학교