저가 GPS 기반 무인 자율 주행을 위한 위치 추정기 설계 및 실험적 검증

Abstract

본 논문에서는 무인 자율 주행 차량을 위한 항법 시스템과 횡방향 제어를 위한 행동 기반의 궤적 생성, 마지막으로 위치 추정기 알고리즘을 제안하고자 한다. 먼저 알고리즘 검증을 위하여 실험 차량을 구성하여 알고리즘들을 검증하였다. 차량이 자율주행을 하기 위해서는 위치추정(Localization)이 선행되어야 하며 이는 차량의 위치를 GPS나 IMU, 차량내의 센서들을 통하여 차량의 현재 위치를 보다 정밀하게 계산한다. 일반적으로 지도 기반의 위치추정은 고가의 장비나 센서가 필요하다. 반면에 행동기반의 위치추정은 주변의 환경을 인지하며 위치를 추정함으로 차량이 실시간으로 주행경로를 바꾸어서 주행할 수 있는 장점이 있다. 무인 자율 주행을 하기 위해선 인지, 판단 및 계획, 제어로 3가지 주요 부분으로 나눌 수 있는데, 본 연구에서는 판단 및 계획에 해당하는 위치 추정을 위한 알고리즘을 제안하고, 제어부분에 해당하는 횡방향 제어기의 성능과 실험적 검증에 초점을 맞추었다. 마지막으로 제안하는 위치 추정기는 저속주행을 위한 기구학적 모델기반의 비선형 관측기와 고속 주행과 곡선 주행을 위한 동역학적 모델기반의 unknown-input 관측기를 설계하였고 동역학적 모델은 일반적으로 이용되는 자전거모델이 아닌 외인성 입력을 가지고 있는 모델을 기반으로 설계를 함으로써 외란과 모르는 입력 값이 들어와도 강인하게 위치정보를 추정하여 보다 정확하게 내준다. 설계된 관측기는 실험적 검증과 실험 데이터를 통해서 성능을 확인하였다.