IMU 센서 결합에 의한 UWB 기반 측위 시스템의 성능 개선 연구

Abstract

최근 정보통신기술(ICT)의 융합으로 5G 기반의 4차 산업 혁명을 준비하면서 사물인터넷(IoT), 자율 주행 자동차, 드론 등과 같은 혁신 기술에 있어 실시간 위치 추적 시스템(RTLS)에 대한 관심과 중요성이 높아지고 있다. 가장 대중적인 위치 추적 시스템은 GPS(Global Positioning System)로서 네비게이션(Navigation) 장치로 주로 사용되며 스마트폰, 태블릿, PC에 가장 많이 활용되고 있다. 하지만 건물 내부, 지하, 다중 경로 등과 같은 환경적 요인에 의한 신호 교란과 저출력 신호로 미약하게 수신되어 발생하는 인위적 요인에 의한 취약성을 갖고 있다. [1] 이에 따라 UWB(Ultra Wide Band) 통신은 근거리 통신으로서 광범위한 측위에는 취약하지만 저전력을 소비하면서도 ToA(Time of Arrival), TDoA(Time Difference of Arrival) 등의 측위 방식으로 고정밀 위치 추적 시스템을 구축 하기에 용이하다. 위치 추적 시스템 설계 시, TDoA(Time Difference of Arrival) 방식으로 TAG와 ANCHOR 사이의 양방향 통신을 통해 거리를 측정할 것이다. 또한 Gyroscope, Accelerometer, Magnetometer 센서를 탑재한 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서 만을 사용하여 위치 추적을 하게 된다면 각속도 및 가속도 측정을 통해 수평적 위치와 속도에 대해선 안정적이지만 수직적으로는 안정적이지 않다. 따라서 본 논문에서는 UWB 통신을 기반으로 RTLS 시스템을 구축하고 TAG와 ANCHOR로 측정된 위치 데이터로 IMU 센서의 측위 데이터 값을 보완하여 오차를 최소화하는 방법을 제안하여 시스템을 설계하고 구현한다.