KIPS Transactions on Software and Data Engineering (정보처리학회논문지:소프트웨어 및 데이터공학)

Korea Information Processing Society (한국정보처리학회)
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Improvement of Altitude Measurement Algorithm Based on Accelerometer for Holding Drone's Altitude

드론의 고도 유지를 위한 가속도센서 기반 고도 측정 알고리즘 개선

  • 김덕엽 (경북대학교 컴퓨터학부) ;
  • 윤보람 (경북대학교 컴퓨터학부) ;
  • 이성희 (경북대학교 컴퓨터학부) ;
  • 이우진 (경북대학교 컴퓨터학부/소프트웨어기술연구소)
  • Received : 2017.07.17
  • Accepted : 2017.08.03
  • Published : 2017.10.31
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Abstract

Drones require altitude holding in order to achieve flight objectives. The altitude holding of the drone is to repeat the operation of raising or lowering the drone according to the altitude information being measured in real-time. When the drones are maintained altitude, the drone's altitude will continue to change due to external factors such as imbalance in thrust due to difference in motor speed or wind. Therefore, in order to maintain the altitude of drone, we have to exactly measure the continuously changing altitude of the drone. Generally, the acceleration sensor is used for measuring the height of the drones. In this method, there is a problem that the measured value due to the integration error accumulates, and the drone's vibration is recognized by the altitude change. To solve the difficulty of the altitude measurement, commercial drones and existing studies are used for altitude measurement together with acceleration sensors by adding other sensors. However, most of the additional sensors have a limitation on the measurement distance and when the sensors are used together, the calculation processing of the sensor values increases and the altitude measurement speed is delayed. Therefore, it is necessary to accurately measure the altitude of the drone without considering additional sensors or devices. In this paper, we propose a measurement algorithm that improves general altitude measurement method using acceleration sensor and show that accuracy of altitude holding and altitude measurement is improved as a result of applying this algorithm.

드론은 비행 목적을 달성하기 위해 고도 유지를 필요로 하는 경우가 많다. 일반적으로 드론의 고도 유지 기능은 현재 측정되는 고도 정보에 따라 드론을 상승시키거나 하강시키는 작업을 반복하는 것을 의미한다. 고도 유지 중에 모터 속도 차이로 인한 추력의 불균형이나 바람 등의 외적 요인으로 인해 드론의 고도가 계속 변한다. 그럼에도 불구하고 고도를 유지하기 위해서는 기본적으로 계속해서 변하는 드론의 고도를 정확하게 측정해야 한다. 드론의 고도 측정 방법은 일반적으로 가속도센서를 사용한다. 이 방법은 적분 오차 누적으로 인한 측정값이 발산하는 문제와 드론의 기체 진동조차 고도 변화로 인지하는 문제가 존재한다. 그래서 상용 드론이나 기존 연구에서는 가속도센서를 제외한 별도의 센서를 추가하여 고도 측정에 사용한다. 그러나 추가하는 센서 대부분은 측정거리에 제한이 있으며 여러 센서들을 같이 사용하는 경우 센서 값들의 연산 처리가 많아져 고도 측정 속도가 지연될 우려가 있다. 따라서 드론의 고도 유지, 고도 측정 성능에 영향을 주지 않으면서 정확한 고도를 측정할 수 있는 방안이 필요하다. 본 논문에서는 가속도센서를 이용하는 일반적인 고도 측정 방법을 개선한 측정 알고리즘을 제안하고 본 알고리즘을 적용한 결과로 고도 유지와 고도 측정의 정확성이 향상됨을 보인다.

Keywords

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