1. 상보 필터 (Complementary Filter)
ㅇ 신호 융합(signal fusion) 등에 자주 사용되는 필터로,
- 2 이상의 신호를 주파수 특성에 따라 상보적으로 결합하여, 하나의 추정값을 얻는 필터
ㅇ 특징 : Complementary (상보적)
- 하나는, 저주파 통과 필터 (Low Pass Filter),
- 다른 하나는, 고주파 통과 필터 (High Pass Filter)로 설계되어,
- 두 필터의 합이 항상 1이 되도록 구성
[#H_{LP}(s) + H_{HP}(s) = 1#]
* 즉, 이 관계를 만족하도록 하면서,
. 두 필터의 출력이 상호 보완적으로 원 신호를 복원하거나 추정이 가능
ㅇ 例) 상보 필터 구성 : (자이로스코프 + 가속도계)
- 자이로스코프와 가속도계의 데이터를 결합해, 각도를 추정하는 데 자주 쓰임
. 가속도계 : 장기적으로 정확하지만, 노이즈에 민감 (저주파 성분 신뢰적)
. 자이로스코프 : 단기적으로 정확하지만, 드리프트 발생 (고주파 성분 신뢰적)
- 두 센서의 장점을 살려 상보 필터를 구성
[#θ(t) = α[θ(t−Δt) + ω(t)Δt] + (1−α)θ_{acc}(t)#]
. θ(t) : 추정된 각도
. ω(t) : 자이로 각속도
. θacc(t) : 가속도계로 계산한 각도
. α : 필터 상수 (0~1 사이, 주파수 대역 결정)
- (주파수 관점)
[#H_{HP} = \frac{τs}{1+τs}, \quad H_{LP} = \frac{1}{1+τs} \\
H_{HP} + H_{LP} = 1#]
. 고주파 성분은, 자이로스코프가 담당하고,,
. 저주파 성분은, 가속도계가 담당하여,
. 안정적이고 정확한 자세 추정을 실현 가능