KR100582018B1 - A system and method for measuring indoor location - Google Patents
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Abstract
본 발명은 옥내에서 실시간으로 위치가 변동하는 이동 수신 장치의 위치 정보를 파악하기 위해 복수의 고정 송신 장치로부터 전송된 RF 신호와 초음파 신호의 전송 속도 차이에 따른 수신시간 차를 이용하여 실시간으로 이동 수신 장치의 위치를 측정하고 나타내는 옥내 위치 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention is to receive the movement in real time by using the difference in the reception time according to the transmission speed difference between the RF signal and the ultrasonic signal transmitted from a plurality of fixed transmission device in order to grasp the position information of the mobile receiving device whose position changes in real time indoors An indoor positioning system and method for measuring and indicating the position of a device.
본 발명에 따른 옥내 위치 측정 시스템은, 옥내에서 고정된 위치에 설치되어 RF 신호 및 초음파 신호를 송신하는 복수의 고정 송신 장치에, 상기 각각의 고정 송신 장치와 연관된 동기 신호, 위치 정보 및 고유 식별 정보를 포함하는 RF 신호를 송신하는 송신부; 초음파 신호를 송신하는 초음파 송신부를 포함하고, 상기 옥내에서 위치를 변동하고 상기 RF 신호 및 상기 초음파 신호를 수신하여 상기 수신 시간 정보 및 상기 RF 신호를 기초로 상기 변동된 위치에 대한 위치 측정 정보를 생성하는 이동 수신 장치에, 상기 RF 신호를 수신하기 위한 RF 수신부; 상기 초음파 신호를 수신하기 위한 초음파 수신부; 상기 RF 신호 수신에 응답하여 카운트를 개시하고, 상기 초음파 신호의 수신에 응답하여 카운트를 중단하여 상기 수신 시간 정보를 생성하는 타이머부; 상기 복수의 고정 송신 장치와 각각 연관된 상기 수신 시간 정보, 상기 위치 정보 및 상기 고유 식별 정보에 기초하여 상기 위치 측정 정보를 생성하는 위치 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The indoor position measuring system according to the present invention is provided with a plurality of fixed transmitting apparatuses installed at fixed positions indoors to transmit RF signals and ultrasonic signals, and synchronizing signals, position information, and unique identification information associated with the respective fixed transmitting apparatuses. Transmitter for transmitting the RF signal comprising a; And an ultrasonic transmitter for transmitting an ultrasonic signal, wherein the position is changed indoors and the RF signal and the ultrasonic signal are received to generate position measurement information on the changed position based on the reception time information and the RF signal. A mobile receiving apparatus comprising: an RF receiving unit for receiving the RF signal; An ultrasonic receiver for receiving the ultrasonic signal; A timer that starts counting in response to receiving the RF signal, and stops counting and generates the reception time information in response to receiving the ultrasonic signal; And a position measuring unit configured to generate the position measurement information based on the reception time information, the position information, and the unique identification information associated with each of the plurality of fixed transmission devices.
본 발명에 따른 옥내 위치 측정 시스템 및 방법에 의하면, 복수의 고정 송신 장치로부터 전송된 RF 신호와 초음파 신호의 전송 속도 차이에 따른 수신시간 차를 이용하여 옥내에서 실시간으로 위치가 변동하는 이동 수신 장치의 위치를 측정할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.According to the indoor position measuring system and method according to the present invention, the position of the mobile receiving apparatus in which the position is changed in real time indoors by using the difference in the reception time according to the transmission speed difference between the RF signal and the ultrasonic signal transmitted from the plurality of fixed transmission device The effect of measuring the position can be obtained.
위치측정, 초음파, RF, 이동수신장치Position Measurement, Ultrasonic, RF, Mobile Receiver
Description
도 1 은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 옥내 위치 측정 시스템의 고정 송신 장치와 이동 수신 장치를 도시한 개략도.1 is a schematic diagram showing a fixed transmitter and a mobile receiver of an indoor positioning system according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2 는 상기 도1 의 구성 요소 중 고정 송신 장치의 구성을 나타낸 블록도.Fig. 2 is a block diagram showing the structure of a fixed transmission device among the components of Fig. 1;
도 3 은 상기 도 1의 구성 요소 중 이동 수신 장치의 구성을 나타낸 블록도.3 is a block diagram illustrating a configuration of a mobile receiving apparatus among the components of FIG. 1.
도 4 는 상기 도 3의 구성 요소 중 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 이동 수신 장치의 초음파 수신부를 도시한 도면.4 is a view illustrating an ultrasonic receiver of a mobile receiving apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention among the components of FIG. 3;
도 5a 는 이동 수신 장치의 초음파 수신부에서 샘플링 윈도우(sampling window) 방식을 사용하여 유효한 수신 시간 정보를 생성하는 방법을 도시한 도면.FIG. 5A illustrates a method of generating valid reception time information using a sampling window scheme in an ultrasonic receiver of a mobile receiving apparatus; FIG.
도 5b 는 상기 도 5a에서 얻은 다수의 수신 시간 정보를 평균하여 유효한 수신 시간 정보로 도출해내는 소정의 통계처리 과정을 도시한 도표.FIG. 5B is a table showing a predetermined statistical process of averaging a plurality of reception time information obtained in FIG. 5A to obtain valid reception time information. FIG.
도 6a 는 다수의 초음파 센서를 포함한 이동 수신 장치가 소정의 통계처리를 통하여 유효한 수신 시간 정보를 생성하는 방법을 도시한 도면.FIG. 6A is a diagram illustrating a method of generating valid reception time information through a predetermined statistical process by a mobile receiving apparatus including a plurality of ultrasonic sensors; FIG.
도 6b는 상기 도 6a에서 얻은 다수의 수신 시간 정보를 평균하거나 최빈치를 선정하여 유효한 수신 시간 정보로 도출해내는 소정의 통계처리 과정을 도시한 도표.FIG. 6B is a diagram illustrating a predetermined statistical process of averaging or selecting a mode of a plurality of reception time information obtained in FIG. 6A to derive valid reception time information. FIG.
도 7 은 샘플링 윈도우(sampling window) 방식을 사용한 옥내 위치 측정 방법을 도시한 흐름도.7 is a flowchart illustrating a method for measuring indoor location using a sampling window method.
도 8 은 복수의 초음파 센서를 포함한 이동 수신 장치에서 옥내 위치를 측정하는 방법을 도시한 흐름도.8 is a flowchart illustrating a method of measuring an indoor position in a mobile receiving apparatus including a plurality of ultrasonic sensors.
도 9 는 본 발명에 따른 옥내 위치 측정 시스템 및 방법에 채용될 수 있는 범용 컴퓨터 시스템의 내부 블록도.9 is an internal block diagram of a general purpose computer system that may be employed in the indoor positioning system and method according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 고정 송신 장치100: fixed transmission device
110 : 이동 수신 장치110: mobile receiving device
230 : RF 송신부230: RF transmitter
250 : 초음파 송신부250: ultrasonic transmission unit
310 : RF 수신부310: RF receiver
330 : 초음파 수신부330: ultrasonic receiver
340 : 타이머부340: timer unit
370 : 위치 측정부370: position measuring unit
420 : 초음파 센서420: Ultrasonic Sensor
본 발명은 이동 수신 장치의 이동에 따라 변화하는 실내의 위치 정보를 파악 하여 실시간으로 자신의 위치를 표시하기 위한 옥내 위치 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광역 지구 측위 방식(Global Positioning System : 이하 GPS) 인공위성을 사용하지 않고 옥내에서 이동하는 사람 또는 로봇의 위치를 비접촉 방식으로 확인할 수 있는 시스템 및 방법으로서, RF 신호와 초음파 신호의 전송 속도의 차이를 이용해 거리를 추정하고, 추정된 거리를 통해 위치를 계산하는 옥내 위치 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an indoor positioning system and method for identifying the location information of a room that changes according to the movement of a mobile receiving apparatus and displaying its location in real time. More specifically, the global positioning system (Global Positioning System) (GPS) A system and method for non-contact method of checking the location of a person or robot moving indoors without using satellites. A distance is estimated using a difference between transmission speeds of an RF signal and an ultrasonic signal. It relates to an indoor positioning system and method for calculating the position through.
컴퓨터화의 새로운 패러다임으로 등장한 유비쿼터스(ubiquitous)화는 유비쿼터스 컴퓨팅과 유비쿼터스 네트워크를 기반으로 물리공간을 지능화함과 동시에 물리공간에 펼쳐진 각종 사물들을 네트워크로 연결시키려는 노력으로 정의할 수 있다. Ubiquitousization, which has emerged as a new paradigm of computerization, can be defined as an effort to intelligentize the physical space based on ubiquitous computing and ubiquitous networks and to connect various things spread out in the physical space to the network.
유비쿼터스 컴퓨팅이란 도로, 다리, 터널, 빌딩, 건물벽 등 모든 물리공간과 객체에 컴퓨팅 기능을 추가하여 모든 사물과 대상이 지능화되고, 전자공간에 연결되어 서로 정보를 주고 받는 공간을 만드는 개념으로 기존 홈 네트워크, 모바일 컴퓨팅보다 한 단계 발전된 컴퓨팅 환경을 말한다. 또한, 유비쿼터스 컴퓨팅은 모든 컴퓨터가 서로 연결되고 이용자 눈에 보이지 않으며 언제 어디서나 사용 가능하고 현실세계의 사물과 환경 속으로 스며들어 일상 생활에 통합되는 것을 기본 전제로 한다.Ubiquitous computing is a concept that adds computing functions to all physical spaces and objects such as roads, bridges, tunnels, buildings, and building walls to create a space where all objects and objects are intelligent and connected to electronic spaces to exchange information with each other. It is a computing environment that is one step ahead of network and mobile computing. In addition, ubiquitous computing is based on the premise that all computers are connected to each other, invisible to the user, can be used anytime, anywhere, and permeate into real world objects and environments and integrate into everyday life.
유비쿼터스 네트워크는 누구든지 언제, 어디서나 통신속도 등의 제약 없이 이용할 수 있고, 모든 정보나 콘텐츠를 유통시킬 수 있는 정보통신 네트워크를 의미한다. 이의 실현으로 기존 정보통신 네트워크와 서비스가 가지고 있었던 여러 가지 제약으로부터 벗어나 이용자가 자유롭게 정보통신 서비스를 이용할 수 있도록 한다. 특히, 유비쿼터스 네트워크와 다양한 센서의 활용으로 시간과 공간의 제한을 뛰어넘는 커뮤니티를 형성할 수 있고, 이를 매개로 사람과 사물의 주변 상황인식(context awareness) 및 위치인식(location awareness)이 가능해진다. Ubiquitous network means an information and communication network that anyone can use anytime, anywhere without restriction of communication speed, and can distribute all information or content. By realizing this, the user can freely use the information communication service from various limitations of the existing information communication network and service. In particular, by using the ubiquitous network and various sensors, it is possible to form a community that overcomes the limitations of time and space, thereby enabling context awareness and location awareness of people and things.
가까운 미래에는 이러한 유비쿼터스 컴퓨팅과 유비쿼터스 네트워크를 통해 새롭고 다양한 서비스가 창출될 것이다. 특히, 언제 어디서나 사람과 사물과 같은 객체의 위치를 인식하고, 이를 기반으로 유용한 서비스를 제공하는 유비쿼터스 위치기반 서비스(Ubiquitous Location Based Services: U-LBS)가 중요한 서비스로 대두되고 있다. 그리고, 유비쿼터스 위치기반 서비스 제공을 위해 가장 중요한 기반 요소 기술중의 하나인 위치인식시스템 기술은 현재 선진 각국에서 활발한 연구가 진행되고 있다. In the near future, new and diverse services will be created through these ubiquitous computing and ubiquitous networks. In particular, Ubiquitous Location Based Services (U-LBS), which recognizes the location of objects such as people and things and provides useful services based on them, is emerging as an important service. In addition, the position recognition system technology, which is one of the most important element technologies for providing ubiquitous location-based services, is being actively researched in advanced countries.
현재 GPS 위성을 사용하지 않는 비접촉식 옥내 위치 확인 시스템은 대부분 이동하는 로봇에 적용하기 위한 것으로 적외선 센서를 이용하는 방법, 카메라를 이용하여 화상인식을 통해 위치를 측정하는 방법, 정해진 경로를 따라 이동하는 로봇을 통해 위치를 측정하는 방법이 존재한다.Most non-contact indoor positioning systems that do not currently use GPS satellites are applied to mobile robots.They use infrared sensors, cameras to measure location through image recognition, and robots moving along a defined path. There is a way to measure the position through.
적외선을 이용하는 경우 태양광 등의 영향으로 위치의 측정이 정밀하지 못하고, 카메라를 이용하여 화상인식을 통해 위치를 측정하는 방법은 설치와 유지에 따른 비용이 너무 크다는 단점이 있으며, 정해진 경로를 따라 이동하는 로봇을 통한 위치 측정은 일반적인 자유도를 가지는 응용환경에서는 적용하기 어렵다는 단점이 있다.In the case of using infrared rays, the measurement of the position is not accurate due to the influence of sunlight, and the method of measuring the position through image recognition using a camera has a disadvantage in that the cost of installation and maintenance is too high. Position measurement through a robot that is difficult to apply in an application environment having a general degree of freedom.
이에, 이동체의 옥내 위치에 대하여 보다 정확하고 신뢰성 있는 위치 정보를 실시간으로 제공할 수 있는 새로운 위치 측정 방법 및 시스템의 도입이 절실히 요구되고 있다.Therefore, there is an urgent need to introduce a new position measuring method and system capable of providing more accurate and reliable position information in real time with respect to the indoor position of the moving object.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 옥내에서 실시간으로 위치가 변동하는 이동 수신 장치의 위치 정보를 파악하기 위해 복수의 고정 송신 장치로부터 전송된 RF 신호와 초음파 신호의 전송 속도 차이에 따른 수신시간 차를 이용하여 실시간으로 이동 수신 장치의 위치를 측정하고 나타내는 옥내 위치 측정 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to improve the prior art as described above, the transmission rate of the RF signal and the ultrasonic signal transmitted from a plurality of fixed transmission device to grasp the location information of the mobile receiving device whose position changes in real time indoors An object of the present invention is to provide an indoor positioning system and method for measuring and displaying the position of a mobile receiving apparatus in real time using a difference in reception time according to a difference.
또한, 본 발명에 따른 옥내 위치 측정 시스템 및 방법은 이동 수신 장치의 초음파 수신부에 복수의 초음파 센서를 설치할 수 있도록 하여 초음파 수신부에서 동시에 여러 개의 수신 시간 정보를 얻을 수 있게 함으로써, 보다 정확한 위치를 파악하고, 신속한 위치 정보의 업데이트를 가능하게 하여 주는 옥내 위치 측정 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the indoor position measuring system and method according to the present invention enables to install a plurality of ultrasonic sensors in the ultrasonic receiving unit of the mobile receiving apparatus to obtain a plurality of receiving time information at the same time at the ultrasonic receiving unit, to determine a more accurate position It is an object of the present invention to provide an indoor positioning system and method for enabling a quick update of location information.
또한, 본 발명에 따른 옥내 위치 측정 시스템 및 방법은 이동 수신 장치 내에 설치된 여러 개의 초음파 센서에서 수신한 복수의 수신 시간 정보를 평균하거나 최빈치를 선정하는 등의 통계처리 작업을 통하여 보다 정확하고 향상된 업데이트율에 의한 위치 측정 정보를 얻을 수 있는 옥내 위치 측정 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the indoor positioning system and method according to the present invention more accurate and improved update rate through a statistical processing operation such as averaging a plurality of reception time information received from a plurality of ultrasonic sensors installed in the mobile receiving apparatus or selecting the mode; It is an object of the present invention to provide an indoor positioning system and method capable of obtaining positional measurement information.
또한 본 발명에 따른 옥내 위치 측정 시스템 및 방법은 이동 수신 장치내의 초음파 수신부에서 소정의 주기 동안 고정 송신 장치로부터 다수의 수신 시간 정보를 수신하여 상기 수신 시간 정보를 평균하거나 최빈치를 선정하는 등의 통계처리 작업을 통하여 환경적 요인에 의한 초음파 신호의 오차를 줄임으로써, 보다 정확한 위치 측정 정보를 얻을 수 있는 옥내 위치 측정 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the indoor position measuring system and method according to the present invention receives a plurality of receiving time information from the fixed transmission device for a predetermined period in the ultrasonic receiving unit in the mobile receiving apparatus statistical processing such as averaging the reception time information or selecting the mode; It is an object of the present invention to provide an indoor positioning system and method that can obtain more accurate position measurement information by reducing an error of an ultrasonic signal due to environmental factors through work.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 옥내 위치 측정 시스템은, 옥내에서 고정된 위치에 설치되어 RF 신호 및 초음파 신호를 송신하는 복수의 고정 송신 장치에, 상기 각각의 고정 송신 장치와 연관된 동기 신호, 위치 정보 및 고유 식별 정보를 포함하는 RF 신호를 송신하는 송신부; 초음파 신호를 송신하는 초음파 송신부를 포함하고, 상기 옥내에서 위치를 변동하고 상기 RF 신호 및 상기 초음파 신호를 수신하여 상기 수신 시간 정보 및 상기 RF 신호를 기초로 상기 변동된 위치에 대한 위치 측정 정보를 생성하는 이동 수신 장치에, 상기 RF 신호를 수신하기 위한 RF 수신부; 상기 초음파 신호를 수신하기 위한 초음파 수신부; 상기 RF 신호 수신에 응답하여 카운트를 개시하고, 상기 초음파 신호의 수신에 응답하여 카운트를 중단하여 상기 수신 시간 정보를 생성하는 타이머부; 상기 복수의 고정 송신 장치와 각각 연관된 상기 수신 시간 정보, 상기 위치 정보 및 상기 고유 식별 정보에 기초하여 상기 위치 측정 정보를 생성하는 위치 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object and to solve the problems of the prior art, the indoor position measuring system according to the present invention is installed in a fixed position indoors, a plurality of fixed transmitting apparatus for transmitting the RF signal and the ultrasonic signal, each of the A transmitter for transmitting an RF signal including a synchronization signal, position information, and unique identification information associated with the fixed transmitter; And an ultrasonic transmitter for transmitting an ultrasonic signal, wherein the position is changed indoors and the RF signal and the ultrasonic signal are received to generate position measurement information on the changed position based on the reception time information and the RF signal. A mobile receiving apparatus comprising: an RF receiving unit for receiving the RF signal; An ultrasonic receiver for receiving the ultrasonic signal; A timer that starts counting in response to receiving the RF signal, and stops counting and generates the reception time information in response to receiving the ultrasonic signal; And a position measuring unit configured to generate the position measurement information based on the reception time information, the position information, and the unique identification information associated with each of the plurality of fixed transmission devices.
또한, 본 발명의 일측면에 따른 옥내 위치 측정 시스템은, 상기 이동 수신 장치 내에 복수의 초음파 센서를 설치하는 것을 포함하고, 상기 타이머부는 상기 복수의 초음파 센서 각각에 수신된 초음파 신호에 대한 수신 시간 정보를 개별적으로 생성하고, 상기 위치 측정부는 상기 각각의 수신 시간 정보를 평균하거나 또는 최빈치를 선정하여 유효 수신 시간 정보를 도출하고, 상기 유효 수신 시간 정보에 대응하는 거리 정보를 생성하며, 상기 생성된 거리 정보에 기초하여 상기 이동 수신 장치의 위치 측정 정보를 생성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the indoor position measuring system according to an aspect of the present invention, including installing a plurality of ultrasonic sensors in the movement receiving apparatus, the timer unit receiving time information for the ultrasonic signal received in each of the plurality of ultrasonic sensors Separately generate the position measurement unit, and the position measuring unit averages the respective reception time information or selects the most frequent value to derive valid reception time information, generates distance information corresponding to the valid reception time information, and generates the generated distance. And generating location measurement information of the mobile receiving apparatus based on the information.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 옥내 위치 측정 시스템 및 방법의 바람직한 일실시예에 대하여 상술한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the indoor positioning system and method according to the present invention with reference to the accompanying drawings will be described in detail.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 옥내 위치 측정 시스템은 크게 두 가지 부분으로 구성된다.Indoor positioning system according to a preferred embodiment of the present invention is largely composed of two parts.
첫 번째는 옥내에 분산 설치되어 불규칙한 주기로 RF 신호와 초음파 신호를 발생시키는 고정 송신 장치이며, 두 번째는 고정 송신 장치로부터 전송되는 RF신호와 초음파 신호를 수신하여 소정의 통계처리를 수행한 후, 변동되는 위치에 대한 위치 측정 정보를 생성하는 이동 수신 장치이다.The first is a fixed transmission device that is distributed indoors and generates RF signals and ultrasonic signals at irregular intervals. The second is a fixed transmission device that receives RF signals and ultrasonic signals transmitted from the fixed transmission device and performs predetermined statistical processing. A mobile reception device for generating location measurement information for a location to be.
도 1 은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 옥내 위치 측정 시스템의 고정 송신 장치와 이동 수신 장치의 전체 네트워크 구성도를 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram showing an overall network configuration of a fixed transmitting device and a mobile receiving device of an indoor positioning system according to a preferred embodiment of the present invention.
상기 기술한 바와 같이, 옥내의 지정된 위치에 고정 송신 장치(100)가 최소한 3개 이상 설치된다. 이는 각각의 고정 송신 장치로부터의 거리를 산출하여 그 거리를 반지름으로 하는 3개 이상의 원의 교차점을 구하여 이동 수신 장치의 위치를 측정하는 방법에 있어서, 보다 정확한 이동 수신 장치의 위치 정보를 측정하기 위하여 다수의 고정 송신 장치를 설치하는 것이다.As described above, at least three
상기 다수의 고정 송신 장치에서 RF 신호 및 초음파 신호를 전송하면, 이를 상기 옥내에서 그 위치를 변동하는 이동 수신 장치(110)가 수신하여 소정의 단계를 거쳐 위치 측정 정보를 산출한다. 상기 이동 수신 장치는 소정의 단말기로서 사람이 휴대하여 이동할 수도 있고, 옥내에서 이동하는 로봇에 장착될 수도 있다.When the plurality of fixed transmitting apparatuses transmit RF signals and ultrasonic signals, the
본 실시예에서 옥내에 설치되는 상기 고정 송신 장치(100)는 사전에 측량을 통해 미리 계산된 위치 정보를 유지하고 있으며, 최소 3개 이상의 고정 송신 장치에서 상기 위치 정보를 송출한다. 위치 정보의 일례로서, 위치 정보는 좌표값으로 표시될 수 있다. 또한 상기 고정 송신 장치는 각각의 고정 송신 장치와 연관된 위치 정보뿐만 아니라, 동기 신호 정보 및 각각의 고유 식별 정보를 유지하고, 상기 정보들을 RF 신호에 포함시켜 이동 수신 장치로 그 신호를 송출하게 된다. 상기 RF 신호에 포함된 동기 신호 정보는 고정 송신 장치에서 송출하는 신호의 시작을 알리는 역할을 하게 되어, 상기 동기 신호 정보를 수신한 이동 수신 장치에서는 해당 신호의 시작임을 감지하고, 타이머부를 구동하여 카운트를 개시한다. 또한 상기 고유 식별 정보의 일례로서, 고유 식별 정보는 상기 고정 송신 장치 각각의 고유 번호로 표시될 수 있고, 이동 수신 장치는 임의로 수신하는 다수의 신호들이 각각 어떤 고정 송신 장치로부터 송출되었는지를 상기 고유 식별 정보를 통하여 판단한다. In the present embodiment, the fixed
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 고정 송신 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.2 is a block diagram showing the configuration of a fixed transmission device according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고정 송신 장치(200)는, 장치 내부의 일련의 동작을 제어하기 위한 제어부(210)와, 동기신호, 위치 정보 및 고유 식별 정보를 포하하는 RF 신호를 송신하기 위한 안테나(240) 및 RF 송신부(230)와, 초음파 신호를 송신하기 위한 초음파 송신부(250)와, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 RF 송신부(230) 및 초음파 송신부(250)를 구동하기 위한 구동부(220)와, 고정 송신 장치내의 각종 데이터를 저장하고 관리하기 위한 저장부(260)로 구성된다.Referring to FIG. 2, the fixed
상기 저장부(260)는 고정 송신 장치(200)의 고유 식별 정보(번호) 및 미리 설정된 위치 정보(좌표)를 저장하고 관리하는 것을 특징으로 한다.The
상기한 구성을 가지는 고정 송신 장치(200)는 옥내의 미리 고정된 지리적 공간, 예를 들어 건물의 천정이나 벽에 설치된다. 고정 송신 장치(200)의 제어부(210)는 구동부(220)를 제어하여 저장부(260)에 저장되어 있는 고정 송신 장치의 위치 정보(좌표) 및 고유 식별 정보와 동기 신호를 RF신호에 포함하여 RF 송신부(230)를 구동함으로써 송출한다. 이와 동시에 제어부(210)는 구동부(220)를 통해 초음파 송신부(250)를 구동하여 초음파 신호를 송출한다. 위와 같은 RF 신호 및 초음파 신호의 송출은 일정한 주기와 순서로 송출될 수도 있으며, 일정하지 않은 주기와 순서로 송출될 수도 있다. The fixed
고정 송신 장치에서 RF 신호 및 초음파 신호를 송출하기 위한 방법의 일례로서, CSMA/CA(Carrier Sensing Multiple Access / Collision Avoidance) 방법이 사용될 수 있다. 본 방법에서는, 반송파(carrier)를 이용하여 다수의 고정 송신 장치에서 랜덤하게 송출되는 RF 신호 및 초음파 신호가 서로 구별될 수 있도록 한다. 즉, 반송파 감지(Carrier Sensing)를 통하여, 데이터 전송을 원하는 하나의 고정 송신 장치가 다른 고정 송신 장치로부터 데이터 RF 신호가 송출되고 있는지를 감지하고 있다가 RF 신호가 없을 때, 자신의 RF 신호를 전송하는 방법이다. 이 때, 임의의 시간을 기다렸다가(random delay) 데이터를 보내는 충돌 회피(Collision Avoidance)의 방법을 사용하게 된다.As an example of a method for transmitting an RF signal and an ultrasonic signal in a fixed transmission device, a carrier sensing multiple access / collision avoidance (CSMA / CA) method may be used. In the present method, a radio frequency (RF) signal and an ultrasonic wave signal randomly transmitted from a plurality of fixed transmission apparatuses may be distinguished from each other by using a carrier. That is, through carrier sensing, one fixed transmission device that wants to transmit data detects whether a data RF signal is being transmitted from another fixed transmission device and then transmits its own RF signal when there is no RF signal. That's how. At this time, a collision avoidance method is used, in which a random delay is waited before sending data.
이와 같이 각각의 고정 송신 장치는 CSMA/CA 방법을 통하여 임의로 RF 신호 및 초음파 신호를 지속적으로 송출할 수 있게 된다. 이러한 일련의 과정을 거쳐 상기 RF 신호 및 초음파 신호를 송출함으로써, 다수의 고정 송신 장치(200)는 각각의 위치 정보 및 고유 식별 정보를 혼동되지 않게 이동 수신 장치(300)로 송출할 수 있는 것이다. As such, each stationary transmission apparatus can continuously transmit an RF signal and an ultrasonic signal arbitrarily through the CSMA / CA method. By transmitting the RF signal and the ultrasonic signal through such a series of processes, the plurality of fixed transmitting
한편, 본 실시예에서 고정 송신 장치는 RF 신호를 송출하는 RF 송신부(230)를 포함하는 것으로 기재하고 있고, 또달리 고정 송신 장치(200)의 제어 프로그램, 고유 식별 정보, 또는 위치 정보의 업데이트를 위해서, 본 발명에 따른 고정 송신 장치(200)는 RF 수신부를 더 포함할 수도 있으며, 제어부(210)는 RF 수신부를 통해 수신한 데이터를 저장부(260)에 유지하고 업데이트할 수도 있다.On the other hand, in the present embodiment, the fixed transmission device is described as including an
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 이동 수신 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.3 is a block diagram showing the configuration of a mobile receiving apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 이동 수신 장치(300)는, 고정 송신 장치(200)로부터 송출되는 동기신호, 위치 정보 및 고유 식별 정보를 포함하는 RF 신호를 수신하기 위한 안테나(320) 및 RF 수신부(310)와, 고정 송신 장치(200)로부 터 송출되는 초음파 신호를 수신하기 위한 초음파 수신부(330)와, 동기 신호를 수신하면 카운트를 개시하고 초음파 신호를 수신하면 카운트를 종료하여 수신 시간 정보를 생성하는 타이머부(340)와, 상기 이동 수신 장치(300)내의 데이터를 저장하기 위한 저장부(350)와, 상기 이동 수신 장치(300) 내부의 일련의 동작을 제어하기 위한 제어부(360)와, 고정 송신 장치(200)로부터 수신한 RF 신호와 초음파 신호의 수신 시간 정보에 따라 상기 이동 수신 장치(300)의 위치를 산출하기 위한 위치 측정부(370)와, 상기 측정된 위치 정보 등의 각종 정보를 표시하기 위한 표시부(380)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 3, the
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 상기한 구성을 가지는 이동 수신 장치(300)는 고정 송신 장치(200)에서 송출되는 RF 신호 및 초음파 신호를 수신하여 위치를 측정할 수 있는데, 그 동작은 다음과 같다.The
상기 이동 수신 장치(300)에 최초 전원이 인가되면 내부 동작이 리셋되어 초기화가 이루어진다. 상기 리셋에 의해 시스템 초기 환경 설정 및 변수 초기화가 이루어지며 제어부(360)와 저장부(350)의 환경설정 및 변수가 초기화된다.When initial power is applied to the
상기 동작에 의해 초기화가 완료되면 제어부(360)는 고정 송신 장치(200)에서 송출되는 RF 신호에 포함된 동기신호(SYNC)가 안테나(320)를 통해 수신되는 지를 판단하며 대기상태를 유지한다. 이 때, 안테나(320)를 통해 동기신호가 수신되면 제어부(360)는 수신 시간 정보 측정을 위한 타이머를 카운트할 수 있도록 타이머부(340)를 구동한다.When the initialization is completed by the operation, the
고정 송신 장치(200)에서 송출하는 RF 신호에 포함된 위치 정보 및 고유 식 별 정보를 판독하여 각각의 고정 송신 장치(200)에 해당하는 초음파 신호를 수신하게 된다. 상기 초음파 신호가 수신되면 제어부(250)는 타이머부(340)를 구동하여 타이머의 카운트를 종료시킨다. 그리고 제어부(250)는 패리티 검사 절차를 수행하여 고정 송신 장치(200)로부터 전송되는 RF 신호에 포함된 데이터의 오류를 검사한다. 상기 패리티 검사 후 오류가 없다고 판단되면 이동 수신 장치(300)는 현재의 위치를 산출 하고 표시함으로써 사용자에게 현재 위치를 제공할 수 있으며, 또한 별도의 어플리케이션으로 상기 위치 정보를 전송할 수도 있다.The position information and the unique identification information included in the RF signal transmitted from the fixed
상기한 동작은 이동 수신 장치(300)가 동기 신호를 수신한 후, 정보를 포함하는 RF 신호가 전송되는 시점, 즉 타이머부(340) 동작의 개시 및 종료 시간 사이에서 카운트되어 생성되는 타이머 값의 주기 동안에 초음파 신호를 수신해야 상관성이 이루어진다. 즉, 이동 수신 장치(300)가 RF 신호를 수신하고 초음파 신호를 수신하지 못하여 타이머부(340)의 타이머 값이 존재하지 아니하거나 또는 무한정 타이머부(340)의 카운트가 지속되어 종료되는 시점의 타이머 값을 특정할 수 없는 경우 다시 초음파 신호를 수신하는 새로운 절차를 수행하게 된다. The operation may be performed after the
이와 같이 본 발명에 따르면, 고정 송신 장치로부터 RF 신호와 초음파 신호를 수신함에 있어서, RF 신호의 전송 속도가 초음파 속도의 전송 속도보다 훨씬 크므로, RF 신호와 초음파 신호의 수신 시간차를 타이머를 통하여 측정함으로써 이동 수신 장치와 고정 송신 장치 사이의 절대 거리를 측정할 수 있게 된다. 즉, 옥내에 설치된 고정 송신 장치와 이동 수신 장치 사이의 거리는 RF 신호의 전송 속도에 비하면 매우 미미하다고 볼 수 있으므로, RF 신호 수신까지의 지연 시간은 거의 "0" 이라고 간주할 수 있다. 따라서, 상기 두 신호간의 수신 시간차는 초음파 신호 수신까지의 지연 시간으로 간주하여 상기 수신 시간차에 초음파의 속도를 곱함으로써 결국 고정 송신 장치와 이동 수신 장치 사이의 거리 측정이 가능하게 된다. 이러한 거리 측정을 적어도 3개 이상의 고정 송신 장치에 대하여 수행하여 3개 이상의 고정 송신 장치로부터 거리 정보를 획득할 수 있고, 이러한 거리 정보에 이미 알고 있는 3개 이상의 고정 송신 장치의 위치 정보(좌표값)을 추가로 고려함으로써, 이동 수신 장치의 위치를 정확히 산출할 수 있게 되는 것이다As described above, according to the present invention, when receiving the RF signal and the ultrasonic signal from the fixed transmission device, since the transmission speed of the RF signal is much larger than the transmission speed of the ultrasonic speed, the difference in the reception time between the RF signal and the ultrasonic signal is measured through a timer. This makes it possible to measure the absolute distance between the mobile receiver and the fixed transmitter. That is, since the distance between the fixed transmission device and the mobile reception device installed indoors is considered to be very small compared to the transmission speed of the RF signal, the delay time until the reception of the RF signal can be regarded as almost "0". Therefore, the difference in the reception time between the two signals is regarded as the delay time until the reception of the ultrasonic signal, and the distance between the fixed transmission device and the mobile reception device can be measured by multiplying the speed of the ultrasonic wave by the reception time difference. Such distance measurement may be performed on at least three fixed transmitters to obtain distance information from three or more fixed transmitters, and the position information (coordinate values) of three or more fixed transmitters already known to the distance information. By further considering, the position of the mobile receiving apparatus can be calculated accurately.
본 발명에 따르면, 상기 위치 측정 정보를 생성함에 있어 통계적 방법을 이용하여 초음파 신호 전파의 환경적 영향에 의한 오차를 줄이고 측정 신뢰도를 향상시킬 수 있는 방법을 제공한다. 이하, 본 발명에 따른 샘플링 윈도우(sampling window) 기법에 대하여 먼저 설명하기로 한다.According to the present invention, there is provided a method of reducing errors caused by environmental influences of ultrasonic signal propagation and improving measurement reliability by using a statistical method in generating the position measurement information. Hereinafter, a sampling window technique according to the present invention will be described first.
샘플링 윈도우 기법은 이동 수신 장치(300)의 초음파 센서가 일정한 시간(윈도우 크기) 동안 고정 송신 장치로부터 전송 되는 수신 시간 정보를 다수 수신하고, 상기 수신한 수신 시간 정보를 평균하거나 또는 최빈치를 선정하는 등의 소정의 통계처리를 수행하여 유효한 수신 시간 정보를 산출해내는 방법이다. 이 기법은 초음파 신호의 환경적 영향으로 인한 수신 시간 정보의 오차를 줄일 수는 있지만, 정해진 일정한 시간 동안 고정 송신 장치(200)부터 신호를 수신해야 되기 때문에 그 시간 동안 계속하여 위치를 변동하는 이동 수신 장치(300)의 업데이트 된 위치 정보가 제대로 반영되지 못한다는 단점이 있다. 결과적으로, 이동 수신 장치의 위치 변동이 없거나 또는 위치 변동 크기가 작을 정도로 윈도우의 크기를 짧게 하 는 경우, 통계 처리를 수행할 측정 횟수가 충분치 못하여 보다 신뢰성 있는 위치 측정 정보를 생성하기에 부족할 수 있고, 반면에 윈도우의 크기를 길게 하는 경우 윈도우 시간 내의 위치 변동 가능성 또는 위치 변동폭은 증가하게 되고 그에 따라 변동된 위치 정보가 통계치에 제대로 반영하기 힘들게 된다. 또한, 샘플링 윈도우 기법에서는 윈도우 크기만큼 위치 측정 정보 생성이 지연된다는 문제점도 초래할 수 있다.In the sampling window technique, the ultrasonic sensor of the
본 발명에 따른 또다른 실시예로서, 상기한 샘플링 윈도우 기법 이외에도 복수의 초음파 센서를 이용하여 통계치를 생성할 수 있다.As another embodiment according to the present invention, in addition to the sampling window technique described above, a plurality of ultrasonic sensors may be used to generate statistics.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 복수의 초음파 센서를 포함하는 이동 수신 장치(400)의 초음파 수신부(410)를 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating an
이동 수신 장치(400)의 초음파 수신부(410)에 초음파 센서(420)를 복수개로 설치하여 샘플링 윈도우 방식을 사용하지 않고, 고정 송신 장치(200)의 초음파 송신부(250)에서 송출한 초음파 신호를 여러 개의 초음파 센서(420)가 동시에 수신함으로써 상기 고정 송신 장치의 신호에 대한 수신 시간 정보를 얻어낼 수 있다.A plurality of
여러 개의 초음파 센서를 이용하여 수신 시간 정보, 즉 RF 신호와 초음파 신호의 수신 시간의 차이 정보가 사용된 초음파 센서의 개수만큼 생성된다. 이 때, 이동 수신 장치(400)에서는 얻어진 여러 개의 수신 시간 정보를 평균 값을 취하거나 또는 최빈치를 선정하는 등의 소정의 통계처리를 하여 유효한 수신 시간 정보로 이용하게 된다. 이 경우에는 수신 시간 정보를 얻어내는 시스템의 정확도를 샘플링 윈도우를 사용하는 것만큼 유지할 수 있으며, 고정 송신 장치(200)로부터 한번 의 신호를 받으면 그 즉시 수신 시간 정보를 얻을 수 있으므로, 움직이는 이동 수신 장치(400)의 변화하는 위치에 대한 정보 업데이트 속도가 샘플링 윈도우 방식을 사용하는 것보다 현저히 빨라지게 된다.Using a plurality of ultrasonic sensors, reception time information, that is, information on the difference between reception times of the RF signal and the ultrasonic signal, is generated as many as the number of used ultrasonic sensors. At this time, the
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 복수의 초음파 센서(420)를 포함한 이동 수신 장치(400)의 위치 측정 동작은 다음과 같다.In addition, the position measurement operation of the
상기 이동 수신 장치(400)에 최초 전원이 인가되면 내부 동작이 리셋되어 초기화가 이루어진다. 상기 리셋에 의해 시스템 초기 환경 설정 및 변수 초기화가 이루어지며 제어부(360)와 저장부(350)의 환경설정 및 변수가 초기화된다.When initial power is applied to the
상기 동작에 의해 초기화가 완료되면 제어부(360)는 고정 송신 장치(200)에서 송출되는 RF 신호에 포함된 동기신호(SYNC)가 안테나(220)를 통해 수신되는 지를 판단하며 대기상태를 유지한다. 이 때, 안테나(320)를 통해 동기신호가 수신되면 제어부(360)는 수신 시간 정보 측정을 위한 타이머를 카운트할 수 있도록 타이머부(340)를 구동한다. 이후 고정 송신 장치(200)에서 송출하는 RF신호에 포함된 위치 정보 및 고유 식별 정보를 판독하여 각각의 고정 송신 장치(200)에 해당하는 초음파 신호를 여러 개의 초음파 센서에서 수신하게 된다. 상기 초음파 신호가 여러 개의 초음파 센서에 수신되면 제어부(250)는 각 타이머를 구동하여 타이머부(340)의 카운트를 종료시킨다. 이동 수신 장치(300)는 초음파 신호의 수신에 다른 상기 타이머 값이 존재 유무를 판단하여, 타이머 값이 존재하지 않으면 상기 변수 초기화 과정으로 돌아가 다시 일련의 동작을 수행하게 되고, 타이머 값이 존재한다면 여러 개의 초음파 센서에서 수신한 신호들의 수신 시간 정보를 평균 하거나 또는 최빈치를 구하는 등의 소정의 통계처리를 하여 유효한 수신 시간 정보를 생성하고, 상기 유효 수신 시간 정보에 초음파 신호의 속도를 곱하여 상기 고정 송신 장치와 상기 이동 수신 장치간의 거리 정보를 생성하고, 상기 거리 정보에 기초하여 상기 이동 수신 장치의 현재 위치를 산출해내고 표시함으로써 사용자에게 현재 위치를 제공할 수 있으며, 또한 별도의 어플리케이션으로 상기 위치 정보를 전송할 수도 있다.When the initialization is completed by the operation, the
또한 상기 수신한 여러 개의 수신 시간 정보 각각에 초음파 신호의 속도를 곱하여 여러 개의 제1 위치 정보를 생성하고, 상기 제1 위치 정보를 평균하거나 또는 최빈치를 선정하여 상기 이동 수신 장치의 위치 측정 정보를 구할 수도 있다.In addition, the plurality of pieces of first time information are generated by multiplying each of the pieces of received time information by the speed of an ultrasonic signal, and the first location information is averaged or the mode is selected to obtain the position measurement information of the mobile receiving apparatus. It may be.
도 5a는 이동 수신 장치(300)의 초음파 수신부(330)가 하나의 초음파 센서를 통해 수신한 초음파 신호에 따른 수신 시간 정보를 샘플링 윈도우(sampling window) 방식을 사용하여 유효한 수신 시간 정보로 생성하는 방법을 도시한 도면이다. FIG. 5A illustrates a method in which the
상기 도 5a의 그래프는 시간에 따라 하나의 고정 송신 장치(200)로부터 송신 신호를 수신하는 과정을 나타내고 있다. 이동 수신 장치는 상기 고정 송신 장치(200)로부터 최초의 동기 신호를 수신한 후 타이머의 카운트를 개시하여 소정의 윈도우 크기(540) 동안 고정 송신 장치(200)로부터 송출된 초음파 신호를 수신하게 된다. 예를 들어 고정 송신 장치 #1로부터 제 1 초음파 신호를 수신하고(510), 고정 송신 장치 #1로부터 제 2 초음파 신호를 수신하며(520), 고정 송신 장치 #1로부터 제 3 초음파 신호를 수신한 다음, 타이머의 카운트를 종료하여 상기 수신한 제1, 제2, 제3의 초음파 신호들을 소정의 통계처리를 하여 유효한 수신 시간 정보를 얻게 된다(550). 또한 상기의 윈도우 크기 동안 동작을 수행하는 중에 고정 송신 장치 #2 와 고정 송신 장치 #3로부터도 초음파 신호를 수신하여 상기와 같은 일련의 동작을 수행하게 된다.The graph of FIG. 5A illustrates a process of receiving a transmission signal from one fixed
도 5b는 상기 도 5a의 동작에서 얻은 다수의 수신 시간 정보를 평균하여 유효한 수신 시간 정보로 도출해내는 소정의 통계처리 과정을 도시한 도표이다.FIG. 5B is a diagram illustrating a predetermined statistical process of averaging a plurality of reception time information obtained in the operation of FIG. 5A to obtain valid reception time information.
본 발명의 일실시예에 따른 수신 시간 정보 통계처리 과정을 보면, 미리 정하여진 윈도우의 크기(예 5초) 동안 초음파 센서에서 각각의 고정 송신 장치(예 3개)로부터 10번의 초음파 신호를 수신하여 그 값들을 각각 평균하여 유효한 수신 시간 정보로 도출해낸다. 예를 들어 고정 송신 장치 #1의 경우를 살펴 보면, 상기 이동 수신 장치(300)에서 최초로 동기 신호를 수신하게 되면 정하여진 윈도우의 크기 동안 타이머의 카운트를 개시하게 되고, 상기 카운트가 개시되는 동안 초음파 센서는 고정 송신 장치 #1로부터 10번의 초음파 신호를 수신하여 0.010초, 0.012초, 0.011초, 0.010초, 0.009초, 0.010초, 0.010초, 0.013초, 0.010초, 0.009초 의 10개의 수신 시간 정보를 얻는다. 10개의 초음파 신호를 수신하고 정하여진 윈도우 크기만큼의 시간이 지나면, 상기 타이머의 카운트는 종료되고 수신한 10개의 수신 시간 정보를 평균하여 0.0104초를 도출해거나 또는 최빈치를 선정하여 0.010초를 도출하는 등, 유효한 수신 시간 정보를 구하게 된다. Referring to the receiving time information statistical processing according to an embodiment of the present invention, the ultrasonic sensor receives 10 ultrasonic signals from each fixed transmitting device (three examples) for a predetermined window size (example 5 seconds). Each of these values is averaged to derive valid reception time information. For example, referring to the case of the fixed transmission device # 1, when the
상기와 같이 얻은 유효한 수신 시간 정보에 초음파의 속도를 곱하게 되면 상기 고정 송신 장치 #1로부터 상기 이동 수신 장치까지의 거리를 구할 수 있게 된 다. When the effective reception time information obtained as described above is multiplied by the speed of the ultrasound, the distance from the fixed transmission device # 1 to the mobile reception device can be obtained.
위와 같은 과정을 고정 송신 장치 #2 및 고정 송신 장치 #3 에서도 수행하여 이동 수신 장치와 각각의 고정 송신 장치 사이의 거리를 구하게 되면, 상기 각각의 고정 송신 장치로부터 수신한 RF 신호에 포함된 각각의 위치 정보 및 고유 식별 정보와 비교하여 상기 이동 수신 장치의 현재 위치 측정 정보를 얻게 된다.When the above process is performed in the fixed transmitter # 2 and the fixed transmitter # 3 to obtain the distance between the mobile receiver and the fixed transmitter, the respective signals included in the RF signals received from the respective fixed transmitters Compared with the location information and the unique identification information to obtain the current position measurement information of the mobile receiving device.
한편, 상기 위치 측정 정보를 구하는 방법은 각각의 고정 송신 장치의 좌표점을 원점으로 하고, 각각의 고정 송신 장치로부터 이동 수신 장치까지의 거리를 반지름으로 하는 원들의 교차점을 구하는 방식으로 구할 수 있는 것을 포함한다.On the other hand, the method for obtaining the position measurement information can be obtained in such a way that the coordinate point of each fixed transmitting device as the origin and the intersection point of the circles whose radius is the distance from each fixed transmitting device to the mobile receiving device can be obtained. Include.
도 6a 는 도 4에 도시한 바와 같이 다수의 초음파 센서(420)를 포함한 이동 수신 장치(400)가 각각의 고정 송신 장치(200)로부터 초음파 신호를 수신하여 얻은 수신 시간 정보를 소정의 통계처리를 통하여 유효한 수신 시간 정보를 도출해내는 방법을 도시한 도면이다.6A illustrates a predetermined statistical process of receiving time information obtained by the
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 상기 이동 수신 장치(400)의 위치 측정 방법에 있어서, 고정 송신 장치 #1 에서 RF 신호와 초음파 신호를 송출하면 그 신호는 상기 이동 수신 장치의 6개의 초음파 센서에서 각각 수신하게 된다(610). 또 고정 송신 장치 #2 와 고정 송신 장치 #3 에서 송출한 RF 신호 및 초음파 신호도 6개의 초음파 센서에서 각각 수신하게 된다(620, 630).In the method for measuring the position of the
상기 이동 수신 장치(400)는 하나의 고정 송신 장치로부터 수신한 6개의 수신 시간 정보를 수신한 즉시 평균하거나 또는 최빈치를 선정하는 통계처리를 수행하여 유효한 수신 시간 정보를 구할 수 있게 된다(640).The
도 6b는 상기 도 6a의 동작에서 얻은 다수의 수신 시간 정보를 평균하거나 최빈치를 선정하여 유효한 수신 시간 정보로 도출해내는 소정의 통계처리 과정을 도시한 도표이다.FIG. 6B is a diagram illustrating a predetermined statistical process of averaging or selecting a mode of the plurality of reception time information obtained in the operation of FIG. 6A and deriving it into valid reception time information.
본 발명의 일실시예에 따른 수신 시간 정보 통계처리 과정에서 고정 송신 장치 #1 의 예를 들면, 상기 고정 송신 장치 #1 에서 송출한 초음파 신호를 상기 이동 수신 장치의 6개 초음파 센서에서 동시에 수신하여 각각의 수신 시간 정보를 얻게 된다. 센서 1에서는 0.010초, 센서 2에서는 0.012초, 센서 3에서는 0.013초, 센서 4에서는 0.013초, 센서 5에서는 0.011초, 센서 6에서는 0.010초의 수신 시간 정보를 각각 얻는다. 이러한 수신 시간 정보를 얻는 즉시 상기 이동 수신 장치는 6개의 센서에서 얻은 상기 수신 시간 정보들을 평균하여 0.011초 또는 최빈치를 선정하여 0.010초 등의 유효한 수신 시간 정보를 도출해 낸다.In the reception time information statistical processing according to an embodiment of the present invention, for example, the ultrasonic signal transmitted from the fixed transmission device # 1 can be simultaneously received by six ultrasonic sensors of the mobile receiving device. Each reception time information is obtained. Receive time information of 0.010 seconds in sensor 1, 0.012 seconds in sensor 2, 0.013 seconds in sensor 3, 0.013 seconds in sensor 4, 0.011 seconds in sensor 5, and 0.010 seconds in sensor 6. As soon as the reception time information is obtained, the mobile reception apparatus obtains valid reception time information such as 0.010 seconds by selecting 0.011 seconds or the mode value by averaging the reception time information obtained from six sensors.
상기와 같은 과정은 고정 송신 장치 #2 와 고정 송신 장치 #3로부터 수신한 초음파 신호에 대해서도 이루어져서 각각의 유효한 수신 시간 정보를 도출해 낸다. 상기 도출해낸 유효한 수신 시간 정보에 초음파 신호의 속도를 곱하게 되면 각각의 고정 송신 장치와의 거리 정보를 구하게 되고, 상기 수신한 RF 신호에 포함된 고정 송신 장치의 위치 정보 및 고유 식별 정보와 비교하여 각 고정 송신 장치의 좌표점을 원점으로 하고, 상기 얻어낸 거리 정보에 따른 고정 송신 장치와 이동 수신 장치의 거리를 반지름으로 하는 원들의 교차점을 구하는 방식으로 상기 이동 수신 장치의 현재 위치 측정 정보를 구하게 된다.The above process is also performed on the ultrasonic signals received from the fixed transmission device # 2 and the fixed transmission device # 3 to derive the respective valid reception time information. When the derived effective reception time information is multiplied by the speed of the ultrasonic signal, distance information with each fixed transmitter is obtained, and compared with the position information and the unique identification information of the fixed transmitter included in the received RF signal. The current position measurement information of the mobile receiver is obtained by using a coordinate point of each stationary transmitter as an origin and obtaining an intersection point of circles having a radius of the distance between the stationary transmitter and the mobile receiver according to the obtained distance information. .
또한 위치 측정 정보를 구하는 과정은, 상기 6개의 초음파 센서에서 수신한 각각의 수신 시간 정보에 초음파의 속도를 곱하여 거리 정보를 구하고, 상기 거리 정보를 평균하거나 또는 최빈치를 선정하여 유효한 거리 정보를 도출해 내고, 상기 유효 거리 정보에 기초하여 상기 이동 수신 장치의 위치 측정 정보를 생성할 수 있는 것을 포함할 수도 있다.In the process of obtaining the position measurement information, the distance information is obtained by multiplying each received time information received by the six ultrasonic sensors by the speed of the ultrasonic waves, and averaging the distance information or selecting the most frequent value to derive the effective distance information. And generating location measurement information of the mobile reception apparatus based on the effective distance information.
이하에서는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 옥내 위치 측정 방법에 대하여 상술하도록 한다.Hereinafter will be described in detail with respect to the indoor location measuring method according to an embodiment of the present invention.
도 7 은 샘플링 윈도우(sampling window) 방식을 사용한 옥내 위치 측정 방법을 도시한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a method of measuring indoor location using a sampling window method.
도 7을 참조하면, 이동 수신 장치(300)에 최초 전원이 인가되면 이동 수신장치(300)는 리셋(reset)에 의해 초기화를 수행하고(S710), 상기 리셋에 의해 시스템 초기 환경 설정이 초기화 된다. 상기 단계에서 리셋에 의해 초기화가 완료되면 제어부(360)와 저장부(350)의 환경 설정 및 변수가 초기화된다(S720). 초기화 후 제어부(360)는 전파 수신 안테나(320)에서 동기 신호가 수신되는 지를 판단한다(S730). 동기 신호가 수신된다고 판단 되면 제어부(360)는 타이머부(340)를 구동하여 타이머 값을 카운트한다(S740).Referring to FIG. 7, when initial power is applied to the
제어부(360)는 초음파 수신부(330)를 통해 고정 송신 장치(200)로부터 송출되는 초음파 신호가 수신되는 지를 판단하고(S751), 초음파 신호가 수신될 때까지 대기한다. 고정 송신 장치(200)로부터 송출되는 초음파 신호가 수신된다고 판단되면 제어부(360)는 타이머부(340)를 구동하여 타이머의 카운트를 종료시키고, 그 타이머 값을 저장부(350)에 저장한다(S752). The
상기 단계의 과정을 수행하는 중 RF 수신부(310)는 안테나(320)를 통해 고정 송신 장치(200)로부터 송출되는 위치 정보 및 고유 식별 정보를 포함하는 RF 신호를 수신한다(S753).While performing the above process, the
제어부(360)는 상기 RF 신호를 수신하는 단계(S753)에서 수신된 RF 신호에 포함된 데이터의 오류 검사를 위해 패리티 검사를 수행(S760)하고, 오류가 있는지를 판단한다(S770). 상기 단계에서 패리티 검사에 따른 오류가 있다고 판단되면 제어부(360)는 상기 변수 초기화 단계(S720)로 되돌아가 변수 초기화를 수행하고 이후 단계를 재 수행하게 된다. 그러나 패리티 검사(S760)에 따른 결과, 오류가 없다고 판단되면 제어부(250)는 저장부(350)의 타이머 값을 독출하여 타이머 값이 존재하는지, 즉 타이머의 카운트가 완료되었는지를 판단한다(S780). 타이머 값이 존재하지 않는다고 판단되면, 즉 카운트가 되지 않았다고 판단되면 제어부(360)는 위치 측정을 위한 주기가 경과했다고 판단하고 변수 초기화 단계(S720)로 되돌아가 변수 초기화를 수행하고 이후 단계를 재 수행한다.The
그러나 타이머 값이 존재한다고 판단되면 상기 위치 측정부(370) 상기 타이머 값을 통해 생성된 여러 개의 수신 시간 정보를 평균하거나 또는 최빈치를 선정하여 유효한 수신 시간 정보를 도출하고, 상기 유효 수신 시간 정보에 초음파 신호의 속도를 곱하여 거리 정보를 구하며, 상기 거리 정보에 기초하여 상기 이동 수신 장치(300)의 현재 위치를 측정한다. 현재 위치를 측정하기 위해서 제어부(360)는 전술한 과정에 의해 다수의 고정 송신 장치(200)로부터 전송되는 데이터를 수신함으로써, 상기 이동 수신 장치(300)는 타이머 값에 따른 수신 시간의 차와 해당 고 정 송신 장치(200)의 위치 정보 및 고유 식별 정보로부터 이동 수신 장치(300)의 현재 위치를 측정할 수 있다(S790).However, if it is determined that the timer value exists, the
도 8 은 복수의 초음파 센서를 포함한 이동 수신 장치에서 옥내 위치를 측정하는 방법을 도시한 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a method of measuring an indoor position in a mobile receiving apparatus including a plurality of ultrasonic sensors.
도 8을 참조하면, 이동 수신 장치(300)에 최초 전원이 인가(S810)되면 이동 수신장치(300)는 리셋(reset)에 의해 초기화를 수행하고(S820), 상기 리셋에 의해 시스템 초기 환경 설정이 초기화 된다. 상기 단계에서 리셋에 의해 초기화가 완료되면 제어부(360)와 저장부(350)의 환경 설정 및 변수가 초기화된다(S830). 초기화 후 제어부(360)는 전파 수신 안테나(320)에서 동기 신호가 수신되는 지를 판단한다(S840). 동기 신호가 수신된다고 판단 되면 제어부(360)는 복수의 초음파 센서 각각에 해당되는 타이머(340)를 구동하여 타이머 값을 카운트한다(S851).Referring to FIG. 8, when initial power is applied to the mobile receiving apparatus 300 (S810), the
제어부(360)는 초음파 수신부(330)를 통해 고정 송신 장치(200)로부터 송출되는 초음파 신호가 복수의 초음파 센서 각각에 수신되는 지를 판단하고(S852), 초음파 신호가 수신될 때까지 대기한다. 고정 송신 장치(200)로부터 송출되는 초음파 신호가 수신된다고 판단되면 제어부(360)는 각각의 타이머를 구동하여 타이머의 카운트를 종료시키고, 그 타이머값을 저장부(350)에 저장한다(S853). The
상기 단계의 과정을 수행하는 중 RF 수신부(310)는 안테나(320)를 통해 고정 송신 장치(200)로부터 송출되는 위치 정보 및 고유 식별 정보를 포함하는 RF 신호를 수신한다(S860).While performing the above process, the
상기 복수의 초음파 센서에 해당되는 각각 타이머의 카운트가 종료된 후, 제 어부(250)는 저장부(350)의 타이머 값을 독출하여 각각의 타이머 값이 존재하는지, 즉 타이머의 카운트가 완료되었는지를 판단한다(S870). 타이머 값이 존재하지 않는다고 판단되면, 즉 카운트가 되지 않았다고 판단되면 제어부(360)는 위치 측정을 위한 초음파 신호 수신이 이루어지지 않았다고 판단하고 변수 초기화 단계(S830)로 되돌아가 변수 초기화를 수행하고 이후 단계를 재 수행한다.After the counting of the timers corresponding to the plurality of ultrasonic sensors ends, the
그러나 타이머 값이 존재한다고 판단되면 위치 측정부(370)는 이동 수신 장치(300)의 현재 위치를 측정한다. 현재 위치를 측정하기 위해서 위치 측정부(370)는 상기 각각의 타이머 값에 의한 수신 시간 정보들을 평균하거나 또는 최빈치를 선정하여 유효한 수신 시간 정보를 도출하고(S880), 상기 유효 수신 시간 정보에 초음파 신호의 속도를 곱하여 거리 정보를 구하며, 상기 거리 정보에 기초하여 상기 이동 수신 장치(300)의 현재 위치를 측정할 수 있게 된다(S890).However, if it is determined that the timer value exists, the
상기 위치 측정 단계를 수행하여 이동 수신 장치(300)의 현재 위치가 측정되면 제어부(360)는 측정된 위치 정보를 해당 어플리케이션으로 전송할 수도 있다. 이때 상기 어플리케이션은 이동 수신 장치(300) 내부에서 구동되는 소정의 프로그램이거나 또는 외부의 장치일 수도 있다. 또한 상기 제어부(360)는 표시부(380)를 통해 이동 수신 장치(300)의 현재 위치 정보를 표시함으로써 사용자가 현재 위치를 인지할 수 있도록 할 수 있다.When the current position of the
도 7 및 도 8에서 설명한 옥내 위치 측정 방법에 대해서는 앞서 설명한 옥내위치 측정 시스템에 관한 기술적 구성들이 그대로 적용될 수 있다. 이에, 보다 상세한 설명은 앞서 옥내 위치 측정 시스템에 관한 실시예들을 참조하기로 하고, 이 하 생략하기로 한다.For the indoor position measuring method described with reference to FIGS. 7 and 8, the technical configurations related to the indoor position measuring system described above may be applied as it is. Therefore, the detailed description will be referred to the embodiments of the indoor positioning system, and will be omitted below.
또한 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.Embodiments of the invention also include computer-readable media containing program instructions for performing various computer-implemented operations. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The medium or program instructions may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. The medium may be a transmission medium such as an optical or metal wire, a waveguide, or the like including a carrier wave for transmitting a signal specifying a program command, a data structure, or the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
도 9 는 본 발명에 따른 옥내 위치 측정 시스템 및 방법에 채용될 수 있는 범용 컴퓨터 시스템의 내부 블록도이다.9 is an internal block diagram of a general purpose computer system that may be employed in the indoor positioning system and method according to the present invention.
컴퓨터 시스템(900)은 램(RAM: Random Access Memory)(920)과 롬(ROM: Read Only Memory)(930)을 포함하는 주기억장치와 연결되는 하나 이상의 프로세서(910)를 포함한다. 프로세서(910)는 중앙처리장치(CPU)로 불리기도 한다. 본 기술분야 에서 널리 알려져 있는 바와 같이, 롬(930)은 데이터(data)와 명령(instruction)을 단방향성으로 CPU에 전달하는 역할을 하며, 램(920)은 통상적으로 데이터와 명령을 양방향성으로 전달하는 데 사용된다. 램(920) 및 롬(930)은 컴퓨터 판독 가능 매체의 어떠한 적절한 형태를 포함할 수 있다. 대용량 기억장치(Mass Storage)(940)는 양방향성으로 프로세서(910)와 연결되어 추가적인 데이터 저장 능력을 제공하며, 상기된 컴퓨터 판독 가능 기록 매체 중 어떠한 것일 수 있다. 대용량 기억장치(940)는 프로그램, 데이터 등을 저장하는데 사용되며, 통상적으로 주기억장치보다 속도가 느린 하드디스크와 같은 보조기억장치이다. CD 롬(960)과 같은 특정 대용량 기억장치가 사용될 수도 있다. 프로세서(910)는 비디오 모니터, 트랙볼, 마우스, 키보드, 마이크로폰, 터치스크린 형 디스플레이, 카드 판독기, 자기 또는 종이 테이프 판독기, 음성 또는 필기 인식기, 조이스틱, 또는 기타 공지된 컴퓨터 입출력장치와 같은 하나 이상의 입출력 인터페이스(950)와 연결된다. 마지막으로, 프로세서(910)는 네트워크 인터페이스(970)를 통하여 유선 또는 무선 통신 네트워크에 연결될 수 있다. 이러한 네트워크 연결을 통하여 상기된 방법의 절차를 수행할 수 있다. 상기된 장치 및 도구는 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어 기술 분야의 당업자에게 잘 알려져 있다.
상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있다.The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention.
본 발명에 따른 옥내 위치 측정 시스템 및 방법에 의하면, 옥내에서 실시간 으로 위치가 변동하는 이동 수신 장치의 위치 정보를 파악하기 위하여 복수의 고정 송신 장치로부터 전송된 RF 신호와 초음파 신호의 전송 속도 차이에 따른 수신시간 차를 이용하여 실시간으로 이동 수신 장치의 위치를 측정할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.According to the indoor positioning system and method according to the present invention, according to the difference in the transmission speed of the RF signal and the ultrasonic signal transmitted from a plurality of fixed transmission device in order to grasp the location information of the mobile receiving device whose position changes in real time indoors The position of the mobile receiving apparatus can be measured in real time using the difference in reception time.
또한, 본 발명에 따른 옥내 위치 측정 시스템 및 방법에 의하면, 이동 수신 장치의 초음파 수신부에 복수의 초음파 센서를 설치할 수 있도록 하여 초음파 수신부에서 동시에 여러 개의 수신 시간 정보를 얻을 수 있게 함으로써 보다 정확한 위치를 파악하고, 신속한 위치 정보의 업데이트를 가능하게 할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to the indoor position measuring system and method according to the present invention, it is possible to install a plurality of ultrasonic sensors in the ultrasonic receiving unit of the mobile receiving apparatus to obtain a more accurate position by obtaining a plurality of reception time information at the same time at the ultrasonic receiving unit In addition, it is possible to obtain an effect of enabling the update of the location information quickly.
또한, 본 발명에 따른 옥내 위치 측정 시스템 및 방법에 의하면, 이동 수신 장치내의 복수의 초음파 센서에서 수신한 복수의 수신 시간 정보를 평균하거나 최빈치를 선정하는 등의 통계처리 작업을 통하여 보다 정확하고 향상된 업데이트율에 의한 위치 측정 정보를 얻을 수 있다는 효과가 있다.In addition, according to the indoor positioning system and method according to the present invention, more accurate and improved update through statistical processing operations such as averaging a plurality of reception time information received from a plurality of ultrasonic sensors in a mobile receiving device or selecting the mode; There is an effect that the position measurement information by the rate can be obtained.
또한, 본 발명에 따른 옥내 위치 측정 시스템 및 방법에 의하면, 이동 수신 장치내의 초음파 수신부에서 소정의 주기 동안 고정 송신 장치로부터 복수의 수신 시간 정보를 수신하여 상기 수신 시간 정보를 평균하거나 최빈치를 선정하는 등의 통계처리 작업을 통하여 환경적 요인에 의한 초음파 신호의 오차를 줄임으로써, 보다 정확한 위치 측정 정보를 얻을 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the indoor position measuring system and method according to the present invention, the ultrasonic receiving unit in the mobile receiving apparatus receives a plurality of receiving time information from the fixed transmission device for a predetermined period to average the reception time information or select the mode, etc. By reducing the error of the ultrasonic signal due to environmental factors through the statistical processing of, it is possible to obtain more accurate position measurement information.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, which can be variously modified and modified by those skilled in the art to which the present invention pertains. Modifications are possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only by the claims set forth below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will belong to the scope of the present invention.
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