KR100424360B1 - Ｇｐｓ를 이용한 휴대 단말기의 자세 측정 장치 및 그 방법 - Google Patents
Ｇｐｓ를 이용한 휴대 단말기의 자세 측정 장치 및 그 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 GPS(Global Positioning System)를 이용한 휴대 단말기의 자세 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명은 단말기 자세 정보가 필요한 경우 편리하게 쓰일 수 있다. 예를 들어 단말기에서 지도 표시 서비스를 제공하는 경우 일반적인 사용자들은 현재의 위치에서 방위를 알 수 없기 때문에 단말기에 표시된 지도와 주변상황을 일치시키기 위해서 단말기를 회전시켜 보아야 한다. 그러나, 이때 단말기가 표시하는 지도와 사용자가 바라보는 방향이 일치되어 있다면, 사용자 입장에서 자신의 위치를 파악하는데 더욱 도움이 되며 이를 이용하여 원하는 목적지를 찾는데도 편리하게 이용이 가능하다. 이처럼 단말기의 자세 정보를 알 수 있다면 사용자가 바라보는 방향에서의 지도정보를 표시할 수 있기 때문에 사용자에게 제공하는 정보가 보다 편리하며 유용성이 있고, 휴대단말기 사용자가 이동 중에는 물론 정지한 경우에도 GPS를 이용하여 쉽게 자세 정보를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 GPS(Global Positioning System)를 이용한 휴대 단말기의 자세 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 GPS에서는 자체적으로 자세정보를 제공하지는 않지만 그 대신에 속도정보를 제공하기 때문에 이동하는 사용자로부터 혹은 자동차에 설치하여 속도벡터를 이용한 자세 계산이 가능하다. 그러나, 속도벡터를 이용하기 때문에 사용자가 정지한 경우에는 자세출력이 부정확하게 된다.
GPS를 이용하여 사용자의 속도에 무관하게 자세를 얻는 또 다른 방법은 2개의 안테나를 동체좌표계에서 알려진 위치에 부착하여 기저선 벡터를 구한 후 동체좌표계와 항법좌표계 사이의 차이를 구하는 것이 있다. 그러나, 2개의 GPS 안테나를 수신기에 내장하기에는 단말기 크기가 작고, 정지한 사용자는 속도정보를 만들어낼 수 없기 때문에 지도를 보기 위해 정지한 경우 자세정보를 얻을 수 없을 뿐 아니라, 2개의 GPS 안테나를 이용하여 자세를 구하기 위해서는 반송파 정보를 이용해야 하기 때문에 고가의 GPS 수신기를 사용해야 하는 단점이 있다.
단말기의 자세정보를 얻을 수 있는 또 다른 방법은 IMU또는 자력계 등을 이용하는 것이다. 그러나, 저가의 IMU를 이용해서는 방위각을 얻기가 어렵고, 얻었다 하더라도 방위각이 쉽게 발산하는 단점이 있다. 자력계의 경우에는 절대 방위각을 출력하는 장점을 가지지만 주변의 자기장 변화에 따라 방위각이 쉽게 영향을 받기 때문에 사용하는데 어려움이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 휴대 단말기에 장착된 GPS 안테나를 이동시키거나 GPS 안테나의 이득 형태를 변화시켜 사용자 혹은 차량이 정지한 경우에도 휴대 단말기의 GPS 수신기에 의해 자세정보를 제공할 수 있는 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
이 같은 본 발명은 휴대 단말기에 GPS 안테나를 이동시켜 속도벡터를 발생시킴으로서 자세를 측정하는 방법 또는 GPS 안테나의 이득 형태를 변화시킬 수 있는 스마트 안테나를 설치하여 위성 배치와 비교하여 자세를 측정하는 방법, 그리고 그를 실현시키기 위한 프로그램을 구현한다.
본 발명의 GPS 안테나를 이용한 단말기의 자세 측정 장치는, 단말기의 플립, 폴더의 열림 또는 안테나의 이동을 감지하는 폴더 열림 감지 장치 또는 안테나 이동 감지장치; 플립, 폴더의 열림 또는 안테나의 이동을 감지하게 되면 단말기에 장착된 GPS 안테나에 속도측정을 명령함으로써 속도벡터와 위치정보를 측정하는 GPS 수신기; 및 GPS 수신기의 제어에 의해 측정된 속도벡터와 위치정보를 수신하고, 수신된 위치정보로부터 항법좌표계를 계산하여 속도벡터로부터 동체좌표계를 계산함으로써 자세를 구하는 프로세서로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 GPS 안테나를 이용한 단말기의 자세 측정 방법은, GPS 안테나가 플립, 폴더 열림의 감지 장치 또는 안테나 이동 감지장치에서 플립, 폴더의 열림 또는 안테나의 이동시 도플러 주파수를 이용해 측정된 속도벡터를 감지하면 GPS 수신기에 속도측정을 명령하게 되고, 측정된 속도벡터가 위치정보와 함께 단말기 내부의 프로세서에 전송되면, 프로세서는 상기 위치로부터 항법좌표계를 계산하고 속도벡터로부터 동체좌표계를 계산하여 자세를 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 스마트 GPS 안테나를 이용한 단말기의 자세 측정 장치는, 스마트 GPS 안테나의 이득형태를 조정하는 스마트 안테나 이득 조절기; 스마트 GPS 안테나의 이득형태를 변화시키면서 위성을 검색하여 GPS 위성의 위치와 현재 스마트 GPS 안테나의 이득을 측정하는 GPS 수신기; 및GPS 수신기로부터 측정된 스마트 GPS 안테나의 이득을 이용하여 단말기의 자세를 구하는 프로세서로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 스마트 GPS 안테나를 이용한 단말기의 자세 측정 방법은, 프로세서가 GPS 수신기에 자세정보를 요구하면, GPS 수신기는 스마트 GPS 안테나의 이득 형태를 변화시키면서 위성을 검색하고, 위성이 검색되면, 그 GPS 위성의 위치와 현재 GPS 스마트 안테나의 이득 조정값을 토대로 현재 단말기의 방위각을 판단한 후, 위성의 배치를 비교하여 그 비교 결과에 따라 자세를 측정하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 휴대 단말기에 2개의 GPS 안테나를 설치한 구성 예시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 휴대 단말기에 일반 안테나와 GPS 안테나를 함께 설치하한 구성 예시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 폴더형 휴대 단말기에 GPS 안테나를 설치한 구성 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 플립형 휴대 단말기에 GPS 안테나를 설치한 구성 예시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 휴대 단말기의 안테나 끝에 스마트 GPS 안테나를 설치한 구성 예시도.
도 6은 스마트 GPS 안테나를 구성한 설치한 단말기의 제어 구성도.
도 7은 GPS 안테나를 구성한 단말기의 제어 구성도.
도 8은 휴대 단말기에 2개의 GPS 안테나를 설치하여 자세를 구하는 동작 흐름도.
도 9는 휴대 단말기에 1개의 이동성 GPS 안테나를 설치하여 자세를 구하는 동작 흐름도.
도 10은 휴대 단말기에 스마트 GPS 안테나를 설치하여 자세를 구하는 동작 흐름도.
*발명의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 ------ GPS 안테나 20 ------ 폴더
30 ------ 플립 40 ------ 스마트 GPS 안테나
50 ------ 스미트 안테나 이득 조절기 51, 61 ------ GPS 수신기
52, 62 --- 프로세서 60 ------ 플립, 폴더 열림감지장치
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 휴대 단말기에 2개의 GPS 안테나를 설치한 시스템의 예시도로서, 2개의 GPS 안테나(10)를 동체좌표계에서 알려진 위치에 부착하여 기저선 벡터를 구한 후, 동체좌표계와 항법좌표계 사이의 차이로 자세를 구하거나 움직이는 항체에서의 속도 벡터를 이용하여 자세를 구한다.
도 2 내지 도 5는 휴대 단말기에 부착된 GPS 안테나(10)를 이동시켜 속도벡터를 생성함으로써 단말기의 자세를 측정하는 단말기 구성도로서, GPS 안테나(10) 설치 위치를 달리한다.
도 2는 단말기에 설치된 일반 안테나와 GPS 안테나(10)를 함께 설치하여 단말기 안테나를 뽑는 동작에 의해 GPS 안테나(10)를 이동시켜 속도 벡터를 생성함으로써 단말기의 자세를 구한다.
도 3은 폴더형의 단말기에 GPS 안테나(10)를 설치하여 폴더(20)를 여는 동작에 의해 속도 벡터를 생성함으로써 단말기의 자세를 구하는 것이다.
도 4는 플립형 단말기에 플립(30)의 끝에 GPS 안테나(10)를 설치하여 폴더형과 유사하게 속도 벡터를 생성함으로써 단말기의 자세를 구하는 단말기 구성도이다.
도 5는 단말기의 안테나 끝에 스마트 GPS 안테나(40)를 설치하여 안테나의 이득 형태를 조정함으로써 단말기의 자세를 구하는 단말기 구성도이다.
도 6은 스마트 GPS 안테나를 설치한 단말기의 제어 구성도로서, 스마트 안테나 이득 조절기(50)는 스마트 GPS 안테나의 이득형태를 조정한다.
GPS 수신기(51)는 스마트 GPS 안테나의 이득 형태를 변화시키면서 위성을 검색하여 GPS 위성의 위치와 현재 스마트 GPS 안테나의 이득을 측정한다.
프로세서(52)는 GPS 수신기(51)로부터 측정된 스마트 GPS 안테나의 이득을 이용하여 단말기의 자세를 구한다.
이 같은 구성에 있어서, 단말기에서 자세정보를 요청하면 프로세서(52)는 GPS 수신기(51)에 자세정보를 요구하고, GPS 수신기(51)는 스마트 GPS 안테나의 이득 형태를 변화시키면서 위성을 검색한다. 위성이 획득되면 획득된 GPS 위성의 위치와 현재 스마트 GPS 안테나의 이득 조정값을 이용하여 단말기의 자세를 구한다.
도 7은 본 발명의 GPS 안테나를 이동하여 자세를 구하는 단말기의 제어 구성도로서, 플립, 폴더 열림 감지 장치 또는 안테나 이동 감지장치(60)는 단말기의 플립, 폴더의 열림 또는 안테나의 이동을 감지한다.
GPS 수신기(61)는 플립, 폴더의 열림 또는 안테나의 이동을 감지하게 되면 단말기에 장착된 GPS 안테나에 속도측정을 명령을 함으로써 속도벡터와 위치정보를 측정한다.
프로세서(62)는 GPS 수신기(61)의 제어에 의해 측정된 속도벡터와 위치정보를 수신한다. 수신된 위치정보로부터 항법좌표계를 계산하고 속도벡터로부터 동체자표계를 계산하여 단말기의 자세를 구한다.
이 같은 구성에 있어서, 플립, 폴더 열림 감지장치 또는 안테나 이동 감지장치(60)에서 플립, 폴더의 열림 또는 안테나의 이동을 감지하게 되면 GPS 수신기(61)에 속도측정을 명령한다. 이렇게 측정된 속도벡터는 위치정보와 함께 단말기 내부의 프로세서(62)에 전달되고 프로세서(62)는 위치정보를 이용하여 항법좌표계를 계산하고 속도벡터로부터 동체좌표계를 계산하여 자세를 구한다.
도 8은 휴대 단말기에 2개의 GPS 안테나를 설치하여 자세를 구하는 동작 흐름도로서, 단말기에 부착된 2개의 GPS 안테나로부터 GPS 위성신호를 수신하면(101) 반송파 측정값을 이용하여 2개의 GPS 안테나 사이의 기저선 벡터를 측정하고(102), 자세측정단계(103)에서는 상기 측정된 기저선 벡터를 이용하여 동체좌표계와 항법좌표계 사이의 차이로 단말기의 자세를 측정한다. 이 경우 자세를 측정하기 위해서는 반송파 정보를 이용해야 한다.
도 9는 휴대 단말기에 1개의 이동성 GPS 안테나를 설치하여 자세를 구하는 동작 흐름도로서, GPS 안테나를 이동시키기 위하여 단말기의 안테나의 끝 부분에 GPS 안테나를 장착함으로써 안테나를 뽑거나 플립형과 폴더형 단말기의 경우 덮개에 GPS 안테나를 장착하여 덮개를 여는 방법에 따라 GPS 안테나의 이동 속도를 감지하여(201) 속도벡터를 측정하고(202) 자세측정단계(203)에서 단말기의 자세를 측정한다.
도 10은 휴대 단말기에 스마트 GPS 안테나를 설치하여 자세를 구하는 동작흐름도로서, 자세 측정이 요청되면 단말기에 부착된 스마트 형태의 GPS 안테나의 이득형태를 변화시키고(301) 자세측정단계(203)에서 상기 식별된 GPS 위성의 위치와 안테나 이득형태 변화량을 이용하여 단말기의 자세를 측정한다.스마트 GPS 안테나 사용시 안테나의 이득 조절이 가능하다. 즉, GPS 신호를 토대로 일반적인 GPS 안테나 이득을 가지는 안테나를 사용하여 사용자의 위치를 구함으로써 휴대 단말기에 대한 위성의 배치를 알 수 있게 되는 것이다.이는 로컬 좌표계에서 위성의 좌표값이 나오기 때문이다. 그러나 이 정보만으로는 휴대 단말기의 방위각을 알 수 없기 때문에 스마트 GPS 안테나의 특성을 이용 시계방향으로 안테나의 이득을 조정하고 위성을 다시 검색한다. 이 과정에서 안테나 이득을 준 각과 위성의 위치를 가지고 현재 단말기의 방위각을 얻을 수 있다.상기 속도 벡터를 이용하여 단말기의 자세를 측정하는 방법을 다음과 같이 설명한다.먼저, GPS를 이용하여 속도벡터를 구하기 위해서는 도플러 정보가 필요하므로 위성과 수신기 사이의 거리 변화값을 나타내는 도플러 주파수를 이용하여 속도 벡터를 구할 수 있다. , 위성의 속도 벡터 성분, 위성과 사용자의 시선방향 벡터, 사용자 속도 벡터 성분 상기 수학식1과 수학식2를 이용하면 위성의 속도 벡터 성분과 위성과 사용자 사이의 시선 방향 벡터 계산이 가능하다. 따라서 사용자의 속도 벡터 성분은 위 행렬식에 최소자승법을 이용하면 속도 벡터를 구할 수 있다.상기와 같은 방식으로 얻어진 각각의 속도 정보를 토대로 단말기의 자세를 측정한다.즉, 수신기 자세는 먼저 두 개의 안테나를 설치하여 기저선을 알고 있는 경우 측정이 가능하며, 이때 상기 설명한 방식과 마찬가지로 속도 정보를 두 개의 안테나를 통하여 구할 수 있으므로 이를 바탕으로 휴대폰의 자세 측정이 가능하다.또한, 상기와 같은 방식을 토대로 휴대폰의 안테나 혹은 폴더의 움직임을 속도 벡터로 바꾸어 자세를 측정하고자 할 경우, 두 개의 안테나를 통하여 자세를 잡은 후에 도 2에서 보는 바와 같이 안테나를 뽑으면 뽑는 방향쪽으로 속도 벡터를 만들게 된다. 이에 따라, 상기 속도 벡터를 토대로 단말기의 상단 부분이 어느쪽을 향하고 있는지 좌표 변환을 통하여 알 수 있다.또한, 폴더형인 경우 폴더에 GPS 안테나가 설치되어 있으므로 폴더를 열 경우 이와 동시에 폴더 열리는 방향쪽으로 속도 벡터가 발생되어 이를 좌표 변환하면 휴대 단말기의 상단 부분이 어느쪽을 향하고 있는지 알 수 있다. 즉, 휴대폰의 자세 측정이 가능한 것이다.안테나에 GPS 안테나가 같이 부착된 경우는 안테나의 뽑는 방향으로 속도 벡터가 발생하게 되므로 이 속도 벡터를 가지고 단말기의 자세 측정(폴더형의 경우와 같음) 또한 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 단말기 자세 정보가 필요한 경우 편리하게 쓰일 수 있다. 예를 들어 단말기에서 지도 표시 서비스를 제공하는 경우 일반적인 사용자들은 현재의 위치에서 방위를 알 수 없기 때문에 단말기에 표시된 지도와 주변상황을 일치시키기 위해서 단말기를 회전시켜 보아야 한다. 그러나, 이때 단말기가 표시하는 지도와 사용자가 바라보는 방향이 일치되어 있다면, 사용자 입장에서 자신의 위치를 파악하는데 더욱 도움이 되며 이를 이용하여 원하는 목적지를 찾는데도 편리하게 이용이 가능하다. 이처럼 단말기의 자세 정보를 알 수 있다면 사용자가 바라보는 방향에서의 지도정보를 표시할 수 있기 때문에 사용자에게 제공하는정보가 보다 편리하며 유용성이 있고, 휴대단말기 사용자가 이동 중에는 물론 정지한 경우에도 GPS를 이용하여 쉽게 자세 정보를 제공할 수 있다.
Claims (6)
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- 휴대용 단말기의 자세를 측정하는 장치에 있어서,단말기의 플립, 폴더의 열림 또는 안테나의 이동을 감지하는 폴더 열림 감지 장치 또는 안테나 이동 감지장치;플립, 폴더의 열림 또는 안테나의 이동을 감지하게 되면 단말기에 장착된 GPS 안테나에 속도측정을 명령함으로써 속도벡터와 위치정보를 측정하는 GPS 수신기; 및GPS 수신기의 제어에 의해 측정된 속도벡터와 위치정보를 수신하고, 수신된위치정보로부터 항법좌표계를 계산하여 속도벡터로부터 동체좌표계를 계산함으로써 자세를 구하는 프로세서로 구성된 것을 특징으로 하는 단말기에 장착된 GPS 안테나를 이용한 자세 측정 장치.
- GPS 안테나가 플립, 폴더 열림의 감지 장치 또는 안테나 이동 감지장치에서 플립, 폴더의 열림 또는 안테나의 이동시 도플러 주파수에 의해 측정된 속도벡터를 감지하면, GPS 수신기에 속도측정을 명령하고, 측정된 속도벡터가 위치정보와 함께 단말기 내부의 프로세서에 전송되면, 프로세서는 상기 위치로부터 항법좌표계를 계산하고 속도벡터로부터 동체좌표계를 계산하여 자세를 측정하는 것을 특징으로 하는 제3항의 장치를 이용한 단말기의 자세 측정 방법.
- 휴대용 단말기의 자세를 측정하는 장치에 있어서,스마트 GPS 안테나의 이득형태를 조정하는 스마트 안테나 이득 조절기;스마트 GPS 안테나의 이득형태를 변화시키면서 위성을 검색하여 GPS 위성의 위치와 현재 스마트 GPS 안테나의 이득을 측정하는 GPS 수신기; 및GPS 수신기로부터 측정된 스마트 GPS 안테나의 이득을 이용하여 단말기의 자세를 구하는 프로세서로 구성되는 것을 특징으로 하는 단말기에 장착된 스마트 GPS 안테나의 이득형태를 변화시켜 자세를 측정하는 장치.
- 프로세서가 GPS 수신기에 자세정보를 요구하면, GPS 수신기는 스마트 GPS 안테나의 이득 형태를 변화시키면서 위성을 검색하고, 위성이 획득되면, 그 GPS 위성의 위치와 현재 GPS 스마트 안테나의 이득 조정값을 토대로 현재 단말기의 방위각을 판단한 후, 위성의 배치를 비교하여 그 비교 결과에 따라 자세를 측정하는 것을 특징으로 하는 제5항의 장치를 이용한 단말기의 자세 측정 방법.
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