KR100532589B1 - 무선인식/위성측위/관성항법을 결합한 통합 측위 장치 및그 방법 - Google Patents

무선인식/위성측위/관성항법을 결합한 통합 측위 장치 및그 방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야
본 발명은 무선인식/위성측위/관성항법을 결합한 통합 측위 장치 및 그 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 불완전한 위성측위시스템(GPS: Global Positioning System)과 관성항법장치(INS:Inertial Navigation System)를 결합한 측위장치에 무선인식(RFID: Radio frequency identification) 측위기술을 결합함으로써, GPS 신호 단절시에도 RFID 측위정보와 INS 측위정보를 이용하여 안정적이고 연속적인 위치정보를 획득할 수 있게 하는, 무선인식/위성측위/관성항법을 결합한 통합 측위 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결 방법의 요지
본 발명은, 이동체에 탑재되어 상기 이동체의 위치를 측정하는 측위 장치에 있어서, 위성으로부터 GPS(Global Positioning System)위성 신호를 수신하여 상기 이동체의 위치정보를 획득하기 위한 GPS 수신 수단; 상기 이동체의 이동에 따라 무선인식(RFID: Radio frequency identification) 태그로부터 송신되는 태그 식별정보(ID)를 수신하여 읽기 위한 RFID 리딩 수단; 다수의 가속도센서와 자이로센서를 이용하여 상기 이동체의 속도정보, 가속도정보, 및 방향정보를 획득하기 위한 INS센서 모듈; 상기 GPS 수신 수단으로부터 전달받은 GPS 위치정보의 사용여부와 상기 RFID 리딩 수단으로부터의 태그 식별정보의 획득여부에 따라, 측위 알고리즘의 유형에 대한 선택정보를 생성하기 위한 GPS/RFID 선택 수단; 및 상기 GPS/RFID 선택 수단의 선택정보에 따라 GPS/INS 결합 측위 알고리즘, RFID/INS 결합 측위알고리즘, INS 단독 측위 알고리즘 중 어느 하나의 해당 측위 알고리즘을 수행하여 상기 이동체의 위치정보를 획득하기 위한 통합 측위 수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 측위 시스템 등에 이용됨.

Description

무선인식/위성측위/관성항법을 결합한 통합 측위 장치 및 그 방법{Apparatus and Method determining the position by integrating RFID, GPS, and INS}
본 발명은 측위장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 불완전한 위성측위시스템(GPS: Global Positioning System)과 관성항법장치(INS:Inertial Navigation System)를 결합한 측위장치에 무선인식(RFID: Radio frequency identification) 측위기술을 결합함으로써, GPS 신호 단절시에도 RFID 측위정보와 INS 측위정보를 이용하여 안정적이고 연속적인 위치정보를 획득할 수 있게 하는, 무선인식, 위성측위, 및 관성항법을 결합한 통합 측위 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 이동통신 기술이 발달함에 따라 사용자의 위치를 파악하여 새로운 서비스를 제공하기 위한 위치결정 기술이 개발되고 있다. 일반적으로 위치정보를 활용한 서비스 분야를 위치기반서비스(LBS: Location based Service)라 부르며, 이는 텔레메틱스(Telematics)의 한 분야로서 차량의 위치추적 또는 항법 기술이 이에 포함된다.
종래의 위치 정보 획득 방법으로는, 위성측위시스템(GPS: Global Positioning System)만을 이용한 전통적인 방법, 이동통신단말기만을 이용한 방법, GPS와 관성항법장치(INS)를 결합한 방법, GPS와 이동통신단말기를 결합한 방법, GPS/이통통신단말기/INS를 결합한 방법 등이 주로 개발되고 있다.
GPS를 이용한 전통적인 방법은 GPS음영지역(예를 들면, 빌딩숲, 높은 가로수, 터널, 실내 등)에서의 GPS신호의 단절에 의해 측위가 불가능할 수 있으며, 이동통신망을 이용한 방법은 근원문제(Near-far problem), 가청성(Hearability), 다중경로(Multipath), 나쁜 정도(精度)열화(DOP: Dilution of Precision), 중계기 문제(Repeater problem) 등으로 인해 정확도 및 신뢰도가 떨어진다는 문제점이 있었다.
한편. 차량항법장치로 많이 사용되고 있는 GPS/INS 결합 방법은 GPS신호의 단절 및 INS의 시간에 따른 오차누적 문제로 장시간 동안 GPS신호를 받지 못하면 위치 오차가 발산하는 문제점이 있었고, GPS와 이동통신단말기의 결합 방법은 이동통신단말기의 특성상 짧은 순간의 위치정보만 서비스가 가능하며 역시 GPS신호의 단절시 이동통신단말기만으로 측위를 수행해야 하므로 부정확한 위치 획득과 많은 비용이 소모되는 문제점이 있었다.
최근에는 무선인식(RFID), 무선랜, UWB(Ultra-Wide Band)기술 등을 이용한 측위방법에 대한 연구가 활발하다.
앞에서 설명한 바와 같이, 종래의 기술들은 GPS신호의 단절에 크게 영향을 받고, 이동통신망을 이용한 측위기술도 기지국망의 배치 및 전파환경 등에 크게 영향을 받으며, 관성항법장치(INS) 등과의 통합 방법도 시간에 따른 오차 누적 가능성을 완전히 배제하지 못하므로 잠재적인 오차요인을 갖고 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 불완전한 위성측위시스템(GPS: Global Positioning System)/관성항법장치(INS:Inertial Navigation System) 결합 측위장치에 무선인식(RFID) 측위기술을 결합함으로써, GPS 신호 단절시에도 RFID 측위정보와 INS 측위정보를 이용하여 안정적이고 연속적인 위치정보를 획득할 수 있게 하는, 무선인식, 위성측위, 및 관성항법을 결합한 통합 측위 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이동체에 탑재되어 상기 이동체의 위치를 측정하는 측위 장치에 있어서, 위성으로부터 GPS(Global Positioning System)위성 신호를 수신하여 상기 이동체의 위치정보를 획득하기 위한 GPS 수신 수단; 상기 이동체의 이동에 따라 무선인식(RFID: Radio frequency identification) 태그로부터 송신되는 태그 식별정보(ID)를 수신하여 읽기 위한 RFID 리딩 수단; 다수의 가속도센서와 자이로센서를 이용하여 상기 이동체의 속도정보, 가속도정보, 및 방향정보를 획득하기 위한 INS센서 모듈; 상기 GPS 수신 수단으로부터 전달받은 GPS 위치정보의 사용여부와 상기 RFID 리딩 수단으로부터의 태그 식별정보의 획득여부에 따라, 측위 알고리즘의 유형에 대한 선택정보를 생성하기 위한 GPS/RFID 선택 수단; 및 상기 GPS/RFID 선택 수단의 선택정보에 따라 GPS/INS 결합 측위 알고리즘, RFID/INS 결합 측위알고리즘, INS 단독 측위 알고리즘 중 어느 하나의 해당 측위 알고리즘을 수행하여 상기 이동체의 위치정보를 획득하기 위한 통합 측위 수단을 포함한다.
한편, 본 발명은, 이동체에 탑재되어 상기 이동체의 위치를 측정하는 측위 방법에 있어서, 위성으로부터 GPS(Global Positioning System)위성 신호를 수신하여 상기 이동체의 위치정보를 획득하는 GPS 수신 단계; 상기 이동체의 이동에 따라 무선인식(RFID) 태그로부터 송신되는 태그 식별정보(ID)를 수신하여 읽는 RFID 리딩 단계; 다수의 가속도센서와 자이로센서를 이용하여 상기 이동체의 속도정보, 가속도정보, 및 방향정보를 획득하는 INS 운동정보 획득 단계; 상기 GPS 수신 단계에서 획득한 GPS 위치정보의 사용여부와 상기 RFID 태그 식별정보의 수신여부에 따라, 측위 알고리즘의 유형에 대한 선택정보를 생성하는 측위알고리즘 선택 단계; 및 상기 선택정보에 따라 GPS/INS 결합 측위 알고리즘, RFID/INS 결합 측위알고리즘, INS 단독 측위 알고리즘 중 어느 하나의 해당 측위 알고리즘을 수행하여 상기 이동체의 위치정보를 획득하는 통합 측위 단계를 포함한다.
본 발명은 RFID 기술을 GPS 및 INS와 결합하여 측위에 적용하는 기술로서, GPS신호 수신이 가능할 경우에는 GPS/INS(/DR) 통합 측위 필터를 사용하여 측위를 수행하고, GPS신호의 단절시에는 RFID 위치정보를 INS(/DR)와 결합하여 측위를 수행함으로써 측위의 연속성과 신뢰도를 확보할 수 있게 하는 것이다.
즉, 본 발명은, RFID 기술과 GPS, INS/DR 기술을 결합함으로써 연속측위를 가능하게 하는 위치 결정에 관한 기술로서, 특히 RFID 기술을 활용하여 GPS신호의 단절시에도 연속적인 측위가 가능하고, RFID 기술을 INS/DR기술과 결합하여 오랜 기간 동안 GPS신호를 수신하지 못하여도 안정적인 측위가 가능한 통합 측위 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 RFID/GPS/INS/DR이 결합된 텔레메틱스 측위 시스템에 대한 설명도이다.
무선인식(RFID: Radio frequency identification) 네트워크, 위성측위시스템 (GPS: Global Positioning System), 및 관성항법장치(INS:Inertial Navigation System)/추측(DR: Dead-Reckoning)항법장치를 결합한 텔레메틱스 측위 시스템에 해당하는 RFID/GPS/INS/DR 결합 통합 측위 장치(100)은 RFID 리더기, GPS 수신기, INS센서 모듈, 및 RFID 태그을 포함하여 이루어지며, 차량에 탑재된다.
RFID 태그(120)는 도로상에 있는 시설물 안에 내장되어 있으며, 위치좌표값 또는 데이터베이스(DB)로부터 위치를 조회할 수 있는 태그 식별정보(ID)를 저장한 다. 여기서, RFID 태그(120)는 일정한 간격을 갖고 RFID 리더기의 전파범위 안에 포함되도록 배치되며, 중앙분리대, 가드레일, 신호등, 가로등, 가로수, 도로 위 등의 도로 시설물 안에 내장될 수 있다.
RFID 리더기는 지속적으로 전파를 발산하여 전파범위 안에 들어온 RFID 태그(140)로부터 데이터를 읽어 들여, RFID 태그(120)의 위치정보를 출력한다.
GPS 수신기는 위성(110)으로부터 GPS위성 신호를 안테나를 통해 수신하여 사용자의 위치(Position), 속도(Velocity), 가속도(Acceleration), 방향각(Heading), 위성과 수신기사이의 거리인 의사거리(Pseudorange) 등을 출력한다.
INS센서 모듈은 다수의 자이로스코프(Gyroscope)라는 자이로 센서와 가속도계(Accelerometer)라는 가속도 센서로 구성된다.
한편, 측위 시스템이 차량에 적용할 경우에는, 차속계를 포함한 추측(DR: Dead-Reckoning)센서가 추가된다.
도 2 는 본 발명에 따른 RFID/GPS/INS/DR이 결합된 통합 측위 장치의 일실시예 구성도이다.
GPS수신기(220)는 GPS 안테나를 통하여 GPS 위성 신호를 수신하여 사용자의 위치를 결정한다.
RFID 리더기(210)는 RFID 안테나를 통하여 지속적으로 전파를 발산하여 전파범위 안에 들어온 RFID 태그(120)로부터 데이터를 읽어 들여, RFID 태그(120)의 위치정보를 출력한다.
초소형정밀가공기술(MEMS: MicroElctroMechanical Systems)형 INS센서 모듈 (230)은 다수의 자이로스코프(Gyroscope)라는 자이로 센서와 가속도계 (Accelerometer)라는 가속도 센서로 구성된다.
한편, 측위장치는 이동가능한 단말기 등의 이동체에 장착되는데, 그 측위 장치가 차량에 적용할 경우에는, 차속계를 포함한 추측(DR: Dead-Reckoning) 센서(250)가 추가된다.
마이크로프로세서(250)는 디지털 신호처리된 RFID, GPS, INS/DR센서에서 얻은 정보를 통합하여 처리하며, 위치정보 데이터베이스(DB)(260)는 RFID 태그의 ID에 따른 위치좌표(위치정보)를 저장하고 있기 때문에 위치좌표 조회에 이용된다.
도 3 은 본 발명에 따른 도 2 의 이중결합 방식으로 결합된 통합 측위 장치의 일실시예 구성도이다.
이중결합(double coupled) 방식의 RFID/GPS/INS/DR 통합 측위 장치는, 도면에 도시된 바와 같이, RFID리더기(210), GPS수신기(220), INS센서 모듈(230), GPS/RFID 선택기(300), 및 이중결합 통합 측위 필터(310)로 구성된다.
한편, 측위장치는 이동가능한 단말기 등의 이동체에 장착되는데, 그 측위 장치가 차량에 적용할 경우에는 속도 필터로 속도정보를 제공하는(즉, 차량의 차축에 장착되어 차량의 바퀴의 반경에 따라 차량의 바퀴가 몇 바퀴 회전했는지 감지하여 차의 속도를 알아내는) 차속계를 포함하는 DR 센서 모듈(240)이 추가된다.
GPS/RFID 선택기(300)는 측위 신호자원인 GPS 정보(가시위성 개수, DOP)와 RFID 태그 ID를 인식하여 사용할 측위 알고리즘을 선택한다. 즉, GPS/RFID 선택 기(300)의 선택정보에 따라 GPS/INS/DR 강결합 측위 알고리즘, RFID/INS/DR 결합 측위알고리즘, INS/DR 단독 측위 알고리즘 중 어느 하나의 해당 측위 알고리즘을 수행하여 차량등의 위치정보를 획득한다.
GPS/INS/DR 강결합(tightly-coupled) 측위 필터(312)는 INS센서 모듈(230)과 DR 센서 모듈(240)로부터 가속도, 방향각, 속도 정보 등을 받아 오차 추정 및 보정을 수행하는 가속도 필터, 방향 필터, 속도 필터를 포함하며, 각 필터로부터 추정된 위치정보와 GPS 수신기로부터 전달된 위치관련정보(예를 들면, 가시위성위치, 의사거리, 의사거리변화율 등)를 이용하여 일반적인 GPS/INS/DR 강결합 추측항법(즉, GPS/INS/DR 측위 알고리즘)을 수행함으로 위치를 추정한다.
이중결합 통합 측위 필터(310)는 GPS/RFID 선택기(300)가 결정한 측위 알고리즘에 따라 GPS/INS/DR 강결합 측위 필터(312)에서 계산한 위치정보를 출력하거나, 도 5 에서 ①로 스위칭되었을 때와 같은 RFID/INS/DR 통합 측위 필터를 구동하여 새로운 위치를 계산한다.
GPS/INS/DR 강결합 측위 필터(312)에서는 INS 센서 모듈(230)만 독립적으로 이용하여 항법해를 계산하며, GPS수신기(120)에서는 항법해를 직접 계산하지 않고 가시위성(Visible satellite)의 위치와 의사거리(Pseudorange), 의사거리변화율 (Pseudorange rate)만을 제공한다.
GPS/RFID 선택기(300)에서 RFID정보를 이용한 측위 알고리즘(즉, RFID/INS 결합 측위 알고리즘)을 선택할 경우, 이중결합 통합 측위 필터(310)에서는 GPS/INS/DR 강결합 측위 필터(312)를 사용하지 않고, 단지 RFID 태그 ID를 이용한 RFID 위치정보와 INS/DR 센서 모듈 데이터(즉, 가속도, 방향, 속도 등)를 이용한 위치정보만을 결합하여 위치를 추정한다.
즉, RFID/INS 결합 측위 알고리즘은, RFID 리더기(210)로부터 전달되는 RFID태그 식별정보(ID)를 이용하여 RFID위치정보를 구하고, INS/DR센서 모듈(230, 240)로부터 전달되는 속도정보, 가속도정보, 및 방향정보를 이용하여 INS위치정보를 구한 후, RFID위치정보로 INS위치정보를 보정하여 차량 등의 이동체의 위치를 측정한다.
도 4 는 본 발명에 따른 도 2 의 단일결합 방식으로 결합된 통합 측위 장치의 일실시예 구성도이다.
단일결합(single coupled) 방식의 RFID/GPS/INS/DR 통합 측위 장치는 GPS/RFID 선택기(400)의 측위 알고리즘 선택에 따라, 단일결합 통합 측위 필터(410)에서 GPS수신기(220) 또는 RFID 리더기(210)에 의한 위치정보를 선택적으로 이용하여 새로운 위치를 추정하게 된다. 즉, GPS/RFID 선택기(400)는 측위 신호자원인 GPS 정보(가시 위성개수, DOP)와 RFID 태그 ID를 인식하여 사용할 측위 알고리즘을 선택한다.
GPS/RFID 선택기(400)의 선택정보에 따라 GPS/INS/DR 약(Loosely coupled)결합 측위 알고리즘, RFID/INS/DR 결합 측위알고리즘, INS/DR 단독 측위 알고리즘 중 어느 하나의 해당 측위 알고리즘을 수행하여 차량등의 위치정보를 획득한다.
INS센서 모듈(230)과 DR센서 모듈(240)(차량의 경우에 추가됨)로부터 가속도, 방향각, 속도 정보가 단일결합 통합 측위 필터(410)로 보내지면, 단일결합 통합 측위 필터(410)는 GPS에 의한 위치정보 또는 RFID에 의한 위치정보와 함께 도 7 의 측위 알고리즘을 수행하여 사용자의 위치를 추정한다.
만약, GPS/RFID 선택기(400)에 의하여 RFID/INS 결합 측위 알고리즘이 선택된 경우에는, RFID 리더기(210)로부터 전달되는 RFID태그 식별정보(ID)를 이용하여 RFID위치정보를 구하고, INS/DR센서 모듈(230, 240)로부터 전달되는 속도정보, 가속도정보, 및 방향정보를 이용하여 INS위치정보를 구한 후, RFID위치정보로 INS위치정보를 보정하여 차량 등의 이동체의 위치를 측정한다.
도 5 는 본 발명에 따른 도 4 의 단일결합 방식으로 결합된 통합 측위 필터의 일실시예 상세구성도로서, 기본적인 동작원리는 도 4에서와 같다.
GPS/RFID 선택기(400)의 선택에 따라 스위치(502)를 스위칭함으로써 적용될 측위알고리즘이 결정되게 된다. 스위치(502)가 ①로 연결되면, RFID/INS/DR 결합 측위 알고리즘이 수행되고, 스위치(502)가 ②로 연결되면 GPS/INS/DR 약결합 (Loosely coupled) 측위 알고리즘이 수행되고, 스위치(502)가 ③으로 연결되면 INS 단독 측위 알고리즘이 수행된다. 여기서는 스위치를 이용하여 측위알고리즘을 선택하는 구성을 하였으나, 이것이 가능함은 물론이며, 또한 이와 달리 완전히 디지털 프로세서로 구현하여, GPS/RFID 선택기의 선택에 따라 해당 측위알고리즘을 수행하도록하는 것도 당연히 본 발명에 포함된다.
RFID 위치 필터(501)는 RFID 리더기(210)로부터 전달되는 RFID 태그ID를, RFID 태그 ID별 위치정보 데이터베이스 (DB)(500)에서 검색하여 해당 태그의 위치정보를 획득한다. 여기서, RFID 위치 필터(501)는 RFID 태그 ID별 위치정보 데이터베이스(DB)(500)와 유선 또는 무선으로 연동된다.
INS/DR센서 필터(505)는 INS/DR센서 모듈(230, 240)로부터 입력된 INS/DR 데이터(예를 들면, 가속도, 방향, 속도 등)를 이용하여 사용자의 위치를 계산한다.
칼만필터(504)는 스위치(502)를 통하여 전달되는 위치정보(즉, RFID 위치정보 또는 GPS 위치정보(좌표정보) 중 하나)와 INS/DR센서 필터(505)로부터 전달되는 위치정보가 결합된(503) 신호를 이용하여 위치오차 보정치와 센서오차보정치를 생성하여, 그 중 센서오차보정치는 INS/DR센서 필터(505)로 전달한다.
INS/DR센서 필터(505)로부터 전달되는 위치정보에서 칼만필터(504)로부터 출력되는 위치오차 보정치를 빼면, 새로운 위치가 추정되는 것이다.
한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 또 다른 실시예로서 이중결합구조인 경우에는, 스위치(502)에서 ②의 구조를 제거하고, GPS/INS/DR 강결합 측위 필터가 독립적으로 존재하여 새로운 추정위치를 계산하는 구조도 본 발명에 해당된다.
도 6 는 본 발명에 따른 RFID/GPS/INS/DR 이중결합 방식에 의한 통합 측위 방법에 대한 일실시예 흐름도로서, 도 3 에서의 이중결합 통합 측위 필터(310)에서 수행되는 이중결합 통합 알고리즘을 나타낸다.
GPS/RFID 선택기(300)의 선택에 따라 세가지의 측위 알고리즘으로 나뉘는데, 그 구체적인 과정은 다음과 같다.
먼저, 첫번째 경우로서, GPS/RFID 선택기(300)의 선택에 따라 스위치("502" 참조)가 스위칭되어, 이중결합 통합 측위 필터 내의 GPS/INS/DR 강결합 측위필터(312)에서 GPS정보를 전달받아 측위에 사용가능한 경우에는(601, 602), 일반적인 GPS/INS/DR 강결합 측위 필터(312)를 수행하여 새로운 위치정보를 획득하고(604), 새로이 획득한 위치정보로 위치정보를 갱신한다(612).
한편, 두번째 경우로서, GPS/RFID 선택기(300)의 선택에 따라 스위치("502" 참조)가 스위칭되어, 이중결합 통합 측위 필터(312)에서 GPS정보는 사용할 수 없고 RFID정보는 사용할 수 있는 경우에는(601, 602, 603), INS/DR센서 필터("505" 참조)는 INS/DR센서 모듈(230, 240) 내의 가속도 센서, 자이로 센서, 차속센서(DR 센서) 등으로부터 가속도, 속도, 방향 정보(간단히, INS/DR 센서 데이터라 함)를 획득하고(605), 그 획득된 INS/DR 센서 데이터를 이용하여 가속도, 속도, 방향각 필터링을 수행하여 위치정보를 획득하며, 칼만필터로부터 전달되는 센서오차보정치를 이용하여 각각의 센서 오차에 대한 보정을 수행한다(606).
또한, 이중결합 통합 측위 필터 내의 RFID 위치필터("501" 참조)은 RFID 리더기(210)로부터 전달되는 RFID태그 ID를 이용하여 위치정보를 획득한다(607).
칼만 필터("504" 참조)를 이용하여 위치오차 보정치 및 센서오차 보정치를 생성한 후(610), 위치오차 보정치 및 센서오차 보정치를 이용해 새로운 위치를 추정하고(611), 그 새로이 추정된 위치로 위치정보를 갱신한다(612)(도 5 참조).
한편, 세번째 경우로서, GPS/RFID 선택기(300)의 선택에 따라 스위치("502" 참조)가 스위칭되어, 이중결합 통합 측위 필터(312)에서 GPS와 RFID 정보를 모두 이용할 수 없는 경우에는(601, 602, 603), INS/DR센서 모듈(230, 240) 내의 가속도 센서, 자이로 센서, 차속센서(DR 센서) 등으로부터 가속도, 속도, 방향 정보(즉, INS/DR 센서 데이터)를 획득하고(608), 그 획득된 INS/DR 센서 데이터를 이용하여 가속도, 속도, 방향각 필터링을 수행하여 위치정보를 획득하며, 칼만필터로부터 전달되는 센서오차보정치를 이용하여 각각의 센서 오차에 대한 보정을 수행한다(609).
칼만 필터("504" 참조)를 이용하여 위치오차 보정치 및 센서오차 보정치를 생성한 후(610), 위치오차 보정치 및 센서오차 보정치를 이용해 새로운 위치를 추정하고(611), 그 새로이 추정된 위치로 위치정보를 갱신한다(612)(도 5 참조).
도 7 은 본 발명에 따른 RFID/GPS/INS/DR 단일결합 방식에 의한 통합 측위 방법에 대한 일실시예 흐름도로서, 도 4 에서의 단일결합 통합 측위 필터(410)에서 수행되는 단일결합 통합 알고리즘을 나타낸다.
GPS/RFID 선택기(300)의 선택에 따라 세가지의 측위 알고리즘으로 나뉘는데, 그 구체적인 과정은 다음과 같다.
첫번째 경우로서, GPS/RFID 선택기(400)의 선택에 따라 스위치(502)가 스위칭되어, 단일결합 통합 측위 필터(410)에서 GPS정보를 사용할 수 있는 경우라면(701, 702), INS/DR센서 모듈(230, 240) 내의 가속도 센서, 자이로 센서, 차속센서(DR 센서)등으로부터 가속도, 속도, 방향 정보(즉, INS/DR 센서 데이터)를 획득하고 (704), 그 획득된 INS/DR 센서 데이터를 이용하여 가속도, 속도, 방향각 필터링을 수행하여 위치정보를 획득하며, 칼만필터로부터 전달되는 센서오차보정치를 이용하여 각각의 센서 오차에 대한 보정을 수행한다(705).
또한, GPS 수신기(220)으로부터 수신기 위치정보를 획득하여(706) 칼만 필터 (504)로 전달하면, 칼만 필터(504)는 INS/DR에 의한 위치정보와 GPS에 의한 위치정보를 이용하여 위치오차 보정치 및 센서오차 보정치를 생성한다(712).
그러면, 단일결합 통합 측위 필터(410)는 위치오차 보정치 및 센서오차 보정치를 이용해 새로운 위치를 추정하고(713), 그 새로이 추정된 위치로 위치정보를 갱신한다(714)(도 5 참조).
두번째 경우로서, GPS/RFID 선택기(400)의 선택에 따라 스위치(502)가 스위칭되어, 단일결합 통합 측위 필터(410)에서 GPS정보는 사용할 수 없고 RFID정보는 이용가능하다면(701, 702, 703), INS/DR센서 모듈(230, 240) 내의 가속도 센서, 자이로 센서, 차속센서(DR 센서)등으로부터 가속도, 속도, 방향 정보(즉, INS/DR 센서 데이터)를 획득하고(707), 그 획득된 INS/DR 센서 데이터를 이용하여 가속도, 속도, 방향각 필터링을 수행하여 위치정보를 획득하며, 칼만필터로부터 전달되는 센서오차보정치를 이용하여 각각의 센서 오차에 대한 보정을 수행한다(708).
한편, RFID 위치필터(501)가 RFID 리더기(210)로부터 전달되는 태그 ID를 이용하여 위치정보를 획득하여(709), 칼만 필터(504)로 전달하면, 칼만 필터(504)는 INS/DR에 의한 위치정보와 RFID에 의한 위치정보를 이용하여 위치오차 보정치 및 센서오차 보정치를 생성한다(712).
그러면, 단일결합 통합 측위 필터(410)는 위치오차 보정치 및 센서오차 보정치를 이용해 새로운 위치를 추정하고(713), 그 새로이 추정된 위치로 위치정보를 갱신한다(714)(도 5 참조).
세번째 경우로서, GPS/RFID 선택기(400)의 선택에 따라 스위치(502)가 스위칭되어, 단일결합 통합 측위 필터(410)에서 GPS 위치정보와 RFID 위치정보를 모두 이용할 수 없는 경우에는(701, 702, 703), INS/DR센서 모듈(230, 240) 내의 가속도 센서, 자이로 센서, 차속센서(DR 센서)등으로부터 가속도, 속도, 방향 정보(즉, INS/DR 센서 데이터)를 획득하고(710), 그 획득된 INS/DR 센서 데이터를 이용하여 가속도, 속도, 방향각 필터링을 수행하여 위치정보를 획득하며, 칼만필터로부터 전달되는 센서오차보정치를 이용하여 각각의 센서 오차에 대한 보정을 수행한다(711).
칼만 필터(504)는 INS/DR에 의한 위치정보를 이용하여 위치오차 보정치 및 센서오차 보정치를 생성한다(712). 그러면, 단일결합 통합 측위 필터(410)는 위치오차 보정치 및 센서오차 보정치를 이용해 새로운 위치를 추정하고(713), 그 새로이 추정된 위치로 위치정보를 갱신한다(714)(도 5 참조).
도 8a 및 도 8b 는 본 발명에 따른 GPS/RFID선택기의 측위 알고리즘 선택 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
도 8a 는 단일결합방식에서의 GPS/RFID 선택기(400)의 선택 방법을 나타낸다.
GPS가시위성의 개수가 3개보다 큰지 여부(801)와 정도(精度)열화(DOP: Dilution of Precision)가 문턱값(Threshold)보다 작은지 여부(802)를 확인하여, GPS가시위성의 개수가 3개보다 크고 DOP가 문턱값보다 작으면 GPS/INS/DR 약결합(Loosely coupled) 측위 알고리즘 수행을 선택하는 신호(즉, 스위치가 ②로 연결하도록 하는 신호)를 생성한다(803).
한편, GPS가시위성의 개수가 3개 이하이거나, DOP가 문턱값 이상이면, RFID위치정보를 획득했는지 여부를 검사하여(804), 만약 RFID위치정보를 획득했으면 RFID/INS/DR 결합 측위 알고리즘의 수행을 선택하는 신호(즉, 스위치가 ①로 연결하도록 하는 신호)를 선택하고(805), 만약 RFID위치정보를 획득하지 못했으면 INS단독 측위 알고리즘의 수행을 선택하는 신호(즉, 스위치가 ③으로 연결하도록 하는 신호)를 생성한다(806).
한편, 도 8b 는 이중결합방식에서의 GPS/RFID 선택기(300)의 선택 방법을 나타낸다.
GPS가시위성의 개수가 1개 이상인지를 확인하여(810), 만약 GPS가시위성의 개수가 1개이상이면 GPS/INS/DR 강결합 측위 알고리즘의 수행을 선택하는 신호를 생성한다(811).
한편, GPS가시위성이 없으면, 다시 RFID위치정보의 획득여부를 검사하여 (812), 만약 RFID위치정보를 획득했으면 RFID/INS/DR 결합 측위 알고리즘의 수행을 선택하는 신호를 생성하고(813), 만약 RFID위치정보를 획득하지 못했으면 INS단독 측위 알고리즘의 수행을 선택하는 신호를 생성한다(814).
상기와 같이 본 발명에 의하면, GPS/INS/DR의 결합 또는 RFID/INS/DR의 결합을 GPS신호의 수신여부에 따라 선택하여 측위를 수행할 수 있으며, 이때 결합방식은 이중결합 방식 또는 단일결합 방식으로 선택하여 구현할 수 있다.
따라서 GPS 신호의 수신여부에 관계없이 연속적인 측위가 가능하며, RFID 태그를 액세스할 수 있는 공간에서는 GPS에 의존하지 않고 INS와 결합하여 측위할 수 있다. DR센서는 차량에 RFID/GPS/INS/DR 결합 통합 측위 장치(100)를 설치할 경우에만 추가적인 센서로 활용할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, RFID 네트워크, GPS 및 관성항법장치(INS)를 결합한 측위장치 및 방법에 따르면, 관성항법장치(INS)를 RFID 또는 GPS와 결합하여 위치결정을 수행함으로써 GPS 신호를 수신할 수 없는 경우에도 연속적인 측위가 가능하며, 이때 RFID를 이용해 INS의 시간에 따른 오차누적 효과를 제거하함으로써 안정적인 측위를 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, RFID와 INS를 결합한 측위장치를 구현함으로써 RFID 태그 네트워크의 배치간격을 더욱 넓게 배치할 수 있기 때문에, 공간적, 경제적인 효율성을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 RFID 태그 네트워크는 모든 환경에서 구축가능하고, 서비스의 확장성 및 다양성, 적은 구축 및 유지 비용 등의 장점이 있기 때문에, 향후 유비쿼터스(Ubiquitous) 컴퓨팅 환경에서 사용자의 위치정보를 쉽게 획득할 수 있게 하며; 또한 RFID 태그에 저장되는 정보에는 위치결정에 요구되는 데이터뿐만 아니라 기타 지리정보 등이 포함될 수 있기 때문에, 다양한 형태의 데이터 제공을 통하여 부가 서비스를 활성화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 RFID/GPS/INS 복합 단말기는 소형화가 가능하기 때문에, 이동통신단말기와 통합되여 사용하면 개인 휴대용 통신측위 복합단말의 구현을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, RFID네트워크와 GPS 및 INS를 사용함으로써, 종래의 이동통신신호를 측위에 활용하는 방법이 갖고 있던 전파환경의 문제, 기지국 배치 및 중계기 문제, 통신기능과 측위기능의 기술적 모순, 막대한 인프라 구축 비용, 만족스럽지 못한 측위성능 등의 문제를 해결하여, 측위의 연속성, 안정성, 가용성, 저비용을 이룰 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 RFID/GPS/INS/DR이 결합된 텔레메틱스 측위 시스템에 대한 설명도.
도 2 는 본 발명에 따른 RFID/GPS/INS/DR이 결합된 통합 측위 장치의 일실시예 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 도 2 의 이중결합 방식으로 결합된 통합 측위 장치의 일실시예 구성도.
도 4 는 본 발명에 따른 도 2 의 단일결합 방식으로 결합된 통합 측위 장치의 일실시예 구성도.
도 5 는 본 발명에 따른 도 4 의 단일결합 방식으로 결합된 통합 측위 필터의 일실시예 상세구성도.
도 6 은 본 발명에 따른 RFID/GPS/INS/DR 이중결합 방식에 의한 통합 측위 방법에 대한 일실시예 흐름도.
도 7 은 본 발명에 따른 RFID/GPS/INS/DR 단일결합 방식에 의한 통합 측위 방법에 대한 일실시예 흐름도.
도 8a 및 도 8b 는 본 발명에 따른 GPS/RFID선택기의 측위 알고리즘 선택 방법에 대한 일실시예 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
100: RFID/GPS/INS/DR 결합 통합 측위 장치 110: 위성
120: RFID 태그 210: RFID 리더기
220: GPS수신기 230: INS 센서 모듈
240: DR센서 모듈 250: 마이크로프로세서
260, 500: RFID 태그 ID별 위치정보DB 300, 400: GPS/RFID 선택기
310: 이중결합 통합 측위 필터
312: GPS/INS/DR 강결합측위 필터 410: 단일결합 통합 측위 필터
501: RFID 위치 필터 502: 스위치
503, 506: 결합기 504: 칼만 필터
505: INS/DR 센서 필터

Claims (15)

  1. 이동체에 탑재되어 상기 이동체의 위치를 측정하는 측위 장치에 있어서,
    위성으로부터 GPS(Global Positioning System)위성 신호를 수신하여 상기 이동체의 위치정보를 획득하기 위한 GPS 수신 수단;
    상기 이동체의 이동에 따라 무선인식(RFID: Radio frequency identification) 태그로부터 송신되는 태그 식별정보(ID)를 수신하여 읽기 위한 RFID 리딩 수단;
    다수의 가속도센서와 자이로센서를 이용하여 상기 이동체의 속도정보, 가속도정보, 및 방향정보를 획득하기 위한 INS센서 모듈;
    상기 GPS 수신 수단으로부터 전달받은 GPS 위치정보의 사용여부와 상기 RFID 리딩 수단으로부터의 태그 식별정보의 획득여부에 따라, 측위 알고리즘의 유형에 대한 선택정보를 생성하기 위한 GPS/RFID 선택 수단; 및
    상기 GPS/RFID 선택 수단의 선택정보에 따라 GPS/INS 결합 측위 알고리즘, RFID/INS 결합 측위알고리즘, INS 단독 측위 알고리즘 중 어느 하나의 해당 측위 알고리즘을 수행하여 상기 이동체의 위치정보를 획득하기 위한 통합 측위 수단
    을 포함하는 무선인식/위성측위/관성항법을 결합한 통합 측위 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 GPS/RFID 선택 수단에서의 GPS 위치정보의 사용여부는,
    상기 GPS 수신 수단으로부터 전달받은 가시위성 개수를 이용하여 판단하는 것을 특징으로 하는 무선인식/위성측위/관성항법을 결합한 통합 측위 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 GPS/RFID 선택 수단의 선택정보 생성은,
    상기 GPS 위치정보가 사용 가능하면, GPS/INS 강결합(tightly-coupled) 측위 알고리즘이 수행되게 하는 선택정보를 생성하고; 상기 GPS 위치정보는 사용불가능하지만 상기 태그 식별정보가 획득된 경우이면, 상기 RFID/INS 결합 측위 알고리즘이 수행되게 하는 선택정보를 생성하고; 상기 GPS 위치정보도 사용불가능하고 상기 태그 식별정보도 획득하지 못한 경우이면, INS 단독 측위 알고리즘이 수행되게 하는 선택정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선인식/위성측위/관성항법을 결합한 통합 측위 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 GPS/RFID 선택 수단에서의 GPS 위치정보의 사용여부는,
    상기 GPS 수신 수단으로부터 전달받은 가시위성 개수와 정도(精度)열화(DOP)를 이용하여 판단하는 것을 특징으로 하는 무선인식/위성측위/관성항법을 결합한 통합 측위 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 GPS/RFID 선택 수단의 선택정보 생성은,
    상기 GPS 위치정보가 사용 가능하면, GPS/INS 약결합(Loosely coupled) 측위 알고리즘이 수행되게 하는 선택정보를 생성하고; 상기 GPS 위치정보는 사용불가능하지만 상기 태그 식별정보가 획득된 경우이면, 상기 RFID/INS 결합 측위 알고리즘이 수행되게 하는 선택정보를 생성하고; 상기 GPS 위치정보도 사용불가능하고 상기 태그 식별정보도 획득하지 못한 경우이면, INS 단독 측위 알고리즘이 수행되게 하는 선택정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선인식/위성측위/관성항법을 결합한 통합 측위 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 INS센서 모듈은,
    상기 이동체가 차량이면, 차속센서모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선인식/위성측위/관성항법을 결합한 통합 측위 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 RFID/INS 결합 측위 알고리즘은,
    상기 RFID 리딩 수단으로부터 전달되는 RFID태그 식별정보(ID)를 이용하여 RFID위치정보를 구하고, 상기 INS센서 모듈로부터 전달되는 속도정보, 가속도정보, 및 방향정보를 이용하여 INS위치정보를 구한 후, 상기 RFID위치정보로 상기 INS위치정보를 보정하여 상기 이동체의 위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 무선인식/위성측위/관성항법을 결합한 통합 측위 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 RFID 태그는,
    상기 RFID 리딩 수단의 전파범위 안에 속하도록, 소정의 간격으로 도로시설물에 설치되는 것을 특징으로 하는 무선인식/위성측위/관성항법을 결합한 통합 측위 장치.
  9. 이동체에 탑재되어 상기 이동체의 위치를 측정하는 측위 방법에 있어서,
    위성으로부터 GPS(Global Positioning System)위성 신호를 수신하여 상기 이동체의 위치정보를 획득하는 GPS 수신 단계;
    상기 이동체의 이동에 따라 무선인식(RFID) 태그로부터 송신되는 태그 식별정보(ID)를 수신하여 읽는 RFID 리딩 단계;
    다수의 가속도센서와 자이로센서를 이용하여 상기 이동체의 속도정보, 가속도정보, 및 방향정보를 획득하는 INS 운동정보 획득 단계;
    상기 GPS 수신 단계에서 획득한 GPS 위치정보의 사용여부와 상기 RFID 태그 식별정보의 수신여부에 따라, 측위 알고리즘의 유형에 대한 선택정보를 생성하는 측위알고리즘 선택 단계; 및
    상기 선택정보에 따라 GPS/INS 결합 측위 알고리즘, RFID/INS 결합 측위알고리즘, INS 단독 측위 알고리즘 중 어느 하나의 해당 측위 알고리즘을 수행하여 상기 이동체의 위치정보를 획득하는 통합 측위 단계
    를 포함하는 무선인식/위성측위/관성항법을 결합한 통합 측위 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 측위알고리즘 선택 단계에서의 GPS 위치정보 사용여부는,
    가시위성 개수를 이용하여 판단하는 것을 특징으로 하는 무선인식/위성측위/관성항법을 결합한 통합 측위 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 측위알고리즘 선택 단계는,
    상기 GPS 위치정보의 사용여부와 상기 RFID 태그 식별정보의 수신여부를 확인하는 확인 단계;
    상기 확인 단계의 확인 결과, 상기 GPS 위치정보가 사용 가능하면, GPS/INS 강결합(tightly-coupled) 측위 알고리즘이 수행되게 하는 선택정보를 생성하는 단계;
    상기 확인 단계의 확인 결과, 상기 GPS 위치정보는 사용불가능하지만 상기 태그 식별정보가 획득된 경우이면, 상기 RFID/INS 결합 측위 알고리즘이 수행되게 하는 선택정보를 생성하는 단계; 및
    상기 확인 단계의 확인 결과, 상기 GPS 위치정보도 사용불가능하고 상기 태그 식별정보도 획득하지 못한 경우이면, 상기 INS 단독 측위 알고리즘이 수행되게 하는 선택정보를 생성하는 단계
    를 포함하는 무선인식/위성측위/관성항법을 결합한 통합 측위 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 측위알고리즘 선택 단계에서의 GPS 위치정보 사용여부는,
    가시위성 개수와 정도(精度)열화(DOP)를 이용하여 판단하는 것을 특징으로 하는 무선인식/위성측위/관성항법을 결합한 통합 측위 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 측위알고리즘 선택 단계는,
    상기 GPS 위치정보의 사용여부와 상기 RFID 태그 식별정보의 수신여부를 확인하는 확인 단계;
    상기 확인 단계의 확인 결과, 상기 GPS 위치정보가 사용 가능하면, GPS/INS 약결합(Loosely coupled) 측위 알고리즘이 수행되게 하는 선택정보를 생성하는 단계;
    상기 확인 단계의 확인 결과, 상기 GPS 위치정보는 사용불가능하지만 상기 태그 식별정보가 획득된 경우이면, 상기 RFID/INS 결합 측위 알고리즘이 수행되게 하는 선택정보를 생성하는 단계; 및
    상기 확인 단계의 확인 결과, 상기 GPS 위치정보도 사용불가능하고 상기 태그 식별정보도 획득하지 못한 경우이면, 상기 INS 단독 측위 알고리즘이 수행되게 하는 선택정보를 생성하는 단계
    를 포함하는 무선인식/위성측위/관성항법을 결합한 통합 측위 방법.
  14. 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 INS 운동정보 획득 단계는,
    상기 이동체가 차량이면, 차속센서를 통한 차량 속도정보를 더 획득하는 것을 특징으로 하는 무선인식/위성측위/관성항법을 결합한 통합 측위 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 RFID/INS 결합 측위 알고리즘은,
    상기 RFID태그 식별정보(ID)를 이용하여 RFID위치정보를 구하는 단계;
    상기 INS 운동정보 획득 단계에서 획득한 속도정보, 가속도정보, 및 방향정보를 이용하여 INS위치정보를 구하는 단계; 및
    칼만필터를 이용하여, 상기 RFID 위치정보로 상기 INS위치정보를 보정하여 상기 이동체의 위치를 추정하는 단계
    를 포함하는 무선인식/위성측위/관성항법을 결합한 통합 측위 방법.
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