KR100897413B1 - Device and method for perceiving location of target - Google Patents

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안효성
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Abstract

본 발명은, 무선 센서네트워크에서 요구되는 시각동기화의 어려움을 극복하고 표적물에 구비된 태크의 위치를 인식하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 표적물에 구비된 태그에서 송신된 신호를 마스터 노드에서 수신하는 (a) 단계; 상기 송신된 신호를 적어도 하나의 센서 노드를 경유하여, 상기 마스터 노드에서 수신하는 (b) 단계; 및 상기 (a) 단계와 (b) 단계의 시간차를 구하여, 상기 표적물의 위치를 구하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표적물의 위치 감지방법을 제공한다. 따라서, 본 발명에 의하면 무선 센서네트워크에서 센서와 태그 간의 시각 동기화 없이 표적물의 위치를 감지하여, 무선 센서 네트워크의 효율성과 실용성이 증대된다.The present invention relates to an apparatus and method for overcoming the difficulty of visual synchronization required in a wireless sensor network and recognizing the position of a tag provided on a target. The present invention comprises the steps of (a) receiving a signal transmitted from a tag provided in the target at the master node; (B) receiving the transmitted signal at the master node via at least one sensor node; And obtaining a time difference between steps (a) and (b) to obtain a position of the target. Therefore, according to the present invention, by detecting the position of the target without visual synchronization between the sensor and the tag in the wireless sensor network, the efficiency and practicality of the wireless sensor network are increased.

태그, 마스터 노드, 센서 노드, 지연 시간 Tag, Master Node, Sensor Node, Latency

Description

표적물의 위치 감지 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR PERCEIVING LOCATION OF TARGET}DEVICE AND METHOD FOR PERCEIVING LOCATION OF TARGET}

도 1은 센서 내부에서의 신호의 지연을 나타낸 도면이고,1 is a diagram illustrating a delay of a signal inside a sensor.

도 2는 본 발명에 따른 표적물의 위치 감지 장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,2 is a view showing an embodiment of an apparatus for detecting a position of a target according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 표적물의 위치 감지 방법의 일실시예의 흐름도이다.3 is a flowchart of an embodiment of a method for detecting a position of a target according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100, 200 : 태그 210 : 마스터 노드100, 200: tag 210: master node

222 : 제 1 센서 노드 224 : 제 2 센서 노드222: first sensor node 224: second sensor node

226 : 제 3 센서 노드226: third sensor node

본 발명은 표적물의 위치 감지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선 센서네트워크에서 요구되는 시각동기화의 어려움을 극복하고 표적물에 구비된 태크의 위치를 인식하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for detecting a position of a target, and more particularly, to an apparatus and method for recognizing the position of a tag provided on a target, overcoming the difficulty of visual synchronization required in a wireless sensor network.

본 발명이 속하는 기술분야는 무선 센서네트워크, 시각동기화 기술, 위치 인식 시스템 등이다. 구체적으로 무선 네트워크 설계 기술, 신호 처리 기술, 동기화 기술 등이 관련될 수 있다. 본 발명에서 이용하는 무선 통신 기술은 ultra wideband (UWB)이다. 무선 센서네트워크에 기반한 위치 인식 시스템에 관한 기술은 많은 특허에서 보고되었다. 예를 들어, U.S. Patent No. 6119013(enhanced time-difference localization system)에서는 전파의 도착 시각과 전파의 수신 각을 이용하여, 움직이는 노드의 위치 결정한다. 그러나, 이러한 방법은 센서들 간의 시각동기화가 여전히 필요하다는 단점이 있다.The technical field to which the present invention belongs is a wireless sensor network, a visual synchronization technology, a location recognition system. Specifically, wireless network design technology, signal processing technology, synchronization technology, and the like may be related. The wireless communication technology used in the present invention is ultra wideband (UWB). BACKGROUND OF THE INVENTION A technology relating to a location recognition system based on a wireless sensor network has been reported in many patents. For example, U.S. Patent No. In 6119013 (enhanced time-difference localization system), the position of a moving node is determined using the arrival time of the radio wave and the reception angle of the radio wave. However, this method has the disadvantage of still requiring visual synchronization between the sensors.

그리고, 또 다른 방법으로 센서들 간의 시각동기화를 통하여, 위치 인식 시스템으로 이용하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법은 시각동기화를 위해서 많은 장비가 필요하다는 단점이 있다.As another method, there is a method of using a position recognition system through visual synchronization between sensors. However, this method has a disadvantage in that a lot of equipment is required for visual synchronization.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 무선 센서네트워크에서 센서와 태그 간의 시각 동기화 없이 표적물의 위치를 감지하는 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an apparatus and method for detecting a position of a target without visual synchronization between a sensor and a tag in a wireless sensor network.

본 발명의 다른 목적은, 시각 동기화를 통하지 않고 표적물의 위치를 감지하여, 무선 센서 네트워크의 효율성과 실용성을 증대하는 데 있다.Another object of the present invention is to increase the efficiency and practicality of a wireless sensor network by sensing the position of a target without visual synchronization.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 표적물에 구비된 태그에서 송신된 신호를 마스터 노드에서 수신하는 단계와, (b) 상기 송신된 신호를 적어도 하나의 센서 노드를 경유하여, 상기 마스터 노드에서 수신하는 단계 및 상기 (a) 단계와 (b) 단계의 시간차를 구하여, 상기 표적물의 위치를 구하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표적물의 위치 감지 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method comprising the steps of: (a) receiving a signal transmitted from a tag provided on a target at a master node; and (b) receiving the transmitted signal via at least one sensor node. It provides a method for detecting the position of the target comprising the step of receiving at the master node and obtaining the time difference between the steps (a) and (b).

여기서, 상기 표적물의 위치 감지 방법은, 센서 노드에서의 상기 신호의 지연 시간을 미리 구하는 단계를 더 포함한다.Here, the method for detecting the position of the target further includes the step of obtaining a delay time of the signal at the sensor node in advance.

그리고, (a) 단계에서는, 상기 태그에서 송신된 신호가 상기 마스터 노드에 도달하는 시간과 상기 마스터 노드의 내부 지연 시간이 소요되고, (b) 단계에서는, 상기 태그에서 송신된 신호가 상기 각각의 센서 노드에 도달하는 시간과, 상기 각각의 센서 노드의 내부 지연 시간의 합이 소요된다.And, in step (a), it takes time for the signal transmitted from the tag to reach the master node and internal delay time of the master node, and in step (b), the signal transmitted from the tag includes The sum of the time to reach the sensor node and the internal delay time of each sensor node is taken.

또한, 상기 신호의 송신 또는 수신은 UWB, WLAN, Zigbee 또는 RFID 중 어느 하나의 무선 센서네트워크에서 수행된다.In addition, the transmission or reception of the signal is performed in a wireless sensor network of any one of UWB, WLAN, Zigbee or RFID.

또한, 상기 표적물의 위치를 구하는 단계는 TODA 기반으로 수행된다.In addition, the step of obtaining the position of the target is performed based on the TODA.

본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 표적물에 구비된 태그; 상기 태그에서 송신된 신호를 수신하는 마스터 노드; 및 상기 신호를 수신하여 상기 마스터 노드로 전송하는 적어도 하나의 센서 노드를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표적물의 위치 감지 장치를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, a tag provided in the target; A master node for receiving a signal transmitted from the tag; And at least one sensor node receiving the signal and transmitting the signal to the master node.

여기서, 상기 마스터 노드와 센서 노드 중 적어도 하나는 상기 신호가 내부 에서 지연된다.Here, at least one of the master node and the sensor node is delayed in the signal.

그리고, 상기 표적물의 위치 감지 장치는, 상기 마스터 노드와 상기 센서 노드에서의 상기 신호의 지연 시간을 구하여, 상기 표적물의 위치를 구하는 판단부를 더 포함하여 이루어진다.The apparatus for detecting a position of the target further includes a determination unit for obtaining a delay time of the signal at the master node and the sensor node to obtain a position of the target.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention that can specifically realize the above object will be described.

종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The same components as in the prior art are given the same names and the same reference numerals for convenience of description, and detailed description thereof will be omitted.

본 발명에서는 무선 네트워크에서, 센서 하드웨어 장비의 내부 지연시간을 계산하여 시각동기화의 어려움을 극복한다. 무선 센서네트워크에서 움직이는 사물의 위치를 추적하기 위해서는 움직이는 사물에 부착된 태그가 필요하다. 태그는 사람이나 로봇 또는 기타 사물에 부착되어 주변 공간에 분포되어 있는 센서들에게 태그 고유의 전파신호를 송신한다. 유비쿼터스 공간에 분포되어 있는 센서들은 태그로부터 나온 신호의 강도나 또는 신호의 수신 방향 등을 측정하여 태그의 위치를 계산한다.In the present invention, in the wireless network, by overcoming the difficulty of time synchronization by calculating the internal delay time of the sensor hardware equipment. To track the position of a moving object in a wireless sensor network, you need a tag attached to the moving object. The tag is attached to a person, robot or other object and transmits the tag's unique radio signal to sensors distributed in the surrounding space. Sensors distributed in the ubiquitous space calculate the position of the tag by measuring the strength of the signal from the tag or the direction of signal reception.

신호의 강도를 이용하여 태그의 위치를 결정하는 방법을 received signal strength (RSS)라 하고, 전파가 수신된 방향을 측정하여 위치를 추적하는 방법을 angle of arrival (AOA)라 하며, 전파가 태그에서 송신되어 센서에 도착하는 동안 걸린 시간을 계산하여 위치를 측정하는 방법을 time of arrival (TOA)라 한다. 통 상 RSS나 AOA는 변/복조 방식에 기반한 통신 시스템인 WLAN, RFID 이나 ZigBee 등에 이용되고 TOA는 극단적으로 짧은 임펄스 방식에 의하여 신호를 전달하는 UWB 시스템에 이용된다.The method of determining the position of the tag using the signal strength is called received signal strength (RSS), and the method of tracking the location by measuring the direction in which the radio wave is received is called angle of arrival (AOA). The method of measuring position by calculating the time taken while arriving at the sensor is called time of arrival (TOA). In general, RSS or AOA is used for WLAN / RFID or ZigBee, which is a communication system based on modulation / demodulation method, and TOA is used for UWB system that transmits signals by an extremely short impulse method.

그러나, RSS나 AOA의 경우, 위치 정밀도가 현저히 떨어지기 때문에 최근에는 UWB를 이용한 TOA 기반 위치 추적 시스템이 많은 관심을 가지고 연구 개발되고 있다. 하지만, TOA의 경우 역시 태그와 센서들 간의 시각동기화가 절대적으로 필요하고, 이 시각 동기화는 수 나노(nano)에서 또는 수백 피코(pico) 초까지의 정밀도를 요구하고 있으므로 현실적으로 이러한 시스템을 설계하는 것은 많은 어려움이 따른다. 따라서 이의 대안으로서 두 개 이상의 센서 동기화가 이루어졌을 경우 센서들에서 신호의 도착 시각의 차이를 이용한 time difference of arrival (TDOA)를 이용하는 방법이 많이 연구되고 있다.However, in the case of RSS or AOA, since the positional accuracy is remarkably degraded, a TOA-based position tracking system using UWB has recently been researched and developed with much interest. However, in the case of TOA, the time synchronization between tags and sensors is absolutely necessary, and this time synchronization requires precision of several nanometers or up to hundreds of pico seconds. There are many difficulties. Therefore, as an alternative, a method of using a time difference of arrival (TDOA) using a difference in time of arrival of signals in two or more sensors has been studied.

즉, TDOA를 이용할 경우 태그와 센서 사이의 시각동기화는 필요하지 않고, 센서들 사이의 시각동기화만 필요하기 때문에 시스템 설계의 실용성을 증대시켜 준다. 그러나 이 TDOA 방법 역시 센서들 사이의 시각동기화라는 달성하기 어려운 문제를 해결해야 하기 때문에 실용적인 측면에서 많은 제약을 가지고 있다고 할 수 있다. 본 발명에서는 센서들 간의 동기화를 필요로 하지 않는 새로운 TDOA 기반 위치 추적시스템 개념 및 방법을 제시한다. 본 발명에서는 발명의 선명성을 높이기 위해서 UWB를 이용한 센서네트워크 기반 위치 추적시스템을 중심으로 설명한다. 하지만 실내의 근거리에서 높은 정밀도를 가지고 무선 신호의 송수신 시각을 파악할 수 있다면 본 발명에서 제시한 아이디어는 UWB 시스템 외에 다른 무선 센서네트워 크 시스템으로 확장하여 적용할 수 있다.In other words, when TDOA is used, the time synchronization between the tag and the sensor is not necessary, and only the time synchronization between the sensors is required, thereby increasing the practicality of the system design. However, this TDOA method also has many practical limitations because it must solve the difficult problem of visual synchronization between sensors. The present invention proposes a new TDOA-based location tracking system concept and method that does not require synchronization between sensors. In the present invention, in order to increase the clarity of the invention will be described with respect to the sensor network based location tracking system using UWB. However, if it is possible to grasp the transmission and reception time of the wireless signal with a high accuracy at a short distance indoors, the idea proposed in the present invention can be extended to other wireless sensor network system in addition to the UWB system.

도 1은 센서 내부에서의 신호의 지연을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하여 센서 내부에서의 신호의 지연을 설명하면 다음과 같다. 센서는 무선 전파를 수신과 동시에 송신을 할 수 없으며, 신호를 수신하여 일련의 내부 처리 과정을 거친 후 송신한다. 도 1에서, 센서에 구비된 태그에서 무선 신호를 t1에 수신하여 내부 처리 및 하드웨어 지연(delay)를 거친 후, t2에 신호 인식 신호를 송신하는 것을 보여준다.1 is a diagram illustrating a delay of a signal inside a sensor. Referring to Figure 1 describes the delay of the signal inside the sensor as follows. The sensor cannot transmit the radio wave at the same time as it receives the signal. After receiving the signal, the sensor goes through a series of internal processing. In FIG. 1, a tag included in a sensor receives a radio signal at t 1 , undergoes internal processing and a hardware delay, and then transmits a signal recognition signal to t 2 .

상술한 내부 지연 시간에 착안하여, 본 발명에서는 각 센서들이 가지고 있는 고유한 내부 처리 및 지연 시간을 계산하여 움직이는 사물의 위치를 결정하는 방법을 제시한다. 여기서, 각 센서들의 내부 지연 시간은 어느 정도의 정확도를 가지고 고정되어 있다고 가정한다. 그리고, 약간의 오차가 존재하더라도 실제적 운용 측면에서 받아들여질 만한 오차이므로, 내부 지연 시간이 고정되어 있다고 가정하는 것은 타당하다 할 수 있다.In view of the internal delay time described above, the present invention proposes a method of determining the position of a moving object by calculating a unique internal processing and delay time of each sensor. Here, it is assumed that the internal delay time of each sensor is fixed with some accuracy. And even if a slight error exists, it is reasonable to assume that the internal delay time is fixed since it is an error that is acceptable in terms of practical operation.

도 2는 본 발명에 따른 표적물의 위치 감지 장치의 일실시예를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 표적물의 위치 감지 장치의 일실시예를 설명하면 다음과 같다.2 is a view showing an embodiment of an apparatus for detecting a position of a target according to the present invention. Referring to Figure 2 describes an embodiment of the position sensing device of the target according to the present invention.

도 2는 무선 센서네트워크 시스템의 초기 시각 캘리브레이션을 통한 태그의 위치 추적 구조를 보여준다. 예컨대, 도 2에서 마스터 노드(Master node, 210), 제 1 노드(Node-1, 222), 제 2 노드(Node-2, 224), 제 3 노드(Node-3, 226)에서 수신 된 태그(200)의 송신 신호를 이용하여, TOA나 TDOA방법으로 태그가 구비된 표적물의 위치를 판단한다. 그리고, 도 2에서 센서 노드를 3개 사용하였는데, 적어도 하나 이상이면 되고 개수가 증가할수록 위치를 정확하게 판단할 수 있으나 설치비용이 복잡해지고, 구조가 복잡해진다.2 illustrates a structure of tracking a tag through initial time calibration of a wireless sensor network system. For example, in FIG. 2, a tag received from a master node 210, a first node Node-1, 222, a second node Node-2, 224, and a third node Node-3, 226. Using the transmission signal of 200, the position of the target equipped with the tag is determined by the TOA or TDOA method. In addition, although three sensor nodes are used in FIG. 2, at least one sensor node may be used, and as the number thereof increases, the position may be accurately determined, but the installation cost becomes complicated and the structure becomes complicated.

본 실시예에서는, 태그(200)의 신호가 각 센서 노드들에 전달되고 각각 센서 노드들이 태그의 신호가 수신되었음을 마스터 노드(210)에 알리고, 이 신호들이 마스터 노드에 도착한 시각을 기록하여 태그의 위치를 결정한다. 즉, 본 실시예에서는 센서들 간의 시각동기화가 필요 없다.In the present embodiment, the signal of the tag 200 is transmitted to each sensor node and each sensor node notifies the master node 210 that the signal of the tag has been received, and records the time when these signals arrive at the master node. Determine your location. That is, in this embodiment, there is no need for visual synchronization between the sensors.

도 3은 본 발명에 따른 표적물의 위치 감지 방법의 일실시예의 흐름도이다. 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 표적물의 위치 감지 방법의 일실시예를 설명하면 다음과 같다.3 is a flowchart of an embodiment of a method for detecting a position of a target according to the present invention. Referring to Figure 3 describes an embodiment of the method for detecting the position of the target according to the present invention.

먼저 본 실시예에서는 다음의 네 단계를 통한 초기 캘리브레이션 방법이 필요하다.First, in this embodiment, an initial calibration method through four steps is required.

첫째 태그에서 전파(UWB시스템일 경우 임펄스)를 송신하고(S310), 둘째 마스터 노드에서 신호를 수신하고(a신호의 수신이라 칭한다)(S320), 셋째 센서 노드들에서 태그의 전파 수신하고, 각 센서 노드들에서 태그의 전파를 수신 후 확인 신호를 송신하며, 마스터 노드에서 각 센서 노드들의 확인 신호 수신 및 기록한다(b신호의 수신이라 칭한다)(S330). 그리고, 마지막으로 a신호와 b신호의 시간차로부터 태그가 구비된 표적물의 위치를 구한다(S340).The first tag transmits a radio wave (impulse in the UWB system) (S310), the second master node receives a signal (referred to as a signal reception) (S320), and the third sensor node receives radio waves of the tag, After receiving the radio wave of the tag from the sensor nodes, and transmits a confirmation signal, the master node receives and records the confirmation signal of each sensor node (referred to as the reception of the b signal) (S330). Finally, the position of the target with the tag is obtained from the time difference between the a signal and the b signal (S340).

상술한 표적물의 위치 감지 장치 및 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다. t0는 태그에서 신호를 송신한 시각이고, t1 0는 신호가 태그로부터 마스터에 도착할 때까지 이동하는데 필요한 시간이고, tm 0는 태그로부터 마스터에 도착한 신호를 마스터 내부에서 처리하는데 걸리는 지연 시간이고, t1 i는 신호가 태그로부터 노드-i에 도착할 때까지 이동하는데 필요한 시간이고, td i는 태그의 신호를 노드-i에서 수신 후 송신하는데 필요한 시간, 즉 내부 지연 시간이고, t2 i는 신호가 노드-i로부터 마스터에 도착할 때까지 이동하는데 필요한 시간이고, tm i는 노드-i로부터 신호를 마스터 내부에서 처리하는데 걸리는 지연 시간이고, T0는 태그로부터 직접적으로 도착한 신호를 마스터에서 수신한 시각이며, Ti는 태그로부터 노드-i를 경유하여 도착한 신호를 마스터에 수신한 시각이다.The apparatus and method for detecting a position of the target described above will be described in detail as follows. t0 is the time when the signal is sent from the tag, t 1 0 is the time required for the signal to travel from the tag to the master, t m 0 is the delay time to process the signal arriving at the master from the tag inside the master. , t 1 i is the time required for the signal to travel from the tag to node-i, t d i is the time required to receive and transmit the tag's signal at node-i, i.e. the internal delay time, t 2 i Is the time required for the signal to travel from node-i to the master, t m i is the delay time for processing the signal from node-i internally in the master, and T 0 is the signal arriving directly from the tag at the master. Received time, T i is the time when the signal received via the node- i from the tag to the master.

여기서, 신호가 태그로부터 발신하여 마스터로 도착하는데 걸리는 시간은 아래의 수학식으로 정의된다.Here, the time it takes for the signal to originate from the tag and arrive at the master is defined by the following equation.

t0 + t1 0 + tm o = T0 t 0 + t 1 0 + t m o = T 0

여기서, 신호가 태그로부터 노드-i을 통하여 마스터에 도착하는데 걸리는 시간은 아래의 수학식과 같다.Here, the time taken for the signal to arrive at the master through the node-i from the tag is expressed by the following equation.

t0 + t1 i + td i + t2 i + tm i = Ti, i = 1,...,Nt 0 + t 1 i + t d i + t 2 i + t m i = T i , i = 1, ..., N

상술한 바와 같이, 마스터 노드에서 신호를 처리하는데 걸리는 시간(신호를 물리적으로 수신한 후 수신된 시각을 기록하는 과정에서 내부 지연이 발생함)은 일정하다고 가정을 한다. tm 0 는 tm i와 거의 동일하므로, 여기서 알 수 있는 것은 각 노드는 고정되어 있기 때문에 t2 i는 일정하다는 점이고, 각 노드들 사이의 거리는 알려져 있기 때문에 t2 i는 사전에 구할 수 있다.As described above, it is assumed that the time taken by the master node to process the signal (an internal delay occurs in the process of recording the received time after physically receiving the signal) is constant. Since t m 0 is almost identical to t m i , we can see that t 2 i is constant because each node is fixed, and t 2 i can be found in advance because the distance between each node is known. .

그리고, 본 실시예의 UWB시스템에서 초기에 필요한 시각 캘리브레이션은 각 노드의 내부에서 처리하는 내부 지연 시간을 계산하여 향후 태그의 위치 결정에 이용한다. 이를 위해서는 초기에 태그를 아는 위치에 설치하여 이 정보를 이용하여 노드의 내부 지연 시간을 계산한다. 따라서 캘리브레이션을 위해서 태그를 아는 위치에 고정하고 태그와 노드들 사이의 거리를 측정하여 T1 i를 계산한다.The time calibration initially required in the UWB system of this embodiment calculates an internal delay time processed in each node and uses it for future tag positioning. To do this, the tag is initially installed at a location where the tag is known, and this information is used to calculate the internal latency of the node. Therefore, for calibration, we fix the tag at a known location and calculate T 1 i by measuring the distance between the tag and the nodes.

또한, 마스터에서는 To와 Ti를 측정할 수 있기 때문에, 수학에서는 (1)에서 t0와 tm 0는 모르는 값이고, 식 (2)에서는 t0, td i, tm i가 모르는 값이다. 이들 모르는 값들을 결정하는 과정이 초기 캘리브레이션 과정이다. 이들을 구하기 위해서 노드-1에서 즉, i=1일 때 우리는 아래의 수학식을 얻는다.In addition, since T o and T i can be measured at the master, in mathematics t 0 and t m 0 are unknown values, and in equation (2) t 0 , t d i and t m i are unknown. Value. The process of determining these unknown values is the initial calibration process. To find them, at node-1, i = 1, we get

T1 - T0 = t1 1 + td 1 + t2 1 -t1 0 T 1 -T 0 = t 1 1 + t d 1 + t 2 1- t 1 0

따라서, 초기 캘리브레이션 과정에는 태그의 위치가 알려져 있기 때문에 우리가 원하는 노드-1의 내부 지연 시간은 아래의 수학식과 같이 계산한다.Therefore, since the position of the tag is known in the initial calibration process, the internal delay time of Node-1 we want is calculated as shown in the following equation.

td 1 = T1 - T0 - t1 1 - t2 1 -t1 0 t d 1 = T 1 -T 0 -t 1 1 -t 2 1- t 1 0

또한, 다른 노드의 내부 지연 시간을 동일한 방법으로 계산할 수 있다. 결국 UWB에서는 TDOA 방법을 이용하기 때문에, 수학식 3으로부터 Ti - T0 를 계산할 수 있기 때문에 노드-i와 마스터 노드에 도착한 시간 차이는 아래의 수학식으로 구할 수 있다.In addition, the internal delay time of other nodes can be calculated in the same way. After all, since UWB uses the TDOA method, T i from Equation 3 Since T 0 can be calculated, the time difference between the node-i and the master node can be calculated by the following equation.

t0+t1 i-(t0+t1 0)=Ti-(td i+t2 i+tm i)-T0+tm 0 t 0 + t 1 i- (t 0 + t 1 0 ) = T i- (t d i + t 2 i + t m i ) -T 0 + t m 0

따라서, 수학식 5로부터 순수 자유공간의 전파 이동 거리에 따른 도착 시각의 차이(time difference of arrival)는 아래의 수학식으로 주어진다.Therefore, the time difference of arrival according to the propagation movement distance of pure free space from Equation 5 is given by the following equation.

t1 i+t1 0=Ti-td i-t2 i-T0 t 1 i + t 1 0 = T i -t d i -t 2 i -T 0

여기서, Ti 와 T0는 마스터에서 관측된 값이고, td i와 t2 i는 캘리브레이션과 노드 사이의 거리를 통하여 알려진 값이다. 따라서, TDOA에 의하여 태그의 위치는 계산될 수 있다. 잡음의 효과를 줄이기 위해서는 각 노드들 사이의 조합을 고려할 수 있는데, 이는 수학식 2로부터 아래의 수학식으로 구할 수 있다.Where T i And T 0 are the values observed at the master, and t d i and t 2 i are the known values through the distance between the calibration and the nodes. Thus, the position of the tag can be calculated by the TDOA. In order to reduce the effects of noise, a combination between nodes may be considered, which can be obtained from Equation 2 below.

t1 i-t1 j=Ti-td i-t2 i-Tj+td j+t2 j t 1 i -t 1 j = T i -t d i -t 2 i -T j + t d j + t 2 j

여기서 Ti 와 Tj은 관측된 값이고, td i와 td j는 캘리브레이션에 의하여 구해진 값이고, t2 i와 t2 j는 각 노드들 사이의 거리에 의해서 계산된 값이다. 위의 방법에서 알 수 있는 것은 TDOA 계산을 통하여 태그의 위치를 계산하기 위해서는 각 노드의 지연 시간을 알아야 하고, 이는 초기 캘리브레이션 과정을 통하여 획득할 수 있음을 알 수 있다. 따라서 초기 태그의 위치를 정밀하게 결정하는 것은 전체 시스템 성능에 중요한 요인이 된다.T i and T j are the observed values, t d i and t d j are the values obtained by calibration, and t 2 i and t 2 j are the values calculated by the distance between the nodes. It can be seen from the above method that in order to calculate the position of the tag through TDOA calculation, the delay time of each node must be known, which can be obtained through an initial calibration process. Therefore, precisely positioning the initial tag is an important factor for overall system performance.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능해도 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and such modifications are included in the scope of the present invention even if modifications are possible by those skilled in the art to which the present invention pertains.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 표적물의 위치 감지 장치 및 방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.The effects of the apparatus and method for detecting a position of a target according to the present invention described above are as follows.

첫째, 무선 센서네트워크에서 센서와 태그 간의 시각 동기화 없이 표적물의 위치를 감지할 수 있다.First, it is possible to detect the position of a target in the wireless sensor network without visual synchronization between the sensor and the tag.

둘째, 시각 동기화를 통하지 않고 표적물의 위치를 감지하여, 무선 센서 네트워크의 효율성과 실용성이 증대된다.Second, by detecting the position of the target without visual synchronization, the efficiency and practicality of the wireless sensor network is increased.

Claims (9)

표적물에 구비된 태그에서 태그 전파 신호를 송신하는 단계;Transmitting a tag propagation signal in a tag provided at the target; 상기 태그 전파 신호를 마스터 노드 및 다수의 센서 노드에서 수신하는 단계;Receiving the tag propagation signal at a master node and a plurality of sensor nodes; 상기 다수의 센서 노드 각각에서 상기 태그 전파 신호가 수신되었음을 알리는 수신 확인 신호를 상기 마스터 노드로 송신하는 단계;Transmitting an acknowledgment signal to the master node informing that the tag propagation signal has been received at each of the plurality of sensor nodes; 상기 수신 확인 신호를 상기 마스터 노드에서 수신하는 단계; 및Receiving the acknowledgment signal at the master node; And 상기 태그 전파 신호의 수신 시간과 각 센서 노드에서의 신호 처리를 위한 내부 지연 시간을 포함하는 상기 수신 확인 신호의 수신 시간 사이의 시간차를 판단부에서 구하여 상기 표적물의 위치를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표적물의 위치 감지 방법.And obtaining a time difference between a reception time of the tag propagation signal and a reception time of the acknowledgment signal including an internal delay time for signal processing at each sensor node, and determining the position of the target. Position detection method of the target. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 송신 또는 수신은,The method of claim 1, wherein the transmission or reception, UWB, WLAN, Zigbee 또는 RFID 중 어느 하나의 무선 센서네트워크에서 수행되는 것을 특징으로 하는 표적물의 위치 감지방법.Position detection method of the target, characterized in that performed in the wireless sensor network of any one of UWB, WLAN, Zigbee or RFID. 삭제delete 표적물에 구비되어 태그 전파 신호를 송신하는 태그;A tag provided at the target to transmit a tag propagation signal; 상기 태그 전파 신호를 수신하여 신호 처리를 위한 내부 지연 시간을 거쳐 수신 확인 신호를 송신하는 센서 노드;A sensor node receiving the tag propagation signal and transmitting an acknowledgment signal through an internal delay time for signal processing; 상기 태그 전파 신호를 수신한 시간을 기록함과 아울러 신호 처리를 위한 내부 지연 시간을 기록하고, 상기 수신 확인 신호의 수신 시간을 기록하는 마스터 노드; 및A master node which records the time at which the tag propagation signal is received, records an internal delay time for signal processing, and records the reception time of the acknowledgment signal; And 상기 마스터 노드에서의 태그 전파 신호의 수신 시간과 상기 수신 확인 신호의 수신 시간 사이의 시간차를 구하여 상기 표적물의 위치를 구하는 판단부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표적물의 위치 감지 장치.And a determination unit for obtaining a position of the target by obtaining a time difference between a reception time of a tag propagation signal and a reception time of the acknowledgment signal at the master node. 삭제delete 삭제delete
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