KR101055904B1 - 끼인각을 이용한 위치 측정 장치 및 방법 - Google Patents

끼인각을 이용한 위치 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 끼인각(included angle)을 이용한 위치 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 위치 측정 장치 및 방법은, 적어도 3개의 기준지점에 대한 기준 위치 정보와 상기 적어도 3개의 기준지점과 대상물 사이의 측정 거리 정보를 수집하여, 상기 적어도 3개의 기준지점 중에서 선택된 3개의 기준지점을 각각 중심으로 하고 상기 선택된 3개의 기준지점과 상기 대상물 사이의 측정 거리를 각각 반지름으로 하는 3개의 원을 구하고, 상기 3개의 원에 의해 형성되는 교점들을 지나는 적어도 2개의 직선을 구하여 상기 적어도 2개의 직선 사이의 끼인각 중 적어도 하나가 임계치 이하인 경우, 상기 대상물에 대해 계산된 위치를 보정하여 상기 대상물의 위치를 추정하는 것을 특징으로 한다.

Description

끼인각을 이용한 위치 측정 장치 및 방법{Apparatus and method for estimating position using included angle}
본 발명은 끼인각(included angle)을 이용한 위치 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적어도 3개의 기준지점에 대한 기준 위치 정보와 측정 거리 정보로부터 얻어지는 3개의 원에 의해 형성되는 교점들을 구하고 상기 교점들을 지나는 적어도 2개의 직선 사이의 끼인각 중 적어도 하나가 임계치 이하인 경우 대상물의 위치를 보정하는 끼인각을 이용한 위치 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
삼각 측량법(triangulation)은 삼각형의 원리를 이용하여 대상물의 위치를 인식하는 방법이다. 삼각 측량법은 거리 측정 방식과 각도 측정 방식으로 구분할 수 있는데, 거리 측정 방식은 3개 지점에 대한 위치 정보를 기반으로 대상물에 대한 측정 거리를 이용하여 대상물의 위치를 인식하는 방식이고, 각도 측정 방식은 2개 지점에 대한 위치 정보를 기반으로 대상물에 대한 측정 각도를 이용하여 대상물의 위치를 인식하는 방식이다.
본 발명은 그 중 거리 측정 방식과 관련된 것으로, 이는 주로 신호나 전파(예, 위성신호, 이동통신신호, 초음파, RF 신호 등)의 비행 시간(TOF; Time of Flight), 감쇠(attenuation) 등을 이용하여 셋 이상의 기준지점으로부터 거리를 측정한 후 이동 물체(대상물)의 위치를 계산하는데 이용된다.
도 1과 도 2는 종래기술 및/또는 본 발명이 적용될 수 있는 위치 측정 시스템을 예시한 것인데, 도 1은 적어도 3개의 앵커와 태그 사이의 거리 정보가 네트워크 등을 통해 위치 측정 장치로 전송되면 위치 측정 장치가 이를 기초로 태그의 위치를 측정하는 것을 나타낸 것이며, 도 2는 적어도 3개의 기지국과 단말 사이의 거리 정보가 네트워크 등을 통해 위치 측정 장치로 전송되면 위치 측정 장치가 이를 기초로 단말의 위치를 측정하는 것을 나타낸 것이다. 여기서, 앵커와 기지국의 위치 정보는 위치 측정 장치가 자체적으로 저장하고 있거나 또는 위치 측정 장치가 네트워크 등을 통해 수신하여 얻을 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 5를 참조하여 종래기술에 따른 위치 측정 방법을 설명한다.
먼저, 도 3은 삼각 측량법을 이용한 위치 측정 시 이상적인 경우에 대한 위치 측정 결과를 예시한 도면이다. 도 3을 참조하여 이를 상술하면, 적어도 3개의 기준지점(제1 기준지점, 제2 기준지점, 제3 기준지점, 제4 기준지점, 제5 기준지점)에서 대상물과의 거리를 각각 측정하고, 그 중 측정 거리가 짧은 3개의 기준지점(제1 기준지점, 제2 기준지점, 제3 기준지점)을 선택한다. 그리고, 선택된 3개의 기준지점을 각각 중심으로 하고 대상물과의 측정 거리를 각각 반지름으로 하는 3개의 원(제1 원, 제2 원, 제3 원)을 구한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 거리 측정이 이상적인 경우(즉, 오차가 없다고 가정할 경우)에는 3개의 원이 하나의 점에 서 만나게 되며, 이와 같이 구해진 3개의 원의 교점이 대상물의 위치가 된다.
그러나, 일반적인 경우에 있어서는 거리 측정에서 오차가 발생할 수 있으며, 이러한 경우에는 3개의 원이 하나의 점에서 만나지 않게 된다.
도 4 및 도 5는 이와 같이 거리 측정에서 오차가 발생한 경우를 나타낸 것으로, 도 4는 삼각 측량법을 이용한 위치 측정 시 비교적 작은 오차가 발생하는 경우에 대한 위치 측정 결과를 예시한 도면이고, 도 5는 비교적 큰 오차가 발생하는 경우에 대한 위치 측정 결과를 예시한 도면이다.
도 4를 참조하여 종래기술에 따른 위치 측정 방법을 상술하면, 마찬가지로 적어도 3개의 기준지점(제1 기준지점, 제2 기준지점, 제3 기준지점, 제4 기준지점, 제5 기준지점)에서 대상물과의 거리를 각각 측정하고, 그 중 측정 거리가 짧은 3개의 기준지점(제1 기준지점, 제2 기준지점, 제3 기준지점)을 선택한다. 그리고, 선택된 3개의 기준지점을 각각 중심으로 하고 대상물과의 측정 거리를 각각 반지름으로 하는 3개의 원(제1 원, 제2' 원, 제3 원)을 구한다. 도 4의 경우 제2 기준지점에서 거리 측정에 약간의 오차가 발생한 것을 나타내었는데, 실제 거리를 반지름으로 하는 제2 원(점선)과는 달리 측정 거리를 반지름으로 하는 제2' 원(실선)은 나머지 2개의 원(제1 원, 제3 원)과 하나의 점에서 만나지 않는 것을 보여 준다. 이러한 경우에는 하나의 원(도 4에서는 제1 원)과 나머지 2개의 원(도 4에서는 제2' 원과 제3 원) 사이에 각각 형성되는 교점들을 지나는 2개의 직선(제1 직선, 제2 직선)을 구하고, 이와 같이 구해진 2개의 직선의 교점을 대상물의 위치로 추정한다.
그러나, RF(Radio Frequency) 신호와 같이 환경(장애물, 온도, 습도 등)의 영향을 많이 받는 신호의 경우에는 장애물 등으로 인해 측정 거리에 오차가 크게 발생할 수 있으며, 이에 따라 위치 측정의 오차도 커지게 된다.
도 5는 이와 같은 경우를 예시한 것으로, 측정 거리의 오차가 큰 경우의 종래기술에 따른 위치 측정 결과를 나타내었다. 구체적으로, 도 5는 실제 위치의 우상부 근처에 장애물 등이 존재하여 제1 기준지점에서는 거리 측정이 수행되지 않았으며 제2 기준지점에서도 측정 거리의 오차가 크게 발생한 경우를 도시하였는데, 실제적으로 RF 신호와 같이 환경의 영향을 많이 받는 신호는 거리를 측정하는 시점에서 앵커(기준지점)와의 사이에 장애물이 있거나 강한 전파 방해 등이 있는 경우에는 거리 측정이 수행되지 않는 경우가 종종 발생한다.
이러한 경우, 종래기술에 따라 위치 측정을 수행하게 되면, 제1 기준지점에서 거리 측정이 수행되지 않아, 상대적으로 측정 거리가 짧은 제2 기준지점, 제3 기준지점 및 제4 기준지점이 선택되고, 이에 따라 제2" 원, 제3 원, 제4 원이 구해진다. 그리고, 하나의 원(도 5에서는 제3 원)과 나머지 2개의 원(도 5에서는 제2" 원과 제4 원) 사이에 각각 형성되는 교점들을 지나는 2개의 직선(제1 직선, 제3 직선)이 구해지고, 이와 같이 구해진 2개의 직선의 교점이 대상물의 위치로 추정된다.
그러므로, 종래기술에 따른 위치 측정 방법은 대상물 근처에 장애물이 있거나 강한 전파 방해 등이 있어 상대적으로 가까이 위치하는 기준지점에서 거리 측정이 수행되지 않은 경우 특히 나머지 측정된 거리에서도 큰 오차가 발생한 경우, 대상물의 실제 위치와 측정 위치 사이에도 큰 오차가 발생하게 되고, 따라서 RF 신호 와 같이 환경의 영향을 많이 받는 신호의 경우에는 위치 측정 결과에 심각한 오류가 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 삼각 측량법을 이용하여 대상물의 위치를 측정할 때 측정된 위치의 신뢰성을 검증하여 대상물의 위치를 보정하는 위치 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기준 위치 정보와 측정 거리 정보로부터 얻어지는 3개의 원에 의해 형성되는 교점들을 지나는 적어도 2개의 직선의 끼인각이 임계치 이하인 경우 거리가 짧은 2개의 원을 이용하여 대상물의 위치를 추정하는 위치 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기준 위치 정보와 측정 거리 정보로부터 얻어지는 3개의 원에 의해 형성되는 교점들을 지나는 적어도 2개의 직선의 끼인각이 임계치 이하인 경우 최근 측정된 위치를 대상물의 위치로 추정하는 위치 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 위하여, 본 발명의 일 형태에 따른 끼인각을 이용한 위치 측정 장치는, 적어도 3개의 기준지점에 대한 기준 위치 정보와 상기 적어도 3개의 기준지점과 대상물 사이의 측정 거리 정보를 수집하는 정보 수집부; 및 상기 수집된 기준 위치 정보와 측정 거리 정보로부터 얻어지는 3개의 원에 의해 형성되는 교점들을 구하고, 상기 교점들을 지나는 적어도 2개의 직선 사이의 끼인각 중 적어도 하나가 임계치 이하인 경우 2개의 원을 이용하여 상기 대상물의 위치를 추정하는 위치 계산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 일 형태에 따른 끼인각을 이용한 위치 측정 시스템은, 태그와의 거리를 측정하기 위한 적어도 3개의 앵커; 및 상기 적어도 3개의 앵커에 대한 기준 위치 정보와 상기 적어도 3개의 앵커와 태그 사이의 측정 거리 정보로부터 얻어지는 3개의 원에 의해 형성되는 교점들을 구하고, 상기 교점들을 지나는 적어도 2개의 직선 사이의 끼인각 중 적어도 하나가 임계치 이하인 경우 상대적으로 반지름이 작은 2개의 원을 이용하여 상기 태그의 위치를 추정하는 위치 측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 형태에 따른 끼인각을 이용한 위치 측정 시스템은, 단말과의 거리를 측정하기 위한 적어도 3개의 기지국; 및 상기 적어도 3개의 기지국에 대한 기준 위치 정보와 상기 적어도 3개의 기지국과 단말 사이의 측정 거리 정보로부터 얻어지는 3개의 원에 의해 형성되는 교점들을 구하고, 상기 교점들을 지나는 적어도 2개의 직선 사이의 끼인각 중 적어도 하나가 임계치 이하인 경우 상대적으로 반지름이 작은 2개의 원을 이용하여 상기 단말의 위치를 추정하는 위치 측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 형태에 따른 끼인각을 이용한 위치 측정 방법은, a) 적어도 3개의 기준지점에 대한 기준 위치 정보와 상기 적어도 3개의 기준지점과 대상물 사이의 측정 거리 정보를 수집하는 단계; b) 상기 적어도 3개의 기준지점 중에서 선택된 3개의 기준지점을 각각 중심으로 하고 상기 선택된 3개의 기준지점과 상 기 대상물 사이의 측정 거리를 각각 반지름으로 하는 3개의 원을 구하고, 상기 3개의 원에 의해 형성되는 교점들을 지나는 적어도 2개의 직선을 구하는 단계; 및 c) 상기 적어도 2개의 직선 사이의 끼인각 중 적어도 하나가 임계치 이하인 경우, 상기 대상물에 대해 계산된 위치를 보정하여 상기 대상물의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 삼각 측량법을 이용하여 대상물의 위치를 측정할 때 측정된 위치의 신뢰성을 검증하여 대상물의 위치를 보정함으로써 보다 정확한 위치 측정을 수행할 수 있는 효과를 가진다.
그리고, 본 발명에 따르면, 기준 위치 정보와 측정 거리 정보로부터 얻어지는 3개의 원에 의해 형성되는 교점들을 지나는 적어도 2개의 직선의 끼인각이 임계치 이하인 경우 거리가 짧은 2개의 원을 이용하여 교점을 구하고 교점의 수에 따라 상이한 방식으로 대상물의 위치를 추정함으로써 보다 정확한 위치 측정을 수행할 수 있는 효과를 가진다.
이하에서는 첨부 도면 및 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 참고로, 하기 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략하였다.
전술한 바와 같이, 도 1 및 도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 위치 측정 시스템을 예시한 것으로, 도 1은 적어도 3개의 앵커를 이용하여 태그의 위치를 측정 하는 위치 측정 시스템을 예시한 것이며, 도 2는 적어도 3개의 기지국을 이용하여 단말의 위치를 측정하는 위치 측정 시스템을 예시한 것이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 시스템은 적어도 3개의 앵커와 위치 측정 장치로 구성되어 태그(대상물)의 위치를 측정한다. 여기서, 적어도 3개의 앵커와 태그 사이의 거리는 상호 송수신하는 RF 신호 등을 이용하여 측정할 수 있으며, 이와 같이 측정된 거리 정보는 적어도 3개의 앵커가 각각 네트워크 등을 통해 위치 측정 장치로 전송하거나 또는 태그가 직접 네트워크 등을 통해 위치 측정 장치로 전송할 수 있다. 그리고, 적어도 3개의 앵커의 기준 위치 정보는 위치 측정 장치가 미리 저장하고 있도록 구현될 수 있으며, 또는 앵커 또는 태그가 위치 측정 장치로 측정 거리 정보의 전송 시 함께 전송하도록 구현될 수 있다. 그러면, 위치 측정 장치는 적어도 3개의 앵커에 대한 기준 위치 정보와 상기 적어도 3개의 앵커와 태그 사이의 측정 거리 정보에 기초하여 태그의 위치를 추정한다.
마찬가지로, 도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 위치 측정 시스템은 적어도 3개의 기지국과 위치 측정 장치로 구성되어 단말(대상물)의 위치를 측정한다. 여기서, 적어도 3개의 기지국과 단말 사이의 거리는 상호 송수신하는 이동통신신호 등을 이용하여 측정할 수 있으며, 이와 같이 측정된 거리 정보는 적어도 3개의 기지국이 각각 이동통신망을 통해 위치 측정 장치로 전송하거나 또는 단말이 근거리 통신(예, 블루투스, 지그비) 등을 위치 측정 장치로 전송할 수 있다. 그리고, 적어도 3개의 기지국의 기준 위치 정보는 위치 측정 장치가 미리 저 장하고 있도록 구현될 수 있으며, 또는 기지국 또는 단말이 위치 측정 장치로 측정 거리 정보의 전송 시 함께 전송하도록 구현될 수 있다. 그러면, 위치 측정 장치는 적어도 3개의 기지국에 대한 기준 위치 정보와 상기 적어도 3개의 기지국과 단말 사이의 측정 거리 정보에 기초하여 단말의 위치를 추정한다.
한편, 이상에서 본 발명이 적용될 수 있는 위치 측정 시스템을 예시하였지만, 본 발명의 적용예는 전술한 내용에 한정되지 않으며 삼각 측량법을 이용하여 대상물의 위치를 측정하는 다양한 응용에 적용될 수 있음을 당업자는 알 것이다. 그리고, 이하에서는 다양한 응용에 적용되는 것을 공통적으로 설명하기 위하여, 위치 측정의 기준이 되는 앵커, 기지국 등의 위치를 '기준지점'으로 표시하며, 위치 측정의 대상이 되는 태그, 단말 등을 '대상물'이라 표시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 끼인각을 이용한 위치 측정 장치의 구성도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 장치는 정보 수집부(110), 위치 계산부(120), 정보 저장부(130) 등을 포함한다.
정보 수집부(110)는 적어도 3개의 기준지점(예, 앵커, 기지국 등의 위치)에 대한 기준 위치 정보와 상기 적어도 3개의 기준지점과 대상물(예, 태그, 단말)사이의 측정 거리 정보를 수집한다. 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 적어도 3개의 기준지점과 대상물 사이의 측정 거리 정보는 기준지점에 위치하는 장치(예, 앵커, 기지국)나 대상물(예, 태그, 단말)로부터 수신하여 얻을 수 있으며, 적어도 3개의 기준지점에 대한 기준 위치 정보는 마찬가지로 기준지점에 위치하는 장 치나 대상물로부터 측정 거리 정보와 함께 수신하거나 또는 정보 저장부(130)에 미리 저장되어 있는 기준 위치 정보를 요청함으로써 얻을 수 있다.
위치 계산부(120)는 정보 수집부(110)에서 수집된 기준 위치 정보 및 측정 거리 정보에 기초하여 삼각 측량법을 이용하여 대상물의 위치를 계산한다. 구체적으로, 위치 계산부(120)는 상기 적어도 3개의 기준지점 중에서 측정 거리가 상대적으로 짧은 3개의 기준지점을 선택하고, 상기 3개의 선택된 3개의 기준지점을 각각 중심으로 하고 상기 선택된 3개의 기준지점과 상기 대상물 사이의 측정 거리를 각각 반지름으로 하는 3개의 원을 구한다. 그리고, 상기 구해진 3개의 원에 의해 형성되는 교점들을 구하고, 이들 교점들을 지나는 적어도 2개의 직선을 구하여, 이들 적어도 2개의 직선 사이에 형성되는 적어도 2개의 끼인각을 구한다. 그리고, 상기 적어도 2개의 끼인각을 임계치와 비교하여, 만약 모든 끼인각이 임계치보다 큰 경우에는 기존의 삼각 측량법에 의해 상기 대상물의 위치를 추정하고, 만약 적어도 하나의 끼인각이 임계치 이하인 경우에는 상기 구해진 3개의 원 중에서 2개의 원을 선택하고 이들 2개의 원을 이용하여 상기 대상물의 위치를 추정한다. 위치 계산부(120)의 구체적인 계산 방식이나 보정(추정) 방식에 대하여는 후술하는 위치 측정 방법에서 상세 설명하기로 한다.
한편, 정보 저장부(130)는 위치 측정 장치와 관련된 정보를 저장한다. 예컨대, 정보 저장부(130)는 적어도 3개의 기준지점에 대한 기준 위치 정보를 예컨대 테이블(table) 형태로 저장하며, 정보 수집부(110)에서 기준 위치 정보를 요청하는 경우 이를 정보 수집부(110)로 전송한다. 또한, 정보 저장부(130)는 위치 계산 부(120)에서 계산(추정)된 대상물의 위치 정보를 측정 시간 등과 함께 누적하여 저장할 수 있다.
이하에서는 도 7 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 끼인각을 이용한 위치 측정 방법을 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 끼인각을 이용한 위치 측정 방법의 흐름도이다. 그리고, 도 8은 도 7의 단계 S230의 상세 흐름도이며, 도 9는 도 7의 단계 S260의 상세 흐름도이다.
먼저 도 7을 참조하면, 단계 S210에서, 적어도 3개의 기준지점에 위치하는 장치(예, 앵커, 기지국)와 대상물(예, 태그, 단말) 사이에 송수신되는 신호를 이용하여 상기 적어도 3개의 기준지점과 대상물 사이의 거리를 측정한다. 그리고, 이와 같이 측정된 거리 정보는 상기 적어도 3개의 기준지점에 위치하는 장치가 각각 위치 측정 장치로 전송하거나 또는 상기 대상물이 직접 위치 측정 장치로 전송할 수 있다.
그리고, 단계 S220에서, 위치 측정 장치(구체적으로 정보 수집부)는 상기 적어도 3개의 기준지점에 대한 기준 위치 정보와 상기 적어도 3개의 기준지점과 대상물 사이의 측정 거리 정보를 획득한다. 이 경우, 상기 적어도 3개의 기준지점과 대상물 사이의 측정 거리 정보는, 전술한 바와 같이, 상기 적어도 3개의 기준지점에 위치하는 장치 또는 상기 대상물로부터 수신하여 얻을 수 있으며, 상기 적어도 3개의 기준지점에 대한 기준 위치 정보는 측정 거리 정보와 함께 수신하거나 또는 자체 저장된 기준 위치 정보로부터 얻을 수 있다.
단계 S230에서, 위치 측정 장치(구체적으로 위치 계산부)는 이와 같이 획득된 기준 위치 정보와 측정 거리 정보로부터 얻어지는 3개의 원에 대해 교점을 지나는 직선들의 끼인각을 구한다.
도 8을 참조하여 단계 S230을 보다 상세히 설명하면, 단계 S231에서, 상기 적어도 3개의 기준지점 중에서 상기 대상물에 대한 측정 거리가 상대적으로 짧은 3개의 기준지점을 선택한다. 전술한 도 5의 경우를 예를 들어 설명하면, 5개의 기준지점(제1 기준지점, 제2 기준지점, 제3 기준지점, 제4 기준지점, 제5 기준지점) 중에서 상기 대상물에 대한 측정 거리가 상대적으로 짧은 3개의 기준지점(제2 기준지점, 제3 기준지점, 제4 기준지점)을 선택한다.
그리고, 단계 S232에서, 상기 선택된 3개의 기준지점을 각각 중심으로 하고 상기 선택된 3개의 기준지점과 상기 대상물 사이의 측정 거리를 각각 반지름으로 하는 3개의 원을 구한다. 마찬가지로, 도 5의 경우를 예로 들면, 제2 기준지점을 중심으로 하고 제2 기준지점과 대상물 사이의 측정 거리를 반지름으로 하는 제2" 원, 제3 기준지점을 중심으로 하고 제3 기준지점과 대상물 사이의 측정 거리를 반지름으로 하는 제3 원, 제4 기준지점을 중심으로 하고 제4 기준지점과 대상물 사이의 측정 거리를 반지름으로 하는 제4 원을 구한다.
그리고, 단계 S233에서, 상기 3개의 원이 상호 형성하는 교점들을 지나는 적어도 2개의 직선을 구한다. 도 5의 경우를 예로 들면, 제2" 원과 제3 원이 상호 형성하는 2개의 교점을 지나는 제1 직선을 구하고, 제2" 원과 제4 원이 상호 형성 하는 2개의 교점을 지나는 제2 직선을 구하며, 제3 원과 제4 원이 상호 형성하는 2개의 교점을 지나는 제3 직선을 구한다.
그리고, 단계 S234에서, 상기 구해진 적어도 2개의 직선 사이의 끼인각을 계산한다. 끼인각의 계산은 끼인각을 형성하는 2개의 직선의 방정식을 구하여 그 기울기를 계산하고, 이와 같이 계산된 2개의 기울기를 이용하여 해당 끼인각을 계산할 수 있다.
다시 도 7을 참조하면, 단계 S240에서, 전술한 바와 같이 구해진 적어도 2개의 끼인각을 임계치와 비교한다. 참고로, 본 발명은 끼인각을 이용하여 삼각 측량법에 의해 계산된 대상물의 위치에 대한 신뢰성을 검증하는데, 그 원리는 다음과 같다.
먼저, 도 10은 3개의 기준지점을 꼭지점으로 하는 삼각형의 세 각이 3개의 원에 의해 형성된 교점들을 지나는 3개의 직선 사이의 끼인각임을 설명하는 도면이다. 도 10을 참조하면, 제1 원과 제2 원에 의해 형성된 교점들을 지나는 제1 직선은 제1 기준지점과 제2 기준지점을 지나는 제1' 직선과 수직임을 알 수 있으며, 마찬가지로 제1 원과 제3 원에 의해 형성된 교점들을 지나는 제2 직선은 제1 기준지점과 제3 기준지점을 지나는 제2' 직선과 수직임을 알 수 있다. 그러므로, 제1 직선과 제2 직선 사이의 끼인각 α는 제1' 직선과 제2' 직선 사이의 끼인각과 같으며, 결국 3개의 직선에 의해 형성되는 3개의 끼인각은 3개의 기준지점을 꼭지점으로 하는 삼각형의 3개의 각임을 알 수 있다.
한편, 도 11은 전술한 도 5의 경우에 대하여 본 발명에 따른 위치 측정 방법 이 삼각 측량법에 의해 계산된 대상물의 위치에 큰 오류가 존재할 수 있음을 알아내는 원리를 설명한다. 전술한 바와 같이, 도 5의 경우는 제1 기준지점에서 거리 측정이 수행되지 않았으며 제2 기준지점에서도 측정 거리의 오차가 크게 발생한 경우이다.
도 11을 참조하면, 정상적으로는 대상물의 실제 위치에 가장 가까이 위치하는 제1 기준지점, 제2 기준지점, 제3 기준지점이 선택되어 대상물의 위치를 추정해야 하지만, 장애물이나 방해 전파 등으로 인하여 제1 기준지점에서 거리 측정이 수행되지 않아 비교적 먼 거리에 있는 제4 기준지점이 선택되었다. 이에 따라 제4 기준지점을 꼭지점으로 하는 삼각형의 각 β는 아주 작아지게 되며, 이는 제2 원 및 제4 원의 교점을 지나는 제2 직선과 제3 원 및 제4 원의 교점을 지나는 제3 직선의 끼인각 β로 나타나게 된다. 따라서, 상기 임계치를 적절히 설정하면, 적어도 하나의 끼인각이 임계치 이하인 경우 대상물의 위치에 가장 가까이에 있는 3개의 기준지점이 선택된 것이 아니라는 것을 알 수 있다.
예컨대, 위치 측정 시스템(위치 인식 시스템)에서 가장 이상적인 기준지점의 배치를 가정하면(즉, 모든 기준지점들을 동일한 거리로 이격되어 정삼각형 구조로 배치된 구조를 가정하면), 이 경우에는 적어도 하나의 끼인각이 60°보다 작은 경우 가장 가까이에 있는 3개의 기준지점이 선택되지 않았음을 알 수 있으며, 따라서 본 발명에서는 상기 임계치를 기준지점들의 배치(즉, 위치)에 기초하여 적절히 설정함으로써 적어도 하나의 끼인각을 임계치와 비교하여 삼각 측량법에 의해 계산된 대상물의 위치에 대한 신뢰성을 검증할 수 있다.
다시 도 7을 참조하면, 단계 S240에서, 비교 결과 적어도 하나의 끼인각이 임계치보다 큰 경우에는, 단계 S250으로 진행하여, 상기 삼각 측량법에 의해 계산된 위치를 대상물의 위치로 추정한다. 그러나, 단계 S240에서, 비교 결과 적어도 하나의 끼인각이 임계치 이하인 경우에는, 단계 S260으로 진행하여, 상기 삼각 측량법에 의해 계산된 위치를 보정하여 대상물의 위치를 추정한다.
도 9를 참조하여 단계 S260을 보다 상세히 설명하면, 단계 S261에서, 적어도 3개의 기준지점 중에서 상기 대상물에 대한 측정 거리가 상대적으로 짧은 2개의 기준지점을 선택한다. 그리고, 단계 S262에서, 상기 선택된 2개의 기준지점을 각각 중심으로 하고 상기 선택된 2개의 기준지점과 상기 대상물 사이의 측정 거리를 각각 반지름으로 하는 2개의 원을 구한다. 그리고, 단계 S263에서, 상기 2개의 원이 상호 형성하는 교점을 구하고, 단계 S264에서, 상기 2개의 원에 의해 형성된 교점의 수를 판단한다.
도 12 내지 도 14는 교점의 수에 따른 대상물의 위치 보정 방법(또는 위치 추정 방법)을 설명하기 위한 도면인데, 도 12은 교점이 2개인 경우, 도 13은 교점이 1개인 경우, 도 14는 교점이 없는 경우를 각각 도시한 것이다.
먼저, 만약 교점이 2개인 경우에는 단계 S265로 진행되어, 2개의 교점 중 가장 최근에 측정된 위치에 가까운 교점을 상기 대상물의 위치로 추정한다. 도 12를 참조하면, 제3 원과 제4 원에 의해 2개의 교점(제1 교점, 제2 교점)이 형성될 경우, 가장 최근에 측정된 위치에 가까운 제1 교점을 상기 대상물의 위치로 추정한다. 여기서, 가장 최근에 측정된 위치는, 예컨대 위치 계산부(120)에서 대상물의 위치를 계산(추정)하고 자체 구비된 레지스터 등에 임시 저장된 정보를 이용하거나 또는 정보 저장부(130)에 저장되어 있는 이전 계산(추정)된 대상물의 위치 정보를 이용할 수 있다.
만약 교점이 1개인 경우에는 단계 S266으로 진행되어, 해당 교점을 상기 대상물의 위치로 추정한다. 도 13을 참조하면, 제3 원과 제4 원에 의해 1개의 중복 교점이 형성될 경우, 해당 교점을 상기 대상물의 위치로 추정한다.
한편, 만약 교점이 없는 경우에는 단계 S267로 진행되어, 가장 최근에 측정된 위치를 상기 대상물의 위치로 추정한다. 도 14를 참조하면, 제3 원과 제4 원에 의해 교점이 형성되지 않을 경우, 가장 최근의 위치를 상기 대상물의 위치로 추정한다. 이는 이론적으로 교점이 발생하여야 함에도 불구하고 교점이 없기 때문에, 거리 측정에 오류가 발생할 가능성이 높아 가장 최근의 위치를 상기 대상물의 위치로 추정하는 것이며, 일반적으로는 위치 측정이 비교적 짧은 시간의 주기로 측정되기 때문에 가장 최근에 측정된 위치를 사용하더라도 큰 오차가 없기 때문이다. 만약, 위치 측정 주기가 긴 경우에는 한 주기 동안의 평균 이동 거리(이는 실험적으로 또는 누적된 데이터에 의해 얻을 수 있음)를 고려하여 보다 가능성이 높은 좌표를 선택하도록 구현될 수 있다. 참고로, 최근 측정된 위치는, 예컨대 위치 계산부에서 대상물의 위치를 계산(추정)하고 자체 구비된 레지스터 등에 임시 저장된 정보를 이용하거나 또는 정보 저장부에 저장되어 있는 이전 계산(추정)된 대상물의 위치 정보를 이용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 끼인각을 이용한 위치 측정 방법은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록매체를 통하여 실시될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독가능 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 기록매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독가능 기록매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징들을 변경하지 않고서 다른 구체적인 다양한 형태로 실시할 수 있는 것이므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
그리고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 특정되는 것이며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해 석되어야 한다.
도 1은 적어도 3개의 앵커를 이용하여 태그의 위치를 측정하는 위치 측정 시스템을 예시한 것이다.
도 2는 적어도 3개의 기지국을 이용하여 단말의 위치를 측정하는 위치 측정 시스템을 예시한 것이다.
도 3은 삼각 측량법을 이용한 위치 측정 시 이상적인 경우에 대한 위치 측정 결과를 예시한 도면이다.
도 4는 삼각 측량법을 이용한 위치 측정 시 비교적 작은 오차가 발생하는 경우에 대한 위치 측정 결과를 예시한 도면이다.
도 5는 삼각 측량법을 이용한 위치 측정 시 비교적 큰 오차가 발생하는 경우에 대한 위치 측정 결과를 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 끼인각을 이용한 위치 측정 장치의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 끼인각을 이용한 위치 측정 방법의 흐름도이다.
도 8은 도 7의 단계 S230의 상세 흐름도이다.
도 9는 도 7의 단계 S260의 상세 흐름도이다.
도 10 및 도 11은 3개의 기준지점을 꼭지점으로 하는 삼각형의 세 각이 3개의 원에 의해 형성된 교점들을 지나는 3개의 직선 사이의 끼인각과 동일함을 설명하는 도면이다.
도 12 내지 도 14는 적어도 하나의 끼인각이 임계치 이하인 경우 본 발명에 따른 위치 보정 방법을 설명하는 도면이다.

Claims (22)

  1. 끼인각을 이용한 위치 측정 장치로서,
    적어도 3개의 기준지점에 대한 기준 위치 정보와 상기 적어도 3개의 기준지점과 대상물 사이의 측정 거리 정보를 수집하는 정보 수집부; 및
    상기 수집된 기준 위치 정보와 측정 거리 정보로부터 얻어지는 3개의 원에 의해 형성되는 교점들을 구하고, 상기 교점들을 지나는 적어도 2개의 직선 사이의 끼인각 중 적어도 하나가 임계치 이하인 경우 상대적으로 반지름이 작은 2개의 원을 이용하여 상기 대상물의 위치를 추정하는 위치 계산부를 포함하는 위치 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 3개의 기준지점에 대한 기준 위치 정보를 저장하는 정보 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 임계치는 상기 적어도 3개의 기준지점에 대한 기준 위치 정보에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 위치 측정 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대상물의 위치를 추정하는 것은,
    상기 적어도 3개의 기준지점 중에서 상기 대상물에 대한 측정 거리가 상대적으로 짧은 2개의 기준지점을 선택하고, 상기 선택된 2개의 기준지점을 각각 중심으로 하고 상기 선택된 2개의 기준지점과 상기 대상물 사이의 측정 거리를 각각 반지름으로 하는 2개의 원의 교점을 구한 후, 만약 교점이 2개인 경우 최근 측정된 위치에 가까운 교점을 상기 대상물의 위치로 추정하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대상물의 위치를 추정하는 것은,
    상기 적어도 3개의 기준지점 중에서 상기 대상물에 대한 측정 거리가 상대적으로 짧은 2개의 기준지점을 선택하고, 상기 선택된 2개의 기준지점을 각각 중심으로 하고 상기 선택된 2개의 기준지점과 상기 대상물 사이의 측정 거리를 각각 반지름으로 하는 2개의 원의 교점을 구한 후, 만약 교점이 없는 경우 최근 측정된 위치를 상기 대상물의 위치로 추정하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 장치.
  6. 끼인각을 이용한 위치 측정 시스템으로서,
    태그와의 거리를 측정하기 위한 적어도 3개의 앵커; 및
    상기 적어도 3개의 앵커에 대한 기준 위치 정보와 상기 적어도 3개의 앵커와 태그 사이의 측정 거리 정보로부터 얻어지는 3개의 원에 의해 형성되는 교점들을 구하고, 상기 교점들을 지나는 적어도 2개의 직선 사이의 끼인각 중 적어도 하나가 임계치 이하인 경우 상대적으로 반지름이 작은 2개의 원을 이용하여 상기 태그의 위치를 추정하는 위치 측정 장치를 포함하는 위치 측정 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 임계치는 상기 적어도 3개의 앵커에 대한 기준 위치 정보에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 위치 측정 시스템.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 위치 측정 장치가 상기 태그의 위치를 추정하는 것은,
    상기 적어도 3개의 앵커 중에서 상기 태그에 대한 측정 거리가 상대적으로 짧은 2개의 앵커를 선택하고, 상기 선택된 2개의 앵커를 각각 중심으로 하고 상기 선택된 2개의 앵커와 상기 태그 사이의 측정 거리를 각각 반지름으로 하는 2개의 원의 교점을 구한 후, 만약 교점이 2개인 경우 최근 측정된 위치에 가까운 교점을 상기 태그의 위치로 추정하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 시스템.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 위치 측정 장치가 상기 태그의 위치를 추정하는 것은,
    상기 적어도 3개의 앵커 중에서 상기 태그에 대한 측정 거리가 상대적으로 짧은 2개의 앵커를 선택하고, 상기 선택된 2개의 앵커를 각각 중심으로 하고 상기 선택된 2개의 앵커와 상기 태그 사이의 측정 거리를 각각 반지름으로 하는 2개의 원의 교점을 구한 후, 만약 교점이 없는 경우 최근 측정된 위치를 상기 태그의 위치로 추정하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 시스템.
  10. 끼인각을 이용한 위치 측정 시스템으로서,
    단말과의 거리를 측정하기 위한 적어도 3개의 기지국; 및
    상기 적어도 3개의 기지국에 대한 기준 위치 정보와 상기 적어도 3개의 기지국과 단말 사이의 측정 거리 정보로부터 얻어지는 3개의 원에 의해 형성되는 교점들을 구하고, 상기 교점들을 지나는 적어도 2개의 직선 사이의 끼인각 중 적어도 하나가 임계치 이하인 경우 상대적으로 반지름이 작은 2개의 원을 이용하여 상기 단말의 위치를 추정하는 위치 측정 장치를 포함하는 위치 측정 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 임계치는 상기 적어도 3개의 기지국에 대한 기준 위치 정보에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 위치 측정 시스템.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 위치 측정 장치가 상기 단말의 위치를 추정하는 것은,
    상기 적어도 3개의 기지국 중에서 상기 단말에 대한 측정 거리가 상대적으로 짧은 2개의 기지국을 선택하고, 상기 선택된 2개의 기지국을 각각 중심으로 하고 상기 선택된 2개의 기지국과 상기 단말 사이의 측정 거리를 각각 반지름으로 하는 2개의 원의 교점을 구한 후, 만약 교점이 2개인 경우 최근 측정된 위치에 가까운 교점을 상기 단말의 위치로 추정하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 시스템.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 위치 측정 장치가 상기 단말의 위치를 추정하는 것은,
    상기 적어도 3개의 기지국 중에서 상기 단말에 대한 측정 거리가 상대적으로 짧은 2개의 기지국을 선택하고, 상기 선택된 2개의 기지국을 각각 중심으로 하고 상기 선택된 2개의 기지국과 상기 단말 사이의 측정 거리를 각각 반지름으로 하는 2개의 원의 교점을 구한 후, 만약 교점이 없는 경우 최근 측정된 위치를 상기 단말의 위치로 추정하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 시스템.
  14. 끼인각을 이용한 위치 측정 방법으로서,
    a) 적어도 3개의 기준지점에 대한 기준 위치 정보와 상기 적어도 3개의 기준지점과 대상물 사이의 측정 거리 정보를 수집하는 단계;
    b) 상기 적어도 3개의 기준지점 중에서 선택된 3개의 기준지점을 각각 중심으로 하고 상기 선택된 3개의 기준지점과 상기 대상물 사이의 측정 거리를 각각 반지름으로 하는 3개의 원을 구하고, 상기 3개의 원에 의해 형성되는 교점들을 지나는 적어도 2개의 직선을 구하는 단계; 및
    c) 상기 적어도 2개의 직선 사이의 끼인각 중 적어도 하나가 임계치 이하인 경우, 상대적으로 반지름이 작은 2개의 원을 이용하여 상기 대상물의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 위치 측정 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 단계 a) 이전에,
    a') 상기 적어도 3개의 기준지점과 대상물 사이의 거리를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 선택된 3개의 기준지점은 상기 적어도 3개의 기준지점 중에서 상기 대상물에 대한 측정 거리가 상대적으로 짧은 3개의 기준지점인 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
  17. 삭제
  18. 제14항에 있어서,
    상기 임계치는 상기 적어도 3개의 기준지점에 대한 기준 위치 정보에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
  19. 제14항 내지 제16항 및 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 c)는, 상기 상대적으로 반지름이 작은 2개의 원의 교점이 2개인 경우 최근 측정된 위치에 가까운 교점을 상기 대상물의 위치로 추정하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
  20. 제14항 내지 제16항 및 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 c)는, 상기 상대적으로 반지름이 작은 2개의 원의 교점이 1개인 경우 상기 1개의 교점을 상기 대상물의 위치로 추정하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
  21. 제14항 내지 제16항 및 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 c)는, 상기 상대적으로 반지름이 작은 2개의 원의 교점이 없는 경우 최근 측정된 위치를 상기 대상물의 위치로 추정하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
  22. 제14항 내지 제16항 및 제18항 중 어느 한 항에 따른 위치 측정 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독가능 기록매체.
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