KR101073318B1 - 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템 및 방법 - Google Patents

복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 통신 장치 및 복수의 안테나를 장착한 단말기를 이용하여 단말기의 위치를 확인하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템 및 방법은, 복수의 안테나 및 단말기의 자세를 추정하는 자세 추정 수단을 장착한 단말기 외에는 다른 구성 요소의 추가 또는 변경 없이, 기존의 통신 시스템의 송수신 장치나 중계기 또는 무선 액세스 포인트 등을 그대로 이용하여 단말기의 위치를 정확히 구할 수 있다는 장점이 있다.

Description

복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템 및 방법{POSITIONING SYSTEM AND METHOD OF TERMINAL COMPRISING MULTIPLE ANTENNA}
본 발명은 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 통신 장치와 복수의 안테나를 장착한 단말기를 이용하여 단말기의 위치를 확인하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
종래 위치 확인 시스템은 무선 주파수(radio frequency, RF) 통신 장치를 이용한 시스템이 그 주를 이루었다. RF 통신 장치를 이용한 시스템은 위성 기반, 지상 비콘 기반, 무선랜(Wi-Fi/WLAN/Wireless LAN) 기반, RFID 기반, 액티브 RFID 기반, 이동통신 기반, 블루투스(Bluetooth) 기반, UWB 기반, 지그비(Zigbee) 기반, 와이브로(WiBro/WiMax) 기반의 시스템 등이 있다. 이러한 시스템을 이용해서 사용자의 위치를 추정하기 위하여 몇 가지 방법이 제시되었다.
먼저, RFID 기반의 시스템이 사용하는 인식형 항법 알고리즘이 있다. 이는 복수 개의 센서를 갖춘 시스템에서 사용되는 방법으로서, 사용자 주변의 센서의 신호를 사용자가 수신하면, 해당 센서 주변에 사용자가 위치한다는 개략적인 위치 정보만을 제공하는 방법이다. 따라서 위치 정확도가 매우 떨어지고, 연속적인 위치 확인이 불가능하며, RFID 태그와 같은 센서를 많이 설치해야 하므로 비용이 많이 드는 문제점이 있다.
다음으로, 수신된 신호의 세기를 추정하여 위치를 계산하는 방법이 있다. 이는 실제 위치와 해당 위치에서의 신호 세기를 데이터베이스화한 후, 수신된 신호의 세기를 데이터베이스에 있는 자료와 비교하여 사용자의 위치를 추정하는 방법이다. 이 방법은 모든 지역에 대해 신호 세기를 데이터베이스화해야 하므로 데이터베이스를 구축하는데 많은 비용 및 시간이 들게 되고, 또한, 실내 배치 및 기타 환경이 달라질 경우, 데이터베이스를 재구축해야 한다는 문제를 안고 있다.
또, 수신된 신호로부터 송신기와 수신기 사이의 거리를 추정하여 삼각 측량법에 의해 사용자의 위치를 계산하는 방법이 있다. 이 방법은 현재 가장 많이 사용되는 방법이며, 앞의 두 방법들에 비해 비교적 정확한 방법이다. 하지만 삼각 측량을 위해 적어도 3-4개 이상의 송신기가 설치되어야 하며, 이는 비용상의 문제를 야기한다.
그 외에도 수신된 신호로부터 송신기와 수신기 사이의 각도를 추정하여 위치를 결정하는 방법도 있는데, 이 방법 역시 적어도 3-4개 이상의 송신기가 설치되어야 하기 때문에, 비용상의 문제를 야기한다.
또한 송신기와 수신기 사이의 거리 및 각도를 이용하여 위치를 결정하는 방법에서 송신기는 넓게 퍼져있어야만, 위치를 결정할 수 있었다. 그리고 거리 및 방향을 결정하기 위해서 레인징(ranging) 신호가 반송파(carrier) 신호에 실려 있어야 하며, 위치를 결정하기 위해 주로 레인징 신호를 이용하게 된다. 레인징 신호는 이용하기는 쉬우나 항법 정확도가 떨어진다. 이에 반해 반송파 신호는 항법 정확도는 높지만 반송파 신호를 이용하기 위해서는 반송파의 모호성을 해결하여야 하므로 이용에 어려움이 있다.
상기와 같은 종래 방법들의 한계로 인해, 저렴한 비용으로, 정확하게 사용자의 위치를 추정하는 위치 확인 시스템을 제시할 필요가 있다.
상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 복수의 안테나를 장착한 단말기를 이용함으로써, 비용이 저렴하면서도, 복수의 안테나 및 단말기의 자세를 추정하는 자세 추정 수단을 장착한 단말기 외에는 다른 구성 요소의 추가 또는 변경 없이, 기존의 통신 시스템의 송수신 장치나 중계기 또는 무선 액세스 포인트 등을 그대로 이용하여 단말기의 위치를 정확히 구하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템은, 통신 신호를 생성 또는 중계하는 통신 장치; 복수의 안테나를 포함하고 상기 통신 장치와 통신하는 단말기; 상기 단말기의 자세를 추정하여 자세 정보를 생성하는 자세 추정 모듈; 및 상기 복수의 안테나 각각에 수신된 신호 사이의 위상 차이 및 상기 자세 정보를 이용해 상기 단말기의 위치를 계산하는 위치 계산 모듈을 포함하여 구성된다.
상기 자세 추정 모듈 또는 상기 위치 계산 모듈은 상기 단말기에 포함될 수도 있고, 별도로 구비될 수도 있다.
또한, 상기 통신 신호는 레인징 신호, 반송파 신호, 부반송파 신호로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나의 신호일 수 있다.
상기 통신 장치 또는 상기 단말기는 인공위성, 지상 비콘, 의사위성, 무선랜(Wi-Fi/WLAN/Wireless LAN), 와이브로(Wibro), 이동통신, 블루투스(Bluetooth), UWB, 적외선, 초음파, 지그비(Zigbee), 무선 USB, RFID, 액티브 RFID로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 방식으로 통신할 수 있다.
또한, 상기 위치 계산 모듈은, 상기 단말기와 양방향 통신을 하는 양방향 통신 기반 위치 계산 모듈, 또는 상기 단말기와 단방향 통신을 하는 단방향 통신 기반 위치 계산 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 방법은, 단말기가 통신 장치로부터 복수의 신호를 수신하는 수신 단계; 상기 단말기의 자세를 추정하여 자세 정보를 생성하는 자세 정보 생성 단계; 및 상기 수신 단계에서 수신된 복수의 신호 사이의 위상 차이 및 상기 자세 정보 생성 단계에서 생성된 자세 정보를 이용해 상기 단말기의 위치를 계산하는 위치 계산 단계를 포함하여 구성된다.
종래 위치 확인 시스템 또는 방법에서는 복수의 통신 장치를 구비하여야 하지만, 본 발명에서 제안하는 위치 확인 시스템 및 방법은 단일의 통신 장치를 이용하여 정확한 위치를 추정하는 것이 가능하다. 그렇기 때문에 보다 저비용으로 위치 확인 시스템을 갖추는 것이 가능하다. 또한 위치 확인을 위한 별도의 시스템을 추가로 구성할 필요가 없이 기존의 통신시스템을 그대로 적용하거나, 약간의 수정만으로 적용할 수 있다. 즉, 통신 장치 또는 신호 구조에 대한 수정이 전혀 필요 없이, 복수의 안테나 및 자세 추정 수단을 장착한 단말기만 있으면 단말기의 위치를 정확히 추정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기(300)를 구체적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템의 위치 계산 모듈의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템의 위치 계산 모듈에서 사용자의 위치를 추정하는 알고리즘의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템에서 단방향 통신의 경우에, 자세를 추정하고 수신 신호의 위상 차이를 이용해 직접 위치를 계산하는 알고리즘의 순서도이다.
도 6은 도 5의 알고리즘을 설명하기 위한 안테나 배치를 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템에서 단방향 통신의 경우에, 자세를 추정하고 수신 신호의 위상 차이를 이용해 앙각과 방위각을 추정하여 위치를 계산하는 알고리즘의 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 단방향 통신 기반 위치 계산 모듈에서 앙각을 계산하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 직접법을 이용해 사용자의 개략적인 위치를 계산한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템에서 양방향 통신의 경우에, 단말기의 자세를 추정하고 직접 거리를 계산하여 위치를 계산하는 알고리즘의 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템에서 양방향 통신의 경우에, 단말기의 자세를 추정하고 거리 및 방위각 또는 앙각 및 방위각을 이용해 위치를 계산하는 알고리즘의 순서도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 5에서 설명한 방법을 이용해 사용자 단말기의 위치를 확인한 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일정한 공간에서 통신 장치(200)에서 무선 신호를 생성 또는 중계하고, 복수의 안테나를 장착한 사용자 단말기(300a~b)가 해당 무선 신호를 복수의 안테나(301)를 통해 수신하여 자신의 위치를 확인하게 된다. 즉 단일의 통신 장치(200)만으로도 단말기가 비교적 정확한 위치를 계산할 수 있다. 도 1에서는 예시를 위하여 통신 장치(200)가 하나만 도시되었으나, 본 발명에서 통신 장치(200)는 복수 개 구비될 수도 있다.
본 발명에서 상기 통신 장치(200)를 포함한 통신 장치는 데이터를 주고 받는 장치뿐만 아니라, 데이터를 주고 받지 않는 무선 신호의 송신 및 송수신이 가능한 장치를 포함한다. 또한, 본 발명에서 상기 복수의 안테나(202a~c)를 포함한 복수의 안테나는 안테나 어레이(antenna array) 형태를 포함한다. 상기 안테나 간의 거리는 무선 주파수(RF) 신호의 반 파장 이하일 수도 있고, 반 파장 이상일 수도 있는데, 각 경우 위치 계산 과정이 차이가 있다.
또한, 상기 통신 장치(200)는 일반적인 통신 및 항법 신호를 생성하거나 중계하는 모듈로서, 인공위성, 지상 비콘, 의사위성, 무선랜(Wi-Fi/WLAN/Wireless LAN), 와이브로(Wibro), 이동통신, 블루투스(Bluetooth), UWB, 적외선, 초음파, 지그비(Zigbee), 무선 USB, RFID, 액티브 RFID 등의 신호를 생성하거나 또는 중계하는 모듈을 포함한다. 상기 통신 장치(200)는 양방향 통신을 위해서 수신기능을 포함할 수도 있다. 즉 통신 장치(200)가 의사위성과 같이 신호를 일방적으로 송신하는 단방향 모듈일 경우에는 신호를 생성 또는 중계하는 기능 만을 하지만, 무선랜이나 Wibro, 이동통신 망을 이용하는 양방향 모듈일 경우에는 신호의 송수신 기능을 모두 포함한다.
상기 단말기(300a~b)는 상기 통신 장치(200)로부터 송신된 신호를 수신하기 위해 사용자가 구비한 단말기를 의미한다. 상기 단말기(300a~b) 역시 의사위성, 무선랜(Wi-Fi), 와이브로(Wibro), 이동통신, 블루투스(Bluetooth), UWB, 적외선, 초음파, 지그비(Zigbee), 무선 USB, 액티브 RFID 등의 통신 방식을 이용할 수 있다. 통신 장치가 무선랜이라면, 단말기(300a~b)는 무선랜을 이용하는 노트북(랩탑)이나 셀룰러폰 등의 무선랜 모듈이 될 수 있다. 단말기(300a~b)는 각 안테나에 수신된 신호 간의 위상 차이를 측정하게 된다. 단말기(300a~b)는 양방향 통신을 위해 자신의 신호를 송신할 수도 있다. 즉, 단말기(300a~b)는 신호의 송수신이 가능한 양방향 통신 방법, 또는 일방적으로 신호를 받기만 하는 단방향 통신 방법을 중에서 선택하여 사용 가능하다.
일반적으로 통신 장치(200)가 생성하거나 중계하는 상기 통신 신호는 레인징(ranging) 신호, 반송파(carrier) 신호, 부반송파(sub-carrier) 신호로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나의 신호일 수 있다. 레인징 신호는 반송파 신호에 비해 이용하기는 쉬우나, 항법 정확도가 떨어지는 단점이 있다. 이에 비해 반송파는 일반적인 레인징 신호에 비해 정밀도가 매우 높아서 훨씬 정확하게 위치를 계산할 수 있다. 위성항법시스템인 GPS의 경우 레인징 신호의 정밀도는 수 m인데 비해 반송파 신호의 정밀도는 수 cm 수준이 된다.
일반적으로 무선 주파수 신호의 반송파를 이용하기 위해서는 반송파의 모호성을 해결해야 하며, 이러한 문제 때문에, 반송파를 이용하여 위치를 계산하는 방법은 복잡하고 구현이 쉽지 않다. 하지만 상기 안테나 간의 거리가 무선 주파수 신호의 반송파의 반 파장 이하일 경우, 반송파의 모호성이 사라지게 되기 때문에 반송파를 이용해서 위치를 계산하는 것이 보다 간편해 진다. 안테나 간의 거리가 반파장 이하일 경우, 반송파의 모호성이 어떻게 사라지게 되는지를 아래와 같이 설명하도록 한다.
상기 복수의 안테나 중 i번째 안테나에서 수신된 반송파 신호는 다음의 수학식과 같이 간단하게 모델링할 수 있다.
Figure 112010003563664-pat00001
여기서,
Figure 112010003563664-pat00002
: i번째 안테나와 통신 장치 간의 실제 거리
Figure 112010003563664-pat00003
: 사용자 단말기의 시간 오차
Figure 112010003563664-pat00004
: 반송파 신호의 모호성
Figure 112010003563664-pat00005
: 반송파 신호의 파장 길이
상기 수학식에서
Figure 112010003563664-pat00006
는 반송파 신호의 모호성을 나타내며 정수값을 가진다. 즉, 반송파 신호는 일종의 파동 신호이기 때문에, 과연 몇 파장이 있는지가 모호한 값이 된다. 일반적으로 GPS에서는 이 값을 계산하기 위해 검색이라는 방법을 통해 모호성을 해결하게 되는데, 실내의 경우 이 검색 방법을 그대로 적용하는 것이 어려우며, 이를 위해서는 사용자가 실내에서 일정 수준 이상으로 움직여야 하며, 또한 수 분 정도의 계산 시간이 소요된다.
이 때 반송파 신호를 i번째 안테나와 j번째 안테나에 대해 차분하게 되면, 아래의 수학식으로 나타난다.
Figure 112010003563664-pat00007
여기서,
Figure 112010003563664-pat00008
여기서 양변을 파장으로 나누면 다음의 수학식이 된다.
Figure 112010003563664-pat00009
여기서 두 안테나 간의 거리가 반파장 이하이므로, 다음의 수학식 4 및 수학식 5와 같은 부등식이 성립된다.
Figure 112010003563664-pat00010
Figure 112010003563664-pat00011
따라서, 수학식 6이 도출된다.
Figure 112010003563664-pat00012
여기서 우리는 거리 정보를 얻어야 하기 때문에,
Figure 112010003563664-pat00013
를 얻어야 한다. 또한 측정치로 얻는 값이
Figure 112010003563664-pat00014
이다. 따라서 아래와 같은 수학식을 통해 계산을 하게 되면, 모호성인 정수값
Figure 112010003563664-pat00015
를 계산하여 측정치에서 제거하는 것이 가능해진다.
Figure 112010003563664-pat00016
Figure 112010003563664-pat00017
즉, 측정치에서 정수값을 빼면, 이것이 실제 거리 정보가 된다.
만약 수신 안테나 간의 거리가 반파장 이상일 경우, 추가 알고리즘을 통해 반송파 신호의 모호성을 해결해야 하는데, 안테나 간의 거리를 알고 있기 때문에, 이러한 모호성을 해결하는 것은 비교적 수월하며, 이러한 추가 알고리즘은 검색 기법 등을 통해 당업자에게 자명하게 도출될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서는 이러한 추가 알고리즘에 대한 설명을 생략하도록 한다. 특히 MIMO(Multi Input Multi Output)시스템은 복수개의 안테나가 기본적으로 장착된 시스템인데, 안테나 간의 거리가 일반적으로 파장의 4배 이상이므로, MIMO 시스템에 이러한 내용이 적용될 수 있을 것이다. 또한 반송파 신호 이외에도 레인징 신호도 반송파 신호의 상기와 같은 방법을 통해 거리 정보를 계산하는 것이 가능하다. 레인징 신호를 이용할 경우 안테나 간의 거리에 영향을 받지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 단말기(300)를 구체적으로 도시한 도면이다.
사용자 단말기(300)는 통신 장치(200)로부터 송신된 무선 신호를 수신하는 복수의 안테나(301a~c)를 장착한 단말기(302), 단말기(300)의 자세 또는 복수의 안테나(301a~c)의 자세를 추정하는 자세 추정 모듈(303), 그리고 복수의 안테나(301a~c)를 통해 수신된 신호의 위상 차이와 자세 추정 모듈(303)을 통해 추정된 자세 정보를 이용해 사용자 단말기(300)의 위치를 계산하는 위치 계산 모듈(304)로 구성된다.
상기 안테나(301a~c)는 통신 장치에서 생성된 신호를 실제로 수신하는 송수신 모듈을 의미한다. 중요한 것은 본 발명에서 단말기(300)가 복수의 통신 안테나(301a~c)를 장착하고 있다는 점이다. 통신 장치에서 생성된 신호는 서로 다른 안테나(301a~c)를 통해 수신되며, 각 안테나와 통신 장치까지의 실제 거리가 다르기 때문에, 각 안테나에서 수신된 신호는 실제 거리 차이에 따른 위상 차이를 갖게 된다. 따라서, 각 신호의 위상 차이를 측정할 수 있게 된다. 이때 안테나(301a~c)는 패치 타입, 헬리컬 타입 등 안테나의 타입과는 상관이 없으므로, 모든 타입의 안테나를 모두 포함한다. 도 2에서는 안테나가 3개인 경우만 도시되었으나, 이는 예시적인 경우를 도시한 것이며, 단말기가 2개 또는 4개 이상의 안테나를 포함하는 경우도 본 발명의 내용에 포함된다.
한편, 본 실시예에서 상기 자세 추정 모듈(303)은 상기 단말기(300)에 포함된 것으로 도시되었으나, 단말기(300)와 별도로 구비될 수도 있다. 자세 추정 모듈은 단말기(300)의 자세를 추정하는데 사용된다. 복수의 안테나를 장착한 단말기는 고정되지 아니하고 이동하므로 단말기가 기울어져 있는 경우 위치 확인 시스템의 x, y, z 축들이 달라지게 되어 정확한 위치 측정이 불가능해진다. 따라서, 단말기가 어떤 자세를 취하고 있는지를 측정할 수 있는 자세 추정 모듈(303)이 필요하게 된다. 자세 추정 모듈(303)은 자이로스코프(Gyroscope), 가속도계(Accelerometer), 마그네토미터(Magnetometer), 콤파스(Compass), 지자기 센서, 카메라 모듈 등 방위 정보를 제공하는 센서 중의 하나로 구성될 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 상기 위치 계산 모듈(304)은 상기 단말기(300)에 포함된 것으로 도시되었으나, 단말기(300)와 별도로 구비될 수도 있다. 위치 계산 모듈(304)은 안테나(300a~c)에서 수신된 신호의 위상 차이를 이용하여, 사용자의 위치를 계산한다. 위치 계산 모듈(304)은 상기 단말기(300)와 상기 통신 장치(200) 간에 양방향 통신을 하는 양방향 통신 기반 위치 계산 모듈, 또는 상기 단말기(300)가 상기 통신 장치(200)로부터 통신 신호를 일방적으로 수신하는 단방향 통신 기반 위치 계산 모듈을 포함할 수 있다. 즉, 상기 통신 장치(200) 및 상기 단말기(300)의 통신 방법에 따라서 사용되는 모듈이 달라지게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템의 위치 계산 모듈의 개념도이다. 도 3을 참조하면, 통신 장치(200)가 도시되어 있고, 이러한 통신 장치(200)에 대한 안테나가 3개를 포함한 단말기(300)의 개념적인 2차원 위치가 도시되어 있다.
사용자가 바닥 평면 상에 존재한다고 가정하고, 또한 사용자가 보유한 단말기(300)의 대략적인 높이가 거의 일정하다고 가정하면, 사용자의 위치는 2차원으로 표현할 수 있으며, 사용자의 2차원 위치는 도 3에서처럼 방위각(ψ)과 거리(dround _ trip) 또는 방위각(ψ)과 앙각(θ)으로 표현이 가능하다. 즉 방위각(ψ)과 거리(dround _ trip) 또는 방위각(ψ)과 앙각(θ)을 추정하면, 사용자의 2차원 위치를 추정할 수 있다.
수학적 접근에 따를 경우, 1차원 위치를 추정할 경우 미지수가 1개이므로, 1개의 측정식이 필요하며, 2차원일 경우 측정식이 2개, 3차원 해를 구하기 위해서는 측정식이 3개 필요하다. 즉, 본 실시예에서와 같이 통신장치의 안테나가 3개일 경우에는 안테나 간의 차분을 통해 총 2개의 측정식을 얻을 수 있기 때문에, 2차원 위치를 추정하는 것이 가능하며, 안테나가 1개일 경우에는 1차원 위치, 안테나가 4개 이상일 경우에는 3차원 위치를 구하는 것이 가능하다. 본 실시예에 기술된 2차원 위치 계산 알고리즘의 1차원 또는 3차원 위치 계산 알고리즘으로의 확대는 아래의 설명으로부터 이 분야의 지식을 가진 자에게는 자명하게 도출될 것이므로, 본 명세서에서는 1차원 또는 3차원 위치 계산 알고리즘에 대한 설명을 생략하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템의 위치 계산 모듈에서 사용자의 위치를 추정하는 알고리즘의 순서도이다.
사용자 단말기가 양방향 통신이 되는지 여부에 따라 여러 가지 방법으로 사용자의 위치를 계산하는 것이 가능하다(S401). 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 확인 시스템에서의 위치 계산 모듈의 위치 계산 알고리즘은 크게 4가지로 나눌 수 있다. 양방향 통신의 경우에는 2가지가 있으며, 단방향 통신의 경우에도 2가지가 있다.
단말기가 양방향 통신이 가능한 경우 단말기가 통신 장치에 신호를 보내면서 접속하게 된다(S402). 그리고 양방향 통신 기반 위치 계산 모듈로 상기 단말기와 상기 통신 장치 간의 통신 결과가 보내지게 되고(S403), 양방향 통신 기반 위치 계산 모듈에 의해 사용자 위치를 추정하게 된다(S406).
반면, 단말기가 단방향 통신이 가능한 경우 단말기가 통신 장치로부터 신호를 수신하게 된다(S404). 그리고 단방향 통신 기반 위치 계산 모듈로 상기 단말기의 수신 결과가 보내지게 되고(S405), 단방향 통신 기반 위치 계산 모듈에 의해 사용자 위치를 추정하게 된다(S406).
이제 도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템에서의 위치 계산 알고리즘을 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템에서 단방향 통신의 경우에, 자세를 추정하고 수신 신호의 위상 차이를 이용해 직접 위치를 계산하는 알고리즘의 순서도이다.
먼저 단말기의 자세가 추정되고(S501), 단방향 통신 모듈은 단방향 통신의 결과를 받는다(S502). 그 다음, 수신 신호의 위상 차이를 측정한다(S503). 이 때, 상기 수학식 2에서, 안테나 간의 거리가 반송파 신호의 반파장 이하일 경우,
Figure 112010003563664-pat00018
은 0이 된다. 따라서 결과적으로 i번째 안테나와 j번째 안테나에서 수신한 신호의 페이즈 차분치는 아래와 같다.
Figure 112010003563664-pat00019
즉 신호의 페이즈 차이는 거리 차이와 일치한다. 이를 3개의 안테나에 대해 정리하면 아래와 같다.
Figure 112010003563664-pat00020
신호 송신 장치의 위치가
Figure 112010003563664-pat00021
라 할 때, 사용자 단말기의 구조가 도 6과 같다고 할 수 있다. 이때 각 안테나의 위치인 A, B, C 지점의 위치는 아래의 수학식과 같다.
Figure 112010003563664-pat00022
Figure 112010003563664-pat00023
여기서,
Figure 112010003563664-pat00024
는 좌표 B과 좌표 C를 이은 선이 x축과 이루는 각도이고, D는 좌표 B와 좌표 A를 이은 선이 x축과 이루는 각도이다. 이 때, 상기 A, B, C의 좌표를 수학식 11에 대입하여 정리하면 방정식이 도출된다. 이 방정식을 풀어 위치해인 xB, yB를 얻을 수 있다(S504). 이렇게 방정식을 푸는 방법은 여러 가지가 있으며, 그 중 한 가지 방법을 이용하면, 아래와 같은 위치해를 얻을 수 있다.
Figure 112010003563664-pat00025
Figure 112010003563664-pat00026
Figure 112010003563664-pat00027
이와 같이 얻어진 위치해 xB, yB 로 사용자의 위치를 구할 수 있다(S505).
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템에서 단방향 통신의 경우에, 자세를 추정하고 수신 신호의 위상 차이를 이용해 앙각과 방위각을 추정하여 위치를 계산하는 알고리즘의 순서도이다.
단방향 통신 모듈의 경우, 아래에서 설명할 양방향 통신의 경우와는 달리 단말기와 통신 장치간의 거리를 추정하는 것이 불가능하다. 다만, 거리를 계산하는 과정없이 각 안테나에 수신된 신호 간의 위상 차이를 이용해 앙각을 추정하는 것은 가능하다. 또한, 위상 차이를 이용해 위치를 계산하면, 안테나 배치의 기하학적 특성상, 위치해가 안테나 방향으로 길게 분포한다. 이런 특성을 활용하여, 해당 위치해로부터 방위각 정보를 비교적 정확하게 획득할 수 있다. 이처럼, 앙각 및 방위각을 구함으로써 사용자의 위치를 추정할 수 있다.
먼저 단말기의 자세가 추정되고(S701), 단말기는 통신 장치로부터 송신된 신호를 수신하여(S702), 각 안테나에 수신된 신호 간의 위상 차이를 측정하게 된다(S703). 이 때, 각 안테나에서 수신한 신호 간의 위상 차이는 다음과 같은 식으로 모델링 될 수 있다.
Figure 112010003563664-pat00028
상기 수학식 15에 의하면, 신호를 수신하여 각 신호의 위상 차이를 계산할 수 있으며(S704), 이 위상 차이는 각 안테나와 통신 장치간의 거리의 차이와 같다. 이와 같이 얻어진 위상 차이를 이용하여 앙각 및 방위각을 구하게 된다.
먼저, 앙각을 계산하는 방법을 도 8을 참조하여 설명하도록 한다.
도 8의 삼각형 ABC에서 안테나 사이의 거리인 변BC는 RF 신호의 파장보다 짧아야 하기 때문에 매우 짧은 반면에, 통신 장치와 안테나 사이의 거리인
Figure 112010003563664-pat00029
는 상대적으로 길다. 따라서, 각도
Figure 112010003563664-pat00030
는 매우 작다. 삼각형 ACD에서 변AD와 변AC가 같기 때문에, 삼각형 ACD는 이등변 삼각형이고, 각도
Figure 112010003563664-pat00031
는 매우 작으므로, 삼각형 ACD의 각ADC는 직각에 가깝다고 가정할 수 있다. 따라서 삼각형 BDC에서도 각BDC는 직각이며, 다음 식을 이용해 각
Figure 112010003563664-pat00032
를 추정할 수 있다(S704, 도 7 참조).
Figure 112010003563664-pat00033
Figure 112010003563664-pat00034
: i번째 안테나와 j번째 안테나 간의 거리
그러나, 통신 장치가 두 안테나와 같은 평면에 있지 않기 때문에 이 값은 정확하지 않다. 만일 같은 평면에 존재할 경우,
Figure 112010003563664-pat00035
값이 가장 작아야 한다. 따라서 모든 안테나에 대해 위의 방법을 적용하여
Figure 112010003563664-pat00036
값을 계산하고, 해당 값 중, 가장 작은 값을 선택한다. 즉
Figure 112010003563664-pat00037
중 최소값을 앙각으로 정한다(S705, 도 7 참조).
앙각은 상기와 같은 방법으로 구해지고, 방위각을 구하는 방법을 설명하도록 한다. 수학식 12에서 얻어진 각 안테나에 수신된 신호 간의 위상 차이를 이용해 개략적인 사용자의 위치를 계산할 수 있다(S706). 하지만 안테나간의 거리가 매우 가깝기 때문에, 위치를 계산할 경우, 수렴을 하지 않는 문제가 발생한다. 이를 개선하기 위해 반복법 계산보다는 직접법 방식의 계산이 더욱 유리하다. 직접법 방식으로 계산할 경우에도 안테나가 한 쪽에 몰려 있는 기하학적 특징으로 인해, 해당 방향으로 항법해가 넓게 분포하게 되는데, 이를 이용하여 방위각을 구할 수 있다(S707).
도 9는 직접법을 이용해 사용자의 개략적인 위치를 계산한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. 여기서, (0,0)에 통신 장치가 위치하고, 사용자가 (10.0)에 위치해 있다. 직접법으로 계산된 사용자의 위치는 좌우로 넓게 분포되어 있는 반면, 상하로는 좁게 분포 되어 있다. 이러한 특징은 안테나가 사용자의 좌측에 몰려있는 기하학적 특징으로 인한 것이다. 따라서, 상기와 같은 직접법으로 위치해를 구하는 경우, 사용자의 위치는 정확하지 않을 수 있으나, 2차원 평면 상에서 사용자가 통신 장치에 대해 어떠한 방향에 있는지를 나타내는 방위각 정보는 비교적 정확하게 획득할 수 있다.
따라서, 단방향 통신 기반 위치 계산 모듈은 추정된 상기 자세 정보, 상기 앙각 및 상기 방위각을 통해 사용자의 2차원 위치를 추정하게 된다(S708, 도 7 참조).
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템에서 양방향 통신의 경우에, 단말기의 자세를 추정하고 직접 거리를 계산하여 위치를 계산하는 알고리즘의 순서도이다.
먼저 단말기의 자세가 추정되고(S1001), 양방향 통신 기반 위치 계산 모듈은 양방향 통신의 결과를 받고(S1002), 왕복 통신 기법을 이용하여 다음 수학식과 같이 통신 장치와 단말기 간의 거리를 계산하게 된다(S1003).
Figure 112010003563664-pat00038
여기서,
Figure 112010003563664-pat00039
: 왕복 통신 신호에 기반한 거리 측정치
Figure 112010003563664-pat00040
: 사용자 단말기가 신호를 받은 시각
Figure 112010003563664-pat00041
: 사용자 단말기에서 신호를 송신한 시각
Figure 112010003563664-pat00042
: 통신 장치에서 신호를 받아서, 송신하기까지의 시간 지연
따라서, 양방향 통신 기반 위치 계산 모듈은 상기 추정된 자세 정보 및 상기 수학식을 통해 얻어진 통신 장치와 단말기간의 거리를 통해 사용자의 위치를 추정하게 된다(S1004). 다만, 도 10에서 설명한 방법으로는 사용자의 2차원 이상의 위치는 구하기 어려울 것이며, 1차원 위치를 구할 필요가 있는 경우에는 효과적일 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템에서 양방향 통신의 경우에, 단말기의 자세를 추정하고 거리 및 방위각 또는 앙각 및 방위각을 이용해 위치를 계산하는 알고리즘의 순서도이다.
도 11을 참조하면, 먼저 단말기의 자세를 추정하고(S1101), 양방향 통신 기반 위치 계산 모듈은 양방향 통신의 결과를 받고(S1102), 양방향 통신 기법을 이용하여 통신 장치와 단말기 간의 거리를 계산하게 된다(S1103). 단계(S1101) 내지 단계(S1103)까지의 단계는 도 10에서 설명한 단계(S1001) 내지 단계(S1003)의 단계와 동일하게 이루어진다.
여기서, 거리를 계산하는 단계(S1103) 다음에 앙각을 계산하는 단계(S1103')가 추가될 수 있다. 이 경우, 단계(S1103)에서 계산된 통신 장치와 단말기간의 거리로부터 앙각을 계산하게 되는데, 통신 장치의 높이를 이미 알고 있다는 점을 고려하면, 앙각을 계산하는 수학식은 다음과 같다.
Figure 112010003563664-pat00043
여기서,
Figure 112010003563664-pat00044
: 앙각
Figure 112010003563664-pat00045
: 통신 장치의 높이
이러한 앙각을 계산하는 단계(S1103')는 필수적인 단계는 아니며 필요에 따라 추가되거나 삭제될 수 있는 단계이다.
한편, 본 발명에 따른 위치 확인 시스템은 수신 신호의 위상 차이를 측정(S1104)하고 이를 이용하여 개략적인 사용자의 위치를 계산(S1105)한 다음, 방위각을 추정(S1106)한다. 단계(S1104) 내지 단계(S1106)까지의 단계는 도 7에서 설명한 단계(S703), 단계(S706) 및 단계(S707)와 동일하게 이루어진다.
이와 같이 단말기의 자세가 추정되고, 통신 장치와 단말기 간의 거리 및 방위각 또는 앙각 및 방위각의 계산이 이루어지면, 그 결과를 결합하여 사용자의 정확한 2차원 위치 추정(S1107)이 가능하다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 5에서 설명한 방법을 이용해 사용자 단말기의 위치를 확인한 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다. 통신 장치(200, 도 5 참조)는 원점(0,0)에 존재하며, 사용자 단말기(300, 도 5 참조)의 실제 위치는 (3,3)에 존재한다. 사용자 단말기는 3개의 안테나를 장착하였으며, 본 발명에서 제시한 방법을 이용하여 계산한 사용자의 계산된 위치(305)는 점으로 표시하였다. 시뮬레이션 결과를 살펴보면, 계산된 사용자 위치는 실제 사용자 위치에 거의 가깝게 분포되어 있음을 알 수 있다.
이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태의 변형은, 본 발명의 정신에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다.

Claims (42)

  1. 통신 신호를 생성 또는 중계하는 통신 장치;
    복수의 안테나를 포함하고 상기 통신 장치와 통신하는 단말기;
    상기 단말기의 자세를 추정하여 자세 정보를 생성하는 자세 추정 모듈; 및
    상기 복수의 안테나 각각에 수신된 신호 사이의 위상 차이 및 상기 자세 정보를 이용해 상기 단말기의 위치를 계산하는 위치 계산 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자세 추정 모듈은 상기 단말기에 포함된 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자세 추정 모듈은 상기 단말기와 별도로 구비된 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위치 계산 모듈은 상기 단말기에 포함된 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 위치 계산 모듈은 상기 단말기와 별도로 구비된 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 통신 신호는 레인징 신호, 반송파 신호, 부반송파 신호로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나의 신호인 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 안테나 간의 거리는 상기 통신 신호의 반 파장 이하인 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 안테나 간의 거리는 상기 통신 신호의 반 파장 이상인 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 통신 장치는 상기 단말기와 양방향 통신을 하는 송수신 장치인 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 통신 장치는 상기 단말기와 단방향 통신을 하는 송신 장치인 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 통신 장치는 인공위성, 지상 비콘, 의사위성, 무선랜(Wi-Fi/WLAN/Wireless LAN), 와이브로(Wibro), 이동통신, 블루투스(Bluetooth), UWB, 적외선, 초음파, 지그비(Zigbee), 무선 USB, RFID, 액티브 RFID로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나의 방식으로 통신하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 단말기는 상기 통신 장치와 양방향 통신을 하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 단말기는 상기 통신 장치와 단방향 통신을 하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 단말기는 인공위성, 지상 비콘, 의사위성, 무선랜(Wi-Fi/WLAN/Wireless LAN), 와이브로(Wibro), 이동통신, 블루투스(Bluetooth), UWB, 적외선, 초음파, 지그비(Zigbee), 무선 USB, RFID, 액티브 RFID로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나의 방식으로 통신하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 자세 추정 모듈은,
    자이로스코프(Gyroscope), 가속도계(Accelerometer), 마그네토미터(Magnetometer), 콤파스(Compass), 지자기 센서, 카메라 모듈로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 위치 계산 모듈은 양방향 통신 기반 위치 계산 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 위치 계산 모듈은 단방향 통신 기반 위치 계산 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 양방향 통신 기반 위치 계산 모듈은,
    양방향 통신을 통해 상기 단말기와 상기 통신 장치간의 거리를 계산하는 거리 계산 수단; 및
    상기 자세 추정 모듈에서 추정된 자세 정보 및 상기 거리를 이용하여 상기 단말기의 위치를 추정하는 위치 추정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 양방향 통신 기반 위치 계산 모듈은,
    양방향 통신을 통해 상기 단말기와 상기 통신 장치간의 거리를 계산하는 거리 계산 수단;
    상기 거리에 기반하여 앙각을 계산하는 앙각 계산 수단;
    상기 복수의 안테나 각각에 수신된 신호 사이의 위상 차이를 계산하는 위상 차이 계산 수단;
    상기 복수의 안테나 각각에 수신된 신호 사이의 위상 차이로부터 방위각을 계산하는 방위각 계산 수단; 및
    상기 자세 추정 모듈에서 추정된 자세 정보, 상기 앙각 및 상기 방위각을 이용하여 상기 단말기의 위치를 추정하는 위치 추정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 거리 계산 수단은,
    상기 단말기와 상기 통신 장치간의 거리를
    Figure 112010003563664-pat00046
    , 상기 단말기가 신호를 수신한 시각을
    Figure 112010003563664-pat00047
    , 상기 단말기에서 신호를 송신한 시각을
    Figure 112010003563664-pat00048
    , 상기 통신 장치에서 신호를 받아서, 송신하기까지의 시간 지연을
    Figure 112010003563664-pat00049
    라 할 때,
    Figure 112010003563664-pat00050
    의 수학식에 의하여 상기 단말기와 상기 통신 장치간의 거리를 구하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 앙각 계산 수단은,
    상기 단말기와 상기 통신 장치간의 거리를
    Figure 112010003563664-pat00051
    , 앙각을
    Figure 112010003563664-pat00052
    , 상기 통신 장치의 높이를
    Figure 112010003563664-pat00053
    라 할 때,
    Figure 112010003563664-pat00054
    의 수학식에 의하여 상기 앙각을 구하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 단방향 통신 기반 위치 계산 모듈은,
    상기 복수의 안테나 각각에 수신된 신호 사이의 위상 차이를 계산하는 위상 차이 계산 수단;
    상기 복수의 안테나 각각에 수신된 신호 사이의 위상 차이를 이용하여 상기 단말기의 위치를 계산하는 위치 계산 수단; 및
    상기 자세 추정 모듈에서 추정된 자세 정보 및 계산된 상기 단말기의 위치를 이용하여 상기 단말기의 위치를 추정하는 위치 추정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 단방향 통신 기반 위치 계산 모듈은,
    상기 복수의 안테나 각각에 수신된 신호 사이의 위상 차이를 계산하는 위상 차이 계산 수단;
    상기 복수의 안테나 각각에 수신된 신호 사이의 위상 차이로부터 앙각을 계산하는 앙각 계산 수단;
    상기 복수의 안테나 각각에 수신된 신호 사이의 위상 차이로부터 방위각을 계산하는 방위각 계산 수단; 및
    상기 자세 추정 모듈에서 추정된 자세 정보, 상기 앙각 및 상기 방위각을 이용하여 상기 단말기의 위치를 추정하는 위치 추정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 앙각 계산 수단은,
    상기 복수의 안테나 중 i번째 안테나와 j번째 안테나를 연결한 직선 상에서 i번째 안테나가 상기 통신 장치와 이루는 각을
    Figure 112010003563664-pat00055
    , i번째 안테나와 상기 통신 장치 간의 거리 및 j번째 안테나와 상기 통신 장치 간의 거리의 차이를
    Figure 112010003563664-pat00056
    , i번째 안테나와 j번째 안테나 간의 거리를
    Figure 112010003563664-pat00057
    라 할 때,
    Figure 112010003563664-pat00058
    의 수학식으로부터 계산된
    Figure 112010003563664-pat00059
    중 최소값을 상기 앙각으로 정하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  25. 제19항, 제22항 및 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상 차이 계산 수단은,
    i번째 안테나와 j번째 안테나 간의 위상 차이를
    Figure 112010003563664-pat00060
    , i번째 안테나와 j번째 안테나 간의 거리를
    Figure 112010003563664-pat00061
    라 할 때,
    Figure 112010003563664-pat00062
    의 수학식을 통해 상기 복수의 안테나 각각에 수신된 신호 사이의 위상 차이를 구하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 위치 계산 수단은,
    각 안테나의 위치가 A, B, C 좌표이고,
    Figure 112010003563664-pat00063
    이며,
    Figure 112010003563664-pat00064
    는 좌표 B와 좌표 C를 이은 선이 x축과 이루는 각도이고, D는 좌표 B와 좌표 A를 이은 선이 x축과 이루는 각도일 때, 각 좌표는,
    Figure 112010003563664-pat00065
    와 같고, 상기 A, B, C의 좌표를
    Figure 112010003563664-pat00066
    의 수학식에 대입하여 도출된 방정식을 풀어 위치해인 xB, yB를 얻는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 시스템.
  27. 단말기가 통신 장치로부터 복수의 신호를 수신하는 수신 단계;
    상기 단말기의 자세를 추정하여 자세 정보를 생성하는 자세 정보 생성 단계; 및
    상기 수신 단계에서 수신된 복수의 신호 사이의 위상 차이 및 상기 자세 정보 생성 단계에서 생성된 자세 정보를 이용해 상기 단말기의 위치를 계산하는 위치 계산 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 수신 단계에서 수신된 신호는 레인징 신호, 반송파 신호, 부반송파 신호로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나의 신호인 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 방법.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 수신 단계는, 양방향 통신으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 방법.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 수신 단계는, 단방향 통신으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 방법.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 수신 단계는 인공위성, 지상 비콘, 의사위성, 무선랜(Wi-Fi/WLAN/Wireless LAN), 와이브로(Wibro), 이동통신, 블루투스(Bluetooth), UWB, 적외선, 초음파, 지그비(Zigbee), 무선 USB, RFID, 액티브 RFID로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나의 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 방법.
  32. 제27항에 있어서,
    상기 위치 계산 단계는,
    양방향 통신을 기반하여 위치를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 방법.
  33. 제27항에 있어서,
    상기 위치 계산 단계는,
    단방향 통신을 기반하여 위치를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 방법.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 양방향 통신을 기반하여 위치를 계산하는 단계는,
    양방향 통신을 통해 상기 단말기와 상기 통신 장치 간의 거리를 계산하는 단계; 및
    상기 단말기의 자세 정보 및 상기 거리를 이용하여 상기 단말기의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 방법.
  35. 제32항에 있어서,
    상기 양방향 통신을 기반하여 위치를 계산하는 단계는,
    양방향 통신을 통해 상기 단말기와 상기 통신 장치 간의 거리를 계산하는 단계;
    상기 거리에 기반하여 앙각을 계산하는 단계;
    상기 복수의 신호 사이의 위상 차이를 계산하는 단계;
    상기 복수의 신호 사이의 위상 차이로부터 방위각을 계산하는 단계; 및
    상기 단말기의 자세 정보, 상기 앙각 및 상기 방위각을 이용하여 상기 단말기의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 방법.
  36. 제34항 또는 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 거리를 계산하는 단계는,
    상기 단말기와 상기 통신 장치 간의 거리를
    Figure 112010003563664-pat00067
    , 상기 단말기가 신호를 수신한 시각을
    Figure 112010003563664-pat00068
    , 상기 단말기에서 신호를 송신한 시각을
    Figure 112010003563664-pat00069
    , 상기 통신 장치에서 신호를 받아서, 송신하기까지의 시간 지연을
    Figure 112010003563664-pat00070
    라 할 때,
    Figure 112010003563664-pat00071
    의 수학식에 의하여 상기 단말기와 상기 통신 장치 간의 거리를 구하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 방법.
  37. 제35항에 있어서,
    상기 앙각을 계산하는 단계는,
    상기 단말기와 상기 통신 장치 간의 거리를
    Figure 112010003563664-pat00072
    , 앙각을
    Figure 112010003563664-pat00073
    , 상기 통신 장치의 높이를
    Figure 112010003563664-pat00074
    라 할 때,
    Figure 112010003563664-pat00075
    의 수학식에 의하여 상기 앙각을 구하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 방법.
  38. 제33항에 있어서,
    상기 복수의 신호 사이의 위상 차이를 계산하는 단계;
    상기 복수의 신호 사이의 위상 차이를 이용하여 상기 단말기의 위치를 계산하는 단계; 및
    상기 단말기의 자세 정보 및 계산된 상기 단말기의 위치를 이용하여 상기 단말기의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 방법.
  39. 제33항에 있어서,
    상기 단방향 통신을 기반하여 위치를 계산하는 단계는,
    상기 복수의 신호 사이의 위상 차이를 계산하는 단계;
    상기 복수의 신호 사이의 위상 차이로부터 앙각을 계산하는 단계;
    상기 복수의 신호 사이의 위상 차이로부터 방위각을 계산하는 단계; 및
    상기 단말기의 자세 정보, 상기 앙각 및 상기 방위각을 이용하여 상기 단말기의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 방법.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 단말기는 상기 복수의 신호 각각을 수신하는 복수의 안테나를 포함하고,
    상기 앙각을 계산하는 단계는,
    상기 복수의 안테나 중 i번째 안테나와 j번째 안테나를 연결한 직선 상에서 i번째 안테나가 상기 통신 장치와 이루는 각을
    Figure 112010003563664-pat00076
    , i번째 안테나와 상기 통신 장치 간의 거리 및 j번째 안테나와 상기 통신 장치 간의 거리의 차이를
    Figure 112010003563664-pat00077
    , i번째 안테나와 j번째 안테나 간의 거리를
    Figure 112010003563664-pat00078
    라 할 때,
    Figure 112010003563664-pat00079
    의 수학식으로부터 계산된
    Figure 112010003563664-pat00080
    중 최소값을 상기 앙각으로 정하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 방법.
  41. 제35항, 제38항 및 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단말기는 상기 복수의 신호 각각을 수신하는 복수의 안테나를 포함하고,
    상기 복수의 신호 사이의 위상 차이를 계산하는 단계는,
    i번째 안테나와 j번째 안테나 간의 위상 차이를
    Figure 112010003563664-pat00081
    , i번째 안테나와 j번째 안테나 간의 거리를
    Figure 112010003563664-pat00082
    라 할 때,
    Figure 112010003563664-pat00083
    의 수학식을 통해 상기 복수의 안테나 각각에 수신된 신호 사이의 위상 차이를 구하는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 방법.
  42. 제38항에 있어서,
    상기 단말기는 상기 복수의 신호 각각을 수신하는 복수의 안테나를 포함하고,
    상기 단말기의 위치를 계산하는 단계는,
    각 안테나의 위치가 A, B, C 좌표이고,
    Figure 112010003563664-pat00084
    이며,
    Figure 112010003563664-pat00085
    는 좌표 B와 좌표 C를 이은 선이 x축과 이루는 각도이고, D는 좌표 B와 좌표 A를 이은 선이 x축과 이루는 각도일 때, 각 좌표는,
    Figure 112010003563664-pat00086
    와 같고, 상기 A, B, C의 좌표를
    Figure 112010003563664-pat00087
    의 수학식에 대입하여 도출된 방정식을 풀어 위치해인 xB, yB를 얻는 것을 특징으로 하는 복수의 안테나를 포함한 단말기의 위치 확인 방법.
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