KR101118267B1

KR101118267B1 - Ｕｗｂ 기반의 태그 위치 추정 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR101118267B1
Application number: KR1020090049243A
Authority: KR
Inventors: 조성윤; 최영우
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2009-04-20
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2012-03-22
Also published as: KR20100115690A

Abstract

UWB 기반의 태그 위치 추정 시스템 및 그 방법을 통해 마스터 시스템은 고정된 기지국의 설치 없이도 라디오 방식으로 커버리지 안에 위치한 태그의 위치를 추정한다. 또한, 커버리지 밖에 위치한 태그는 메시 네트워크를 통해 획득한 정보를 사용하여 위치를 추정한다.

UWB, 태그, 위치 추정, 메시 네트워크, 레이더 방식, 다이렉트 태그, 인다이렉트 태그

Description

ＵＷＢ 기반의 태그 위치 추정 시스템 및 그 방법{System and method for estimating the location of tags based on UWB}

본 발명은 UWB 기반의 태그 위치 추정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

민?군용 위치 확인 시스템은 GPS(Global Positioning System, 위성 항법 시스템), INS(Inertial Navigation System, 관성 항법 시스템), LORAN(Long Range Aid to Navigation), RFID/USN(Radio Frequency Identification/Ubiquitous Sensor Network) 등을 활용하여 자신의 위치 정보를 획득할 수 있다. 상대의 위치 정보가 필요한 경우 상대가 계산한 자신의 위치 정보를 무선으로 제공하거나, 레이더(Radar)와 같이 송출한 신호에 의해 반사되어 오는 신호를 수신하여 물체의 위치 정보를 계산한다. 그리고 상대방의 ID를 확인하기 위해 확인자의 요청에 의해, 상대방은 확인자에서 자신의 ID를 무선으로 제공한다.

전장에서 병사(혹은 보행자)의 위치를 확인하고자 하는 경우, 각 보행자가 보유한 GPS 수신기를 통해 병사의 위치를 계산하고, 이 정보를 무선 통신으로 요청자에게 제공하는 방식이 사용되고 있다. 이 경우 두 가지 단점이 있다.

첫 째는 GPS 신호를 사용할 수 없거나 방해 장치(Jammer)에 의해 잘못된 신 호를 수신하는 경우, 보행자의 정확한 위치 확인이 어렵다는 문제점이 있다. 두 번째는 보행자의 위치 정보가 상대방에게 노출될 수 있다는 문제점이 있다.

GPS를 사용할 수 없는 경우, 무선 통신 인프라를 이용하여 보행자의 위치를 추정할 수 있다. 이를 위해서는 보행자의 위치를 정확하게 알고 있는 AP(Access Point)가 다수 설치되어야 한다. 그러나, 전장에서는 AP가 설치되어 있지 않거나, 사용 불가하게 될 수도 있다. 따라서 전장에서는 AP를 이용한 위치 확인이 불가능하게 된다.

최근, 보행자의 정확한 위치 계산 및 도청에 강한 IEEE 802.15.4a 기반 UWB(Ultra Wideband)에 대한 연구가 이어지고 있다. UWB는 500MHz 정도의 광대역을 사용함으로써 정보의 도청이 어렵고, 거리 측정시 분해능이 좋아 정확한 위치 계산을 실행할 수 있다. 또한, 통신과 거리 측정이 동시에 이루어지는 장점을 갖고 있다. 이 기술은 민?군용 위치 확인 시스템에 이용하려는 움직임이 증가하고 있다. 그러나, 현재 개발된 UWB는 FCC(Federal Communications Commission) 규정에 의해 송출 파워의 제한이 있으므로, 커버리지(coverage)가 넓지 않다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 AP가 없는 환경에서 UWB 커버리지 보다 넓은 검색 공간에 위치한 태그들의 ID 및 위치 정보를 획득할 수 있는 태그 위치 추정 장치 및 방법을 제공한다.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징인 태그의 위치를 추정하는 마스터 시스템을 포함하는 위치 추정 시스템은,

상기 태그의 위치 정보를 확인하기 위해 검색 신호를 송출하고, 상기 태그로부터 상기 검색 신호에 대한 응답인 응답 신호를 수신하는 제1 안테나; 상기 제1 안테나가 장착되며, 상기 제1 안테나를 회전시키는 턴테이블; 상기 제1 안테나를 통해 수신한 상기 응답 신호를 처리하는 제1 RF 칩; 상기 검색 신호를 생성하고, 상기 제1 RF 칩으로부터 처리된 상기 응답 신호를 전달받아 상기 태그의 위치 정보를 확인하는 제1 제어부; 상기 마스터 시스템의 위치 정보를 확인하기 위해 위성과의 통신을 수행하는 제2 안테나; 상기 제2 안테나를 통해 입력되는 정보로부터 상기 마스터 시스템의 위치를 확인하는 항법 모듈; 및 상기 태그의 위치 정보 및 상기 마스터 시스템의 위치를 출력하는 출력부를 포함한다.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 위치 추정 시스템에서 마스터 시스템이 태그의 위치를 추정하는 방법은,

제1 안테나의 방향을 계산하고, 계산된 방향으로 검색 신호를 송출하는 단계; 상기 검색 신호에 대한 응답 신호를 수신하였는지 판단하고, 상기 응답 신호를 수신하였으면 복수의 제1 태그의 위치를 추정하는 단계; 및 상기 응답 신호를 이용하여 복수의 제2 태그의 위치를 추정하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면 UWB 기반의 휴대용 보행자 위치 확인 시스템을 이용하여 UWB 태그의 위치를 레이더 방식으로, 메시 네트워크 방식을 사용하여 커버리지 밖 에 위치한 태그들의 위치를 추정할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 태그 위치 추정 장치 및 방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시스템 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, UWB 기반 태그 위치 추정을 위한 시스템은 마스터 시스템(100)과 태그(200)로 구성되며, 마스터 시스템(100)과 태그(200) 사이의 신호 송수신 및 태그(200)와 태그(200') 사이의 신호 송수신을 통해 태그 위치 추정 기능을 수행한다.

마스터 시스템(100)은 태그의 위치를 추정하는 시스템이다. 태그(200)는 마스터 시스템(100)과의 통신 및 태그들간의 통신을 통해 해당 태그의 위치 정보를 추정할 수 있도록 하며, 보행자가 소지하는 단말이 될 수 있다. 마스터 시스템(100)과 태그(200)의 구조에 대해서는 도 2 및 도 3을 참조로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마스터 시스템의 구조도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태그의 구조도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 마스터 시스템(100)은 UWB RF/Modem 칩(또는 제1 RF 칩이라고도 지칭)(110), 제어부(MCU: Micro Control Unit)(또는 제1 제어부라고도 지칭)(120), 항법 모듈(170), 출력부(130), 제1 안테나(140), 제2 안테나(160) 및 턴테이블(turntable)(150)을 포함한다.

그리고 도 3에 도시된 바와 같이 태그(200)는 UWB RF/Modem 칩(또는 제2 RF 칩이라고도 지칭)(210), 제어부(또는 제2 제어부라고도 지칭)(220), GPS 수신부(230), 제3 안테나(240) 및 제4 안테나(250)를 포함한다.

먼저, 도 2의 마스터 시스템(100)의 UWB RF/Modem 칩(110)은 IEEE 802.15.4a 기반의 UWB용 RF 칩을 예로 하여 설명한다. UWB RF/Modem 칩(110)에 연결된 제1 안테나(140)는 지향성 안테나로, 좁은 빔폭(Beam Width)을 갖는다.

제1 안테나(140)는 턴테이블(150) 위에 장착되며, 신호 송수신 방향은 턴테이블(150)의 회전을 통해 결정된다. 턴테이블(150)의 회전을 위한 제어 신호 출력 및 방향을 계산하는데 사용되는 정보(예를 들어, 엔코더 정보 등)의 획득은 제어부(120)에서 담당한다.

항법 모듈(170)은 마스터 시스템(100)의 초기 위치 정보 및 자세 정보 획득을 위해 사용되며, GPS 수신기, 지자계 세서, 자이로, 가속도계 등을 포함할 수 있 다.

제2 안테나(160)는 GPS 안테나를 이용하며, 항법 모듈(170)에 탑재된 GPS 수신기와 동일한 규격을 갖는다. 제2 안테나(160)를 통해 항법 모듈(170)은 위성과 통신을 수행함으로써, 최초 마스터 시스템(100)이 구동될 때 마스터 시스템(100)의 위치를 확인하는데 이용된다.

제어부(120)는 UWB RF/Modem 칩(110)의 수신 신호를 처리하고, 송출할 신호를 생성한다. 그리고 UWB RF/Modem 칩(110)의 제어를 통해 생성한 송출 신호의 송출을 담당한다. 또한, 턴테이블(150)을 회전시키거나 턴테이블(150)의 방향을 계산하며, 항법 모듈(170)을 통해 마스터 시스템(100)의 초기 위치 정보와 자세 정보를 계산한다. 또한, 태그의 위치를 계산하는 알고리즘을 구동하고, 계산된 정보를 출력부(130)를 통해 출력한다. 제어부(120)의 구동 절차는 도 4를 참조로 설명하기로 한다.

다음 도 3의 태그의 구조를 살펴보면, 태그(200)의 UWB RF/Modem 칩(210)은 마스터 시스템(100)에서 사용하는 UWB RF/Modem 칩(110)과 동일한 칩을 사용한다고 가정하며, 제3 안테나(240)는 무지향성 안테나인 전방향 안테나를 예로 하여 설명한다.

GPS 수신부(230)와 제4 안테나(250)는 태그(200)가 GPS 신호를 사용할 수 있는 경우, 해당 태그(200)의 위치를 계산하기 위해 사용된다. GPS 신호를 이용하여 태그(200)의 위치를 계산하는 방법은 이미 알려진 사항으로, 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

제어부(220)는 UWB RF/Modem 칩(210)의 제3 안테나(240)를 통해 수신된 수신 신호를 처리하고, 제3 안테나(240)를 통해 송출할 신호를 생성한다. 그리고 신호 송수신을 위해 UWB RF/Modem 칩(210)을 제어하기도 한다. 제어부(220)의 구동 절차는 도 5를 참조로 설명하기로 한다.

다음은 마스터 시스템(100)에 탑재된 제어부(120)와 태그(200)에 탑재된 제어부(220)의 구동 절차에 대하여 도 4 및 도 5를 참조로 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마스터 시스템에 탑재된 제어부의 구동 절차를 나타낸 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태그에 탑재된 제어부의 구동 절차를 나타낸 흐름도이다.

먼저 도 4를 참조로 설명하면, 마스터 시스템(100)은 최초 구동되면 항법 모듈(170)을 통해 현재 자신의 위치 정보를 확인한다. 여기서 위치 정보를 확인하는 방법은 이미 알려진 사항으로 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

마스터 시스템(100)은 자신의 위치가 확인되면, 레이더 방식으로 태그들의 위치를 확인하기 위하여 턴테이블(150)을 회전시키며 현재 제1 안테나(140)의 방향을 계산한다(S100). 즉, 제어부(120)는 제1 안테나(140)를 통해 현재 방향으로 검색(Searching) 신호를 송출한다(S110). 이때, 제1 안테나(140)는 지향성 안테나이기 때문에, 현재 방향으로 검색 신호를 방사하게 된다.

그 후, 태그(200)에서 송출한 응답(Answer) 신호의 수신을 대기하면서 응답 신호를 수신하였는지 여부를 확인한다(S120). 만약 응답 신호를 수신하지 못했다 면, 응답 신호 대기 시간(t_w)이 미리 정해진 시간(t_δ)보다 작은지 큰지 여부를 확인한다(S130). 여기서 응답 신호 대기 시간(t_w)은 미리 정해진 시간(t_δ)보다 짧다고 가정한다.

응답 신호가 수신되지 않으며 t_w ≥ t_δ인 경우에, 제어부(120)는 턴테이블(150)을 미리 설정한 간격으로 회전시키며 제1 안테나(140) 방향을 다시 계산한다(S100). 그러나 응답 신호가 수신되지는 않았으나 t_w < t_δ인 경우에는 송출한 검색 신호에 대한 응답 신호를 수신할 때 까지 대기한다.

S120 단계에서 판단한 결과 제어부(120)가 응답 신호를 수신하였다고 판단하면, 수신한 응답 신호로부터 태그(200)의 위치 추정에 필요한 정보를 획득한다(S140). 여기서 위치 추정에 필요한 정보에는 응답 신호를 송신한 태그(200)의 ID 정보와, 마스터 시스템(100)-태그(200)간 거리 추정을 위해 필요한 시간 정보를 포함한다. 그리고 시간 정보는 마스터 시스템(100)이 검색 신호를 송출한 시점부터 응답 신호를 수신한 시점까지의 시간에 대한 정보와, 검색 신호를 수신한 태그가 응답 신호를 생성하여 송출하기 까지 지연된 시간 정보를 의미한다.

제어부(120)는 획득한 시간 정보를 이용하여, 마스터 시스템(100)과 태그(200)간의 거리 정보를 추정한다(S150). 즉, S100 단계에서 계산한 제1 안테나(140) 방향 정보와 S140 단계에서 획득한 태그의 ID 정보 및 거리 정보를 사용하여 해당 태그의 위치를 추정하게 되며, 여기서 추정되는 태그(200)는 마스터 시스템(100)과 직접 송수신을 수행할 수 있는 거리에 위치하는 것으로, 다이렉트 태 그(Direct Tag)라 지칭한다. 다이렉트 태그의 위치는 다음 수학식 1과 같이 추정한다.

여기서

는 i번째 태그를 X축과 Y축으로 추정한 위치 정보이다.

는 S150 단계에서 마스터 시스템(100)과 i번째 태그간 거리 정보에서 추정한 것이며,

는 마스터 시스템(100)과 i번째 태그를 이은 선과 정의된 Y축 사이의 각을 S150 단계에서 계산한 값이다. 여기서 Y축은 마스터 시스템의 정면 방향을 의미하며, X축은 우측 90도 방면을 의미한다. 이에 대해 도 6을 참조로 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마스터 시스템과 태그와의 위치 정보 예시도이다.

도 6에는 두 개의 태그 즉, 태그 1(200-1)과 태그 2(200-2)만을 예로하여 설명하며, 수학식 1을 통해 마스터 시스템(100)과 태그(200)와의 거리 정보를 획득한 후의 예를 도시한 것이다. 여기서 T₁은 태그 1(200-1), T₂는 태그 2(200-2)를 의미한다. 그리고 θ₁과 θ₂는 마스터 시스템(100)을 기준으로 턴테이블(150)의 회전을 통해 계산된 각도이다. 그리고 ρ_M-1 및 ρ_M-2는 마스터 시스템(100)과 태그 1(200-1) 및 태그 2(200-2)와의 거리 정보를 의미한다. θ₂는 Y축 방향을 기준으로 양의 부호를 가지며, θ₁은 음의 부호를 가진다.

다음 도 4를 이어 설명하면 수학식 1을 통해 다이렉트 태그의 위치를 추정한 후, 그 결과를 출력부(130)를 통해 사용자에게 제공한다. 그 다음, 태그(200)를 찾고자 하는 커버리지에서 턴테이블(150)의 회전이 완료되었는지 여부를 판단한다(S160). 회전이 완료되지 않은 것으로 판단되면 제어부(120)는 턴테이블(150)을 일정 간격으로 회전시켜 S100 단계 내지 S160 단계의 절차를 반복한다. 턴테이블(150)의 회전 정도는 시스템 설계자에 따라 달리 설정될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나로 한정하지는 않는다.

그리고 태그를 찾고자 하는 커버리지에서 턴테이블(150)의 회전이 완료되면, 마스터 시스템(100)와 직접 송수신할 수 없는 거리에 위치하는 태그의 위치를 추정한다(S170). 이 태그를 인다이렉트 태그(Indirect Tag)라 지칭한다. 인다이렉트 태그의 예에 대해 도 7을 참조로 설명하기로 한다

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다이렉트 태그와 인다이렉트 태그의 예시도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 마스터 커버리지(300)는 마스터 시스템(100)과 직접 송수신할 수 있는 거리를 의미한다. 마스터 커버리지(300) 내에 위치한 다이렉트 태그(T₁(200-1), T₂(200-2), T₃(200-3))는 마스터 시스템(100)과 직접 통신이 가능하다. 그러나, 마스터 시스템(100)과의 직접 통신이 불가능한 인다이렉트 태 그(T₄(200-4), T₅(200-5), T₆(200-6))의 위치를 추정하기 위해서는 태그로부터 송출된 응답 신호로부터 정보를 획득하는 과정에서, 태그들의 추가적인 정보를 획득해야 한다.

다음 도 4를 이어 설명하면 인다이렉트 태그의 위치를 추정하기 위해서는, S140 단계에서 응답 신호에서 정보를 획득하는 과정에서 태그들의 추가적인 정보를 획득해야 한다. 추가적인 정보에는 태그들사이의 신호 송수신을 통해 획득된 거리 정보 및 해당 태그들의 ID 정보를 포함한다.

추가적인 정보를 획득하기 위해서는 먼저 태그들간의 신호 송수신을 통해, 태그들 간의 거리 정보와 해당 태그들의 ID 정보를 각 태그들에서 수집하여야 한다. 그후, 태그에서 마스터 시스템(100)으로 전송하는 응답 신호에, 수집한 태그들 간의 거리 정보와 태그들의 ID 정보를 실어 보내야 한다. 마스터 커버리지(300) 밖에 위치한 태그들의 정보를 마스터 시스템에 전송하기 위해서는, 이 정보들을 태그들이 모두 공유하고 있어야 한다.

다음은 태그에 탑재된 제어부의 구동 절차에 대하여 도 5를 참조로 설명하기로 한다. 여기서 태그 검색 신호를 송출하는 태그를 제1 태그, 태그 검색 신호를 수신하는 태그를 제2 태그라 지칭한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태그에 탑재된 제어부의 구동 절차를 나타낸 흐름도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제1 태그를 포함하는 태그들이 구동되기 시작하 면, 각 태그들은 주기적으로 제3 안테나(240)를 이용하여 태그 검색 신호를 송출한다(S200). 태그 검색 신호에는 제1 태그의 ID, 태그 검색 신호 구분 메시지 등을 포함한다.

제2 태그가 이웃한 제1 태그로부터 송출된 태그 검색 신호를 수신하였는지 여부를 판단하고(S210), 태그 검색 신호를 수신하면 제2 태그 검색는 태그 검색 신호를 수신하였음을 알리는 태그 응답 신호를 송출한다(S220). 태그 응답 신호에는 태그 검색 신호를 송출한 제1 태그의 ID 정보와, 검색 신호를 수신한 제2 태그의 ID 정보, 제1 태그-제2 태그간 거리 정보를 추정하는데 사용되는 시간 정보, 그리고 다른 태그들 사이에서 수집되어 저장하고 있는 정보 등을 포함한다. 여기서 시간 정보는 제2 태그에서 태그 검색 신호를 수신한 시간으로부터 제2 태그가 태그 응답 신호를 송출한 시점의 시간까지의 정보를 의미한다.

제1 태그에서 태그 응답 신호를 수신하면, 태그 응답 신호가 자기가 송출한 태그 검색 신호에 대한 응답 신호인지 여부를 판단한다(S240). 여기서 응답 신호인지 여부를 판단할 때에는 응답 신호에 포함되어 있는 태그 검색 신호 송출 태그의 ID를 확인함으로써 판단할 수 있다.

S240 단계에서 판단한 결과 제1 태그가 송출한 태그 검색 신호에 대한 태그 응답 신호로 판단하면, 태그 응답 신호로부터 여러 정보를 획득한다(S250). 이 정보에는 응답 신호를 송출한 제2 태그의 ID 정보, 자신과 응답 신호를 송출한 제2 태그간의 거리를 추정하기 위해 필요한 시간 정보 등을 의미한다. 이 정보를 통해 제1 태그와 제2 태그간 거리 정보를 추정할 수 있다(S260).

태그간 신호 송수신을 통해, 각 태그에서 신호 송수신을 할 수 있는 거리 내에 존재하는 태그들과 거리 정보 및 해당 태그의 ID 정보를 획득할 수 있으며, 이 정보들이 응답 신호를 통해 각 태그에서 공유될 수 있다. 그리고 이 정보들은 마스터 시스템과 마스터 커버리지 내에 존재하는 다이렉트 태그들과 신호 송수신시 응답 신호를 통해 마스터 시스템(100)으로 전송된다.

한편 S230단계에서 태그 응답 신호를 수신하지 못한 제1 태그는 계속 태그 응답 신호를 수신할 때까지 대기한다. 그리고 S240에서 태그 응답 신호가 자신이 송출한 태그 검색 신호에 대한 응답 신호가 아닌 것으로 판단하면, 수신한 태그 응답 신호를 폐기한다.

이렇게 전송된 정보를 이용하여 마스터 시스템(100)은 인다이렉트 태그들의 위치를 추정한다. 추정 방법에 대하여 도 8을 참조로 설명하기로 한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 인다이렉트 태그의 위치를 추정하기 위한 예시도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 8개의 태그(200-1 ～ 200-8)가 존재한다고 가정한다. 그리고 마스터 커버리지(300)와 태그 커버리지는 모두 20m인 것으로 가정한다.

이 경우, 다이렉트 태그는 T₁(200-1), T₃(200-3), 그리고 T₆(200-6)이 된다. 이 태그들은 다이렉트 태그 위치 추정을 통해 각각 위치 정보를 추정한다. 나머지 태그들은 인다이렉트 태그 위치 추정 절차를 통해 위치 정보를 추정한다. 도 8에서 점선들은 태그들 사이의 신호 송수신을 통해 거리 정보를 확보한 태그들을 연결한 것이다.

마스터 시스템(100)에서 위치 정보를 추정한 태그 및 위치 정보를 추정한 인다이렉트 태그를 KT(Known Tag)라 지칭하고, 태그간 신호 송수신을 통해 ID를 확보하였으나 마스터 시스템(100)에서 위치 정보를 추정하지 못한 인다이렉트 태그를 UT(Unknown Tag)라 지칭한다. 인다이렉트 태그 위치 추정 시작 시점에서 다이렉트 태그는 KT가 되고, 인다이렉트 태그는 UT가 된다.

UT의 위치 정보 추정 절차에 대해서는 도 9를 참조로 설명하기로 한다. 여기서 UT의 위치 정보 추정 절차는 상기 도 4의 S170 단계에 해당하며, 메시 네트워크를 통해 획득한 정보를 사용하여 UT의 위치를 추정한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 UT의 위치 정보 추정 절차를 나타낸 흐름도이다.

상기 도 8의 실시예에서 UT인 각 UT에 연결된 KT의 수를 계산한다(S171). T₂(200-2)는 2개(T₃(200-3), T₆(200-6)), T₄(200-4)는 2개(T₁(200-1), T₃(200-3)), T₅(200-5)는 3개(T₁(200-1), T₃(200-3), T₆(200-6)), T₇(200-7)은 0개 그리고 T₈(200-8)은 1(T₃(200-3))개가 각각 KT와 연결된 수로 계산된다.

KT의 수를 계산한 후, 위치 정보를 추정할 UT를 결정하는데(S172), 이 경우 위치 정보를 추정할 UT는 가장 많은 연결 수를 가진 T₅(200-5)로 결정된다. 만약 가장 많은 연결 수를 가진 UT가 2개 이상인 경우, 그 중 어느 하나의 태그를 선정한 다. 여기서 태그 선정 방법은 태그 ID를 비교하여 수가 작은 태그를 먼저 선정하는 등 여러 방법을 이용할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 방법으로 한정하지는 않는다.

결정한 UT의 위치 추정을 위해(S173), 해당 UT에 연결된 KT의 추정된 위치 정보와 해당 UT와 각 KT 사이의 계산된 거리 정보를 이용한다. 이 거리 정보는 도 5의 S260 단계에서 계산된 것이다. 그리고 KT의 위치 정보는 도 4의 S150 단계 또는 도 9의 S173 단계에서 추정된 것이다.

이 정보들을 이용하여 최소 자승법(Least Squares) 또는 직접 계산법으로 해당 UT의 위치 정보를 추정할 수 있다. 해당 UT에 연결된 KT의 수가 3개 이상이면 최소 자승법을 이용할 수 있으나, 2개인 경우 최소 좌승법으로 UT의 위치 정보를 계산할 수 없기 때문에 직접 계산법을 이용한다.

따라서, 해당 UT에 연결된 KT의 수가 2개 이상인 경우에는 최소 좌승법 또는 직접 계산법 및 다양한 비선형 함수에서 해 계산법을 사용하여 UT의 위치 정보를 계산할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 직접 계산법을 사용하는 경우 해당 UT의 위치 정보를 추정하는 것을 예로 하여 설명한다. 이를 위해 먼저 다음 수학식 2와 같은 행렬을 구한다.

여기서 (x_ID _(i), y_ID _(i))는 ID가 ID(i)인 i번째 KT의 추정된 위치 좌표를 의미하며, n은 KT의 수를 의미한다.

이 행렬을 이용하여 다음과 같이 계산한다.

여기서

,

이다.

그리고 j는 추정하고자 하는 UT의 ID,

는 ID가 ID(i)인 i번째 KT와 UT j 사이의 추정된 거리 정보를 의미한다.

수학식 3의 식들을 이용하여 다음과 같이 두 개의 UT 위치 정보를 계산할 수 있다.

이 두 해 중에 하나를 선정한다 각 해를 해당 UT의 위치로 가정하고, 이 UT의 커버리지 내에 이 태그와 연결된 KT가 이 해를 계산할 때 사용한 KT만 포함되는지 검사한다. 만약 KT만 포함된다면 만족하는 해를 UT의 위치로 추정하고, 그 결과 를 출력부(130)에 디스플레이한다.

만약 두 해 모두 이 조건을 만족하는 경우, 두 해를 수학식 5에 각각 대입하여 계산한 값 중에서 작은 값에 해당하는 해를 해당 UT의 위치 정보로 추정하고 그 결과를 출력부(130)에 디스플레이한다.

해당 UT의 위치 위치 정보를 추정한 다음, KT와 UT의 수를 조정한다. 즉, 전체 KT의 수를 하나 증가시키고, 전체 UT의 수를 하나 감소시킨다(S173). 모든 UT의 위치 정보가 추정되었는지 판단하고(S174) 즉, UT의 수가 0인지 아닌지 확인한다. 만약 UT의 수가 0이 아니면 다시 각 UT에서 KT와 연결된 수를 계산하고, 위치 정보를 추정할 UT를 결정한다. 그 다음 해당 UT의 위치 정보를 추정하고 다시 KT와 UT의 수를 재조정하는 절차를 거친다. UT의 수가 0이 되면 인다이렉트 태그의 위치 추정이 완료된다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시스템 개념도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마스터 시스템의 구조도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태그의 구조도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마스터 시스템에 탑재된 제어부의 구동 절차를 나타낸 흐름도이다.

Claims

태그의 위치를 추정하는 마스터 시스템을 포함하는 위치 추정 시스템에 있어서,

상기 태그의 위치 정보를 확인하기 위해 검색 신호를 송출하고, 상기 태그로부터 상기 검색 신호에 대한 응답인 응답 신호를 수신하는 제1 안테나;

상기 제1 안테나가 장착되며, 상기 제1 안테나를 회전시키는 턴테이블;

상기 제1 안테나를 통해 수신한 상기 응답 신호를 처리하는 제1 RF 칩;

상기 검색 신호를 생성하고, 상기 제1 RF 칩으로부터 처리된 상기 응답 신호를 전달받아 상기 태그의 위치 정보를 확인하는 제1 제어부;

상기 마스터 시스템의 위치 정보를 확인하기 위해 위성과의 통신을 수행하는 제2 안테나;

상기 제2 안테나를 통해 입력되는 정보로부터 상기 마스터 시스템의 위치를 확인하는 항법 모듈; 및

상기 태그의 위치 정보 및 상기 마스터 시스템의 위치를 출력하는 출력부

를 포함하는 위치 추정 시스템.
제1항에 있어서,

상기 태그는,

상기 태그와 인접한 태그와의 위치 정보를 확인하기 위해, 태그 검색 신호를 생성하고, 상기 인접한 태그로부터 태그 응답 신호를 수신하면 상기 태그 응답 신호로부터 상기 인접한 태그와의 위치 정보를 파악하는 제2 제어부;

상기 태그 검색 신호를 송출하거나, 상기 태그 응답 신호를 수신하는 제3 안테나; 및

상기 제3 안테나가 수신한 상기 태그 응답 신호를 처리하는 제2 RF 칩

을 포함하는 위치 추정 시스템.
제2항에 있어서,

상기 인접한 태그로부터 GPS 신호를 수신하는 제4 안테나; 및

상기 제4 안테나가 수신한 GPS 신호를 처리하는 GPS 수신부

를 더 포함하는 위치 추정 시스템.
제2항에 있어서,

상기 제1 안테나는 지향성 안테나이고, 상기 제3 안테나는 무지향성 안테나인 위치 추정 시스템.
위치 추정 시스템에서 마스터 시스템이 태그의 위치를 추정하는 방법에 있어서,

제1 안테나의 방향을 계산하고, 계산된 방향으로 검색 신호를 송출하는 단계;

상기 검색 신호에 대한 응답 신호를 수신하였는지 판단하고, 상기 응답 신호를 수신하였으면 복수의 제1 태그의 위치를 추정하는 단계; 및

상기 응답 신호를 이용하여 복수의 제2 태그의 위치를 추정하는 단계

를 포함하는 위치 추정 방법.
제5항에 있어서,

상기 응답 신호는 상기 제1 태그의 ID, 상기 제2 태그의 ID 및 상기 검색 신호가 송출된 시점에서부터 상기 응답 신호를 수신한 시점까지의 시간 정보를 포함하는 위치 추정 방법.
제5항에 있어서,

상기 응답 신호가 수신되지 않았으면,

응답 신호 대기 시간이 미리 설정한 기준 시간을 초과하였는지 판단하는 단계;

상기 응답 신호 대기 시간이 상기 기준 시간을 초과하였다면, 상기 제1 안테나를 회전시켜 회전된 안테나 방향을 계산하는 단계; 및

상기 회전된 안테나 방향으로 상기 검색 신호를 송출하는 단계

를 포함하는 위치 추정 방법.
제7항에 있어서,

상기 복수의 제2 태그의 위치를 추정하는 단계는,

상기 복수의 제2 태그에 각각 연결된 상기 제1 태그의 수를 계산하는 단계;

상기 복수의 제2 태그 중 위치 정보를 추정할 제3 태그를 결정하는 단계;

상기 결정한 제3 태그의 위치를 추정하고, 상기 복수의 제1 태그 및 2 태그의 수를 조정하는 단계; 및

상기 복수의 제2 태그의 위치 추정이 완료될 때까지 반복하는 단계

를 포함하는 위치 추정 방법.
제8항에 있어서,

상기 복수의 제1 태그는 상기 마스터 시스템과 신호를 직접 송수신할 수 있는 태그이고, 상기 복수의 제2 태그 및 제3 태그는 상기 마스터 시스템과 신호를 직접 송수신할 수 없는 태그인 위치 추정 방법.
제8항에 있어서,

상기 복수의 제2 태그의 위치 추정은 상기 제2 태그의 위치 좌표와 상기 제1 태그와 제2 태그와의 거리 정보를 토대로 추정하는 위치 추정 방법.
제5항에 있어서,

상기 태그는 상기 검색 신호를 수신한 이후에,

태그 검색 신호를 송출하는 단계;

태그 응답 신호를 수신하면, 상기 태그 응답 신호가 상기 태그 검색 신호에 대응되는 응답 신호인지 판단하는 단계; 및

대응되는 응답신호이면, 상기 태그 응답 신호에 포함되어 있는 정보를 토대로 상기 태그 응답 신호를 송출한 태그와의 거리 정보를 추정하는 단계

를 포함하는 위치 추정 방법.
제11항에 있어서,

상기 태그 검색 신호는 상기 태그 검색 신호를 송출한 태그의 ID 및 상기 태그 검색 신호가 송출되는 시간 정보를 포함하며,

상기 태그 응답 신호는 상기 태그 검색 신호를 송출한 태그의 ID, 상기 태그 검색 신호가 송출되는 시간 정보, 상기 태그 응답 신호를 송출한 태그의 ID 및 상기 태그 응답 신호가 송출된 시간 정보를 포함하는 위치 추정 방법.