KR101212932B1 - 광 수신기의 위치 추정 장치 및 방법 - Google Patents

광 수신기의 위치 추정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

광 수신기의 위치 추정 장치 및 방법이 개시된다. 위치 추정 장치는 복수의 광 송신기로부터 상기 복수의 광 송신기 각각의 좌표 정보 및 방사 이득 정보를 포함하는 광 신호를 수신하는 수신부; 상기 수신된 광 신호의 수신 세기를 이용하여 광 수신기와 상기 복수의 광 송신기간의 거리를 각각 추정하는 거리 추정부; 상기 복수의 광 송신기 각각의 방사 이득 정보 및 좌표 정보와 상기 광 수신기의 수신 이득 정보를 이용하여 상기 광 수신기와 상기 복수의 광 송신기간의 추정된 거리를 각각 보상하는 거리 보상부; 및 상기 보상된 거리를 이용하여 상기 광 수신기의 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 본 발명의 보상 기법을 적용하는 경우 실내의 LED 조명 기반의 가시광을 이용하여 광 수신기의 보다 정밀한 위치 추정이 가능하다.

Description

광 수신기의 위치 추정 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR ESTIMATING POSITION OF OPTICAL RECEIVER}
본 발명의 실시예들은 광 수신기의 위치 추정 방법에 관한 것으로서 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보상 기법을 이용한 광 수신기의 위치 추정 장치 및 방법 에 관한 것이다.
RF 통신을 이용한 위치 추정 기술은 무선주파수 간섭, 회절 및 반사 등 외부 잡음 문제가 있으며 현재 개발된 근거리 위치 추적 시스템에서 사용하는 Zigbee, UWB, RFID등의 무선 주파수 기반의 통신이다. 주파수 자원의 희소성이 가중되고 무료사용 주파수 대역을 이용하는 통신이 많기 때문에 데이터 전송의 혼선의 문제가 발생할 수 있다.
이에 비해 가시광 통신 기술은 눈에 보이는 빛인 디지털 LED 조명과 무선 통신이 융합된 통신 기술로서, 조명용 LED를 이용할 수 있기 때문에 별도의 인프라 투자 없이 조명 통신 인프라를 구축할 수 있다. 또한 가시광 통신은 주파수 간섭 현상이 없고 위치 추정 서비스 기술 적용 시 추가적으로 광, 송 수신기의 설치 비용이 없는 Access Point를 제공할 수 있다.
따라서, 가시광 통신을 이용한 위치 추정은 무선 주파수 사용과는 무관하여 무선 주파수 특성과 관련된 문제가 발생하지 않게 된다. 또한 가시광 통신의 주파수 사용에 대한 제제가 없기 때문에 통신 방식에 대한 제약이 없다.
가시광 통신을 이용하여 위치 추정을 하기 위해서는 삼변측량법을 이용할 수 있다. 따라서, 적어도 3개의 셀 신호가 필요하게 된다. 삼변측량법을 이용하기 위해서는 광 송신기와 광 수신기간의 거리가 요구되는데 광 송신기와 광 수신기의 송 수신 감도, 광 송신기의 방사 각도 및 광 수신기의 수신 각도에 따라 거리의 오차가 발행하여 정확한 위치 추정을 하기 어려운 문제점이 있다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 보상 기법을 이용한 광 수신기의 위치 추정 방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 복수의 광 송신기로부터 상기 복수의 광 송신기 각각의 좌표 정보 및 방사 이득 정보를 포함하는 광 신호를 수신하는 수신부; 상기 수신된 광 신호의 수신 세기를 이용하여 광 수신기와 상기 복수의 광 송신기간의 거리를 각각 추정하는 거리 추정부; 상기 복수의 광 송신기 각각의 방사 이득 정보 및 좌표 정보와 상기 광 수신기의 수신 이득 정보를 이용하여 상기 광 수신기와 상기 복수의 광 송신기간의 추정된 거리를 각각 보상하는 거리 보상부; 및 상기 보상된 거리를 이용하여 상기 광 수신기의 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 수신기의 위치 추정 장치가 제공된다.
상기 복수의 광 송신기로부터 각각 전송되는 광 신호는 서로 다른 주파수를 이용하여 전송될 수 있다.
상기 방사 이득 정보는 상기 광 송신기에 포함된 렌즈의 모양 및 굴절률 정보와 상기 광 송신기로부터 전송되는 상기 광 신호의 이득이 절반이 되는 경우의 상기 광 송신기의 방사 각도를 이용하여 결정되며,
상기 수신 이득 정보는 상기 광 수신기에 포함된 렌즈의 모양 및 굴절률 정보와 상기 광 송신기로부터 전송되는 광 신호의 이득이 절반이 되는 경우의 상기 광 수신기의 수신 각도를 이용하여 결정될 수 있다.
상기 위치 추정부는 상기 보상된 거리 및 삼변측량법을 이용하여 상기 광 수신기의 위치를 추정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광 수신기의 위치 추정 방법에 있어서, 복수의 광 송신기로부터 상기 복수의 광 송신기 각각의 좌표 정보 및 방사 이득 정보를 포함하는 광 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 광 신호의 수신 세기를 이용하여 상기 광 수신기와 상기 복수의 광 송신기간의 거리를 각각 추정하는 단계; 상기 복수의 광 송신기 각각의 방사 이득 정보 및 좌표 정보와 상기 광 수신기의 수신 이득 정보를 이용하여 상기 광 수신기와 상기 복수의 광 송신기간의 추정된 거리를 각각 보상하는 단계; 및 상기 보상된 거리를 이용하여 상기 광 수신기의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 수신기의 위치 추정 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 복수의 광 송신기로부터 광 신호를 각각 수신하는 단계(a); 상기 수신된 광 신호의 수신 세기를 이용하여 상기 광 수신기와 상기 복수의 광 송신기간의 거리를 각각 추정하는 단계(b); 가중치 계수를 이용하여 상기 추정된 거리를 각각 보상하는 단계(c); 및 상기 보상된 거리를 이용하여 상기 광 수신기의 위치를 추정하는 단계(d)를 포함하되, 상기 가중치 계수는 상기 광 수신기가 기 설정된 좌표에 위치하는 경우, 상기 추정된 위치와 상기 기 설정된 좌표가 일치할 때까지 상기 단계(c) 내지 상기 단계(d)가 반복 수행되어 결정되는 것을 특징으로 하는 광 수신기의 위치 추정 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 보상 기법을 적용하는 경우 실내의 LED 조명 기반의 가시광을 이용하여 광 수신기의 보다 정밀한 위치 추정이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 시스템의 일례를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 송신기와 광 수신기의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 송신기의 방사 각도에 따른 신호 이득 분포를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 수신기의 수신 각도에 따른 신호 이득 분포를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사 이득 정보 및 수신 이득 정보를 고려한 경우의 이득과 실제 측정한 이득을 비교한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 보상 기법을 적용하여 광 수신기의 위치 추적을 하는 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 수신기의 위치 추정 장치의 상세한 구성을 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 수신기의 위치 추정 방법의 전체적인 흐름을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 보상 기법을 적용한 경우의 광 수신기의 위치 추정 결과를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 시스템의 일례를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 광 송신기(110)는 실내의 천장에 육각형 셀 구조(131) 또는 사각형 셀 구조(133)로 배치될 수 있다.
광 송신기(110)의 가시광 송신 범위 내에 위치하는 광 수신기(120)는 광 송신기(110)로부터 광 신호를 수신하며, 인접 셀과의 간섭을 피하기 위해 복수의 광 송신기(110)는 셀 간 다른 주파수를 이용하여 신호를 변조할 수 있다.
도 1과 같이 인접 셀 간에 서로 다른 주파수를 사용하여 신호를 변조하는 경우 인접 셀에서 수신된 광 신호는 서로 다른 주파수를 이용하여 변조된 신호이기 때문에 광 수신기(120)에서 신호를 구별할 수 있다.
육각형 셀 구조(131)에서는 기본적으로 3개의 주파수(
Figure 112011103371449-pat00001
)를 이용하여 인접 셀 간 주파수가 겹치지 않도록 주파수를 재사용할 수 있으며, 사각형 셀 구조(133)에서는 4개의 주파수(
Figure 112011103371449-pat00002
)를 이용하여 주파수를 재사용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 송신기와 광 수신기의 구조를 도시한 도면이다.
광 송신기(110)에서는 bias-T 구조를 이용하여 dc 신호와 광 송신기 별로 서로 다른 주파수를 가지는 QPSK 신호를 인가할 수 있다. 두 신호는 bias-T 구조에 의해 합쳐져서 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode, 201)에 인가되게 된다.
광 수신기(120)의 광 검출기(Photo detector, 210)에서는 빛의 세기 성분을 검출 할 수 있으며, 이는 광 전류(Photo current)로 검출된다. 광 전류는 전치 증폭기(transimpedance amplifier, 213)를 이용하여 전압으로 변환되며, 신호의 세기가 약할 때는 증폭기(215)를 이용하여 신호를 증폭할 수 있다.
본 발명에서 광 수신기(120)의 위치 추정을 하기 위해 삼변측량법을 이용할 수 있다. 삼변측량법은 3개의 기준점과 목표점과 기준점까지의 거리를 이용하여 목표점의 위치를 측정하는 기법이다.
따라서, 위치 추정을 하기 위해 광 수신기(120)와 최소 세 개의 광 송신기(110)간의 거리를 추정하고, 이를 이용하여 광 수신기(120)의 위치를 추정한다.
광 수신기(120)와 광 송신기(110)간의 거리 추정을 위해 광 송신기(110)로부터 광 수신기(120)로 수신된 광 신호의 신호 세기를 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 거리 추정을 위해 하기의 수학식 1을 이용할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112011103371449-pat00003
여기서,
Figure 112011103371449-pat00004
는 광 송신기와 광 수신기간의 이득 상수,
Figure 112011103371449-pat00005
는 복수의 광 송신기 중 i 번째 광 송신기로부터 수신된 광 신호의 수신 세기,
Figure 112011103371449-pat00006
는 i 번째 광 송신기와 광 수신기간의 추정 거리를 각각 의미한다. 이때, 이득 상수는 광 송신기(110)로부터 전송 받거나 또는 광 수신기(120)에 미리 저장되어 있을 수 있다.
가시광 통신에서는 광 송신기(110)의 방사 각도와 광 수신기(120)의 수신 각도에 따라 광 신호의 이득이 달라진다. 따라서, 광 신호의 수신 세기를 이용하여 추정된 거리를 보상해주어야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 송신기의 방사 각도에 따른 신호 이득 분포를 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 수신기의 수신 각도에 따른 신호 이득 분포를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 광 송신기(110)의 방사 각도(
Figure 112011103371449-pat00007
)가 커지는 경우 신호 이득이 감쇠함을 알 수 있으며, 도 4를 참조하면, 광 수신기(120)의 수신 각도(
Figure 112011103371449-pat00008
)가 커지는 경우 신호 이득이 감쇠함을 확인할 수 있다.
따라서, 광 송신기(110)의 송신 각도가 0°, 광 수신기(120)의 수신 각도가 0 °여서 이득이 1인 이상적인 경우의 수신된 광 신호의 수신세기는 수학식 1을 이용하여 하기의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112011103371449-pat00009
하지만 실제적인 광 송신기(110)의 방사 각도와 광 수신기(120)의 수신 각도를 고려한다면, 수학식 2는 하기의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112011103371449-pat00010
여기서,
Figure 112011103371449-pat00011
는 광 송신기(110)의 방사 이득 정보,
Figure 112011103371449-pat00012
는 광 수신기(120)의 수신 이득 정보,
Figure 112011103371449-pat00013
는 광 송신기(110)의 방사 각도 및
Figure 112011103371449-pat00014
는 광 수신기(120)의 수신 각도를 각각 의미한다.
여기서, 람버시안(Lambertian) 특성을 이용하여 방사 이득 정보 및 수신 이득 정보를 모델링 할 수 있다. 람버시안 특성 모델링을 이용하면 방사 이득 정보 및 수신 이득 정보를 하기의 수학식 4와 같이 모델링 할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112011103371449-pat00015
Figure 112011103371449-pat00016
Figure 112011103371449-pat00017
,
Figure 112011103371449-pat00018
여기서,
Figure 112011103371449-pat00019
는 광 신호의 이득이 절반이 되는 경우의 광 송신기(110)의 방사 각도 및
Figure 112011103371449-pat00020
는 광 신호의 이득이 절반이 되는 경우의 광 수신기(120)의 수신 각도를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 위해 광 송신기(110)와 광 수신기(120)의 특성을 이용하여 보다 정확한 방사 이득 정보 및 수신 이득 정보를 생성할 수 있다.
광 송신기(110) 및 광 수신기(120)는 내장된 렌즈 모양 및 굴절률에 따라 서로 다른 이득 경사 계수를 가진다. 이러한 이득 경사 계수를 이용하여 방사 이득 정보 및 수신 이득 정보를 하기의 수학식 5와 같이 모델링할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112011103371449-pat00021
Figure 112011103371449-pat00022
Figure 112011103371449-pat00023
Figure 112011103371449-pat00024
여기서, Sr은 광 송신기(110)의 이득 경사 계수, Si는 광 수신기(120)의 이득 경사 계수를 의미한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사 이득 정보 및 수신 이득 정보를 고려한 경우의 이득과 실제 측정한 이득을 비교한 도면이다.
도 5를 참조하면,
Figure 112011103371449-pat00025
,
Figure 112011103371449-pat00026
,
Figure 112011103371449-pat00027
,
Figure 112011103371449-pat00028
을 적용하는 경우 실제 측정한 이득과 유사함을 확인할 수 있다. 또한, 람버시안 특성을 적용한 경우는 실제 측정한 값과 약간의 오차가 발생함을 확인할 수 있다.
이러한, 방사 이득 정보 및 수신 이득 정보를 고려하여 광 신호의 세기를 이용하여 추정된 거리를 보상할 수 있으며, 보상을 위한 수학식은 하기의 수학식 6과 같이 표현할 수 있다
[수학식 6]
Figure 112011103371449-pat00029
Figure 112011103371449-pat00030
여기서,
Figure 112011103371449-pat00031
는 보상된 거리,
Figure 112011103371449-pat00032
는 가중치 계수,
Figure 112011103371449-pat00033
은 제1 보상 상수,
Figure 112011103371449-pat00034
은 제2 보상 상수를 의미한다.
따라서, 보상된 거리
Figure 112011103371449-pat00035
를 이용하여 삼변측량을 할 수 있으며, 이는 하기의 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112011103371449-pat00036
여기서,
Figure 112011103371449-pat00037
는 광 수신기의 추정된 위치 좌표이며,
Figure 112011103371449-pat00038
는 i 번째 광 송신기의 좌표를 의미한다.
수학식 7은 하기의 수학식 8과 같이 매트릭스 형태로 다시 표현할 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112011103371449-pat00039
Figure 112011103371449-pat00040
Figure 112011103371449-pat00041
Figure 112011103371449-pat00042
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광 신호의 세기로 추정된 광 송신기(110)와 광 수신기(120)간의 거리를 수학식 6을 통해 보상하기 위해서는 적적할 제1 보상 상수 및 제2 보상 상수를 결정하여야 한다. 이를 위해 수학식 1, 수학식 3 및 수학식 6을 정리하면 하기의 수학식 9와 같이 표현할 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112011103371449-pat00043
여기서,
Figure 112011103371449-pat00044
는 광 송신기와 광 수신기 간의 실제 거리를 의미한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 보상 기법을 적용하여 광 수신기의 위치 추적을 하는 일례를 설명하기 위한 도면이다.
제1 보상 상수와 제2 보상 상수를 이론적 방식으로 결정하기 위해 도 6에서 광 수신기가 제1 광 송신기(601) 수직 아래에 있는 경우, 광 송신기가 제3 광 송신기(603)의 수직 아래에 있는 경우의 두 가지 조건을 이용하도록 한다. 이때, 제1 광 송신기(601), 제3 광 송신기(603) 및 제3 광 송신기(705) 각각의 Z좌표는 h로서 모두 동일한 높이를 가지는 것으로 가정한다.
즉, 광 수신기가 제1 광 송신기(601)의 수직 아래인 B 위치에 위치한다고 가정하는 경우 광 수신기와 제1 광 송신기(601)간의 실제 거리(
Figure 112011103371449-pat00045
)는 제1 광 송신기(601)의 Z 좌표인 h이다 또한, 제1 광 송신기(601)의 방사 각도(
Figure 112011103371449-pat00046
)와 광 수신기의 수신 각도(
Figure 112011103371449-pat00047
)는 0 이다.
또한, 광 수신기가 제3 광 송신기(603)의 수작 아래인 A 위치에 위치한다고 가정하는 경우 광 수신기와 제1 광 송신기(601)간의 실제 거리(
Figure 112011103371449-pat00048
)는
Figure 112011103371449-pat00049
이며 제1 광 송신기(601)의 방사 각도(
Figure 112011103371449-pat00050
) 및 광 수신기의 수신 각도(
Figure 112011103371449-pat00051
)는
Figure 112011103371449-pat00052
이다. 여기서, CS는 제1 광 송신기(601)와 제3 광 송신기(603)간의 거리를 의미한다.
이 두 조건을 수학식 9에 대입하여 정리하면 제1 보상 상수 및 제2 보상 상수는 하기의 수학식 10과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 10]
Figure 112011103371449-pat00053
Figure 112011103371449-pat00054

따라서, 수학식 10을 통해 결정된 제1 보상 상수 및 제2 보상 상수를 이용하여 수학식 6의 가중치 계수를 결정할 수 있으며, 이를 이용하여 광 신호의 세기를 이용하여 추정된 거리를 보상할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 보상 상수와 제1 보상 상수를 결정하기 위해 광 수신기에 기 설정되어 있는 좌표를 이용할 수 있다.
여기서, 기 설정된 좌표란 광 수신기가 알고 있는 특정 좌표를 의미한다. 즉 광 수신기의 사용자가 기 설정된 좌표로 이동하고, 추정된 좌표와 기 설정된 좌표가 일치하도록 제1 보상 상수 및 제2 보상 상수를 결정할 수 있다.
보다 상세하게 광 수신기에 기 설정된 좌표를 미리 저장하거나 네트워크를 통해 연결된 서버를 통해 제공받을 수 있으며, 상기 광 수신기를 기 설정된 좌표에 위치시킨 후 소정의 값을 제1 보상 상수 값으로 결정한다. 그 후, 제 2 보상 상수에 소정의 값을 대입하여 결정된 가중치 계수, 수학식 6 및 수학식 8을 이용하여 광 수신기의 위치를 추정하고, 추정된 위치와 기 설정된 좌표를 비교한다. 제2 보상 상수에 소정의 값을 대입하는 것은 추정된 위치가 기 설정된 좌표와 동일해 질 때까지 반복 수행되며, 그때의 소정의 값을 제2 보상 상수로 결정한다. 이는 하기의 수학식 11과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 11]
Figure 112011103371449-pat00055
일례로, 임의로 제1 보상 상수를 '30'으로 결정하고 제2 보상 상수 n에 0,0.0001,0.0002,0.0003,...,1을 대입하여 결정된 가중치 계수, 수학식 6 및 수학식 8을 통하여 추정된 위치 좌표
Figure 112011103371449-pat00056
가 기 설정된 좌표
Figure 112011103371449-pat00057
와 오차가 없을 때, 그때의 n값을 적절한 제2 보상 상수로 결정할 수 있다
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 수신기의 위치 추정 장치의 상세한 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 위치 추정 장치(700)은 광 수신기(120)에 포함되거나, 광 수신기(120)와 네트워크로 연결된 서버에 포함될 수 있다. 이하 본 발명의 설명에서는 설명의 편의를 위해 위치 추정 장치(700)가 광 수신기에 포함되는 것으로 하여 설명하도록 한다.
도 7을 참조하면, 위치 추정 장치(700)는 수신부(701), 거리 추정부(703), 거리 보상부(705), 위치 추정부(707)를 포함할 수 있다.
수신부(701)는 복수의 광 송신기(110)로부터 복수의 광 송신기(110) 각각의 좌표 정보 및 방사 이득 정보를 포함하는 광 신호를 수신한다.
여기서, 광 송신기(110)의 좌표 정보는 3차원 좌표 상의 (x,y,z) 좌표를 의미한다. 방사 이득 정보는 광 송신기(110) 각각에 포함된 렌즈의 모양 및 굴절률 정보와 광 송신기(110)로부터 전송되는 광 신호의 이득이 절반이 되는 경우의 광 송신기(110)의 방사 각도를 이용하여 결정된다.
이때, 광 수신기에 포함된 렌즈의 모양 및 굴절률 정보와 상기 광 송신기로부터 전송되는 광 신호의 이득이 절반이 되는 경우의 상기 광 수신기의 수신 각도를 이용하여 결정되는 수신 이득 정보는 광 수신기에 미리 저장되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 광 송신기로부터 각각 전송되는 광 신호는 간섭을 회피하기 위해 서로 다른 주파수를 이용하여 전송될 수 있다.
거리 추정부(703)는 복수의 광 송신기로부터 수신된 광 신호의 수신 세기를 이용하여 광 수신기와 복수의 광 송신기간의 거리를 각각 추정한다.
이때, 거리 추정부(703)는 거리 추정을 위해 수학식 1을 이용할 수 있다.
거리 보상부(705)는 복수의 광 송신기(110) 각각의 방사 이득 정보 및 좌표 정보와 광 수신기(120)의 수신 이득 정보를 이용하여 광 수신기(120)와 복수의 광 송신기(120)간의 추정된 거리를 각각 보상한다.
거리 보상부(705)는 추정된 거리의 보상을 위해 수학식 6 및 수학식 9를 이용할 수 있다.
위치 추정부(707)는 복수의 광 송신기(110)와 광 수신기(120)간의 각각 보상된 거리 및 삼변측량법을 이용하여 광 수신기(120)의 위치를 추정할 수 있으며 수학식 7을 이용한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 수신기의 위치 추정 방법의 전체적인 흐름을 도시한 도면이다. 이하, 도 8을 참고하여 각 단계에서 수행되는 과정을 상술한다.
먼저 단계(S800)에서 복수의 광 송신기로부터 상기 복수의 광 송신기 각각의 좌표 정보 및 방사 이득 정보를 포함하는 광 신호를 수신한다. 이때, 광 신호는 서로 다른 주파수를 이용하여 전송되는 신호일 수 있다.
단계(S805)에서는 수신된 광 신호의 세기를 이용하여 광 수신기와 복수의 광 송신기간의 거리를 각각 추정한다. 거리 추정 시 광 송신기와 광 수신기간의 이득 상수를 이용할 수 있다.
이어서, 단계(S810)에서는 복수의 광 송신기 각각의 방사 이득 정보 및 좌표 정보와 광 수신기의 수신 이득 정보를 이용하여 광 수신기와 복수의 광 송신기간의 추정된 거리를 각각 보상한다.
마지막으로, 단계(815)에서는 보상된 거리를 이용하여 광 수신기의 위치를 추정한다.
지금까지 본 발명에 따른 광 수신기의 위치 추정 방법의 실시예들에 대하여 설명하였고, 앞서 도 7에서 설명한 위치 추정 장치(700)에 관한 구성이 본 실시예에도 그대로 적용 가능하다. 이에, 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 보상 기법을 적용한 경우의 광 수신기의 위치 추정 결과를 도시한 도면이다.
도 9(a)는 보상 기법을 적용하지 않은 경우의 위치 추정 결과를 도시한 도면이며, 도 9(b)는 본 발명의 보상 기법을 적용한 경우의 위치 추정 결과를 도시한 도면이다.
도 9(a)를 참조하면, 위치 추정 위치와 실제 측정한 위치와의 거리가 차이가 남을 확인할 수 있다.
도 9(b)를 참조하면, 제1 보상 상수
Figure 112011103371449-pat00058
=52.1682, 제2 보상 상수 n=0.6626인 경우의 광 수신기의 위치 추정 결과를 도시하고 있으며, 실제 광 수신기의 측정 위치와의 차이가 6cm이내로서 위치 추정의 정밀도가 향상됨을 확인할 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 보상 기법을 적용하는 경우 실내의 LED 조명 기반의 가시광을 이용하여 광 수신기의 보다 정밀한 위치 추정이 가능하다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110: 광 송신기 120: 광 수신기
131: 육각형 셀 구조 133: 사각형 셀 구조
201: 발광 다이오드 210: 광 검출기
213: 전치 증폭기 215: 증폭기
601: 제1 광 송신기 602: 제2 광 송신기
603: 제3 광 송신기 700: 위치 추정 장치
701: 수신부 703: 거리 추정부
705: 거리 보상부 707: 위치 추정부

Claims (15)

  1. 복수의 광 송신기로부터 상기 복수의 광 송신기 각각의 좌표 정보 및 방사 이득 정보를 포함하는 광 신호를 수신하는 수신부;
    상기 수신된 광 신호의 수신 세기를 이용하여 광 수신기와 상기 복수의 광 송신기간의 거리를 각각 추정하는 거리 추정부;
    상기 복수의 광 송신기 각각의 방사 이득 정보 및 좌표 정보와 상기 광 수신기의 수신 이득 정보를 이용하여 상기 광 수신기와 상기 복수의 광 송신기간의 추정된 거리를 각각 보상하는 거리 보상부; 및
    상기 보상된 거리를 이용하여 상기 광 수신기의 위치를 추정하는 위치 추정부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 수신기의 위치 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 광 송신기로부터 각각 전송되는 광 신호는 서로 다른 주파수를 이용하여 전송되는 것을 특징으로 하는 광 수신기의 위치 추정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방사 이득 정보는 상기 광 송신기에 포함된 렌즈의 모양 및 굴절률 정보와 상기 광 송신기로부터 전송되는 상기 광 신호의 이득이 절반이 되는 경우의 상기 광 송신기의 방사 각도를 이용하여 결정되며,
    상기 수신 이득 정보는 상기 광 수신기에 포함된 렌즈의 모양 및 굴절률 정보와 상기 광 송신기로부터 전송되는 광 신호의 이득이 절반이 되는 경우의 상기 광 수신기의 수신 각도를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 광 수신기의 위치 추정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 거리 추정부는 하기의 수학식을 이용하여 상기 광 수신기와 상기 복수의 광 송신기간의 거리를 각각 추정하는 것을 특징으로 하는 광 수신기의 위치 추정 장치.
    Figure 112011103371449-pat00059

    여기서,
    Figure 112011103371449-pat00060
    는 상기 광 송신기와 상기 광 수신기간의 이득 상수,
    Figure 112011103371449-pat00061
    는 상기 복수의 광 송신기 중 i 번째 광 송신기로부터 수신된 상기 광 신호의 수신 세기,
    Figure 112011103371449-pat00062
    는 상기 i 번째 광 송신기와 상기 광 수신기간의 추정 거리를 각각 의미함.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 거리 보상부는 하기의 수학식을 이용하여 상기 추정된 거리를 보상하는 것을 특징으로 하는 광 수신기의 위치 추정 장치.
    Figure 112011103371449-pat00063

    Figure 112011103371449-pat00064

    여기서,
    Figure 112011103371449-pat00065
    는 상기 i번째 광 송신기와 상기 광 수신기 간의 보상 거리,
    Figure 112011103371449-pat00066
    는 상기 i 번째 광 송신기와 상기 광 수신기간의 거리 보상을 위한 가중치 계수,
    Figure 112011103371449-pat00067
    은 제1 보상 상수,
    Figure 112011103371449-pat00068
    은 제2 보상 상수를 각각 의미함.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 보상 상수 및 상기 제2 보상 상수는 상기 i 번째 광 송신기와 i+1 번째 또는 i-1 번째 중 어느 하나의 광 송신기 간의 거리, 상기 i 번째 광 송신기의 z 좌표, 상기 i 번째 광 송신기의 방사 이득 정보, 상기 광 수신기의 수신 이득 정보 중 적어도 하나를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 광 수신기의 위치 추정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 보상 상수 및 상기 제2 보상 상수는 하기의 수학식을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 광 수신기의 위치 추정 장치.
    Figure 112011103371449-pat00069

    Figure 112011103371449-pat00070

    Figure 112011103371449-pat00071


    여기서,
    Figure 112011103371449-pat00072
    는 상기 i 번째 광 송신기의 z 좌표,
    Figure 112011103371449-pat00073
    는 상기 i 번째 광 송신기와 i+1 번째 또는 i-1 번째 중 어느 하나의 광 송신기 간의 거리,
    Figure 112011103371449-pat00074
    는 상기 i 번째 광 송신기의 방사 이득 정보,
    Figure 112011103371449-pat00075
    는 상기 광 수신기의 수신 이득 정보,
    Figure 112011103371449-pat00076
    상기 i 번째 광 송신기의 방사 각도,
    Figure 112011103371449-pat00077
    는 상기 광 수신기의 수신 각도를 각각 의미함.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 위치 추정부는 상기 보상된 거리 및 삼변측량법을 이용하여 상기 광 수신기의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 광 수신기의 위치 추정 장치.
  9. 광 수신기의 위치 추정 방법에 있어서,
    복수의 광 송신기로부터 상기 복수의 광 송신기 각각의 좌표 정보 및 방사 이득 정보를 포함하는 광 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 광 신호의 수신 세기를 이용하여 상기 광 수신기와 상기 복수의 광 송신기간의 거리를 각각 추정하는 단계;
    상기 복수의 광 송신기 각각의 방사 이득 정보 및 좌표 정보와 상기 광 수신기의 수신 이득 정보를 이용하여 상기 광 수신기와 상기 복수의 광 송신기간의 추정된 거리를 각각 보상하는 단계; 및
    상기 보상된 거리를 이용하여 상기 광 수신기의 위치를 추정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 수신기의 위치 추정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 광 송신기로부터 각각 전송되는 광 신호는 서로 다른 주파수를 이용하여 전송되는 것을 특징으로 하는 광 수신기의 위치 추정 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 방사 이득 정보는 상기 광 송신기에 포함된 렌즈의 모양 및 굴절률 정보와 상기 광 송신기로부터 전송되는 상기 광 신호의 이득이 절반이 되는 경우의 상기 광 송신기의 방사 각도를 이용하여 결정되며,
    상기 수신 이득 정보는 상기 광 수신기에 포함된 렌즈의 모양 및 굴절률 정보와 상기 광 송신기로부터 전송되는 광 신호의 이득이 절반이 되는 경우의 상기 광 수신기의 수신 각도를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 광 수신기의 위치 추정 방법.
  12. 광 수신기의 위치 추정 방법에 있어서,
    복수의 광 송신기로부터 광 신호를 각각 수신하는 단계(a);
    상기 수신된 광 신호의 수신 세기를 이용하여 상기 광 수신기와 상기 복수의 광 송신기간의 거리를 각각 추정하는 단계(b);
    가중치 계수를 이용하여 상기 추정된 거리를 각각 보상하는 단계(c); 및
    상기 보상된 거리를 이용하여 상기 광 수신기의 위치를 추정하는 단계(d)를 포함하되,
    상기 가중치 계수는 상기 광 수신기가 기 설정된 좌표에 위치하는 경우, 상기 추정된 위치와 상기 기 설정된 좌표가 일치할 때까지 상기 단계(c) 내지 상기 단계(d)가 반복 수행되어 결정되는 것을 특징으로 하는 광 수신기의 위치 추정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 단계(b)는 하기의 수학식을 이용하여 상기 광 수신기와 상기 복수의 광 송신기간의 거리를 각각 추정하는 것을 특징으로 하는 광 수신기의 위치 추정 방법.
    Figure 112011103371449-pat00078

    여기서,
    Figure 112011103371449-pat00079
    는 상기 광 송신기와 상기 광 수신기간의 이득 상수,
    Figure 112011103371449-pat00080
    는 상기 복수의 광 송신기 중 i 번째 광 송신기로부터 수신된 상기 광 신호의 수신 세기,
    Figure 112011103371449-pat00081
    는 상기 i 번째 광 송신기와 상기 광 수신기간의 추정 거리를 각각 의미함.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 단계(c)는 하기의 수학식을 이용하여 상기 추정된 거리를 보상하는 것을 특징으로 하는 광 수신기의 위치 추정 방법.
    Figure 112011103371449-pat00082

    Figure 112011103371449-pat00083

    여기서,
    Figure 112011103371449-pat00084
    는 상기 i번째 광 송신기와 상기 광 수신기 간의 보상 거리,
    Figure 112011103371449-pat00085
    는 상기 i 번째 광 송신기와 상기 광 수신기간의 거리 보상을 위한 가중치 계수,
    Figure 112011103371449-pat00086
    은 제1 보상 상수,
    Figure 112011103371449-pat00087
    은 제2 보상 상수를 각각 의미함.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 가중치 계수를 결정하는 단계(e)를 더 포함하되,
    상기 단계(e)는 상기 광 수신기가 상기 기 설정된 좌표에 위치하는 경우 소정의 제1 보상 상수를 결정하는 단계(e1);
    상기 제2 보상 상수에 소정의 값을 대입하여 상기 가중치 계수를 결정하는 단계(e2); 및
    상기 (c) 단계 내지 상기 (d)단계를 통해 추정된 위치가 상기 기 설정된 좌표와 일치할 때까지 상기(e2) 단계를 반복하여 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 수신기의 위치 추정 방법.
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