KR101348987B1

KR101348987B1 - 위치 추적 시스템에서 위치 측위 장치와 방법 및 그 기록 매체

Info

Publication number: KR101348987B1
Application number: KR1020120067149A
Authority: KR
Inventors: 권오균; 홍종균; 김준성
Original assignee: 한국스프라이트 주식회사
Priority date: 2012-06-22
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2014-02-13
Also published as: KR20140001260A

Abstract

본 발명은 위치 추적 시스템에서 위치를 결정하기 위한 장치와 방법 및 그 기록 매체에 관한 것으로, 특히 삼변 또는 삼각 측량을 이용한 위치 측위 시 발생하는 오차를 줄이기 위한 장치와 방법 및 그 기록 매체에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 위치 추적 시스템에서 위치 측위 방법으로, 서로 다른 위치 측정 신호 제공 장비들로부터 수신된 신호들을 이용하여 상기 위치 측정 신호 제공 장비들과의 거리를 계산하는 과정; 상기 위치 측정 신호 제공 장비들 중 3개씩의 위치 측정 신호 제공 장비들의 세트를 추출하는 과정; 각 세트마다 상기 위치 측정 신호 제공 장비들간을 연결하는 외부 삼각형을 계산하는 과정; 상기 각 세트마다 상기 위치 측정 신호 제공 장비들과의 거리를 반지름으로 하는 동심원과 상기 외부 삼각형의 변들과의 접점을 계산하는 과정; 상기 각 세트마다 상기 외부 삼각형의 각 변의 두 접점의 중점들로 구성되는 내부 삼각형을 계산하는 과정; 상기 각 세트마다 계산된 상기 내부 삼각형들의 무게 중심점을 계산하는 과정; 및 상기 각 세트들마다의 상기 내부 삼각형의 무게 중심점들로 이루어진 다면체의 무게 중심을 위치로 결정하는 과정;을 포함한다.

Description

위치 추적 시스템에서 위치 측위 장치와 방법 및 그 기록 매체{APPARATUS AND MEHTOD FOR DETERMINING LOCATION IN A LOCATION TRACKING SYSTEM AND SAVING MEANS THEREOF}

본 발명은 위치 추적 시스템에서 위치를 결정하기 위한 장치와 방법 및 그 기록 매체에 관한 것으로, 특히 삼변 또는 삼각 측량을 이용한 위치 측위 시 발생하는 오차를 줄이기 위한 장치와 방법 및 그 기록 매체에 관한 것이다.

현재 위치 추적 시스템은 우리의 생활에 깊이 침투해 있다. 이러한 위치 추적 시스템 중 삼변 또는 삼각 측량을 이용하는 위치 추적 시스템은 세계항행위성시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS) 또는 신호의 도달 시간을 이용하는 방식으로 TOA(Time Of Arrival) 방식 또는 TDOA(Time Difference of Arrival) 등의 측위 기술들을 이용하여 위치를 추적하도록 하고 있다.

이처럼 위치 추적 시스템에서 사용되고 있는 모든 기술들은 클럭(clock)의 오차, 다중경로(multi-path), 장비 내부의 오차 등으로 인해 정확한 위치를 결정할 수 없다. 다만 근사적인 위치를 추적할 수 있을 뿐이다. 즉, 근사적인 위치를 결정하게 되므로 DOP(Dillution Of Precision)가 발생한다. 이러한 DOP에의 종류로는 HDOP(Horizontal Dillution Of Precision), VDOP(Vertical Dillution Of Precision), GDOP(Geometric Dillution Of Precision) 등이 존재한다. 이러한 DOP들은 하나의 점이 아닌 다각형의 면의 형태를 가지게 되며, 위치를 결정할 때 오차로 존재하게 된다.

GNSS, TOA, TDOA 등의 기법을 이용하여 위치를 결정하는 측위 방법에서는 행렬을 이용해 방정식을 세워 그 미지수를 계산하고, 계산된 미지수를 위치로 결정하는 방법이 사용되기도 한다. 그러나 행렬 방정식을 사용하는 경우에도 DOP는 여전히 존재한다. 따라서 DOP로 인한 오차를 줄이기 위한 방법으로 미지수의 개수는 고정시키고 계산식을 늘리는 방법을 사용하거나, 특정한 가중치를 두어 계산하는 방식들이 사용되기도 한다.

하지만, 계산식을 늘려 행렬식을 계산할 경우 계산식의 증가로 인해 계산량이 증가하게 되며, 이는 시스템의 부하로 작용하게 된다. 뿐만 아니라 설정된 계산식들 중 심각한 오차를 갖는 식이 존재하는 경우 오히려 오차가 커지는 문제를 갖는다.

따라서 본 발명에서는 삼변 또는 삼각 측량을 이용하는 위치 측위 시스템에서 오차를 줄일 수 있는 장치와 방법 및 그 기록 매체를 제공한다.

또한 본 발명에서는 삼변 또는 삼각 측량을 이용하는 위치 측위 시스템에서 DOP에 의한 영향을 줄여 오차를 줄일 수 있는 장치와 방법 및 그 기록 매체를 제공한다.

또한 본 발명에서는 삼변 또는 삼각 측량을 이용하는 위치 측위 시스템에서 계산량을 줄일 수 있는 장치와 방법 및 그 기록 매체를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 장치는, 위치 추적 시스템에서 위치 측위 장치로, 4개 이상의 위치 측정 신호 제공 장비들로부터 전송된 신호를 안테나를 통해 수신하여 기저대역의 신호로 변환하여 출력하는 무선부; 상기 기저대역 신호를 복호 및 복조하여 출력하는 모뎀부; 및 상기 복조된 서로 다른 상기 위치 측정 신호 제공 장비들로부터 수신된 신호들을 이용하여 상기 위치 측정 신호 제공 장비들과의 거리를 계산하고, 상기 위치 측정 신호 제공 장비들 중 3개씩 위치 측정 신호 제공 장비들의 세트를 추출하고, 각 세트마다 상기 위치 측정 신호 제공 장비들간을 연결하는 외부 삼각형을 계산하고, 상기 각 세트마다 상기 위치 측정 신호 제공 장비들과의 거리를 반지름으로 하는 동심원과 상기 외부 삼각형의 변들과의 접점을 계산하고, 상기 각 세트마다 상기 외부 삼각형의 각 변의 두 접점의 중점들로 구성되는 내부 삼각형을 계산하고, 상기 각 세트마다 계산된 내부 삼각형들의 무게 중심점을 계산한 후 상기 각 세트들마다의 내부 삼각형의 무게 중심점들로 이루어진 다면체의 무게 중심을 위치로 결정하는 제어부;를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 위치 추적 시스템에서 위치 측위 방법으로, 서로 다른 위치 측정 신호 제공 장비들로부터 수신된 신호들을 이용하여 상기 위치 측정 신호 제공 장비들과의 거리를 계산하는 과정; 상기 위치 측정 신호 제공 장비들 중 3개씩의 위치 측정 신호 제공 장비들의 세트를 추출하는 과정; 각 세트마다 상기 위치 측정 신호 제공 장비들간을 연결하는 외부 삼각형을 계산하는 과정; 상기 각 세트마다 상기 위치 측정 신호 제공 장비들과의 거리를 반지름으로 하는 동심원과 상기 외부 삼각형의 변들과의 접점을 계산하는 과정; 상기 각 세트마다 상기 외부 삼각형의 각 변의 두 접점의 중점들로 구성되는 내부 삼각형을 계산하는 과정; 상기 각 세트마다 계산된 상기 내부 삼각형들의 무게 중심점을 계산하는 과정; 및 상기 각 세트들마다의 상기 내부 삼각형의 무게 중심점들로 이루어진 다면체의 무게 중심을 위치로 결정하는 과정;을 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 매체는, 위치 추적 시스템에서 위치 측위를 위한 제어 데이터를 저장한 매체로, 서로 다른 위치 측정 신호 제공 장비들로부터 수신된 신호들을 이용하여 상기 위치 측정 신호 제공 장비들과의 거리를 계산하는 수단; 상기 위치 측정 신호 제공 장비들 중 3개씩의 위치 측정 신호 제공 장비들의 세트를 추출하는 수단; 각 세트마다 상기 위치 측정 신호 제공 장비들간을 연결하는 외부 삼각형을 계산하는 수단; 상기 각 세트마다 상기 위치 측정 신호 제공 장비들과의 거리를 반지름으로 하는 동심원과 상기 외부 삼각형의 변들과의 접점을 계산하는 수단; 상기 각 세트마다 상기 외부 삼각형의 각 변의 두 접점의 중점들로 구성되는 내부 삼각형을 계산하는 수단; 상기 각 세트마다 계산된 상기 내부 삼각형들의 무게 중심점을 계산하는 수단; 및 상기 각 세트들마다의 상기 내부 삼각형의 무게 중심점들로 이루어진 다면체의 무게 중심을 위치로 결정하는 수단; 을 저장한 매체.

본 발명에 따른 위치 측위 장치와 방법 및 그 기록 매체에 따른 방법을 사용하면 DOP에 의한 영향을 줄일 수 있다. 따라서 본 발명에 따르면 위치의 오차를 줄일 수 있다. 뿐만 아니라 복잡한 행렬식의 계산량을 줄일 수 있으므로 시스템의 부하를 줄일 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 위치 측위 장치의 기능적 내부 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 위치 측위 장치에서 위치 측위 시 제어 흐름도,
도 3은 이상적인 상황에서 4개의 AP들로부터 수신된 신호를 이용하여 단말의 위치를 측위하는 경우 위치 결정점을 도시한 도면,
도 4는 실제의 상황에서 4개의 AP들로부터 수신된 신호를 이용하여 단말의 위치를 측위하는 경우 실제 단말의 위치와 수신된 신호로부터 측위된 위치간을 설명하기 위한 도면,
도 5는 4개의 AP들의 위치를 이용하여 서로 다른 4개의 외부 삼각형을 구성한 예를 도시한 도면,
도 6 내지 도 9는 4개의 AP들 중 3개의 AP들을 이용하여 각각 하나의 외부 삼각형을 구성하는 경우를 설명하기 위한 도면,
도 10은 도 8의 서로 다른 3개의 AP들로 구성된 외부 삼각형과 외부 삼각형을 구성하는 AP들의 원주들간의 교차점을 설명하기 위한 도면,
도 11은 본 발명에 따라 서로 다른 4개의 AP들을 이용하여 구성된 외부 삼각형과 그로부터 구해진 내부 삼각형의 무게 중심점들로 구성된 4각형을 설명하기 위한 도면,
도 12 및 도 13은 본 발명과 행렬식을 이용하는 경우의 측위 결과를 확인하기 위해 각각 50회와 100회의 시뮬레이션 결과 그래프.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 살펴보기로 한다. 이하에 첨부된 본 발명의 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것으로, 본 발명의 도면에 예시된 형태 또는 배치 등에 본 발명이 제한되지 않음에 유의해야 한다. 본 발명에 첨부된 도면에 대한 부가적인 실시 예에 대한 균등 또는 확장은 도면을 참조한 설명을 통해 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 위치 측위 장치의 기능적 내부 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 위치 측위 장치는 안테나와 무선부(101)와 모뎀부(103)와 제어부(105) 및 메모리(107)를 가진다. 도 1의 구성은 양방향 송신기의 예를 도시한 도면이다. 만일 수신기로만 동작하는 경우 무선부(101)로부터 모뎀부(103)로의 수신 경로만 존재할 것이며, 이는 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.

무선부(101)는 안테나로부터 수신된 신호를 저잡음 증폭하고 대역 하강 변환하여 모뎀부(103)로 제공한다. 또한 양방향 송신기로 동작하는 경우 무선부(103)는 모뎀부(103)로부터 수신된 신호를 송신 대역의 신호로 대역 상승 변환하고 전력 증폭하여 안테나로 출력한다.

모뎀부(103)는 무선부(101)로부터 수신된 기저대역의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 복조 및 복호하여 제어부(105)로 제공한다. 또한 양방향 송신기로 동작하는 경우 모뎀부(103)는 제어부(105)로부터 수신된 디지털 데이터를 부호화 및 변조하고, 아날로그 신호로 변환하여 무선부(101)로 제공한다.

제어부(105)는 본 발명에 따라 위치 측위를 위한 제어 동작을 수행한다. 본 발명에 따른 위치 측위 제어 동작은 삼변 또는 삼각 측량을 수행하는 경우 수신된 신호들을 이용하여 단말의 위치를 결정할 때 신호를 송신한 기준 위치 제공 장치들의 위치와 거리를 계산하고 그 계산된 거리들을 이용하여 다각형의 무게 중심을 위치로 결정하는 동작이다. 이러한 위치 측위 제어 동작은 후술되는 제어 흐름도와 제어 흐름도를 보다 상세히 설명하기 위한 도면들을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다. 또한 제어부(105)는 양??향 통신을 수행하는 복합 단말인 경우 예를 들어 스마트 폰 또는 노트북 등의 단말인 경우 그에 따른 동작을 추가로 제어할 수 있다.

메모리(107)는 단말의 동작을 위한 기본적인 프로그램과 본 발명에 따른 위치 측위 시의 제어 동작을 위한 데이터를 저장한다. 또한 위치 측위 시에 발생되는 데이터를 저장하기 위한 영역을 포함한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 위치 측위 장치에서 위치 측위 시 제어 흐름도이다.

제어부(105)는 S200단계에서 대기상태를 유지한다. 여기서 대기상태란 위치 측위의 요청 여부 또는 그 밖의 다른 동작의 요청 여부 등의 이벤트를 대기하는 상태를 의미한다. 위치 측위의 요청은 미리 결정된 시간 단위로 이루어질 수도 있으며, 사용자가 위치 측위를 요청하면 측위의 중지 요청이 있을 때까지 지속적으로 측위를 수행하도록 구성할 수도 있다. 이처럼 측위의 시점 및 연속성 여부는 설계 사항이므로 본 발명에서는 이러한 사항에 대해 특별한 제한을 두지 않기로 한다.

제어부(105)는 S200단계의 대기상태를 유지하다가 특정 이벤트가 발생하면 S202단계로 진행하여 발생된 이벤트가 위치 측위의 요청인가를 검사한다. S202단계의 검사결과 위치 측위 요청인 경우 제어부(105)는 S204단계로 진행하고 그렇지 않은 경우 S220단계로 진행하여 요청된 해당 기능을 수행하고 해당 루틴을 종료한다.

만일 S202단계에서 위치 측위가 요청되어 S204단계로 진행하면, 제어부(105)는 무선부(101) 및 모뎀부(103)를 통해 다수의 위치 측정 신호 제공 장비들로부터 신호를 수신한다. 여기서 위치 측정 신호 제공 장비들은 인공위성들 또는 이동통신 시스템의 기지국들 또는 AP들 등이 될 수 있다. 이때, 인공위성들 또는 기지국들 또는 AP들로부터 신호를 수신할 때 적어도 4개 이상의 위치 측정 신호 제공 장비들로부터 신호를 수신하는 경우를 가정하기로 하며, 이하의 실시 예에서는 4개의 위치 측정 신호 제공 장비들로부터 위치 측정을 위한 신호를 수신하는 경우를 예로 설명한다.

제어부(105)는 S204단계에서 위치 측정 신호 제공 장비들로부터 신호를 수신한 후 S206단계로 진행하여 수신 신호로부터 위치 측정 신호 제공 장비들의 위치를 결정한다. 즉, TOA 기법 또는 TDOA 기법 또는 GNSS 시스템 등을 이용하여 해당하는 장비들로부터 신호를 수신하면, 단말과 위치 측정 신호 제공 장비들간의 거리를 계산하는 것이다. 이처럼 위치 측정 신호 제공 장비들간의 거리를 계산함으로써 위치 측정 신호 제공 장비들의 위치를 설정할 수 있다. 이를 첨부된 도 3 및 도 4를 참조하여 이상적인 경우와 실제의 경우를 대비하여 살펴보기로 한다.

도 3은 이상적인 상황에서 4개의 AP들로부터 수신된 신호를 이용하여 단말의 위치를 측위하는 경우 위치 결정점을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 단말은 AP1(310)과 AP2(320)와 AP3(330)와 AP4(340)로부터 신호를 수신한 경우이다. 이때 단말은 AP1(310)과 AP2(320)와 AP3(330)와 AP4(340)로부터 신호를 수신하고, 각 AP들(310, 320, 330, 340)로부터 단말로의 신호 도달 시간 정보를 기반으로 각 AP들(310, 320, 330, 340)과의 거리를 계산할 수 있다. 따라서 단말과 AP1(310)과의 관계는 AP1(310)을 중점으로 하고, AP1(310)로부터 단말까지의 도달 시간으로부터 획득된 거리를 반지름으로 하는 원주(311) 상에 단말이 존재하게 된다.

또한 단말과 AP2(320)와의 관계는 AP2(320)를 중점으로 하고, AP2(320)로부터 단말까지의 도달 시간으로부터 획득된 거리를 반지름으로 하는 원주(321) 상에 단말이 존재하게 된다.

그리고 단말과 AP3(330)와의 관계는 AP3(330)를 중점으로 하고, AP3(330)로부터 단말까지의 도달 시간으로부터 획득된 거리를 반지름으로 하는 원주(331) 상에 단말이 존재하게 된다.

마지막으로 단말과 AP4(340)와의 관계는 AP4(340)를 중점으로 하고, AP4(340)로부터 단말까지의 도달 시간으로부터 획득된 거리를 반지름으로 하는 원주(341) 상에 단말이 존재하게 된다.

따라서 이들을 종합적으로 고려하면, 4개의 원이 교차하는 지점인 참조부호 300의 위치가 실제 위치(Real Position)가 된다. 하지만 실제 상황에서는 신호의 다중 경로 현상과 장비간 클럭의 오차 등으로 인해 도 3과 같은 이상적인 경우는 발생하지 않는다.

도 4는 실제의 상황에서 4개의 AP들로부터 수신된 신호를 이용하여 단말의 위치를 측위하는 경우 실제 단말의 위치와 수신된 신호로부터 측위된 위치간을 설명하기 위한 도면이다.

도 4에서는 앞선 도 3에서와 동일한 참조부호들을 사용하고 있음에 유의하자. 따라서 단말은 AP1(310)과 AP2(320)와 AP3(330)와 AP4(340)로부터 신호를 수신하고, 각 AP들(310, 320, 330, 340)로부터 단말로의 신호 도달 시간 정보를 기반으로 각 AP들(310, 320, 330, 340)과의 거리를 계산할 수 있다.

따라서 단말과 AP1(310)과의 관계는 AP1(310)을 중점으로 하고, AP1(310)로부터 단말까지의 도달 시간으로부터 획득된 거리를 반지름으로 하는 원주(311) 상에 단말이 존재해야 한다. 그러나 실제로 단말의 위치는 원주 상이 아닌 AP1(310)의 도달 시간으로부터 획득된 원주(311)의 내부에 위치하게 된다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 다양한 요인으로 인해 측정된 시간으로부터 획득된 거리가 실제 거리보다 길게 결정되기 때문이다.

이는 다른 AP들의 경우도 마찬가지가 된다. 즉, 단말과 AP2(320)와의 관계는 AP2(320)를 중점으로 하고, AP2(320)로부터 단말까지의 도달 시간으로부터 획득된 거리를 반지름으로 하는 원주(321) 상에 단말이 존재해야 한다. 그러나 실제로 단말의 위치는 원주 상이 아닌 AP2(320)의 도달 시간으로부터 획득된 원주(321)의 내부에 위치하게 된다.

또한 단말과 AP3(330)와의 관계에서도 AP3(330)를 중점으로 하고, AP3(330)로부터 단말까지의 도달 시간으로부터 획득된 거리를 반지름으로 하는 원주(331) 상에 단말이 존재해야 하지만 실제 단말의 위치는 원주 상이 아닌 AP3(330)의 도달 시간으로부터 획득된 원주(331)의 내부에 위치하게 된다.

마지막으로 단말과 AP4(340)와의 관계에서도 AP4(340)를 중점으로 하고, AP2(340)로부터 단말까지의 도달 시간으로부터 획득된 거리를 반지름으로 하는 원주(341) 상에 단말이 존재하는 것이 아니라 AP4(340)의 도달 시간으로부터 획득된 원주(341)의 내부에 위치하게 된다.

따라서 실제 위치를 측위하기 위해서는 이러한 오차를 최소화할 수 있어야 한다.

다시 도 2를 참조하면, 제어부(105)는 S206단계에서 위에 설명된 도 4와 같은 방법으로 수신된 신호의 도달 시간 정보를 이용하여 위치 측정 신호 제공 장비들(이하에서는 AP들이라 칭함)과 단말간의 거리를 계산하고, 각 AP들과의 거리를 기반으로 각 AP들을 중점으로 하는 동심원을 계산한다.

이후 제어부(105)는 S208단계로 진행하여 AP들의 위치를 이용하여 외부 삼각형을 구성한다. 이를 도 5 내지 도 9를 참조하여 살펴보기로 한다.

도 5는 4개의 AP들의 위치를 이용하여 서로 다른 4개의 외부 삼각형을 구성한 예를 도시한 도면이고, 도 6 내지 도 9는 4개의 AP들 중 3개의 AP들을 이용하여 각각 하나의 외부 삼각형을 구성하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

도 5에서는 서로 다른 4개의 AP들(310, 320, 330, 340) 중 3개의 AP들을 선택한다. 그러면 서로 다른 4가지 세트를 구성할 수 있다. 각 경우를 살펴보면, AP1(310)과 AP2(320) 및 AP3(330)으로 하나의 세트를 구성할 수 있으며, AP1(310)과 AP2(320) 및 AP4(340)로 다른 하나의 세트를 구성할 수 있고, AP1(310)과 AP3(330) 및 AP4(340)로 또 다른 하나의 세트를 구성할 수 있으며, AP2(320)과 AP3(330) 및 AP4(340)로 또 다른 하나의 세트를 구성할 수 있다.

이처럼 4개의 세트들 각각에 대해 각 AP들을 꼭지점으로 하는 외부 삼각형들을 구성할 수 있다. 이하의 설명에서 외부 삼각형이라 함은 서로 다른 3개의 AP들을 꼭지점으로 하는 삼각형을 지칭한다.

이를 도면을 참조하여 좀 더 상술하면, 도 6에 도시한 바와 같이 AP1(310)과 AP2(320) 및 AP4(340)를 이용하여 하나의 외부 삼각형을 만들 수 있다. 이는 단말로부터 AP1(310)까지의 거리와 원들의 교차점 등을 이용하여 AP1(310)의 위치를 결정할 수 있으며, AP2(320) 및 AP4(340)의 위치도 동일한 방법으로 결정할 수 있다. 따라서 도 6에 도시한 바와 같이 AP1(310)과 AP2(320) 및 AP4(340)를 이용하여 하나의 외부 삼각형을 생성할 수 있다.

또한 AP1(310)과 AP3(330) 및 AP4(340)를 이용하여 다른 하나의 외부 삼각형을 만들 수 있다. 이를 좀 더 상술하면, 도 7에 도시한 바와 같이 AP1(310)과 AP3(330) 및 AP4(340)를 이용하여 다른 하나의 외부 삼각형을 만들 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 단말로부터 AP1(310)까지의 거리와 원들의 교차점 등을 이용하여 AP1(310)의 위치를 결정할 수 있으며, AP3(330) 및 AP4(340)의 위치도 동일한 방법으로 결정할 수 있다.

또한 AP1(310)과 AP2(320) 및 AP3(330)를 이용하여 또 다른 하나의 외부 삼각형을 만들 수 있다. 이를 좀 더 상술하면, 도 8에 도시한 바와 같이 AP1(310)과 AP2(320) 및 AP4(340)를 이용하여 또 다른 하나의 외부 삼각형을 만들 수 있다. 여기서도 앞서 설명한 바와 같이 단말로부터 AP1(310)까지의 거리와 원들의 교차점 등을 이용하여 AP1(310)의 위치를 결정할 수 있으며, AP2(320) 및 AP3(330)의 위치도 동일한 방법으로 결정할 수 있다. 따라서 도 8에 도시한 바와 같이 AP1(310)과 AP2(320) 및 AP3(330)를 이용하여 또 다른 하나의 외부 삼각형을 생성할 수 있다.

마지막으로 AP2(320)와 AP3(330) 및 AP4(340)를 이용하여 4번째 외부 삼각형을 만들 수 있다. 이를 좀 더 상술하면, 도 9에 도시한 바와 같이 AP2(320)와 AP3(330) 및 AP4(340)를 이용하여 마지막 하나의 외부 삼각형을 만들 수 있다. 여기서도 앞서 설명한 바와 같이 단말로부터 AP1(310)까지의 거리와 원들의 교차점 등을 이용하여 AP1(310)의 위치를 결정한 것과 같은 방법으로, AP2(320), AP3(330) 및 AP4(340)의 위치를 결정할 수 있다. 따라서 도 9에 도시한 바와 같이 AP2(320)와 AP3(330) 및 AP4(340)를 이용하여 마지막 하나의 외부 삼각형을 생성할 수 있다.

다시 도 2를 참조하면 제어부(105)는 S208단계에서 서로 다른 4개의 외부 삼각형을 구성한 후 S210단계로 진행한다. 그러면 제어부(105)는 S210단계에서 앞선 S208단계에서 구해진 서로 다른 4개의 외부 삼각형과 앞선 S206단계에서 설정한 AP들(310, 320, 330, 340)의 위치를 이용하여 각 AP들(310, 320, 330, 340)의 원주와 서로 다른 4개의 외부 삼각형들간의 접점의 중점을 결정한다.

이를 첨부된 도 10을 참조하여 살펴보기로 한다.

도 10은 도 8의 서로 다른 3개의 AP들로 구성된 외부 삼각형과 외부 삼각형을 구성하는 AP들의 원주들간의 교차점을 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 서로 다른 3개의 AP들(310, 320, 330)들이 위치하고 있으며, 각 AP들(310, 320, 330)과 단말과의 거리를 반지름으로 하는 원주들(311, 321, 331)을 도시하고 있다. 또한 앞서 설명한 바와 같이 서로 다른 3개의 AP들(310, 320, 330)들과 AP들(310, 320, 330)과 단말과의 거리를 반지름으로 하는 원주들(311, 321, 331)간의 교차점들이 참조부호 410의 박스 내에 위치하고 있다. 이를 오른편의 그림에서 확대하여 도시하였다.

참조부호 410의 내부를 도시한 오른편을 참조하면, AP1(310)과 AP2(320)간을 연결하는 외부 삼각형의 한 변은 AP2(320)를 중심으로 하는 원주(321)와 하나의 교차점 P1(411)을 가지며, AP1(310)를 중심으로 하는 원주(311)와 또 하나의 교차점 P2(412)를 가진다.

이와 같은 방식으로 AP2(320)와 AP3(330)을 연결하는 외부 삼각형의 한 변은 AP3(330)을 중심으로 하는 원주(331)와 하나의 교차점 P3(413)을 가지며, AP2(320)를 중심으로 하는 원주(321)와 또 하나의 교차점 P4(414)을 가진다.

동일한 방식으로 AP1(320)과 AP3(330)을 연결하는 외부 삼각형의 한 변은 AP1(310)을 중심으로 하는 원주(311)와 하나의 교차점 P5(415)를 가지며, AP3(330)를 중심으로 하는 원주(331)와 또 하나의 교차점 P6(416)을 가진다.

이러한 형태에서 다시 도 2를 참조하면, 제어부(105)는 S210단계에서 동일한 변에 위치한 교차점들의 중점을 계산한다. 즉, P1(411)과 P2(412)간의 중점과 P3(413)와 P4(414)간의 중점 및 P5(415)와 P6(416)간의 중점을 계산한다.

이후 제어부(105)는 S212단계로 진행하여 위와 같이 P1(411), P2(412), P3(413), P4(414), P5(415) 및 P6(416)을 이용하여 결정한 3개의 중점들을 이용하여 참조부호 417과 같은 또 다른 하나의 내부 삼각형을 계산한다. 그런 후 제어부(105)는 S212단계에서 이처럼 계산된 내부 삼각형의 무게 중심점을 계산한다.

이상에서 설명한 도 10의 과정은 앞서 설명된 도 8의 경우 뿐 아니라 도 6, 도 7 및 도 9의 경우에도 동일하게 계산해야 한다. 즉, 제어부(105)는 S210단계 및 S212단계에서 도 6 내지 도 9의 4개의 외부 삼각형에 대해 모두 동일하게 내부 삼각형을 계산하고 그 내부 삼각형의 무게 중심점을 계산한다.

이러한 계산을 통해 제어부(105)는 내부 삼각형의 무게 중심을 4개 가질 수 있게 된다. 따라서 제어부(105)는 S214단계에서 생성된 4개의 내부 삼각형들의 4개의 무게 중심점을 이용하여 4각형을 생성할 수 있다. 이를 첨부된 도 11을 참조하여 살펴보기로 한다.

도 11은 본 발명에 따라 서로 다른 4개의 AP들을 이용하여 구성된 외부 삼각형과 그로부터 구해진 내부 삼각형의 무게 중심점들로 구성된 4각형을 설명하기 위한 도면이다.

도 11에는 왼편에 도 3에서 설명한 서로 다른 4개의 AP들(310, 320, 330, 340)과 서로 다른 4개의 AP들(310, 320, 330, 340)과 단말간의 거리를 반지름으로 하는 서로 다른 4개의 원주들(311, 321, 331, 341)을 도시하고 있다. 또한 그 내부에 참조부호 510은 앞서 설명된 도 10과 같은 방법으로 구해진 내부 삼각형을 4번 수행하여 획득한 무게 중심점들로 구성된 사각형을 도시하고 있다.

도 11의 오른편에는 도 10과 같은 방법으로 구해진 내부 삼각형을 4번 수행하여 획득한 무게 중심점들로 구성된 사각형을 확대 도시하였다. 즉, 참조부호 511은 도 8의 내부 삼각형의 무게 중심점이며, 참조부호 512는 도 7의 내부 삼각형의 무게 중심점이며, 참조부호 513은 도 6의 내부 삼각형의 무게 중심점이고, 참조부호 514는 도 9의 내부 삼각형의 무게 중심점이다.

따라서 제어부(105)는 S214단계에서 도 11과 같이 내부 삼각형들의 무게 중심점으로 생성된 사각형을 계산하고, 상기 사각형의 무게 중심점을 위치로 결정한다. 즉, 도 11의 참조부호 515가 사각형의 무게 중심점이 된다.

이처럼 계산된 사각형의 무게 중심점은 실제 위치와 도 11에 도시한 바와 같이 약간의 오차를 가질 수 있다. 하지만, 삼변 또는 삼각 측량을 이용하여 정확한 위치를 측위하는 것은 불가능하므로 최대한 오차를 줄이는 것이다.

따라서 본 발명과 같이 계산함으로써 행렬식을 이용하는 경우보다 계산량을 줄일 수 있으며, 보다 정확한 위치를 측위할 수 있다.

도 12 및 도 13은 본 발명과 행렬식을 이용하는 경우의 측위 결과를 확인하기 위한 시뮬레이션 결과이다. 도 12는 50회 시뮬레이션을 수행한 결과이며, 도 13은 100회 시뮬레이션을 수행한 결과이다.

도 12 및 도 13에서 분홍색으로 표시된 점들은 행렬식을 이용한 경우 측위의 결과 값들이며, 녹색 점들은 본 발명에 따른 다각형의 무게 중심점을 이용한 경우의 측위 결과 값들이다. 또한 파란색 점들은 3개의 서로 다른 AP들로부터 구한 내부 삼각형의 무게 중심점들의 결과 값들이다.

도 12 및 도 13의 시뮬레이션 결과에서 알 수 있는 바와 같이 행렬식을 이용한 경우보다 본 발명을 이용한 경우 오차의 편차가 적을 뿐 아니라 보다 정확한 값들을 가짐을 알 수 있다.

한편, 이상에서는 4개의 AP들을 이용하는 경우를 살펴보았다. 그러나 5개 이상의 AP들에서도 이와 동일한 방법을 이용할 수 있다. 그러한 경우 생성되는 다각형의 무게 중심을 이용할 수 있다. 5개의 AP들인 경우 내부 삼각형의 무게 중심점들로 구성되는 꼭지점이 5개가 되어 5각형이 된다. 그러므로 오각형의 무게 중심점을 위치로 설정할 수 있다. 또한 5개 중 4개씩의 꼭지점으로 구성되는 내부 사각형의 무게 중심점들로 다시 사각형을 생성하여 구성할 수도 있다.

이처럼 위치 측정 신호 제공 장비들의 숫자가 증가하는 경우 전체적인 계산량과 단말의 부하 등을 고려하여 가장 효율적인 방법을 취할 수 있다.

101 : 무선부
103 : 모뎀부
105 : 제어부
107 : 메모리
310, 320, 330, 340 : AP

Claims

위치 추적 시스템에서 위치 측위 장치에 있어서,
4개 이상의 위치 측정 신호 제공 장비들로부터 전송된 신호를 안테나를 통해 수신하여 기저대역의 신호로 변환하여 출력하는 무선부;
상기 기저대역 신호를 복호 및 복조하여 출력하는 모뎀부; 및
상기 복조된 서로 다른 상기 위치 측정 신호 제공 장비들로부터 수신된 신호들을 이용하여 상기 위치 측정 신호 제공 장비들과의 거리를 계산하고, 상기 위치 측정 신호 제공 장비들 중 3개씩 위치 측정 신호 제공 장비들의 세트를 추출하고, 각 세트마다 상기 위치 측정 신호 제공 장비들간을 연결하는 외부 삼각형을 계산하고, 상기 각 세트마다 상기 위치 측정 신호 제공 장비들과의 거리를 반지름으로 하는 동심원과 상기 외부 삼각형의 변들과의 접점을 계산하고, 상기 각 세트마다 상기 외부 삼각형의 각 변의 두 접점의 중점들로 구성되는 내부 삼각형을 계산하고, 상기 각 세트마다 계산된 내부 삼각형들의 무게 중심점을 계산한 후 상기 각 세트들마다의 내부 삼각형의 무게 중심점들로 이루어진 다면체의 무게 중심을 위치로 결정하는 제어부;
를 포함하는, 위치 추적 시스템에서 위치 측위 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 각 세트들마다의 내부 삼각형의 무게 중심점들이 5개 이상인 경우 사각형을 생성하기 위해 서로 다른 4개의 무게 중심점들을 추출한 후 각 사각형의 무게 중심을 결정하고, 상기 결정된 무게 중심점들로 구성된 다면체의 무게 중심 또는 무게 중심점들로 구성된 점들의 중점을 위치로 결정하는, 위치 추적 시스템에서 위치 측위 장치.
제1항에 있어서,
상기 무선부는 송신 신호를 대역 상승 변환한 후 전력 증폭하여 상기 안테나로 출력하고,
상기 모뎀부는 송신할 신호를 부호화 및 변조하여 출력하며,
상기 제어부는 신호의 송신을 위한 제어를 더 수행하는, 위치 추적 시스템에서 위치 측위 장치.
위치 추적 시스템에서 위치 측위 방법에 있어서,
서로 다른 위치 측정 신호 제공 장비들로부터 수신된 신호들을 이용하여 상기 위치 측정 신호 제공 장비들과의 거리를 계산하는 과정;
상기 위치 측정 신호 제공 장비들 중 3개씩의 위치 측정 신호 제공 장비들의 세트를 추출하는 과정;
각 세트마다 상기 위치 측정 신호 제공 장비들간을 연결하는 외부 삼각형을 계산하는 과정;
상기 각 세트마다 상기 위치 측정 신호 제공 장비들과의 거리를 반지름으로 하는 동심원과 상기 외부 삼각형의 변들과의 접점을 계산하는 과정;
상기 각 세트마다 상기 외부 삼각형의 각 변의 두 접점의 중점들로 구성되는 내부 삼각형을 계산하는 과정;
상기 각 세트마다 계산된 상기 내부 삼각형들의 무게 중심점을 계산하는 과정; 및
상기 각 세트들마다의 상기 내부 삼각형의 무게 중심점들로 이루어진 다면체의 무게 중심을 위치로 결정하는 과정;
을 포함하는, 위치 추적 시스템에서 위치 측위 방법.
제4항에 있어서,
상기 각 세트들마다의 내부 삼각형의 무게 중심점들이 5개 이상인 경우 사각형을 생성하기 위해 서로 다른 4개의 무게 중심점들을 추출하는 과정;
상기 각 사각형의 무게 중심을 계산하는 과정;
상기 계산된 무게 중심점들로 구성된 다면체의 무게 중심 또는 무게 중심점들로 구성된 점들의 중점을 위치로 결정하는 과정;
을 더 포함하는, 위치 추적 시스템에서 위치 측위 방법.
위치 추적 시스템에서 위치 측위를 위한 제어 데이터를 저장한 매체에 있어서,
서로 다른 위치 측정 신호 제공 장비들로부터 수신된 신호들을 이용하여 상기 위치 측정 신호 제공 장비들과의 거리를 계산하는 수단;
상기 위치 측정 신호 제공 장비들 중 3개씩의 위치 측정 신호 제공 장비들의 세트를 추출하는 수단;
각 세트마다 상기 위치 측정 신호 제공 장비들간을 연결하는 외부 삼각형을 계산하는 수단;
상기 각 세트마다 상기 위치 측정 신호 제공 장비들과의 거리를 반지름으로 하는 동심원과 상기 외부 삼각형의 변들과의 접점을 계산하는 수단;
상기 각 세트마다 상기 외부 삼각형의 각 변의 두 접점의 중점들로 구성되는 내부 삼각형을 계산하는 수단;
상기 각 세트마다 계산된 상기 내부 삼각형들의 무게 중심점을 계산하는 수단; 및
상기 각 세트들마다의 상기 내부 삼각형의 무게 중심점들로 이루어진 다면체의 무게 중심을 위치로 결정하는 수단;
을 저장한 위치 추적 시스템에서 위치 측위를 위한 제어 데이터를 저장한 매체.