KR101750514B1 - Apparatus for correcting attitude and positioning sensor node with multi-antenna - Google Patents

Apparatus for correcting attitude and positioning sensor node with multi-antenna Download PDF

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KR101750514B1 KR1020160131117A KR20160131117A KR101750514B1 KR 101750514 B1 KR101750514 B1 KR 101750514B1 KR 1020160131117 A KR1020160131117 A KR 1020160131117A KR 20160131117 A KR20160131117 A KR 20160131117A KR 101750514 B1 KR101750514 B1 KR 101750514B1
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고요한
부성춘
이철수
김도경
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Abstract

본 발명은 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 센서노드의 기준 안테나와 각 단말 사이의 레인징 정보를 획득하고, 센서노드에서 각 단말에 대한 상대 방향정보를 획득하는 정보 획득부; 획득된 레인징 정보를 이용한 위치 추정을 통해 각 단말의 제1 위치해를 추정하는 위치 추정부; 센서노드에서 각 단말의 오차 예측값을 추정하고, 추정된 오차 예측값 및 기준값을 비교하여 기준 센서노드와 기준 단말을 선택하고, 기설정된 각 센서노드의 좌표와, 선택된 기준 센서노드의 좌표 및 상대 방향정보와, 선택된 기준 단말의 좌표 및 상대 방향정보를 이용하여 각 센서노드의 자세정보를 추정하는 자세정보 추정부; 및 추정된 각 센서노드의 자세정보를 이용하여 획득된 상대 방향정보를 보정하여 절대 방향정보를 추정하는 방향정보 추정부를 포함하고, 위치 추정부는, 획득된 레인징 정보와 추정된 절대 방향정보를 이용하여 각 단말의 위치해를 추정한다.More particularly, the present invention relates to a method for acquiring ranging information between a reference antenna of a sensor node and each terminal, An information obtaining unit obtaining information; A position estimator for estimating a first position of each terminal through position estimation using the obtained ranging information; The sensor node estimates the error prediction value of each terminal, selects the reference sensor node and the reference terminal by comparing the estimated error value and the reference value, and determines coordinates of each predetermined sensor node, coordinates of the selected reference sensor node, An attitude information estimating unit that estimates attitude information of each sensor node using coordinates and relative direction information of the selected reference terminal; And a direction information estimator for estimating absolute direction information by correcting relative direction information obtained using the estimated attitude information of each sensor node, wherein the position estimator uses the obtained ranging information and the estimated absolute direction information Thereby estimating the location of each terminal.

Description

다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 장치 {APPARATUS FOR CORRECTING ATTITUDE AND POSITIONING SENSOR NODE WITH MULTI-ANTENNA}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an apparatus and a method for correcting attitude of a sensor node using multiple antennas,

본 발명은 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지자기센서 및 가속도계가 없이 다중안테나를 적용한 센서노드 및 단말의 위치와 방향정보를 이용하여 센서노드의 자세 보정 및 단말 측위를 수행할 수 있는, 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for attitude correction and positioning of a sensor node using multiple antennas, and more particularly, to a method and apparatus for attitude correction and positioning of a sensor node using multiple antennas, And to a method and apparatus for position correction and positioning of a sensor node to which multiple antennas are applied.

이동 통신, 항공, 국방 등 다양한 산업 분야에서 위치 기반 서비스에 대한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 위치 기반 서비스에는 GPS로 대표되는 위성 항법 시스템을 국지적으로 대체하기 위한 위치 기반 서비스, 실내 환경에서의 위치 기반 서비스 등이 있다.Demand for location-based services is increasing in various industries such as mobile communications, aviation, and defense. For example, the location-based service includes a location-based service for locally replacing a GPS navigation system represented by GPS, and a location-based service in an indoor environment.

GPS(Global Positioning System)로 대표되는 위성 항법 시스템의 경우에는 실내 환경이나 재밍이 발생한 상황에서 위치 정보를 제공할 수 없다.In the case of a satellite navigation system represented by GPS (Global Positioning System), location information can not be provided in an indoor environment or in a situation where jamming occurs.

이러한 경우에 대체 항법에 대한 연구가 많이 진행되고 있으며, 협지역의 측위에 대해 IEEE 802.15.4a 표준화 작업이 이미 2007년에 완성되었다.In this case, there are many researches on alternative navigation, and the standardization of IEEE 802.15.4a has already been completed in 2007 for the positioning of narrow areas.

한편, 다중안테나를 사용하는 센서노드에서 단말의 방향정보를 측위에 사용하려면, 센서노드의 자세정보가 보정된 절대 방향정보를 알아야 한다. 절대 방향정보를 알기 위해서는 센서노드의 자세정보를 알아야 한다.On the other hand, in order to use the direction information of the terminal in the sensor node using multiple antennas for positioning, it is necessary to know the absolute direction information in which the attitude information of the sensor node is corrected. In order to know the absolute direction information, it is necessary to know the attitude information of the sensor node.

이를 위해, 종래에는 지자기센서 및 가속도계를 통해 센서노드의 자세정보를 측정해야 한다. 즉, 다중안테나를 사용하는 센서노드의 자세정보를 알기 위해서 지자기 센서 및 가속도계를 통해서 자세정보를 측정해야 한다.To this end, the attitude information of a sensor node must be measured through a geomagnetic sensor and an accelerometer. In other words, the attitude information should be measured through the geomagnetic sensor and the accelerometer in order to know the attitude information of the sensor node using multiple antennas.

하지만, 이러한 종래의 지자기센서 및 가속도계를 이용한 자세정보 측정 과정에서는 자세 측정 오차가 상당히 크게 발생하고 있다. 실내 환경의 경우, 철근 등 전도체의 영향으로 지자기센서 및 가속도계의 측정오차는 상당히 크게 발생하며, 결과적으로 방향정보를 이용한 측위를 수행할 때 측위 성능을 저하시키는 요인이 된다.However, in the process of measuring the attitude information using the conventional geomagnetic sensor and the accelerometer, the attitude measurement error is considerably large. In case of indoor environment, measurement errors of geomagnetic sensor and accelerometer are considerably large due to the influence of conductors such as reinforcing bars, and as a result, positioning performance is deteriorated when performing positioning using direction information.

또한, 센서노드를 설치할 때 지자기센서 및 가속도계를 통해서 자세정보를 사전에 측정해야 하므로 설치 시 오랜 시간이 소요된다.Also, it takes a long time to install the sensor node because the attitude information needs to be measured in advance through the geomagnetic sensor and the accelerometer when the sensor node is installed.

대한민국 공개번호공보 제10-2014-0093896호(2014.07.29. 공개)Korean Public Release No. 10-2014-0093896 (published on April 29, 2014)

본 발명의 실시 예들은 지자기센서 및 가속도계가 없이 다중안테나를 적용한 센서노드 및 단말의 위치와 방향정보를 이용하여 센서노드의 자세 보정 및 단말 측위를 수행할 수 있는, 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 방법 및 장치를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention can be applied to a sensor node attitude sensor that uses multiple antennas without a geomagnetic sensor and an accelerometer and can perform posture correction and terminal positioning of a sensor node using position and direction information of the terminal And to provide a calibration and positioning method and apparatus.

본 발명의 실시 예들은 지자기센서 및 가속도계가 없이, 센서노드 및 단말의 위치값 정보와 방향탐지 결과를 이용하여 센서노드의 자세정보를 획득할 수 있는, 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 방법 및 장치를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention provide a sensor node and attitude sensor that can acquire attitude information of a sensor node using position information of a sensor node and a terminal and result of direction detection without a geomagnetic sensor and an accelerometer, Method, and apparatus.

또한, 본 발명의 실시 예들은 센서노드를 배치할 때 센서노드의 위치만을 사전 측정하면 되며, 센서노드의 자세정보는 측정할 필요가 없으므로 배치 시 간편하게 배치 가능하며, 유지 보수를 용이하게 할 수 있는, 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 방법 및 장치를 제공하고자 한다.In addition, embodiments of the present invention require only the position of the sensor node to be measured in advance when arranging the sensor node, and since it is not necessary to measure the attitude information of the sensor node, it is possible to easily arrange the sensor node at the time of placement, And a method and an apparatus for positioning and positioning a sensor node using multiple antennas.

또한, 본 발명의 실시 예들은 센서노드의 자세정보를 측정하기 위해서 지자기센서 및 가속도계를 사용하지 않아도 되므로, 낮은 가격으로 센서노드를 제작할 수 있는, 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 방법 및 장치를 제공하고자 한다.Also, embodiments of the present invention do not require the use of a geomagnetic sensor and an accelerometer to measure the attitude information of the sensor node. Therefore, the attitude correction and positioning method of the sensor node using the multiple antennas, Device.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 센서노드의 기준 안테나와 각 단말 사이의 레인징 정보를 획득하고, 센서노드에서 각 단말에 대한 상대 방향정보를 획득하는 단계; 상기 획득된 레인징 정보를 이용한 위치 추정을 통해 각 단말의 제1 위치해를 추정하는 단계; 센서노드에서 각 단말의 오차 예측값을 추정하고, 상기 추정된 오차 예측값 및 기준값을 비교하여 기준 센서노드와 기준 단말을 선택하는 단계; 기설정된 각 센서노드의 좌표와, 상기 선택된 기준 센서노드의 좌표 및 상대 방향정보와, 상기 선택된 기준 단말의 좌표 및 상대 방향정보를 이용하여 각 센서노드의 자세정보를 추정하는 단계; 상기 추정된 각 센서노드의 자세정보를 이용하여 상기 획득된 상대 방향정보를 보정하여 절대 방향정보를 추정하는 단계; 및 상기 획득된 레인징 정보와 상기 추정된 절대 방향정보를 이용하여 각 단말의 위치해를 추정하는 단계를 포함하는 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 방법이 제공될 수 있다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for acquiring ranging information between a reference antenna of a sensor node and each terminal, and acquiring relative direction information for each terminal in a sensor node; Estimating a first location of each terminal through location estimation using the obtained ranging information; Selecting a reference sensor node and a reference terminal by estimating an error prediction value of each terminal in the sensor node, comparing the estimated error value with the reference value, Estimating attitude information of each sensor node using coordinates of each predetermined sensor node, coordinates and relative direction information of the selected reference sensor node, and coordinates and relative direction information of the selected reference terminal; Estimating absolute direction information by correcting the obtained relative direction information using the estimated attitude information of each sensor node; And estimating a location of each terminal using the obtained ranging information and the estimated absolute direction information.

상기 방법은, 상기 추정된 각 단말의 위치해로부터 오차 예측값을 재추정하고, 상기 재추정된 오차 예측값 및 이전 오차 예측값 간의 차이가 기준점 이상이면 상기 재추정된 오차 예측값을 기초로 하여 상기 선택된 기준 단말을 갱신하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method further comprises re-estimating an error prediction value from the estimated position of each terminal, and if the difference between the re-estimated error prediction value and the previous error prediction value is equal to or greater than a reference point, The method further includes the step of updating.

상기 각 단말의 제1 위치해를 추정하는 단계는, 테일러 시리즈(Taylor Series) 함수, 칼만 필터(Kalman Filter) 함수 및 최소 자승법 기준의 폐루프(Closed-loop)로 해를 구하는 함수 중에서 어느 하나의 함수를 이용하여 각 단말의 제1 위치해를 추정할 수 있다.The step of estimating the first position of each of the terminals may be performed by using one of a Taylor series function, a Kalman filter function, and a function of finding a solution by a closed-loop method based on a least squares method The first location of each terminal can be estimated.

상기 기준 센서노드와 기준 단말을 선택하는 단계는, 기설정된 센서노드의 좌표와 상기 추정된 각 단말의 제1 위치해로부터 행렬을 계산하고, 센서노드 및 단말 간의 거리의 표준편차와 센서노드에서 수신되는 단말의 이산 수신신호로부터 오차 예측값 상수를 계산하고, 상기 계산된 행렬의 대각 요소들의 합과 상기 계산된 오차 예측값 상수를 이용하여 센서노드에서 각 단말의 오차 예측값을 추정할 수 있다.Wherein the step of selecting the reference sensor node and the reference terminal calculates a matrix from a coordinate of a predetermined sensor node and a first position of each of the estimated terminals and calculates a standard deviation of a distance between the sensor node and the terminal, An error prediction value constant can be calculated from the discrete reception signal of the terminal and the error prediction value of each terminal can be estimated from the sum of the diagonal elements of the calculated matrix and the calculated error prediction value constant at the sensor node.

상기 기준 센서노드와 기준 단말을 선택하는 단계는, 3차원 좌표를 고려하고, 기준값이 미설정되어 있고, 기준 센서노드의 수가 3개 이상이면 기준 단말을 선택하지 않고, 기준 센서노드의 수가 3개 미만이면, 기준 센서노드의 수와 기준 단말의 수의 합이 3개 이상이 되도록, 오차 예측값이 가장 작은 단말부터 기준 단말로 선택할 수 있다.Wherein the reference sensor node and the reference terminal are selected when the reference value is not set, the reference terminal is not selected when the number of the reference sensor nodes is three or more, and the number of the reference sensor nodes is three , It is possible to select the terminal having the smallest error prediction value as the reference terminal so that the sum of the number of reference sensor nodes and the number of reference terminals is three or more.

상기 기준 센서노드와 기준 단말을 선택하는 단계는, 2차원 좌표를 고려하고, 기준값이 미설정되어 있고, 기준 센서노드의 수가 2개 이상이면 기준 단말을 선택하지 않고, 기준 센서노드의 수가 2개 미만이면, 기준 센서노드의 수와 기준 단말의 수의 합이 2개 이상이 되도록, 오차 예측값이 가장 작은 단말부터 기준 단말로 선택할 수 있다.The step of selecting the reference sensor node and the reference terminal may include selecting a reference terminal when the reference value is not set and the number of reference sensor nodes is two or more, , It is possible to select the terminal having the smallest error prediction value as the reference terminal so that the sum of the number of reference sensor nodes and the number of reference terminals is two or more.

상기 각 단말의 위치해를 추정하는 단계는, 상기 획득된 레인징 정보와 상기 추정된 절대 방향정보를 이용하여 각 단말의 제2 위치해를 추정하고, 상기 추정된 각 단말의 제1 위치해 및 상기 추정된 각 단말의 제2 위치해를 기설정된 비례상수로 결합하여 각 단말의 위치해를 추정할 수 있다.Wherein estimating the location of each terminal comprises estimating a second location of each terminal using the obtained ranging information and the estimated absolute direction information, The location of each terminal can be estimated by combining the second location of each terminal with a predetermined proportionality constant.

상기 각 단말의 위치해를 추정하는 단계는, 방위각과 앙각, 기설정된 센서노드의 좌표를 이용하는 브라운(Brown) 알고리즘 또는 선형화를 통해 반복적으로 해를 계산하는 알고리즘에 대한 함수를 이용하여 각 단말의 제2 위치해를 추정할 수 있다.The step of estimating the position of each terminal may include estimating a position of the terminal by using a Brown algorithm using an azimuth angle, an elevation angle, a coordinate of a predetermined sensor node, or a function for an algorithm for repeatedly calculating a solution through linearization, The location can be estimated.

한편, 본 발명의 제2 측면에 따르면, 센서노드의 기준 안테나와 각 단말 사이의 레인징 정보를 획득하고, 센서노드에서 각 단말에 대한 상대 방향정보를 획득하는 정보 획득부; 상기 획득된 레인징 정보를 이용한 위치 추정을 통해 각 단말의 제1 위치해를 추정하는 위치 추정부; 센서노드에서 각 단말의 오차 예측값을 추정하고, 상기 추정된 오차 예측값 및 기준값을 비교하여 기준 센서노드와 기준 단말을 선택하고, 기설정된 각 센서노드의 좌표와, 상기 선택된 기준 센서노드의 좌표 및 상대 방향정보와, 상기 선택된 기준 단말의 좌표 및 상대 방향정보를 이용하여 각 센서노드의 자세정보를 추정하는 자세정보 추정부; 및 상기 추정된 각 센서노드의 자세정보를 이용하여 상기 획득된 상대 방향정보를 보정하여 절대 방향정보를 추정하는 방향정보 추정부를 포함하고, 상기 위치 추정부는, 상기 획득된 레인징 정보와 상기 추정된 절대 방향정보를 이용하여 각 단말의 위치해를 추정하는 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 장치가 제공될 수 있다.According to a second aspect of the present invention, there is provided an information obtaining apparatus comprising: an information obtaining unit obtaining ranging information between a reference antenna of a sensor node and each terminal and obtaining relative direction information for each terminal from the sensor node; A location estimator for estimating a first location of each terminal through location estimation using the obtained ranging information; A sensor node estimates an error prediction value of each terminal, selects a reference sensor node and a reference terminal by comparing the estimated error prediction value and the reference value, and determines coordinates of each predetermined sensor node, coordinates of the selected reference sensor node, An attitude information estimating unit that estimates attitude information of each sensor node using direction information, coordinates of the selected reference terminal, and relative direction information; And a direction information estimating unit for estimating absolute direction information by correcting the obtained relative direction information using the estimated attitude information of each sensor node, wherein the position estimating unit estimates absolute direction information by using the obtained ranging information, A posture correction and positioning apparatus of a sensor node using multiple antennas that estimate the position of each terminal using absolute direction information can be provided.

상기 자세정보 추정부는, 상기 추정된 각 단말의 위치해로부터 오차 예측값을 재추정하고, 상기 재추정된 오차 예측값 및 이전 오차 예측값 간의 차이가 기준점 이상이면 상기 재추정된 오차 예측값을 기초로 하여 상기 선택된 기준 단말을 갱신할 수 있다.Wherein the posture information estimation unit re-estimates an error prediction value from the estimated position of each terminal, and if the difference between the re-estimated error prediction value and the previous error prediction value is equal to or greater than the reference point, The terminal can be updated.

상기 자세정보 추정부는, 기설정된 센서노드의 좌표와 상기 추정된 각 단말의 제1 위치해로부터 행렬을 계산하고, 센서노드 및 단말 간의 거리의 표준편차와 센서노드에서 수신되는 단말의 이산 수신신호로부터 오차 예측값 상수를 계산하고, 상기 계산된 행렬의 대각 요소들의 합과 상기 계산된 오차 예측값 상수를 이용하여 센서노드에서 각 단말의 오차 예측값을 추정할 수 있다.The attitude information estimation unit calculates a matrix from coordinates of a predetermined sensor node and a first position of each of the estimated terminals, calculates a matrix of the standard deviation of the distance between the sensor node and the terminal, and the error from the discrete reception signal of the terminal received at the sensor node The estimated value of each terminal can be estimated by using the sum of the diagonal elements of the calculated matrix and the calculated error predicted value constants in the sensor node.

상기 자세정보 추정부는, 3차원 좌표를 고려하고, 기준값이 미설정되어 있고, 기준 센서노드의 수가 3개 이상이면 기준 단말을 선택하지 않고, 기준 센서노드의 수가 3개 미만이면, 기준 센서노드의 수와 기준 단말의 수의 합이 3개 이상이 되도록, 오차 예측값이 가장 작은 단말부터 기준 단말로 선택할 수 있다.The posture information estimating unit does not select a reference terminal when the reference value is not set and the number of reference sensor nodes is three or more in consideration of three-dimensional coordinates, and when the number of reference sensor nodes is less than three, It is possible to select the terminal having the smallest error prediction value as the reference terminal so that the sum of the number of reference terminals and the number of reference terminals is three or more.

상기 자세정보 추정부는, 2차원 좌표를 고려하고, 기준값이 미설정되어 있고, 기준 센서노드의 수가 2개 이상이면 기준 단말을 선택하지 않고, 기준 센서노드의 수가 2개 미만이면, 기준 센서노드의 수와 기준 단말의 수의 합이 2개 이상이 되도록, 오차 예측값이 가장 작은 단말부터 기준 단말로 선택할 수 있다.The posture information estimating unit does not select the reference terminal when the reference value is not set and the number of reference sensor nodes is two or more in consideration of the two-dimensional coordinates, and when the number of reference sensor nodes is less than two, It is possible to select the terminal having the smallest error prediction value as the reference terminal so that the sum of the number of reference terminals and the number of reference terminals can be two or more.

상기 위치 추정부는, 테일러 시리즈(Taylor Series) 함수, 칼만 필터(Kalman Filter) 함수 및 최소 자승법 기준의 폐루프(Closed-loop)로 해를 구하는 함수 중에서 어느 하나의 함수를 이용하여 각 단말의 제1 위치해를 추정할 수 있다.The position estimating unit estimates a position of a first terminal of each terminal using one of a Taylor series function, a Kalman filter function, and a function of finding a solution by a closed- The location can be estimated.

상기 위치 추정부는, 상기 획득된 레인징 정보와 상기 추정된 절대 방향정보를 이용하여 각 단말의 제2 위치해를 추정하고, 상기 추정된 각 단말의 제1 위치해 및 상기 추정된 각 단말의 제2 위치해를 기설정된 비례상수로 결합하여 각 단말의 위치해를 추정할 수 있다.Wherein the position estimating unit estimates a second position of each terminal using the obtained ranging information and the estimated absolute direction information, and estimates a first position of each of the estimated terminals and a second position of each of the estimated terminals To a predetermined proportional constant to estimate the location of each terminal.

상기 위치 추정부는, 방위각과 앙각, 기설정된 센서노드의 좌표를 이용하는 브라운(Brown) 알고리즘 또는 선형화를 통해 반복적으로 해를 계산하는 알고리즘에 대한 함수를 이용하여 각 단말의 제2 위치해를 추정할 수 있다.The position estimating unit may estimate the second position of each terminal by using a function for an algorithm for calculating the solution repeatedly through linearization or a brown algorithm using azimuth angle, elevation angle, coordinates of a predetermined sensor node .

본 발명의 실시 예들은 지자기센서 및 가속도계가 없이 다중안테나를 적용한 센서노드 및 단말의 위치와 방향정보를 이용하여 센서노드의 자세 보정 및 단말 측위를 수행할 수 있다.Embodiments of the present invention can perform posture correction and terminal positioning of a sensor node using position and direction information of a sensor node and a terminal to which multiple antennas are applied without a geomagnetic sensor and an accelerometer.

본 발명의 실시 예들은 지자기센서 및 가속도계가 없이, 센서노드 및 단말의 위치값 정보와 방향탐지 결과를 이용하여 센서노드의 자세정보를 획득할 수 있다.Embodiments of the present invention can acquire attitude information of a sensor node using position information of a sensor node and a terminal and a direction detection result without using a geomagnetic sensor and an accelerometer.

또한, 본 발명의 실시 예들은 센서노드를 배치할 때 센서노드의 위치만을 사전 측정하면 되며, 센서노드의 자세정보는 측정할 필요가 없으므로 배치 시 간편하게 배치 가능하며, 유지 보수를 용이하게 할 수 있다.In addition, embodiments of the present invention can measure only the position of the sensor node when arranging the sensor node, and it is not necessary to measure the attitude information of the sensor node, so that the sensor node can be easily disposed at the time of arrangement and can be easily maintained .

또한, 본 발명의 실시 예들은 센서노드의 자세정보를 측정하기 위해서 지자기센서 및 가속도계를 사용하지 않아도 되므로, 낮은 가격으로 센서노드를 제작할 수 있다.Also, embodiments of the present invention do not require the use of a geomagnetic sensor and an accelerometer to measure the attitude information of the sensor node, so that the sensor node can be manufactured at a low price.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나를 적용한 센서노드 및 각 단말의 자세 보정 및 위치 추정 과정을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다중안테나를 적용한 센서노드 및 각 단말의 자세 보정 및 위치 추정 과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 기준 센서노드 및 기준 단말의 선택 과정을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
FIG. 1 is a diagram illustrating a sensor node and a posture correction and position estimation process of each terminal using multiple antennas according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 2 is a diagram illustrating a posture correction and positioning method of a sensor node using multiple antennas according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating a sensor node using multiple antennas according to another embodiment of the present invention and a posture correction and position estimation process of each terminal.
4 is a flowchart illustrating a selection process of a reference sensor node and a reference terminal according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a posture correction and positioning apparatus of a sensor node using multiple antennas according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예를 설명하면서, 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려졌고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention will be described in detail with reference to the portions necessary for understanding the operation and operation according to the present invention. In describing the embodiments of the present invention, description of technical contents which are well known in the art to which the present invention belongs and which are not directly related to the present invention will be omitted. This is for the sake of clarity of the present invention without omitting the unnecessary explanation.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시 예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시 예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시 예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.In describing the constituent elements of the present invention, the same reference numerals may be given to constituent elements having the same name, and the same reference numerals may be given to different drawings. However, even in such a case, it does not mean that the corresponding component has different functions according to the embodiment, or does not mean that it has the same function in different embodiments, and the function of each component is different from that of the corresponding embodiment Based on the description of each component in FIG.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나를 적용한 센서노드 및 각 단말의 자세 보정 및 위치 추정 과정을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a sensor node and a posture correction and position estimation process of each terminal using multiple antennas according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나를 적용한 센서노드 및 각 단말은 각각 다중안테나를 갖는 3개의 센서노드와 1개의 단말로 이루어져 있다. 여기서, 각 센서노드는 5소자의 다중안테나를 구비하고 있다.As shown in FIG. 1, a sensor node and each terminal employing multiple antennas according to an embodiment of the present invention are each composed of three sensor nodes having multiple antennas and one terminal. Here, each sensor node has multiple antennas of five elements.

센서노드는 센서노드 1(101), 센서노드 2(102) 및 센서노드 3(103)이 기설정된 센서노드의 좌표에 위치하고 있다.The sensor node 1 101, the sensor node 2 102, and the sensor node 3 103 are located at coordinates of a predetermined sensor node.

센서노드 1(101), 센서노드 2(102) 및 센서노드 3(103)은 각각 단말 A(111)와 레인징이 수행된다. 또한, 센서노드 1(101), 센서노드 2(102) 및 센서노드 3(103)과 단말 A(111) 사이의 상대 방향이 추정된다.The sensor node 1 101, the sensor node 2 102 and the sensor node 3 103 are each subjected to ranging with the terminal A 111. In addition, a relative direction between the sensor node 1 101, the sensor node 2 102, and the sensor node 3 103 and the terminal A 111 is estimated.

본 발명의 실시 예는 다중안테나를 사용하는 센서노드에서 단말의 위치를 추정할 때, 각 센서노드의 자세정보를 추정하여 상대 방향정보를 절대 방향정보로

Figure 112016098183886-pat00001
와 같이 보정함으로써, 단말의 위치해 추정 성능을 향상시킬 수 있다. 여기서, Dnm은 센서노드 n과 단말 m 사이의 레인징을 나타낸다.
Figure 112016098183886-pat00002
는 센서노드 n과 단말 m 사이의 상대 방향을 나타낸다.
Figure 112016098183886-pat00003
는 센서노드 n과 단말 m 사이의 절대 방향을 나타낸다.
Figure 112016098183886-pat00004
Figure 112016098183886-pat00005
는 각각 상대 앙각 및 상대 방위각을 나타낸다.
Figure 112016098183886-pat00006
Figure 112016098183886-pat00007
는 각각 절대 앙각 및 절대 방위각을 나타낸다.
Figure 112016098183886-pat00008
는 5소자 다중안테나를 나타낸다.In an embodiment of the present invention, when estimating the position of a terminal in a sensor node using multiple antennas, the orientation information of each sensor node is estimated to determine relative direction information as absolute direction information
Figure 112016098183886-pat00001
It is possible to improve the positioning performance of the terminal. Here, D nm denotes a ranging between the sensor node n and the terminal m.
Figure 112016098183886-pat00002
Represents the relative direction between the sensor node n and the terminal m.
Figure 112016098183886-pat00003
Represents the absolute direction between the sensor node n and the terminal m.
Figure 112016098183886-pat00004
And
Figure 112016098183886-pat00005
Represent relative elevation angles and relative azimuth angles, respectively.
Figure 112016098183886-pat00006
And
Figure 112016098183886-pat00007
Respectively represent an absolute elevation angle and an absolute azimuth angle.
Figure 112016098183886-pat00008
Represents a five-element multiple antenna.

이하, 도 1에 도시된 센서노드와 각 단말의 구체적인 동작을 도 2를 함께 참조하여 설명한다.Hereinafter, the specific operation of the sensor node and each terminal shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 방법을 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a posture correction and positioning method of a sensor node using multiple antennas according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 방법은 지자기센서 및 가속도계가 없는 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 방법에 대한 것이다.As shown in FIG. 2, the attitude correction and positioning method of a sensor node using multiple antennas according to an embodiment of the present invention is a method of orientation correction and positioning of a sensor node using multiple antennas without a geomagnetic sensor and an accelerometer.

이를 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 방법은 레인징 정보 및 상대 방향정보 획득 단계(S110), 단말 제1 위치해 추정 단계(S120), 기준 센서노드 및 기준 단말 선택 단계(S130), 센서노드의 자세정보 추정 단계(S140), 절대 방향정보 추정 단계(S150) 및 단말 위치해 추정 단계(S160)를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 방법은 위치해 추정 종료 판단 단계(S170) 및 기준 단말 갱신 판별 및 갱신 단계(S180)를 더 포함할 수 있다.For this purpose, the attitude correction and positioning method of the sensor node using the multiple antennas according to the embodiment of the present invention includes a step of acquiring ranging information and relative direction information (S110), a first position estimating step (S120) A reference terminal selection step S130, a sensor node attitude information estimation step S140, an absolute direction information estimation step S150, and a terminal location estimation step S160. In addition, the attitude correction and positioning method of the sensor node using the multiple antennas according to the embodiment of the present invention may further include an estimation end determination step (S170) and a reference terminal update determination and update step (S180).

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 방법에 대해서 살펴보기로 한다.Hereinafter, an attitude correction and positioning method of a sensor node using multiple antennas according to an embodiment of the present invention will be described.

레인징 정보 및 상대 방향정보 획득 단계(S110)는 센서노드의 기준 안테나와 각 단말 사이의 레인징 정보를 획득하고, 센서노드에서 각 단말에 대한 상대 방향정보를 획득한다.The ranging information and relative direction information acquisition step (S110) acquires ranging information between the reference antenna and each terminal of the sensor node, and obtains relative direction information for each terminal from the sensor node.

레인징 정보 및 상대 방향정보 획득 단계(S110)는 도 1에 나타난 다중안테나를 적용한 센서노드에서 단말과의 레인징 정보와 센서노드와 단말 사이의 상대 방향정보를 획득하는 단계로써, 하기의 [수학식 1] 및 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.The ranging information and relative direction information acquiring step (S110) is a step of acquiring relative information between the sensor node and the terminal, ranging information from the sensor node using the multiple antennas shown in FIG. 1, (1) and (2). &Quot; (2) "

Figure 112016098183886-pat00009
Figure 112016098183886-pat00009

Figure 112016098183886-pat00010
Figure 112016098183886-pat00010

여기서,

Figure 112016098183886-pat00011
는 센서노드 1(101)과 단말 A(111) 사이의 레인징 정보를 나타내며, 레인징은 단방향 레인징(One-Way Ranging), 양방향 레인징(Two-Way Ranging) 등 일반적인 레인징 기술로 센서노드 1(101)과 단말 A(111) 사이의 거리를 측정할 수 있다.
Figure 112016098183886-pat00012
는 상대 방향정보로써, 방위각
Figure 112016098183886-pat00013
와 앙각
Figure 112016098183886-pat00014
로 구성된다.here,
Figure 112016098183886-pat00011
Ranging ranging between the sensor node 1 101 and the terminal A 111. The ranging is a general ranging technique such as one-way ranging and two-way ranging, The distance between the node 1 101 and the terminal A 111 can be measured.
Figure 112016098183886-pat00012
Is relative direction information, and the azimuth angle
Figure 112016098183886-pat00013
And elevation angle
Figure 112016098183886-pat00014
.

상기 [수학식 2]에 나타난 바와 같이 MVDR(Minimum Variance Distortionless Response) 기술이나 MUSIC(MUltiple SIgnal Classification) 기술 등 일반적인 방향탐지 기술로 추정할 수 있다. 여기에서

Figure 112016098183886-pat00015
는 다중안테나의 조향벡터를 나타내며,
Figure 112016098183886-pat00016
은 다중안테나에 수신되는 단말 신호의 공분산 행렬을 나타낸다.Can be estimated by a general direction detection technique such as a Minimum Variance Distortionless Response (MVDR) technique or a MUSIC (Multiple SIgnal Classification) technique as shown in Equation (2). From here
Figure 112016098183886-pat00015
Denotes the steering vector of the multiple antennas,
Figure 112016098183886-pat00016
Represents a covariance matrix of the terminal signals received by the multiple antennas.

각 센서노드에서 추정한 상대 방향정보를 이용하여 단말의 위치해 추정에 바로 사용하는 경우에 방향의 모호성으로 인해 위치추정을 할 수 없다. 따라서 이를 위해서는 각 센서노드의 자세정보를 사용하여 센서노드와 단말 사이의 상대 방향정보를 절대방향정보로 변경해야 한다.It is impossible to estimate the position due to the ambiguity of the direction when it is directly used to estimate the position of the terminal by using the relative direction information estimated by each sensor node. Therefore, it is necessary to change the relative direction information between the sensor node and the terminal to the absolute direction information by using the attitude information of each sensor node.

그리고 단말 제1 위치해 추정 단계(S120)는 레인징 정보 및 상대 방향정보 획득 단계(S110)에서 획득된 레인징 정보를 이용한 위치 추정을 통해 각 단말의 제1 위치해를 추정한다. 단말 위치해 개략 추정 단계(S120)는 (S110)에서 획득한 레인징 정보만을 이용하여 각 단말의 개략적인 제1 위치해를 추정하는 단계이다. 레인징 정보는 각 센서노드의 사전에 알고 있는 좌표와 추정하고자 하는 단말 좌표의 조합으로 하기의 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.The terminal first estimation step (S120) estimates the first position of each terminal through the ranging using the ranging information and the ranging information obtained in the relative direction information acquiring step (S110). The terminal location estimation step S120 is a step of estimating a rough first location of each terminal using only the ranging information obtained in step S110. The ranging information can be expressed by the following equation (3) as a combination of a known coordinate of each sensor node and a terminal coordinate to be estimated.

Figure 112016098183886-pat00017
Figure 112016098183886-pat00017

여기서,

Figure 112016098183886-pat00018
은 단말 m의 좌표,
Figure 112016098183886-pat00019
는 사전에 알고 있는 센서노드 n의 좌표를 나타낸다. 상기의 [수학식 3]에 나타난 레인징 정보는 하기의 [수학식 4]와 같이 벡터로 표현된다.here,
Figure 112016098183886-pat00018
The coordinates of the terminal m,
Figure 112016098183886-pat00019
Represents the coordinates of the sensor node n that is known in advance. The ranging information shown in Equation (3) is expressed as a vector as shown in Equation (4) below.

Figure 112016098183886-pat00020
Figure 112016098183886-pat00020

상기에서 R은 자연수를 의미한다.In the above, R denotes a natural number.

상기 [수학식 4]로부터 개략적인 제1 위치해 추정은 하기의 [수학식 5]와 같이 수행된다.The approximate first local estimation from the above equation (4) is performed as the following equation (5).

Figure 112016098183886-pat00021
Figure 112016098183886-pat00021

여기에서 함수 G는 함수 F에 대한 역함수이다. 함수 G에 대한 일실시예로 Taylor Series를 통해 함수 F를 선형화하여 위치해를 반복적으로 추정하는 기술이 있다. 함수 G는 테일러 시리즈(Taylor Series)를 사용하는 기술 외에 칼만 필터(Kalman Filter)를 이용한 기술, 최소 자승법 기준의 폐루프(Closed-loop)로 해를 구하는 기술 등 일반적인 기술이 사용될 수 있다.Here, function G is the inverse of function F. As an example of the function G, there is a technique for estimating the position repeatedly by linearizing the function F through Taylor Series. In addition to the functions using the Taylor series (Taylor series), general techniques such as the Kalman filter technique and the closed-loop solution technique based on the least squares method can be used.

이와 같이, 단말 제1 위치해 추정 단계(S120)는 테일러 시리즈(Taylor Series) 함수, 칼만 필터(Kalman Filter) 함수 및 최소 자승법 기준의 폐루프(Closed-loop)로 해를 구하는 함수 중에서 어느 하나의 함수를 이용하여 각 단말의 제1 위치해를 추정할 수 있다.In this manner, the terminal first estimation step S120 may be performed using any one of a Taylor series function, a Kalman filter function, and a function which obtains a solution by a closed-loop based on a least squares method The first location of each terminal can be estimated.

이후, 기준 센서노드 및 기준 단말 선택 단계(S130)는 센서노드에서 각 단말의 오차 예측값을 추정하고, 그 추정된 오차 예측값 및 기준값을 비교하여 기준 센서노드와 기준 단말을 선택한다.Then, the reference sensor node and the reference terminal selection step (S130) select the reference sensor node and the reference terminal by estimating the error prediction value of each terminal in the sensor node, and comparing the estimated error prediction value and the reference value.

구체적으로 살펴보면, 기준 센서노드 및 기준 단말 선택 단계(S130)는 기설정된 센서노드의 좌표와 상기 추정된 각 단말의 제1 위치해로부터 행렬을 계산하고, 센서노드 및 단말 간의 거리의 표준편차와 센서노드에서 수신되는 단말의 이산 수신신호로부터 오차 예측값 상수를 계산하고, 그 계산된 행렬의 대각 요소들의 합과 그 계산된 오차 예측값 상수를 이용하여 센서노드에서 각 단말의 오차 예측값을 추정한다.Specifically, the reference sensor node and the reference terminal selection step (S130) calculate a matrix from the coordinates of the predetermined sensor node and the first position of the estimated terminal, and calculate a standard deviation of the distance between the sensor node and the terminal, And estimates an error prediction value of each terminal in the sensor node using the sum of the diagonal elements of the calculated matrix and the calculated error prediction value constants.

즉, 기준 센서노드 및 기준 단말 선택 단계(S130)는 사전에 알고 있는 센서노드 좌표와 (S120)에서 추정한 단말의 좌표를 이용하여 수행한다. 자세정보를 추정하고자 하는 센서노드 외에 다른 센서노드는 기준 센서노드로 선택한다. 또한, 기준 단말을 선택하기 위해서는 각 단말의 오차 예측값을 추정해야 하며, 하기의 [수학식 6]과 같이 나타낼 수 있다.That is, the reference sensor node and the reference terminal selection step (S130) are performed using previously known sensor node coordinates and the coordinates of the terminal estimated in (S120). The sensor node other than the sensor node for which the attitude information is to be estimated is selected as the reference sensor node. In addition, in order to select a reference terminal, an error prediction value of each terminal must be estimated, and can be expressed as the following Equation (6).

Figure 112016098183886-pat00022
Figure 112016098183886-pat00022

여기서, diag{}는 행렬의 대각 요소들의 합을 나타내며, w는 오차 예측값 상수로써 하기의 [수학식 7]과 같이 나타낼 수 있다.Here, diag {} represents the sum of the diagonal elements of the matrix, and w is an error predictive constant, which can be expressed by Equation (7) below.

Figure 112016098183886-pat00023
Figure 112016098183886-pat00023

여기에서

Figure 112016098183886-pat00024
는 표준편차를 나타내고,
Figure 112016098183886-pat00025
는 센서노드 n에 수신되는 단말 m의 이산 수신신호를 나타내며,
Figure 112016098183886-pat00026
는 0보다 크거나 같은 임의의 실수를 나타낸다. 또한, 행렬 H는 센서노드와 추정된 단말의 좌표를 이용하여 계산되며, 하기의 [수학식 8]과 같이 나타낼 수 있다.From here
Figure 112016098183886-pat00024
Represents the standard deviation,
Figure 112016098183886-pat00025
Represents the discrete reception signal of the terminal m received at the sensor node n,
Figure 112016098183886-pat00026
Represents any real number greater than or equal to zero. The matrix H is calculated using the coordinates of the sensor node and the estimated terminal, and can be expressed by Equation (8) below.

Figure 112016098183886-pat00027
Figure 112016098183886-pat00027

여기서,

Figure 112016098183886-pat00028
을 나타낸다.here,
Figure 112016098183886-pat00028
.

그리고 기준 센서노드 및 기준 단말 선택 단계(S130)는 상기의 [수학식 6]을 통해 추정된 오차 예측값이 기준값보다 작은 단말을 기준 단말로 선택한다.The reference sensor node and the reference terminal selection step S130 select a terminal having an estimated error value estimated through Equation (6) that is smaller than the reference value as a reference terminal.

기준 센서노드 및 기준 단말 선택 단계(S130)는 만약, 3차원 좌표를 고려하고, 기준값이 미설정되어 있고, 기준 센서노드의 수가 3개 이상이면 기준 단말을 선택하지 않고, 기준 센서노드의 수가 3개 미만이면, 기준 센서노드의 수와 기준 단말의 수의 합이 3개 이상이 되도록, 오차 예측값이 가장 작은 단말부터 기준 단말로 선택할 수 있다.The reference sensor node and the reference terminal selection step (S130), if the reference value is not set, the reference terminal is not selected if the number of reference sensor nodes is 3 or more, and the number of reference sensor nodes is 3 , It is possible to select the terminal having the smallest error prediction value as the reference terminal so that the sum of the number of reference sensor nodes and the number of reference terminals is three or more.

또한, 기준 센서노드 및 기준 단말 선택 단계(S130)는 만약, 2차원 좌표를 고려하고, 기준값이 미설정되어 있고, 기준 센서노드의 수가 2개 이상이면 기준 단말을 선택하지 않고, 기준 센서노드의 수가 2개 미만이면, 기준 센서노드의 수와 기준 단말의 수의 합이 2개 이상이 되도록, 오차 예측값이 가장 작은 단말부터 기준 단말로 선택할 수 있다.In addition, the reference sensor node and the reference terminal selection step (S130) may consider that if the reference value is not set and the number of reference sensor nodes is two or more, the reference terminal is not selected, If the number is less than two, the terminal having the smallest error prediction value can be selected as the reference terminal so that the sum of the number of reference sensor nodes and the number of reference terminals is two or more.

이어서, 센서노드의 자세정보 추정 단계(S140)는 기설정된 각 센서노드의 좌표와, 기준 센서노드 및 기준 단말 선택 단계(S130)에서 선택된 기준 센서노드의 좌표 및 상대 방향정보와, 기준 센서노드 및 기준 단말 선택 단계(S130)에서 선택된 기준 단말의 좌표 및 상대 방향정보를 이용하여 각 센서노드의 자세정보를 추정한다.The step of estimating the attitude information of the sensor node (S140) may include the step of estimating the attitude information of the sensor node, the coordinates of the predetermined sensor node, the coordinates of the reference sensor node selected in the reference sensor node and the reference terminal selecting step (S130) In the reference terminal selection step (S130), the attitude information of each sensor node is estimated using the coordinates of the selected reference terminal and the relative direction information.

즉, 센서노드의 자세정보 추정 단계(S140)는 자세정보를 추정하고자 하는 센서노드의 기준 센서노드 좌표와 기준 센서노드의 상대 방향정보, 기준 단말 좌표와 기준 단말의 상대 방향정보를 이용하여 추정하며, 하기의 [수학식 9]와 같이 나타낼 수 있다.That is, the step of estimating the attitude information of the sensor node (S140) may be performed by using the reference sensor node coordinates of the sensor node to which the attitude information is to be estimated, the relative direction information of the reference sensor node, , And can be expressed by the following equation (9).

Figure 112016098183886-pat00029
Figure 112016098183886-pat00029

여기서,

Figure 112016098183886-pat00030
을 나타낸다.here,
Figure 112016098183886-pat00030
.

또한,

Figure 112016098183886-pat00031
은 자세정보 행렬을 나타내며,
Figure 112016098183886-pat00032
는 복소수의 실수부,
Figure 112016098183886-pat00033
는 복소수의 허수부를 나타낸다. 그리고
Figure 112016098183886-pat00034
는 의사 역행렬을 나타낸다. 상기 [수학식 8]은 자세정보 추정의 일실시 예로써 센서노드 1(101)이 자세정보를 추정하고자 하는 센서노드이고, 기준 센서노드는 센서노드 2, 3, 4(102, 103, 104)이고, 기준 단말은 단말 A(111)인 경우를 나타낸다.Also,
Figure 112016098183886-pat00031
Represents an attitude information matrix,
Figure 112016098183886-pat00032
Is the real part of the complex number,
Figure 112016098183886-pat00033
Represents the imaginary part of the complex number. And
Figure 112016098183886-pat00034
Represents a pseudoinverse. The reference sensor node includes sensor nodes 2, 3 and 4 (102, 103, and 104), and the reference sensor node is a sensor node 1, , And the reference terminal is the terminal A (111).

이후, 절대 방향정보 추정 단계(S150)는 센서노드의 자세정보 추정 단계(S140)에서 추정된 각 센서노드의 자세정보를 이용하여, 레인징 정보 및 상대 방향정보 획득 단계(S110)에서 획득된 상대 방향정보를 보정하여 절대 방향정보를 추정한다.Then, the absolute direction information estimation step S150 uses the posture information of each sensor node estimated in the posture information estimation step S140 of the sensor node to calculate the absolute direction information of the sensor node using the relative information obtained in the ranging information and relative direction information acquiring step S110 Direction information is corrected to estimate absolute direction information.

즉, 절대 방향정보 추정 단계(S150)는 각 센서노드에서 추정된 자세정보를 이용하여 수행된다. 센서노드 n에서 절대 방향정보를 추정하는 것은 하기의 [수학식 10]과 같이 나타낼 수 있다.That is, the absolute direction information estimation step S150 is performed using the estimated attitude information at each sensor node. Estimation of the absolute direction information at the sensor node n can be expressed as Equation (10) below.

Figure 112016098183886-pat00035
Figure 112016098183886-pat00035

여기서,

Figure 112016098183886-pat00036
를 나타낸다.here,
Figure 112016098183886-pat00036
.

그리고 단말 위치해 추정 단계(S160)는 레인징 정보 및 상대 방향정보 획득 단계(S110)에서 획득된 레인징 정보와 절대 방향정보 추정 단계(S150)에서 추정된 절대 방향정보를 이용하여 각 단말의 위치해를 추정한다.The terminal location estimation step S160 uses the ranging information obtained in the relative direction information obtaining step S110 and the absolute direction information estimated in the absolute direction information estimating step S150 to estimate the location of each terminal .

단말 위치해 추정 단계(S160)는 각 센서노드 좌표와 절대 방향정보를 이용하여 수행된다. 이를 위해서 먼저 절대 방향정보를 이용하여 제2 위치해를 추정하며, 이를 수학식으로 나타내면 하기의 [수학식 11]과 같다.The terminal location estimation step S160 is performed using each sensor node coordinate and absolute direction information. For this purpose, the second location is first estimated using the absolute direction information, which is expressed by the following equation (11).

Figure 112016098183886-pat00037
Figure 112016098183886-pat00037

여기에서 Q 함수는 방위각과 앙각, 센서노드 좌표를 이용하여 위치해를 추정하는 브라운(Brown) 알고리즘 또는 선형화를 통해 반복적으로 해를 계산하는 알고리즘 등 일반적인 기술이 사용될 수 있다. 이와 같이, 단말 위치해 추정 단계(S160)는 방위각과 앙각, 기설정된 센서노드의 좌표를 이용하는 브라운(Brown) 알고리즘 또는 선형화를 통해 반복적으로 해를 계산하는 알고리즘에 대한 함수를 이용하여 각 단말의 제2 위치해를 추정할 수 있다.Here, the Q function may be a general technique such as Brown algorithm for estimating the position using azimuth angle, elevation angle, and sensor node coordinates, or algorithms for repeatedly calculating solutions through linearization. In this manner, the terminal location estimation step S160 may be performed using a Brownian algorithm that uses azimuth angles, elevation angles, coordinates of a predetermined sensor node, or a function for an algorithm that repeatedly calculates solutions through linearization, The location can be estimated.

최종적으로 단말 위치해 추정 단계(S160)는 상기 [수학식 11]에서 추정된 제2 위치해와 상기의 [수학식 5]에서 추정한 제1 위치해의 결합으로 이루어지며, 하기의 [수학식 12]와 같이 나타낼 수 있다.Finally, the terminal location estimation step S160 is performed by combining the second location estimated in the above equation (11) and the first location estimated in the above equation (5), and the following equation (12) and As shown in Fig.

Figure 112016098183886-pat00038
Figure 112016098183886-pat00038

여기에서 k는 비례상수를 나타내며, [0, 1] 사이의 값을 가진다.Where k represents a proportional constant and has a value between [0, 1].

이와 같이, 단말 위치해 추정 단계(S160)는 레인징 정보 및 상대 방향정보 획득 단계(S110)에서 획득된 레인징 정보와 절대 방향정보 추정 단계(S150)에서 추정된 절대 방향정보를 이용하여 각 단말의 제2 위치해를 추정하고, 단말 제1 위치해 추정 단계(S120)에서 개략적으로 추정된 각 단말의 제1 위치해 및 그 추정된 각 단말의 제2 위치해를 기설정된 비례상수로 결합하여 각 단말의 위치해를 추정할 수 있다.In this manner, the terminal location estimation step S160 is performed by using the ranging information, the ranging information obtained in the relative direction information acquiring step S110, and the absolute direction information estimated in the absolute direction information estimating step S150, Estimates a second location, combines the first location of each terminal estimated roughly in the terminal first location estimation step (S120) and the second location of each estimated terminal with a predetermined proportionality constant to determine the location of each terminal Can be estimated.

한편, 위치해 추정 종료 판단 단계(S170)는 단말 위치해 추정 단계(S160)에서 추정된 각 단말의 위치해로부터 오차 예측값을 재추정하고, 그 재추정된 오차 예측값 및 이전 오차 예측값 간의 차이가 기준점 이상인지를 확인하여 위치해 추정 종료를 판단하게 된다.Meanwhile, the location estimation termination step S170 re-estimates the error prediction value from the location of each terminal estimated in the terminal location estimation step S160, and determines whether the difference between the re-estimated error prediction value and the previous error prediction value is equal to or greater than the reference point And estimates the end of the estimation.

그리고 기준 단말 갱신 판별 및 갱신 단계(S180)는 위치해 추정 종료 판단 단계(S170)에서 재추정된 오차 예측값을 기초로 하여 기준 센서노드 및 기준 단말 선택 단계(S130)에서 선택된 기준 단말을 갱신한다.The reference terminal update update and update step S180 updates the reference sensor node and the reference terminal selected in the reference terminal selection step S130 on the basis of the re-estimated error prediction value in the estimation termination determination step S170.

이와 같이, 기준 단말 갱신 판별 및 갱신 단계(S180)는 상기 [수학식 12]에 의해 추정된 각 단말의 위치해로부터 오차 예측값을 재 추정한다. 기준 단말 갱신 판별 및 갱신 단계(S180)는 이를 통해서 오차 예측값이 이전 오차 예측값과 상이할 경우 이전 값과 현재 값의 차이가 기준점 이상인지 판별하고, 기준점 이상인 경우에 새로 추정된 오차 예측값을 기준으로 기준 단말을 갱신할 수 있다. 상기 기준점은 하기의 [수학식 13]과 같이 나타낼 수 있다.In this manner, the reference terminal update update and update step S180 re-estimates the error prediction value from the location of each terminal estimated by the above equation (12). If the error prediction value differs from the previous error prediction value through the reference terminal update update and update step (S180), it is determined whether the difference between the previous value and the current value is equal to or greater than the reference point, The terminal can be updated. The reference point can be expressed by the following equation (13).

Figure 112016098183886-pat00039
Figure 112016098183886-pat00039

여기서,

Figure 112016098183886-pat00040
는 기준점 상수를 나타낸다.here,
Figure 112016098183886-pat00040
Represents the reference point constant.

한편, 위치해 추정 종료 판단 단계(S170)는 위치해 추정이 종료되는지 판단을 수행한다. 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 방법은 위치해 추정이 계속 수행되는 경우, (S180)을 통해 (S140) 내지 (S160)을 반복 수행한다. 만약 위치해 추정이 종료되는 것으로 판단되면, 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 방법은 위치해 추정을 종료한다.Meanwhile, the location estimation termination determination step (S170) determines whether the location estimation is terminated. In the case where the position estimation and the positioning are continuously performed, the sensor node posture correction and positioning method using the multiple antennas according to the embodiment of the present invention is repeatedly performed at step S180 through step S140 through step S160. If it is determined that the location estimation is to be ended, the posture correction and positioning method of the sensor node using the multiple antennas according to the embodiment of the present invention ends the location and estimation.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다중안테나를 적용한 센서노드 및 각 단말의 자세 보정 및 위치 추정 과정을 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating a sensor node using multiple antennas according to another embodiment of the present invention and a posture correction and position estimation process of each terminal.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나를 적용한 센서노드 및 각 단말은 각각 다중안테나를 갖는 3개의 센서노드와 2개의 단말로 이루어져 있다. 여기서, 각 센서노드는 5소자의 다중안테나를 구비하고 있다.As shown in FIG. 3, a sensor node and each terminal employing multiple antennas according to an embodiment of the present invention are each composed of three sensor nodes having multiple antennas and two terminals. Here, each sensor node has multiple antennas of five elements.

센서노드는 센서노드 1(101), 센서노드 2(102) 및 센서노드 3(103)이 기설정된 센서노드의 좌표에 위치하고 있다.The sensor node 1 101, the sensor node 2 102, and the sensor node 3 103 are located at coordinates of a predetermined sensor node.

센서노드 1(101), 센서노드 2(102) 및 센서노드 3(103)은 각각 단말 A(111) 및 단말 B(112)와 레인징이 수행된다. 또한, 센서노드 1(101), 센서노드 2(102) 및 센서노드 3(103)과 단말 A(111) 및 단말 B(112) 사이의 상대 방향이 추정된다.The sensor node 1 101, the sensor node 2 102 and the sensor node 3 103 are subjected to ranging with the terminal A 111 and the terminal B 112, respectively. The relative directions between the sensor node 1 101, the sensor node 2 102 and the sensor node 3 103 and between the terminal A 111 and the terminal B 112 are estimated.

우선, 센서노드 및 각 단말의 자세 보정 및 위치 추정 과정을 살펴보면, 레인징 수행 및 상대 방향정보 계산 과정이 수행된다.First, the attitude correction and the position estimation process of the sensor node and each terminal are performed, and a ranging process and a relative direction information calculation process are performed.

구체적으로 살펴보면, 레인징 수행 및 상대 방향정보 계산 과정은 레인징 수행으로 센서노드와 단말 사이의 거리를 계산한다. 예컨대, 센서노드 1(101)과 단말 A(111) 사이의 거리는

Figure 112016098183886-pat00041
로 계산된다. 그리고 레인징 수행 및 상대 방향정보 계산 과정은 상대 방향정보를 계산한다.Specifically, the ranging process and the relative direction information calculation process calculate the distance between the sensor node and the terminal by performing ranging. For example, the distance between the sensor node 1 (101) and the terminal A (111)
Figure 112016098183886-pat00041
. The ranging process and the relative direction information calculation process calculate the relative direction information.

여기서, 레인징 수행 및 상대 방향정보 계산 과정은 각 센서노드에서 자신 외의 다른 센서노드의 상대 방향정보도 계산한다. 예컨대, 센서노드 1(101)에서 자신 외의 다른 센서노드 2(102)의 상대 방향정보는

Figure 112016098183886-pat00042
로 계산된다.Here, the ranging process and the calculation process of the relative direction information also calculate the relative direction information of sensor nodes other than the sensor nodes. For example, the relative direction information of the sensor node 1 (101) other than the sensor node 2 (102)
Figure 112016098183886-pat00042
.

그리고 각 단말 위치의 개략 추정 과정이 수행된다.Then, a rough estimation process of each terminal location is performed.

단말 A(111)의 위치를 추정한다고 가정하면, 센서노드 1(101)과 단말 A(111) 사이의 거리

Figure 112016098183886-pat00043
를 이용하여 단말 A(111)의 개략적인 제1 위치해를 추정한다.Assuming that the position of the terminal A 111 is estimated, the distance between the sensor node 1 101 and the terminal A 111
Figure 112016098183886-pat00043
Estimates the approximate first location of the terminal A (111).

이후, 각 단말의 오차 예측값 추정 과정이 수행된다.Then, an error prediction value estimation process of each terminal is performed.

각 단말의 오차 예측값 추정 과정은 기준 단말을 선택하기 위한 기준을 계산하는 것으로서, 상기 [수학식 6]과 같이 나타내진다.The error prediction value estimation process of each terminal calculates a criterion for selecting a reference terminal, and is expressed by Equation (6).

그리고 센서노드의 자세정보 추정 과정이 수행된다.Then, the attitude information estimation process of the sensor node is performed.

일실시 예로, 센서노드 1(101)의 자세정보를 추정하는 경우를 살펴보기로 한다. 자세정보 추정 과정에서 센서노드 2(102)와 센서노드 3(103)은 기준 센서노드가 된다.In one embodiment, the case of estimating the attitude information of the sensor node 1 (101) will be described. In the attitude information estimation process, the sensor node 2 (102) and the sensor node 3 (103) become reference sensor nodes.

이때, 단말 A(111)의 오차 예측값이 기준값보다 작고, 단말 B(112)의 오차 예측값이 기준값보다 크다면, 단말 A(111)를 기준 단말로 선택한다.At this time, if the error prediction value of the terminal A 111 is smaller than the reference value and the error prediction value of the terminal B 112 is larger than the reference value, the terminal A 111 is selected as the reference terminal.

첫째, 만약 3차원 좌표를 고려하고, 기준값 설정이 안 되어 있고, 기준 센서노드의 수가 3개 이상이면, 기준 단말을 선택하지 않는다. 반면, 기준 센서노드의 수가 3개 미만이면, 기준 센서노드의 수와 기준 단말의 수의 합이 3개 이상이 되도록, 오차 예측값이 가장 작은 단말부터 기준 단말로 선택한다.First, if the reference value is not set and the number of reference sensor nodes is 3 or more, the reference terminal is not selected. On the other hand, if the number of reference sensor nodes is less than three, the terminal with the smallest error prediction value is selected as the reference terminal so that the sum of the number of reference sensor nodes and the number of reference terminals is three or more.

둘째, 만약 2차원 좌표를 고려하고, 기준값에 대한 설정이 안 되어 있고, 기준 센서노드의 수가 2개 이상이면, 기준 단말을 선택하지 않는다. 반면, 만약 기준 센서노드의 수가 2개 미만이면, 기준 센서노드의 수와 기준 단말의 수의 합이 2개 이상이 되도록, 오차 예측값이 가장 작은 단말부터 기준 단말로 선택한다.Second, if two-dimensional coordinates are taken into consideration and reference values are not set and the number of reference sensor nodes is two or more, the reference terminal is not selected. On the other hand, if the number of reference sensor nodes is less than two, the terminal with the smallest error prediction value is selected as the reference terminal so that the sum of the number of reference sensor nodes and the number of reference terminals is two or more.

이를 통해, 센서노드 1(101)의 자세정보 추정 과정은 기준 센서노드 좌표, 기준 센서노드에 대한 상대 방향정보, 기준 단말 좌표, 기준 단말에 대한 상대 방향정보를 이용하여 자세정보를 추정하게 되며, 상기 [수학식 9]와 같이 나타내진다.Accordingly, the attitude information estimation process of the sensor node 1 (101) estimates the attitude information using the reference sensor node coordinates, the relative direction information with respect to the reference sensor node, the reference terminal coordinates, and the relative direction information with respect to the reference terminal, (9). &Quot; (9) "

센서노드 1(101)에서 추정한 단말 A(111), 단말 B(112)의 상대 방향정보를 센서노드 1(101)의 자세정보를 이용하여 절대 방향정보로 보정하며, 상기 [수학식 10]과 같이 나타내진다.The relative direction information of the terminal A 111 and the terminal B 112 estimated by the sensor node 1 101 is corrected to the absolute direction information using the attitude information of the sensor node 1 101, .

이후, 레인징 정보와 절대 방향정보를 이용하여 각 단말의 위치해를 추정하게 된다. 각 단말의 위치해를 추정하는 과정에서는 상기 [수학식 5]에 따른 개략적인 제1 위치해와 상기 [수학식 11]의 제2 위치해를 조합하는 상기 [수학식 12]와 같이 나타내진다. 여기서, 상기 [수학식 11]은 절대 방향정보로 각 단말의 제2 위치해를 추정하는 것을 나타낸다.Then, the location information of each terminal is estimated using the ranging information and the absolute direction information. In the process of estimating the location of each mobile station, Equation (12) is used to combine the approximate first location according to Equation (5) with the second location of Equation (11). Equation (11) indicates that the second location of each terminal is estimated with absolute direction information.

그리고 기준 단말 갱신 및 판별 과정이 수행될 수 있다. 기준 단말 갱신 및 판별 과정은 상기 [수학식 12]를 통해서 추정된 각 단말의 위치해로부터, 수학식 8을 재 계산하여 기준 단말을 갱신할지 말지 판별을 수행하고, 기준점 이상이면, 기준 단말을 갱신한다.And a reference terminal update and determination process can be performed. The reference terminal update and determination process determines whether to update the reference terminal by recalculating Equation (8) from the location of each terminal estimated through Equation (12), and updates the reference terminal when the reference terminal is more than the reference point .

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 기준 센서노드 및 기준 단말의 선택 과정을 나타낸 도면이다.4 is a flowchart illustrating a selection process of a reference sensor node and a reference terminal according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 센서노드 1(101)에서 기준 센서노드 및 기준 단말을 선택하는 경우를 살펴보기로 한다.As shown in FIG. 4, a case of selecting a reference sensor node and a reference terminal in the first sensor node 101 will be described.

도 4의 케이스 1(Case 1)은 단말 A(111)의 오차 예측값이 기준값 보다 작고, 단말 B(112)의 오차 예측값이 기준값 보다 큰 경우에 선택된 기준 센서노드와 기준 단말의 범위를 나타낸다. 케이스 1에서 선택되는 기준 센서노드 인덱스는 2, 3이며, 기준 단말 인덱스는 A이다.Case 1 in FIG. 4 shows a range of a reference sensor node and a reference terminal selected when the error prediction value of the terminal A 111 is smaller than the reference value and the error prediction value of the terminal B 112 is larger than the reference value. The reference sensor node index selected in case 1 is 2 and 3, and the reference terminal index is A.

도 4의 케이스 2(Case 2)는 단말 A(111)와 단말 B(112)의 오차 예측값이 기준값 보다 작은 경우에 선택된 기준 센서노드와 기준 단말의 범위를 나타낸다. 케이스 2에서 선택되는 기준 센서노드 인덱스는 2, 3이며, 기준 단말 인덱스는 A, B이다.Case 2 of FIG. 4 shows a range of a reference sensor node and a reference terminal selected when the error predicted value of the terminal A 111 and the terminal B 112 is smaller than the reference value. The reference sensor node indexes selected in Case 2 are 2 and 3, and the reference terminal indexes are A and B, respectively.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 장치의 구성을 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a posture correction and positioning apparatus of a sensor node using multiple antennas according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 장치(100)는 정보 획득부(110), 위치 추정부(120), 자세정보 추정부(130) 및 방향정보 추정부(140)를 포함한다. 여기서, 위치 추정부(120)는 제1 위치 추정부(121) 및 제2 위치 추정부(122)를 포함할 수 있다.5, the sensor node posture correcting and positioning apparatus 100 using multiple antennas according to an embodiment of the present invention includes an information obtaining unit 110, a position estimating unit 120, an attitude estimating unit 130 and a direction information estimating unit 140. Here, the position estimating unit 120 may include a first position estimating unit 121 and a second position estimating unit 122.

이하, 도 5의 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 장치(100)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.The detailed configuration and operation of each component of the posture correction and positioning apparatus 100 of the sensor node to which the multiple antennas of FIG. 5 are applied will be described.

정보 획득부(110)는 센서노드의 기준 안테나와 각 단말 사이의 레인징 정보를 획득하고, 센서노드에서 각 단말에 대한 상대 방향정보를 획득한다.The information obtaining unit 110 obtains ranging information between the reference antenna and each terminal of the sensor node and obtains relative direction information for each terminal from the sensor node.

위치 추정부(120)는 정보 획득부(110)에서 획득된 레인징 정보를 이용한 위치 추정을 통해 각 단말의 제1 위치해를 추정한다. 여기서, 위치 추정부(120)의 제1 위치 추정부(121)는 테일러 시리즈(Taylor Series) 함수, 칼만 필터(Kalman Filter) 함수 및 최소 자승법 기준의 폐루프(Closed-loop)로 해를 구하는 함수 중에서 어느 하나의 함수를 이용하여 각 단말의 제1 위치해를 추정할 수 있다.The location estimating unit 120 estimates the first location of each terminal through location estimation using the ranging information obtained by the information obtaining unit 110. [ Here, the first position estimating unit 121 of the position estimating unit 120 may include a Taylor series function, a Kalman filter function, and a function that obtains a solution by a closed-loop based on a least squares method The first location of each terminal can be estimated using any one of the functions of the terminal.

자세정보 추정부(130)는 센서노드에서 각 단말의 오차 예측값을 추정하고, 그 추정된 오차 예측값 및 기준값을 비교하여 기준 센서노드와 기준 단말을 선택한다. The attitude information estimation unit 130 estimates an error prediction value of each terminal in the sensor node, compares the estimated error value with the reference value, and selects the reference sensor node and the reference terminal.

그리고 자세정보 추정부(130)는 기설정된 각 센서노드의 좌표와, 그 선택된 기준 센서노드의 좌표 및 상대 방향정보와, 그 선택된 기준 단말의 좌표 및 상대 방향정보를 이용하여 각 센서노드의 자세정보를 추정한다.The posture information estimating unit 130 calculates the posture information of each sensor node using the coordinate of each predetermined sensor node, the coordinates of the selected reference sensor node and the relative direction information, the coordinates of the selected reference terminal, .

자세정보 추정부(130)는, 기설정된 센서노드의 좌표와 상기 추정된 각 단말의 제1 위치해로부터 행렬을 계산하고, 센서노드 및 단말 간의 거리의 표준편차와 센서노드에서 수신되는 단말의 이산 수신신호로부터 오차 예측값 상수를 계산하고, 그 계산된 행렬의 대각 요소들의 합과 상기 계산된 오차 예측값 상수를 이용하여 센서노드에서 각 단말의 오차 예측값을 추정할 수 있다.The attitude information estimation unit 130 calculates a matrix from the coordinates of the predetermined sensor node and the first position of each of the estimated terminals, calculates a standard deviation of the distance between the sensor node and the terminal, The error prediction value constants are calculated from the signals and the error prediction values of the respective terminals can be estimated from the sum of the diagonal elements of the calculated matrix and the calculated error prediction value constants in the sensor node.

여기서, 자세정보 추정부(130)는, 3차원 좌표를 고려하고, 기준값이 미설정되어 있고, 기준 센서노드의 수가 3개 이상이면 기준 단말을 선택하지 않고, 기준 센서노드의 수가 3개 미만이면, 기준 센서노드의 수와 기준 단말의 수의 합이 3개 이상이 되도록, 오차 예측값이 가장 작은 단말부터 기준 단말로 선택할 수 있다.Here, the attitude information estimation unit 130 does not select a reference terminal when the reference value is not set and the number of reference sensor nodes is three or more in consideration of three-dimensional coordinates, and when the number of reference sensor nodes is less than three The terminal having the smallest error prediction value can be selected as the reference terminal so that the sum of the number of reference sensor nodes and the number of reference terminals is three or more.

자세정보 추정부(130)는, 2차원 좌표를 고려하고, 기준값이 미설정되어 있고, 기준 센서노드의 수가 2개 이상이면 기준 단말을 선택하지 않고, 기준 센서노드의 수가 2개 미만이면, 기준 센서노드의 수와 기준 단말의 수의 합이 2개 이상이 되도록, 오차 예측값이 가장 작은 단말부터 기준 단말로 선택할 수 있다.The attitude information estimation unit 130 does not select a reference terminal when the reference value is not set and the number of reference sensor nodes is two or more in consideration of the two-dimensional coordinates, The terminal having the smallest error prediction value can be selected as the reference terminal so that the sum of the number of sensor nodes and the number of reference terminals is two or more.

방향정보 추정부(140)는 자세정보 추정부(130)에서 추정된 각 센서노드의 자세정보를 이용하여 정보 획득부(110)에서 획득된 상대 방향정보를 보정하여 절대 방향정보를 추정한다.The direction information estimating unit 140 estimates the absolute direction information by correcting the relative direction information obtained by the information obtaining unit 110 using the attitude information of each sensor node estimated by the attitude information estimating unit 130. [

이후, 위치 추정부(120)는, 정보 획득부(110)에서 획득된 레인징 정보와 방향정보 추정부(140)에서 추정된 절대 방향정보를 이용하여 각 단말의 위치해를 추정한다. 여기서, 위치 추정부(120)의 제2 위치 추정부(122)는 방위각과 앙각, 기설정된 센서노드의 좌표를 이용하는 브라운(Brown) 알고리즘 또는 선형화를 통해 반복적으로 해를 계산하는 알고리즘에 대한 함수를 이용하여 각 단말의 제2 위치해를 추정할 수 있다.The location estimating unit 120 estimates the location of each terminal using the ranging information obtained by the information obtaining unit 110 and the absolute direction information estimated by the direction information estimating unit 140. [ Here, the second position estimating unit 122 of the position estimating unit 120 may calculate a Brownian algorithm that uses azimuth angles, elevation angles, coordinates of a predetermined sensor node, or a function for an algorithm that repeatedly calculates a solution through linearization The second location of each terminal can be estimated.

위치 추정부(120)는, 정보 획득부(110)에서 획득된 레인징 정보와 방향정보 추정부(140)에서 추정된 절대 방향정보를 이용하여 각 단말의 제2 위치해를 추정하고, 그 추정된 각 단말의 제1 위치해 및 그 추정된 각 단말의 제2 위치해를 기설정된 비례상수로 결합하여 각 단말의 위치해를 추정할 수 있다.The location estimating unit 120 estimates the second location of each terminal using the ranging information obtained by the information obtaining unit 110 and the absolute direction information estimated by the direction information estimating unit 140, The location of each terminal can be estimated by combining the first location of each terminal and the estimated second location of each terminal into a predetermined proportionality constant.

한편, 자세정보 추정부(130)는, 추정된 각 단말의 위치해로부터 오차 예측값을 재추정하고, 재추정된 오차 예측값 및 이전 오차 예측값 간의 차이가 기준점 이상이면 재추정된 오차 예측값을 기초로 하여 그 선택된 기준 단말을 갱신할 수 있다.On the other hand, the attitude information estimating unit 130 re-estimates the error predicted value from the estimated position of each terminal, and if the difference between the re-estimated error predicted value and the previous error predicted value is equal to or greater than the reference point, The selected reference terminal can be updated.

이상에서 설명한 실시 예들은 그 일 예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

센서노드 1 내지 4: 101 내지 104 단말 A 및 B: 111 및 112
100: 자세 보정 및 측위 장치 110: 정보 획득부
120: 위치 추정부 121: 제1 위치 추정부
122: 제2 위치 추정부 130: 자세정보 추정부
140: 방향정보 추정부
Sensor nodes 1 to 4: 101 to 104 Terminals A and B: 111 and 112
100: attitude correction and positioning apparatus 110: information obtaining unit
120: Position estimating unit 121: First position estimating unit
122: second position estimating unit 130: attitude information estimating unit
140: direction information estimating unit

Claims (8)

센서노드의 기준 안테나와 각 단말 사이의 레인징 정보를 획득하고, 센서노드에서 각 단말에 대한 상대 방향정보를 획득하는 정보 획득부;
상기 획득된 레인징 정보를 이용한 위치 추정을 통해 각 단말의 제1 위치해를 추정하는 위치 추정부;
센서노드에서 각 단말의 오차 예측값을 추정하고, 상기 추정된 오차 예측값 및 기준값을 비교하여 기준 센서노드와 기준 단말을 선택하고, 기설정된 각 센서노드의 좌표와, 상기 선택된 기준 센서노드의 좌표 및 상대 방향정보와, 상기 선택된 기준 단말의 좌표 및 상대 방향정보를 이용하여 각 센서노드의 자세정보를 추정하는 자세정보 추정부; 및
상기 추정된 각 센서노드의 자세정보를 이용하여 상기 획득된 상대 방향정보를 보정하여 절대 방향정보를 추정하는 방향정보 추정부를 포함하고,
상기 위치 추정부는, 상기 획득된 레인징 정보와 상기 추정된 절대 방향정보를 이용하여 각 단말의 위치해를 추정하는 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 장치.
An information acquiring unit acquiring ranging information between a reference antenna of the sensor node and each terminal and acquiring relative direction information for each terminal in the sensor node;
A location estimator for estimating a first location of each terminal through location estimation using the obtained ranging information;
A sensor node estimates an error prediction value of each terminal, selects a reference sensor node and a reference terminal by comparing the estimated error prediction value and the reference value, and determines coordinates of each predetermined sensor node, coordinates of the selected reference sensor node, An attitude information estimating unit that estimates attitude information of each sensor node using direction information, coordinates of the selected reference terminal, and relative direction information; And
And a direction information estimator for estimating absolute direction information by correcting the obtained relative direction information using the estimated attitude information of each sensor node,
Wherein the position estimating unit applies multiple antennas for estimating the position of each terminal using the obtained ranging information and the estimated absolute direction information.
제1항에 있어서,
상기 자세정보 추정부는,
상기 추정된 각 단말의 위치해로부터 오차 예측값을 재추정하고, 상기 재추정된 오차 예측값 및 이전 오차 예측값 간의 차이가 기준점 이상이면 상기 재추정된 오차 예측값을 기초로 하여 상기 선택된 기준 단말을 갱신하는 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 장치.
The method according to claim 1,
The posture information estimating section may calculate,
Estimating an error prediction value from the estimated location of each terminal and updating the selected reference terminal based on the re-estimated error prediction value if the difference between the re-estimated error prediction value and the previous error prediction value is equal to or greater than a reference point, A Posture Correction and Positioning Apparatus for Sensor Nodes Applying.
제1항에 있어서,
상기 자세정보 추정부는,
기설정된 센서노드의 좌표와 상기 추정된 각 단말의 제1 위치해로부터 행렬을 계산하고, 센서노드 및 단말 간의 거리의 표준편차와 센서노드에서 수신되는 단말의 이산 수신신호로부터 오차 예측값 상수를 계산하고, 상기 계산된 행렬의 대각 요소들의 합과 상기 계산된 오차 예측값 상수를 이용하여 센서노드에서 각 단말의 오차 예측값을 추정하는 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 장치.
The method according to claim 1,
The posture information estimating section may calculate,
Calculating a matrix from the coordinates of the predetermined sensor node and a first position of each of the estimated terminals and calculating an error predicted value constant from the standard deviation of the distance between the sensor node and the terminal and the discrete received signal of the terminal received at the sensor node, And a multi-antenna for estimating an error prediction value of each terminal in the sensor node using the calculated sum of diagonal elements of the matrix and the calculated error prediction value constant.
제1항에 있어서,
상기 자세정보 추정부는,
3차원 좌표를 고려하고, 기준값이 미설정되어 있고, 기준 센서노드의 수가 3개 이상이면 기준 단말을 선택하지 않고, 기준 센서노드의 수가 3개 미만이면, 기준 센서노드의 수와 기준 단말의 수의 합이 3개 이상이 되도록, 오차 예측값이 가장 작은 단말부터 기준 단말로 선택하는 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 장치.
The method according to claim 1,
The posture information estimating section may calculate,
If the reference value is not set and the number of reference sensor nodes is 3 or more, the reference terminal is not selected. If the number of reference sensor nodes is less than 3, the number of reference sensor nodes and the number of reference terminals Of the sensor node is selected from the terminal having the smallest error prediction value to the reference terminal so that the sum of the minimum error prediction value and the minimum error prediction value is three or more.
제1항에 있어서,
상기 자세정보 추정부는,
2차원 좌표를 고려하고, 기준값이 미설정되어 있고, 기준 센서노드의 수가 2개 이상이면 기준 단말을 선택하지 않고, 기준 센서노드의 수가 2개 미만이면, 기준 센서노드의 수와 기준 단말의 수의 합이 2개 이상이 되도록, 오차 예측값이 가장 작은 단말부터 기준 단말로 선택하는 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 장치.
The method according to claim 1,
The posture information estimating section may calculate,
If the reference value is not set and the number of reference sensor nodes is 2 or more, the reference terminal is not selected. If the number of reference sensor nodes is less than 2, the number of reference sensor nodes and the number of reference terminals Of the sensor node is selected from the terminal having the smallest error predicted value to the reference terminal so that the sum of the sum of the plurality of antennas is 2 or more.
제1항에 있어서,
상기 위치 추정부는,
테일러 시리즈(Taylor Series) 함수, 칼만 필터(Kalman Filter) 함수 및 최소 자승법 기준의 폐루프(Closed-loop)로 해를 구하는 함수 중에서 어느 하나의 함수를 이용하여 각 단말의 제1 위치해를 추정하는 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 장치.
The method according to claim 1,
The position estimating unit may calculate,
A method of estimating the first position of each terminal by using any one of a Taylor series function, a Kalman filter function, and a function of finding a solution by a closed-loop solution based on a least square method, Attitude Correction and Positioning Apparatus of Sensor Node with Antenna.
제1항에 있어서,
상기 위치 추정부는,
상기 획득된 레인징 정보와 상기 추정된 절대 방향정보를 이용하여 각 단말의 제2 위치해를 추정하고, 상기 추정된 각 단말의 제1 위치해 및 상기 추정된 각 단말의 제2 위치해를 기설정된 비례상수로 결합하여 각 단말의 위치해를 추정하는 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 장치.
The method according to claim 1,
The position estimating unit may calculate,
Estimating a second position of each terminal using the obtained ranging information and the estimated absolute direction information, and calculating a first position of each of the estimated terminals and a second position of each of the estimated terminals by a predetermined proportional constant And a positioning device for a sensor node applying multiple antennas for estimating the location of each terminal.
제7항에 있어서,
상기 위치 추정부는,
방위각과 앙각, 기설정된 센서노드의 좌표를 이용하는 브라운(Brown) 알고리즘 또는 선형화를 통해 반복적으로 해를 계산하는 알고리즘에 대한 함수를 이용하여 각 단말의 제2 위치해를 추정하는 다중안테나를 적용한 센서노드의 자세 보정 및 측위 장치.
8. The method of claim 7,
The position estimating unit may calculate,
A sensor node that applies multiple antennas that estimate the second location of each terminal using a function of the Brownian algorithm that uses azimuth angle and elevation angle, coordinates of a predetermined sensor node, or algorithms that repeatedly calculate solutions by linearization Posture correction and positioning device.
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