KR101869865B1 - 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법으로서, (1) 복수개의 음향 데이터 신호가 설계되어 스피커에서 송신되는 단계(S100), (2) 상기 단계 (1)에서 설계된 복수개의 음향 데이터 신호가 중첩되어 수신된 수신단에서, 각각의 음향 데이터 신호의 상대적인 도달시간이 계산되고, 상기 계산된 도달시간을 바탕으로 각각의 음향 데이터 신호로 분리되는 단계(S200), (3) 상기 단계 (2)에서 계산된 도달시간을 바탕으로 각각의 음향 데이터 신호 간의 TDOA가 계산되는 단계(S300), 및 (4) 상기 단계 (3)에서 계산된 각각의 음향 데이터 신호 간의 TDOA를 이용하여 최종 수신단의 위치가 계산되는 단계(S400)를 포함하는 것 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법에 따르면, 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법으로서, 각각의 음향 데이터 신호가 특정 주파수 및 특정 코드를 갖도록 설계하고, 중첩된 음향 데이터 신호를 분리할 때, 상호 상관함수와 preceding signal detection 알고리즘을 이용하여 중첩된 음향 데이터 신호를 분리함으로써, 중첩된 음향 데이터 신호를 보다 효과적으로 분리할 수 있고, 잔향 등의 실내 간섭의 영향을 보다 적게 받으며 실내 위치를 추정할 수 있다.

Description

기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법{THE METHOD OF INDOOR LOCALIZATION USING PRE-DESIGNED ACOUSTIC SOURCE DATA}
본 발명은 실내 위치 추정 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법에 관한 것이다.
스마트폰의 빠른 보급으로 인해 대부분의 사람들은 GPS(Global Positioning System)를 내장한 모바일 기기를 하나씩 갖게 되었고, 이와 관련한 위치 기반 서비스(Location Based Services, LBS) 시장 또한 빠르게 성장하고 있다. 예를 들어, GPS를 기반으로 하는 구글 맵, 네이버 맵 등의 어플리케이션을 통해 스마트폰 사용자들은 더 이상 종이지도를 가지고 다닐 필요가 없게 되었고, 자신이 위치한 장소의 맛집 정보, 날씨, 교통상황 등의 정보도 쉽게 제공받을 수 있게 되었다.
최근에는 GPS를 기반으로 하는 실외 위치 추정방식 뿐만 아니라, 박물관에서의 가상 여행 가이드 서비스, 개인물품 추적 서비스, 대형 쇼핑몰에서의 가상 가이드 서비스 등을 제공하기 위한 실내 위치 추정에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 이와 같은 실내위치 추정 방법과 관련하여, 공개특허 제10-2015-0124658호(발명의 명칭: 실내 위치 추정 방법 및 장치, 공개일자: 2015년 11월 06일) 등이 개시된 바 있다.
하지만, 종래의 RFID, Wi-Fi 등을 이용한 실내 위치 추정 기술은 실내에서의 잡음 및 잔향 등의 실내 간섭 또는 장애물 등에 의한 충분하지 않은 가시선으로 인해 실내 위치 추정의 정확성에 한계가 있었다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 각각의 음향 데이터 신호가 특정 주파수 및 특정 코드를 갖도록 설계하고, 중첩된 음향 데이터 신호를 분리할 때, 상호 상관함수와 preceding signal detection 알고리즘을 이용하여 중첩된 음향 데이터 신호를 분리함으로써, 중첩된 음향 데이터 신호를 보다 효과적으로 분리할 수 있고, 잔향 등의 실내 간섭의 영향을 보다 적게 받으며 실내 위치를 추정할 수 있는, 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른, 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법은,
음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법으로서,
(1) 복수개의 음향 데이터 신호가 설계되어 스피커에서 송신되는 단계(S100);
(2) 상기 단계 (1)에서 설계된 복수개의 음향 데이터 신호가 중첩되어 수신된 수신단에서, 각각의 음향 데이터 신호의 상대적인 도달시간이 계산되고, 상기 계산된 도달시간을 바탕으로 각각의 음향 데이터 신호로 분리되는 단계(S200);
(3) 상기 단계 (2)에서 계산된 도달시간을 바탕으로 각각의 음향 데이터 신호 간의 TDOA가 계산되는 단계(S300); 및
(4) 상기 단계 (3)에서 계산된 각각의 음향 데이터 신호 간의 TDOA를 이용하여 최종 수신단의 위치가 계산되는 단계(S400)를 포함하는 것 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 단계 (1)에서,
상기 복수개의 음향 데이터 신호는 각각 특정 주파수 대역 및 특정 코드를 갖는 구조로 설계될 수 있다.
바람직하게는, 상기 단계 (1)에서,
상기 설계된 음향 데이터 신호는, 상기 설계된 음향 데이터 신호의 개수와 동일한 개수의 스피커에서 동시에 재생될 수 있다.
바람직하게는, 상기 단계 (2)는,
(2-1) 상기 수신단에서 중첩된 각각의 음향 데이터 신호의 상대적인 도달시간이 하기 수학식들을 이용하여 계산되는 단계(S210)를 더 포함할 수 있다.
Figure 112015125505413-pat00001
Figure 112015125505413-pat00002
여기서, x는 송신신호, y는 수신신호, i는 각 스피커에서 송신되는 각 음향 데이터 소스에 대한 인덱스, Ri(τ)는 송신신호와 수신신호 사이의 상관관계함수, τ는 송신신호의 도달시간, τi는 상관관계함수 Ri(τ)의 최댓값이 될 때의 τ를 각각 나타낸다.
더욱 바람직하게는, 상기 단계 (2)는,
(2-2) 상기 수신단에서 중첩된 각각의 음향 데이터 신호에 대해 preceding signal detection 알고리즘을 이용하여 다중 경로 신호가 아닌 먼저 도착하는 신호를 찾고, 상기 단계 (2-1)에서 계산된 τi에 대해 하기 수학식을 이용하여 상대적인 도달 시간이 다시 계산되는 단계(S220)를 더 포함할 수 있다.
Figure 112015125505413-pat00003
여기서,
Figure 112015125505413-pat00004
는
Figure 112015125505413-pat00005
의 범위에서 상관관계함수 Ri(τ)의 최댓값이 될 때의 τ, x는 송신신호, W는 서치 윈도우의 길이, i는 각 스피커에서 송신되는 각 음향 데이터 소스에 대한 인덱스, Ri(τ)는 송신신호와 수신신호 사이의 상관관계함수, τi 는 상관관계함수 Ri(τ)의 최댓값이 될 때의 τ를 각각 나타낸다.
더욱더 바람직하게는, 상기 단계 (2)는,
(2-3) 상기 단계 (2-1) 및 상기 단계 (2-2)에서 계산된 각각의 음향 데이터 신호의 상대적인 도달시간을 하기 수학식을 이용하여, 중첩된 각각의 음향 데이터 신호의 분리를 위해 최종적으로 사용하게 될 도달시간이 계산되는 단계(S230)를 더 포함할 수 있다.
Figure 112015125505413-pat00006
여기서, i는 각 스피커에서 송신되는 각 음향 데이터 소스에 대한 인덱스, Ri(τ)는 송신신호와 수신신호 사이의 상관관계함수, λ는 문턱값, τi는 상관관계함수 Ri(τ)의 최댓값이 될 때의 τ,
Figure 112015125505413-pat00007
는
Figure 112015125505413-pat00008
의 범위에서 상관관계함수 Ri(τ)의 최댓값이 될 때의 τ를 각각 나타낸다.
본 발명에서 제안하고 있는 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법에 따르면, 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법으로서, 각각의 음향 데이터 신호가 특정 주파수 및 특정 코드를 갖도록 설계하고, 중첩된 음향 데이터 신호를 분리할 때, 상호 상관함수와 preceding signal detection 알고리즘을 이용하여 중첩된 음향 데이터 신호를 분리함으로써, 중첩된 음향 데이터 신호를 보다 효과적으로 분리할 수 있고, 잔향 등의 실내 간섭의 영향을 보다 적게 받으며 실내 위치를 추정할 수 있다.
도 1은 종래에 GPS를 이용하여 위치 추정을 하는 장면을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법의 흐름을 도시한 흐름도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법에서, 단계 S100에서 설계된 음향 데이터 신호가 스피커에서 재생되고, 재생된 음향 신호들이 마이크에 수신되고 있는 장면을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법에서, 중첩된 음향 데이터 신호를 각각의 음향 데이터 신호로 분리하기 위해 최종적으로 사용하게 될 음향 데이터 신호의 상대적인 도달시간이 구해지는 과정의 흐름을 도시한 흐름도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법에서, 실내에서 음향 데이터 신호가 송신될 때 나타나는 방전달 함수(room impulse response)를 도시한 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일 또는 유사한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 종래에 GPS를 이용하여 위치 추정을 하는 장면을 도시한 도면이다. 종래에 현재 위치를 추정하기 위해 가장 많이 이용되는 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, GPS를 이용하여 위치를 추정하는 것이었다. GPS를 이용하여 위치는 추정하는 경우, 단말기는 자신의 위치를 파악하기 위해서 적어도 4개 이상의 GPS 위성에서 동시에 위성신호를 수신하여야 하고, 수신한 위성의 신호를 분석하고 계산하여 자신의 위치를 추정하는 것을 그 원리로 하고 있다. 하지만, GPS를 이용한 위치 추정 방법은 건물의 외벽 등에 반사 또는 굴절이 되는 문제로 인하여 실내 위치 추정 방법으로는 사용될 수 없는 한계가 있었다.
이하에서는, 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된, 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법의 흐름을 도시한 흐름도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법은, (1) 복수개의 음향 데이터 신호가 설계되어 스피커에서 송신되는 단계(S100), (2) 단계 S100에서 설계된 복수개의 음향 데이터 신호가 중첩되어 수신된 수신단에서, 각각의 음향 데이터 신호의 상대적인 도달시간이 계산되고, 계산된 도달시간을 바탕으로 각각의 음향 데이터 신호로 분리되는 단계(S200), (3) 단계 S200에서 계산된 도달시간을 바탕으로 각각의 음향 데이터 신호 간의 TDOA가 계산되는 단계(S300), 및 (4) 단계 S300에서 계산된 각각의 음향 데이터 신호 간의 TDOA를 이용하여 최종 수신단의 위치가 계산되는 단계(S400)를 포함하여 구성될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에서 제안하고 있는 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법의 각 단계에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
단계 S100에서는 복수개의 음향 데이터 신호가 설계되고, 설계된 음향 데이터 신호가 스피커에서 송신될 수 있다. 특히, 본 발명의 단계 S100에서는 수신단에서 중첩된 음향 데이터 신호가 효과적으로 분리되게 하기 위해 음향 데이터 신호를 설계될 때, 통신 시스템에서 사용되는 OFDMA-CDM(Orthogonal frequency-division multiple-access code-division multiplexing)구조와 비슷한 방식이 이용되어 설계될 수 있다. 구체적으로는, OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)의 특징을 이용하여 각각의 음향 데이터 신호가 각각의 특정 주파수 대역을 갖도록 설계하여 수신단에서 보다 분리가 잘 될 수 있게 하고, 이와 더불어 CDM(Code Division Multiplexing)을 이용하여 각각의 음향 데이터 신호가 특정 코드를 갖도록 설계할 수 있다. 여기서 사용되는 코드는 일반적인 pseudo-random sequence, Gold code 등의 복원 가능한 수열이 사용될 수 있다.
이처럼, 단계 S100에서는 각각의 음향 데이터 신호가 독립적인 주파수 대역을 갖고, 각각의 음향 데이터 신호가 독자적인 코드를 갖도록 설계됨으로써, 수신단에서 중첩된 음향 데이터 신호가 보다 효과적으로 분리될 수 있게 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법에서, 단계 S100에서 설계된 음향 데이터 신호가 스피커에서 재생되고, 재생된 음향 신호들이 마이크에 수신되고 있는 장면을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 단계 S100에서 설계된 음향 데이터 신호는, 설계된 음향 데이터 신호의 개수와 동일 한 개수의 스피커에서 동시에 재생될 수 있고, 재생된 음향 신호들은 마이크에 중첩되어 수신될 수 있다. 예를 들어, 단계 S100에서 설계된 음향 데이터 신호의 개수가 4개인 경우, 4개의 스피커에서 설계된 각각의 음향 데이터 신호가 각각 송신될 수 있다.
단계 S200에서는 단계 S100에서 설계된 복수개의 음향 데이터 신호가 중첩되어 수신된 수신단에서, 각각의 음향 데이터 신호의 상대적인 도달시간이 계산되고, 계산된 도달시간을 바탕으로 각각의 음향 데이터 신호로 분리될 수 있다. 여기서, 실시예에 따라, 스피커에서 송신된 음향 데이터 신호들은 단일 마이크(수신단)에서 중첩되어 수신될 수 있고, 마이크(수신단)에서 수신된 음향 데이터 신호는 스피커에서 송신된 음향 데이터 신호와 방전달함수가 콘볼루션된 상태이다. 단계 S100에서 설계된 복수개의 음향 데이터 신호가 중첩되어 수신된 수신단에서, 각각의 음향 데이터 신호의 상대적인 도달시간이 계산되는 과정은 이하에서 도 4를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법에서, 중첩된 음향 데이터 신호를 각각의 음향 데이터 신호로 분리하기 위해, 최종적으로 사용하게 될 음향 데이터 신호의 상대적인 도달시간이 구해지는 과정의 흐름을 도시한 흐름도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법에서, 중첩된 음향 데이터 신호를 각각의 음향 데이터 신호로 분리하기 위해, 최종적으로 사용하게 될 음향 데이터 신호의 상대적인 도달시간이 구해지는 과정은, (2-1) 수신단에서 중첩된 각각의 음향 데이터 신호의 상대적인 도달시간이 하기 수학식1 및 수학식 2를 이용하여 계산되는 단계(S210), (2-2) 수신단에서 중첩된 각각의 음향 데이터 신호에 대해 preceding signal detection 알고리즘을 이용하여 다중 경로 신호가 아닌 먼저 도착하는 신호를 찾고, 단계 S210에서 계산된 τi에 대해 하기 수학식 3을 이용하여 상대적인 도달 시간이 다시 계산되는 단계(S220), 및 단계 S210 및 단계 S220에서 계산된 각각의 음향 데이터 신호의 상대적인 도달시간을 하기 수학식 4를 이용하여 최종적으로 사용하게 될 도달시간이 계산되는 단계(S230)를 포함하여 구성될 수 있다.
Figure 112015125505413-pat00009
여기서, τi는 상관관계함수 Ri(τ)의 최댓값이 될 때의 τ, Ri(τ)는 송신신호와 수신신호 사이의 상관관계함수를 각각 나타낸다.
Figure 112015125505413-pat00010
여기서, x는 송신신호, y는 수신신호, i는 각 스피커에서 송신되는 각 음향 데이터 소스에 대한 인덱스, τ는 송신신호의 도달시간, Ri(τ)는 송신신호와 수신신호 사이의 상관관계함수를 각각 나타낸다.
Figure 112015125505413-pat00011
여기서,
Figure 112015125505413-pat00012
는
Figure 112015125505413-pat00013
의 범위에서 상관관계함수 Ri(τ)의 최댓값이 될 때의 τ, x는 송신신호, W는 서치 윈도우의 길이, i는 각 스피커에서 송신되는 각 음향 데이터 소스에 대한 인덱스, Ri(τ)는 송신신호와 수신신호 사이의 상관관계함수, τi 는 상관관계함수 Ri(τ)의 최댓값이 될 때의 τ를 각각 나타낸다.
Figure 112015125505413-pat00014
여기서, i는 각 스피커에서 송신되는 각 음향 데이터 소스에 대한 인덱스, Ri(τ)는 송신신호와 수신신호 사이의 상관관계함수, λ는 문턱값, τi는 상관관계함수 Ri(τ)의 최댓값이 될 때의 τ,
Figure 112015125505413-pat00015
는
Figure 112015125505413-pat00016
의 범위에서 상관관계함수 Ri(τ)의 최댓값이 될 때의 τ를 각각 나타낸다.
단계 S210에서는, 수신단에서 중첩된 각각의 음향 데이터 신호의 상대적인 도달시간이 앞서 설명한 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 계산될 수 있다.
일반적으로, 실내에서 음향 데이터 신호가 송신되면 도 5와 같은 방전달 함수(room impulse response)가 나타날 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 일반적으로 실내에서 음향 데이터 신호가 송신되어 나타나는 방전달 함수에서는 direct sound의 임펄스 값이 reflection의 임펄스 값보다 큰 값을 가질 수 있다. 하지만, 실시예에 따라, 방에 잔향이 심하거나 벽 등과 같은 반사체가 있는 경우, reflection의 임펄스 값이 direct sound의 임펄스 값보다 더 큰 값을 갖게 되는 경우가 발생될 수도 있다. 이처럼 잔향이나 반사체로 인해 reflection의 임펄스 값이 direct sound의 임펄스 값보다 더 큰 값을 갖게 되는 경우, 단계 S210을 통해서 음향 데이터의 도달시간을 계산하게 되면, 상관관계함수의 최댓값을 reflection의 값을 바탕으로 계산하게 되고, 그 값을 바탕으로 해당 음향 데이터의 도달시간을 계산하게 되므로, 음향 데이터 도달시간의 계산 값이 부정확해질 수 있다.
위와 같은 문제를 보완하기 위해 본 발명의 단계 S220에서는, 수신단에서 중첩된 각각의 음향 데이터 신호에 대해 preceding signal detection 알고리즘을 이용하여 다중 경로 신호가 아닌 먼저 도착하는 신호를 찾고, 단계 S210에서 계산된 τi에 대해 앞서 설명한 수학식 3을 이용하여 상대적인 도달 시간이 다시 계산될 수 있다.
이처럼, 본 발명의 단계 S220에서는 preceding signal detection 알고리즘을 이용하여 다중 경로 신호가 아닌 먼저 도착하는 신호를 찾고, 수신단에서 중첩된 각각의 음향 데이터의 상대적인 도달시간이 다시 계산됨으로써, 실내의 잔향이나 반사체로 인하여 상관관계함수의 최댓값이 부정확하게 계산되고, 부정확하게 계산된 값을 바탕으로 해당 음향 데이터 신호의 상대적인 도달시간이 잘못 계산되는 오류를 방지할 수 있다.
단계 S230에서는, 단계 S210 및 단계 S220에서 계산된 각각의 음향 데이터 신호의 상대적인 도달시간을 앞서 설명한 수학식 4를 이용하여, 중첩된 각각의 음향 데이터 신호의 분리를 위해 최종적으로 사용하게 될 도달시간이 계산될 수 있다.
단계 S300에서는 단계 S200에서 계산된 도달시간을 바탕으로 각각의 음향 데이터 신호간의 TDOA가 하기 수학식 5를 이용하여 계산될 수 있다.
Figure 112015125505413-pat00017
여기서, i, j는 각각의 스피커에서 송신되는 각 음향 데이터 소스에 대한 인덱스, τi는 상관관계함수 Ri(τ)의 최댓값이 될 때의 τ, τj는 상관관계함수 Rj(τ)의 최댓값이 될 때의 τ를 각각 나타낸다.
단계 S400에서는 단계 S300에서 계산된 각각의 음향 데이터 신호 간의 TDOA를 이용하여 최종 수신단의 위치가 계산될 수 있다. 여기에서, 실시예에 따라, 단계 S300에서 계산된 각각의 음향 데이터 신호 간의 TDOA가 Levenberg-Marquardt 알고리즘에 적용되어 최종 수신단의 위치가 계산될 수 있다. Levenberg-Marquardt 알고리즘은 비선형 최소자승문제(nonlinear least squares)문제를 푸는 가장 대표적인 방법으로, 본 발명의 단계 S300에서 계산된 각각의 음향 데이터 신호 간의 TDOA를 Levenberg-Marquardt 알고리즘에 적용하여 반복적으로 계산하고 수렴하는 결과를 최중 수신단의 위치로 결정할 수 있다. 여기에서, Levenberg-Marquardt 알고리즘은 일실시예에 따른 것으로, 그 밖의 알고리즘 및 다양한 방법을 통해 TDOA를 기반으로 위치가 계산될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서 제안하고 있는 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법에 따르면, 각각의 음향 데이터 신호가 특정 주파수 및 특정 코드를 갖도록 설계하고, 중첩된 음향 데이터 신호를 분리할 때, 상호 상관함수와 preceding signal detection 알고리즘을 이용하여 중첩된 음향 데이터 신호를 분리함으로써, 중첩된 음향 데이터 신호를 보다 효과적으로 분리할 수 있고, 잔향 등의 실내 간섭의 영향을 보다 적게 받으며 실내 위치를 추정할 수 있다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
S100: 복수개의 음향 데이터 신호가 설계되어 스피커에서 송신되는 단계
S200: 단계 S100에서 설계된 복수개의 음향 데이터 신호가 중첩되어 수신된 수신단에서, 각각의 음향 데이터 신호의 상대적인 도달시간이 계산되고, 계산된 도달시간을 바탕으로 각각의 음향 데이터 신호로 분리되는 단계
S210: 수신단에서 중첩된 각각의 음향 데이터 신호의 상대적인 도달시간이 계산되는 단계
S220: 수신단에서 중첩된 각각의 음향 데이터 신호에 대해 preceding signal detection 알고리즘을 이용하여 다중 경로 신호가 아닌 먼저 도착하는 신호를 찾고, 단계 S210에서 계산된 τi에 대해 상대적인 도달 시간이 다시 계산되는 단계
S230: 단계 S210 및 단계 S220에서 계산된 각각의 음향 데이터 신호의 상대적인 도달시간을 이용하여, 중첩된 각각의 음향 데이터 신호의 분리를 위해 최종적으로 사용하게 될 도달시간이 계산되는 단계
S300: 단계 S200에서 계산된 도달시간을 바탕으로 각각의 음향 데이터 신호 간의 TDOA가 계산되는 단계
S400: 단계 S300에서 계산된 각각의 음향 데이터 신호 간의 TDOA를 이용하여 최종 수신단의 위치가 계산되는 단계

Claims (6)

  1. 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법으로서,
    (1) 복수개의 음향 데이터 신호가 설계되어 스피커에서 송신되는 단계(S100);
    (2) 상기 단계 (1)에서 설계된 복수개의 음향 데이터 신호가 중첩되어 수신된 수신단에서, 각각의 음향 데이터 신호의 상대적인 도달시간이 계산되고, 상기 계산된 도달시간을 바탕으로 각각의 음향 데이터 신호로 분리되는 단계(S200);
    (3) 상기 단계 (2)에서 계산된 도달시간을 바탕으로 각각의 음향 데이터 신호 간의 TDOA가 계산되는 단계(S300); 및
    (4) 상기 단계 (3)에서 계산된 각각의 음향 데이터 신호 간의 TDOA를 이용하여 최종 수신단의 위치가 계산되는 단계(S400)를 포함하되,
    상기 단계 (2)는,
    (2-1) 수신단에서 중첩된 각각의 음향 데이터 신호의 상대적인 도달시간이 하기 수학식들을 이용하여 계산되는 단계(S210)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법.
    Figure 112018004291021-pat00031

    Figure 112018004291021-pat00032

    여기서, x는 송신신호, y는 수신신호, i는 각 스피커에서 송신되는 각 음향 데이터 소스에 대한 인덱스, Ri(τ)는 송신신호와 수신신호 사이의 상관관계함수, τ는 송신신호의 도달시간, τi는 상관관계함수 Ri(τ)의 최댓값이 될 때의 τ를 각각 나타낸다..
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계 (1)에서,
    상기 복수개의 음향 데이터 신호는 각각 특정 주파수 대역 및 특정 코드를 갖는 구조로 설계되는 것을 특징으로 하는, 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단계 (1)에서,
    상기 설계된 음향 데이터 신호는, 상기 설계된 음향 데이터 신호의 개수와 동일한 개수의 스피커에서 동시에 재생되는 것을 특징으로 하는, 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 단계 (2)는,
    (2-2) 수신단에서 중첩된 각각의 음향 데이터 신호에 대해 preceding signal detection 알고리즘을 이용하여 다중 경로 신호가 아닌 먼저 도착하는 신호를 찾고, 상기 단계 (2-1)에서 계산된 τi에 대해 하기 수학식을 이용하여 상대적인 도달 시간이 다시 계산되는 단계(S220)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법.
    Figure 112018004291021-pat00020

    여기서,
    Figure 112018004291021-pat00021
    는
    Figure 112018004291021-pat00022
    의 범위에서 상관관계함수 Ri(τ)의 최댓값이 될 때의 τ, x는 송신신호, W는 서치 윈도우의 길이, i는 각 스피커에서 송신되는 각 음향 데이터 소스에 대한 인덱스, Ri(τ)는 송신신호와 수신신호 사이의 상관관계함수, τi 는 상관관계함수 Ri(τ)의 최댓값이 될 때의 τ를 각각 나타낸다.
  6. 제5항에 있어서, 상기 단계 (2)는,
    (2-3) 상기 단계 (2-1) 및 상기 단계 (2-2)에서 계산된 각각의 음향 데이터 신호의 상대적인 도달시간을 하기 수학식을 이용하여, 중첩된 각각의 음향 데이터 신호의 분리를 위해 최종적으로 사용하게 될 도달시간이 계산되는 단계(S230)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 기 설계된 음향 데이터 신호를 이용한 실내 위치 추정 방법.
    Figure 112015125505413-pat00023

    여기서, i는 각 스피커에서 송신되는 각 음향 데이터 소스에 대한 인덱스, Ri(τ)는 송신신호와 수신신호 사이의 상관관계함수, λ는 문턱값, τi는 상관관계 Ri(τ)의 최댓값이 될 때의 τ,
    Figure 112015125505413-pat00024
    는
    Figure 112015125505413-pat00025
    의 범위에서 상관관계함수 Ri(τ)의 최댓값이 될 때의 τ를 각각 나타낸다.
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