KR102055085B1 - Uwb/mr를 이용한 실내 위치 검출 시스템 - Google Patents

Uwb/mr를 이용한 실내 위치 검출 시스템 Download PDF

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KR102055085B1
KR102055085B1 KR1020190032811A KR20190032811A KR102055085B1 KR 102055085 B1 KR102055085 B1 KR 102055085B1 KR 1020190032811 A KR1020190032811 A KR 1020190032811A KR 20190032811 A KR20190032811 A KR 20190032811A KR 102055085 B1 KR102055085 B1 KR 102055085B1
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신미희
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Abstract

본 발명은 실내 위치 검출 시스템에 관한 것으로, 단거리 구간에서 저전력으로 넓은 스펙트럼 주파수를 통해 미약무선 신호 전력을 광역대로 확산시켜 태그 위치 정보를 앵커(Anchor)로 송신하는 다수개의 UWB 태그와; 상기 다수개의 UWB 태그보다 2배수로 설치되며, 상기 UWB Tag로부터 수신된 Packet의 시간차 정보(TDOA)를 허브(Hub)와 게이트웨이를 통하여 서버 컴퓨터로 보내는 앵커와; 상기 UWB 태그와 Anchor 간의 교신되는 신호를 TDOA를 이용하여 위치 정보를 검출할 수 있도록 상호 연동시키기 위한 3D로 가시화된 운용 소프트웨어인 공간좌표 소프트웨어와; 상기 UWB 태그와 앵커를 연동시키는 상기 공간좌표 소프트웨어에서 전송된 데이터와 실제 촬영된 공장내부의 영상을 혼합하여 위치 검출의 정확도를 향상시켜주는 MR연동프로그램과; 상기 UWB 태그와 앵커 간에 교신을 통해 생성된 3차원 좌표를 게이트웨이 통해 서버 컴퓨터와 Network을 연결시키는 허브와; 상기 UWB 태그와 앵커 간에 교신을 통해 생성된 3차원 좌표가 수집된 상기 허브와 서버 컴퓨터 간에 데이터 통신이 가능하도록 통신 프로토콜을 변환시키는 게이트웨이와; 상기 게이트웨이와 연결되며, 상기 앵커들 간의 시각동기화 기능을 갖고 상기 UWB 태그로부터 수신된 신호를 분석하여 위치 정보를 계산하고, 상기 UWB 태그의 상태 및 관련 정보를 수집하여 관리하는 서버 컴퓨터가 포함되는 것을 특징으로 하는 UWB/MR를 이용한 실내 위치 검출 시스템을 구현함으로써, 실내 위치정보서비스에 의하여 대형 공장 물류, 자산, 재고관리, 중장비 안전 위치관리 등에 이용될 수 있으며, 대형 상설매장, 미술관, 박물관을 비롯한 국방, 소방, 경찰 등의 긴급 구난에 필요한 위치정보서비스 등에 적용이 가능하고, 주요 물품관리를 위한 가상 울타리(Geo-Fencing) 확보가 가능하여, 작업자의 신변안전이나 충돌방지 태그를 중심으로 장비 주변의 안전 구역을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

UWB/MR를 이용한 실내 위치 검출 시스템{System for detecting indoor position using mixed reality and ultra wide band}
본 발명은 실내 위치 검출 시스템에 관한 것으로, 특히 UWB 태그와 앵커(Anchor)간의 TDOA(Time Difference of Arrival) 방식을 통한 위치 검출을 공간좌표와 MR(Mixed Reality)연동프로그램을 통해 정확도를 보다 더 향상시킬 수 있도록 한 UWB/MR를 이용한 실내 위치 검출 시스템에 관한 것이다.
최근, UWB(Utra Wide Band) 기반 무선 태그를 이용한 초정밀 위치 측정 시스템의 개발이 가속화되고 있다. 이 시스템은 많은 태그를 동시에 측정이 가능하여 옥내에서 사람이나 물건의 위치를 거의 실시간으로 그리고 매우 정확하게 파악하는 것이 가능해짐으로써, 점포, 사무실, 창고, 공장 등에서의 동선 및 재고 관리의 구현을 목표로 하고 있다.
UWB는 일반적으로 3.1~10.6GHz 대역에서 100Mbps이상 속도로 기존의 스펙트럼에 비해 매우 넓은 대역에 걸쳐 낮은 전력으로 초고속 통신을 실현하는 근거리 무선통신기술로 규정되고 있다. UWB는 비교적 넓은 주파수 스팩트럼에서 낮은 출력의 신호를 실어 보낼 수 있는데, 10m 반경 내에서 수백 Mbps에서 수 Gbps까지의 데이터 전송률을 낼 수 있다. 또한 UWB는 다른 통신시스템에 간섭을 방지하기 위해 신호에너지를 수 GHz 대역폭에 걸쳐 스펙트럼으로 분산하여 송신함으로써, 다른 협대역 신호에 간섭을 주지 않고 주파수에 크게 구애받지 않고 통신할 수 있다. 그리고 UWB는 노이즈에 매우 강하며 전송률이 높을 뿐만 아니라 전력 소모량이 작고 발송 출력이 작은 장점이 있다.
한편, 휴대전화 등에 GPS가 탑재되어 위치 정보를 이용한 다양한 서비스가 실현되고 있다. 그러나 GPS는 옥외에서만 사용 가능하기 때문에 건물 안에서 사람이나 물체의 ID와 위치를 정확하게 측정하는 방법이 요구되어 왔다. 현재 패시브형 RFID 태그나 액티브형 RFID 태그 등의 기술에 의해 옥내에서 사람이나 물건 등을 식별하는 것이 가능하기는 하지만, RFID가 도달하는 범위 안에 태그가 있다는 것을 알 수 있을 뿐, 태그의 정확한 위치를 알 수는 없었다. 무선 랜 역시 마찬가지로 수 미터 정도의 오차를 보인다. 또한 초음파의 경우 정밀도는 높은 편이지만, 측정 범위가 수 미터 정도로 좁다는 문제가 있다.
따라서 UWB는 매우 넓은 주파수 대역을 사용하는 무선 통신 기술로, 무선 USB와 같은 고속 통신뿐만 아니라, 고정밀도로 전파를 전송할 수 있다는 특징을 가지고 있으므로, 본 발명에서는 전술한 문제점을 해소함은 물론, UWB 및 MR를 이용한 전혀 새로운 실내 위치정보 검출 시스템을 제안한다.
본 발명의 목적은 보다 상세하게는, 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 UWB 태그와 앵커(Anchor)간의 교신을 통한 실내 위치 정보를 TDOA(Time Difference of Arrival) 방식에 의해 검출한 후, 공간좌표 소프트웨어와 MR(Mixed Reality)연동프로그램을 통해 위치 검출의 정확도를 보다 더 향상시킬 수 있도록 한 UWB/MR를 이용한 실내 위치 검출 시스템을 제공한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치에 대한 특징은, 단거리 구간에서 Coin Cell Battery를 이용한 저전력으로 넓은 스펙트럼 주파수를 통해 미약무선 신호 전력을 광역대로 확산시켜 태그 위치 정보를 앵커(Anchor)로 송신하기 위한 위치 오차가 10~30cm이고 거리측정 및 위치측정 방식이 One-Way Ranging인 다수개의 UWB(Utra Wide Band) 태그(100)와; 상기 다수개의 UWB 태그보다 2배수 이상 다수개로 설치되며, 상기 UWB Tag로부터 수신된 Packet의 시간차 정보(TDOA)를 허브(Hub)와 게이트웨이를 통하여 서버 컴퓨터로 보내기 위하여 Power Over Ethernet(PoE) 방식의 전원공급과 거리측정 및 위치측정을 위한 One-Way Ranging 방식인 앵커(Anchor, 200)와; 상기 UWB 태그와 Anchor 간의 교신되는 신호를 Correlation한 Peak값을 통해 시간차를 도출하는 직각좌표계의 3차원 TDOA 알고리즘을 이용하여 위치 정보를 검출할 수 있도록 상호 연동시키기 위한 3D로 가시화된 운용 소프트웨어(S/W)인 공간좌표 소프트웨어(300)와; 상기 UWB 태그와 Anchor를 연동시키는 상기 공간좌표 소프트웨어에서 전송된 데이터와 실제 촬영된 공장내부의 영상을 혼합하여 위치 검출의 정확도를 향상시켜주는 MR(Mixed Reality)연동프로그램(400)와; 상기 UWB 태그와 Anchor간에 교신을 통해 생성된 3차원 좌표를 게이트웨이 통해 서버 컴퓨터와 Network을 연결시키는 허브(Hub, 500)와; 상기 UWB 태그와 Anchor간에 교신을 통해 생성된 3차원 좌표가 수집된 상기 허브와 서버 컴퓨터 간에 데이터 통신이 가능하도록 통신 프로토콜을 변환시키는 게이트웨이(Gateway, 600)와; 상기 게이트웨이와 연결되며, 상기 Anchor들 간의 시각동기화 기능을 갖고 상기 UWB 태그로부터 수신된 신호를 분석하여 위치 정보를 계산하고, 상기 UWB 태그의 상태 및 관련 정보를 수집하여 관리하는 서버 컴퓨터(700)가 포함되는 것을 특징으로 하는 UWB/MR를 이용한 실내 위치 검출 시스템을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 UWB Tag(100) 및 Anchor(200)와 서버 컴퓨터(400) 간의 네트웍 구성은, 이더넷(Ethernet)을 비롯한 비접촉 근거리 통신 방식의 NFC(Near Field Communication)의 솔루션인 Zig-Bee, Blue tooth, WiFi 통신 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 UWB/MR를 이용한 실내 위치 검출 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 본 발명은 실내 위치정보서비스에 의하여 대형 공장 물류, 자산, 재고관리, 중장비 안전 위치관리 등에 이용될 수 있다.
(2) 본 발명은 대형 상설매장, 미술관, 박물관을 비롯한 국방, 소방, 경찰 등의 긴급 구난에 필요한 위치정보서비스 등에 적용이 가능하다.
(3) 본 발명은 주요 물품관리를 위한 가상 울타리(Geo-Fencing) 확보가 가능하여, 작업자의 신변안전이나 충돌방지 태그를 중심으로 장비 주변의 안전 구역을 확보할 수 있는 독특한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 UWB/MR를 이용한 실내 위치 검출 시스템에 대한 전체 기술적 구성을 나타낸 블록도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 UWB/MR를 이용한 실내 위치 검출 시스템에 대한 3차원 생성과정을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 UWB/MR를 이용한 실내 위치 검출 시스템에 대한 TDOA 방식을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 UWB/MR를 이용한 실내 위치 검출 시스템에 대한 위치인식 오류 보정 기법을 나타낸 도면
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 하며 비록 종래기술과 동일한 부호가 표시되더라도 종래기술은 그 자체로 해석하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
먼저, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 UWB/MR를 이용한 실내 위치 검출 시스템에 대한 핵심 기술적 수단은, 크게는 UWB(Utra Wide Band) 태그(100)와 앵커(Anchor, 200), 공간좌표 소프트웨어(300), MR(Mixed Reality)연동프로그램(400), 허브(Hub, 500), 게이트웨이(Gateway, 600), 서버 컴퓨터(700)로 이루어진다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 상기 UWB(Utra Wide Band) 태그(100)는, 단거리 구간에서 저전력으로 넓은 스펙트럼 주파수를 통해 미약무선 신호 전력을 광역대로 확산시켜 태그 위치 정보를 앵커(Anchor)로 송신하는 수단으로, 산업단지 등에서 공장의 규모나 작업 환경에 따라 다수개로 설치되며, 상기 다수의 고정국 수신기인 상기 앵커(200)로 태그(Tag)의 위치 정보를 디지털 데이터로 전송한다.
여기서, 상기 UWB(Utra Wide Band)는 변복조 기능이 필요 없고 낮은 전력 밀도를 갖으며, 용도별로 영상전송이나 PC주변기기(Wireless USB 기타), 오디오 등의 무(無)결선을 실현하는 근거리 고속 UWB(MB-OFDM 방식 등)와 저전력으로 고정밀 위치 측정이 가능한 센서넷용 UWB로 2가지 방식으로 분류된다. 따라서 본 발명의 실시 예에서는 전력으로 고정밀 위치측정이 가능한 센서넷용 UWB를 사용한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 UWB Tag(100)의 위치 오차는, 통신 상태의 영향이나 태그 주변 장애물의 간섭에 의한 영향 등을 고려하여 10~30cm의 정확도로 검출되도록 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 UWB Tag(100)의 전원은 저전력으로 Coin Cell Battery를 이용한다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 상기 앵커(Anchor, 200)는, 상기 UWB(Utra Wide Band) 태그(100)에서 전송된 디지털 데이터를 수신하는 수단으로, 상기 UWB Tag(100)보다 2배수 이상 다수개로 설치되며, 상기 UWB Tag(100)로부터 수신된 Packet의 시간차 정보(TDOA, Time Difference of Arrival)를 허브(Hub, 500)와 게이트웨이(Gateway, 600)를 통하여 서버 컴퓨터(700)로 보낸다.
여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 UWB Tag(100)와 Anchor(200)를 이용한 거리측정 및 위치측정 방법에 대하여 살펴보면, 먼저 거리측정 방법은 One-Way Ranging 방식과 Two-Way Ranging 방식이 있는데, One-Way Ranging은 송신기인 상기 UWB Tag(100)에서 시간 정보를 실어서 수신기인 Anchor(200)로 송신하고, 수신기는 도착한 시간(TOA, Time of Arrival)을 측정하여 거리를 산출한다. 이 방식은 한번만 통신을 하기 때문에 거리 측정에 걸리는 시간이 작고 전력 소모가 작은 반면에 수신기들의 모든 시간을 동기화 필요가 있다. Two-Way Ranging은 송신기와 수신기가 여러 번 신호를 주고받으면서 자체적으로 갖고 있는 시간 정보를 공유하여 시간 오차를 없애 거리를 측정하는 방식이다. 이 방식은 수신기들이 동기화를 하지 않아도 되는 반면에 전력 소모가 크고 측정하는데 시간이 걸린다. 또한 위치측정 방법은 TOA(Time of Arrival) 방식과 TDOA(time difference of arrival) 방식이 있다. TOA는 송신기와 수신기의 거리를 알고 있을 때 삼각 측량법을 이용하여 위치를 확인하는 방법으로 가장 일반적인 반면, TDOA는 두 수신기의 전파 도착 시간의 차이를 이용하는 방법으로, 만약 한 개의 수신기에 안테나 2개를 두고 수신된 신호의 위상을 측정하면 2개의 수신기로 거리에 따른 위치를 측정할 수 있는 방법이다. 따라서 본 발명의 실시 예에서는 실내 위치 측정을 위해서는 TDOA를 사용하기 때문에 Anchor라는 기준 Point를 세워야 하며, Anchor끼리는 동기화가 필요하고 Tag의 저전력 운영이 필요하다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 Anchor(200)의 전원 공급은 Power Over Ethernet(PoE) 방식으로 공급한다.
여기서, 상기 Power Over Ethernet(PoE)방식은, PoE 스위치는 전원과 Ethernet을 입력 받아서 하나의 선로에 전원과 데이터를 동시에 공급할 수 있다. 특히 PoE는 전원이 나간 경우에도 지속적인 기능이 유지 가능하도록 하는 신뢰성과 에너지 효율성 개선을 위한 전력 중앙관리, 장애 감지, 치유, 사용량 감소 기능과 같은 효율성, 다른 전력 공급 어댑터를 찾을 필요가 없는 단순성 및 별개의 전선 및 아웃렛 설치가 필요 없어 설치비용이 절감되는 비용절감 특성이 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 UWB/MR를 이용한 실내 위치 검출 시스템에 대한 상기 UWB Tag(100) 및 Anchor(200)와 서버 컴퓨터(700) 간의 네트웍(Network) 구성은 다음과 같다.
즉, LAN, MAN 및 WAN에서 가장 많이 활용되는 기술 규격으로 데이터 Station간의 거리 약 2.5km 내에서 최대 1,024개의 데이터 스테이션 상호 간에 10Mbps의 전송 속도로 정보를 교환할 수 있는 이더넷(Ethernet)을 비롯한 비접촉 근거리 통신 방식의 NFC(Near Field Communication)의 솔루션인 Zig-Bee, Blue tooth, WiFi 통신 방식으로 이루어진다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 상기 공간좌표 소프트웨어(300)는, 상기 UWB 태그(100)와 Anchor(200) 간의 교신되는 신호를 TDOA를 이용하여 위치 정보를 검출할 수 있도록 상호 연동시키기 위한 3D로 가시화된 운용 소프트웨어(S/W) 수단으로, 상기 UWB 태그(100)와 Anchor(200)간에 교신되는 시간차 정보(TDOA, Time Difference of Arrival)를 이용하여 위치 정보를 측정한다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 TDOA(Time Difference of Arrival) 방식에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
TDOA 방식은, TOA((Time Of Arrival) 방식에서 필요한 사용자 단말과 고정 노드의 시각 동기가 필요하지 않다. 다만, 절대적인 시간이 아닌 상대적인 시간 데이터를 이용하기 때문에 고정 노드들 간의 시각 동기는 필요하다.
TDOA 방식의 측정 원리는 인접 고정 노드와의 신호 전달 시간의 지연 시간을 측정하는 방식이다. 두 고정 노드에서 단말기까지 거리의 차에 비례하는 전과 도달 시간차가 측정되고, 두 고정 노드에서 거리 차이가 일정한 곳이 사용자 단말기의 위치가 된다. 다시 말하면, 두 고정 노드를 초점으로 하는 쌍곡선들의 교점 위에 단말기가 위치하게 된다.
이러한 TDOA 알고리즘에서의 위치 추정은 두 고정 노드로 수신된 데이터를 Correlation하고, 그 Peak값을 통하여 시간차를 도출한다.
그 수식은 아래와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019029656923-pat00001
.............................(1)
Figure 112019029656923-pat00002
,
Figure 112019029656923-pat00003
이 때
Figure 112019029656923-pat00004
와
Figure 112019029656923-pat00005
는 고정 노드(Anchor)
Figure 112019029656923-pat00006
와
Figure 112019029656923-pat00007
에서 절대적인 TOA 값이고
Figure 112019029656923-pat00008
는 고정 노드의 개수이다. 위 수식에서 도출된 TDOA 값은 빛의 속도인
Figure 112019029656923-pat00009
를 곱함으로써 거리 차이로 바꿀 수 있다.
Figure 112019029656923-pat00010
.............................(2)
직각좌표계에서 이동 노드(UWB 태그)의 좌표를
Figure 112019029656923-pat00011
, 고정노드(Anchor)
Figure 112019029656923-pat00012
의 좌표를
Figure 112019029656923-pat00013
라고 할 때 고정 노드
Figure 112019029656923-pat00014
와 이동 노드간의 거리는 유클리드 거리(Euclidean Distance)를 나타내면 다음과 같다.
Figure 112019029656923-pat00015
.............................(3)
위 식 (2)에 식 (3)을 대입하면 아래의 식으로 정리된다.
Figure 112019029656923-pat00016
Figure 112019029656923-pat00017
.....(4)
여기서, 상기 고정 노드
Figure 112019029656923-pat00018
와
Figure 112019029656923-pat00019
의 조합은
Figure 112019029656923-pat00020
개의 고정 노드들 중 두 개씩을 조합하여 만든
Figure 112019029656923-pat00021
개의 순열로 볼 수 있다. 이 때 값이 정확하다면 위 식(4)에서 쌍곡선의 해를 도출하여 이동 노드의 위치를 판정할 수 있게 된다.
도 4를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 위치인식 오류 보정 기법에 대하여 상세하게 설명한다.
즉, 위치인식에서 방정식의 해률 구하는 Direct solution은 시간이나 각도 데이터에 오류가 생겼을 경우 성능에 심각한 열화를 가져온다. 그 대안으로 최소자승법(Least square)을 이용하여 위치 추정을 하는 방범이 있다. 이 방법은 도 4와 같이 데이터들이 일정한 규칙성을 갖지 못할 경우, 입력과 출력의 상관관계를 찾아내는 방법이다.
TDOA인 경우, 광속
Figure 112019029656923-pat00022
와
Figure 112019029656923-pat00023
번째 BS와
Figure 112019029656923-pat00024
번째 BS의 시간 차이를
Figure 112019029656923-pat00025
라고 하고
Figure 112019029656923-pat00026
번째 BS와
Figure 112019029656923-pat00027
번째 BS의 거리 차이를
Figure 112019029656923-pat00028
라고 하면 아래 수식과 같은 관계를 갖는다.
Figure 112019029656923-pat00029
이때, 위 수식의 좌면을 우측으로 이항하고 그 수식을
Figure 112019029656923-pat00030
라고 가정할 때 그 수식의 제곱을 모두 더한 것을
Figure 112019029656923-pat00031
라고 하면, 그 과정은 아래 수식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019029656923-pat00032
Figure 112019029656923-pat00033
위
Figure 112019029656923-pat00034
을 최소로 하는 값을 택하면, 그 값이 MS의 위치가 되고 그 수식은 아래와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019029656923-pat00035
도 1 및 도 2를 참조하여, 상기 MR(Mixed Reality) 연동프로그램(400)은, 상기 UWB 태그(100)와 앵커(200)를 연동시키는 상기 공간좌표 소프트웨어(300)에서 전송된 데이터와 실제 촬영된 공장내부의 영상을 혼합하여 위치 검출의 정확도를 향상시켜주는 수단으로, 실제 공장내부의 영상을 기반으로 상기 공간좌표 소프트웨어(300)에서 UWB 태그(100)와 앵커(200)를 연동시킨 데이터가 자연스럽게 혼합된 스마트 환경을 제공하여 줌으로써, 보다 정확한 위치 정보를 검출할 수 있도록 해준다.
다시 말해서, 상기 MR(Mixed Reality) 연동프로그램(400)은 3차원 좌표계를 이용한 혼합현실로서 실제 영상과 오버레이(Overlay)시킬 수 있다. 이것은 상기 UWB 태그(100)와 앵커(200)를 시간차 정보TDOA(time difference of arrival) 기법을 통하여 도출된 위치좌표(혹은 3D 공간좌표)를 MR(Mixed Reality)과 연동시킴으로서 가능하다. 혼합현실(Mixed Reality) 글래스로 영상을 볼 때 실제 공장의 모습과 특정 오브젝트(Object)와 오버레이(Overlay)시켜 볼 수 있게 된다. 여기서 특정 오브젝트는 하나의 태그(Tag)를 임의의 지점이나 물건에 부착시킨 상태를 말한다.
여기서, 상기 혼합현실(MR, Mixed Reality)이란, 현실세계(real world)와 가상세계(virtual world)가 혼합된 상태를 말한다. 혼합현실은 현실을 기반으로 가상정보를 부가하는 증강현실(AR: Augmented Reality)과 가상환경에 현실정보를 부가하는 증강가상(AV, Augmented Virtuality)의 의미를 포함한다. 즉, 혼합현실은 완전 가상세계(가상현실, Virtual Reality)가 아닌 현실과 가상이 자연스럽게 연결된 스마트 환경을 사용자에게 제공하여 풍부한 체험을 제공한다. 예컨대, 일기 예보나 뉴스 전달을 위한 방송국 가상 스튜디오, 스마트폰이나 스마트안경에서 촬영한 영상을 바탕으로 보여주는 지도 정보, 항공기 가상훈련, 가상으로 옷을 입어볼 수 있는 거울 등으로 다양한 분야에서 사용된다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 상기 허브(Hub, 500)는, 상기 UWB 태그(100) 및 Anchor(200)와 서버 컴퓨터(700)간의 Network을 연결시키는 수단으로, 상기 UWB 태그(100)와 Anchor(200)간에 교신을 통해 생성된 3차원 좌표를 상기 게이트웨이(Gateway, 600)통해 상기 서버 컴퓨터(700)와 연결 가능하도록 한다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 상기 게이트웨이(Gateway, 600)는, 프로토콜이 다른 복수의 통신망 간에 통신이 가능한 프로토콜로 변환하는 수단으로, 상기 UWB 태그(100)와 Anchor(200)간에 교신을 통해 생성된 3차원 좌표가 수집된 상기 허브(Hub, 500)와 서버 컴퓨터(700)간에 데이터 통신이 가능하도록 통신 프로토콜을 변환시키는 역할을 수행한다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 상기 서버 컴퓨터(700)는, 실내 위치 정보를 계산하고 UWB Tag(100)의 상태 및 관련 정보를 수집하여 관리하는 수단으로, 상기 게이트웨이와 연결되며, 상기 고정국 수신기인 상기 Anchor(200)들 간의 시각동기화 기능을 가지며, 상기 UWB Tag(100)로부터 수신된 신호를 분석하여 위치 정보를 계산하고, 상기 UWB Tag(100)의 상태 및 관련 정보를 수집하여 관리한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 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 예는 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 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : UWB(Utra Wide Band) 태그 200 : 앵커(Anchor)
300 : 공간좌표 소프트웨어
400 : MR(Mixed Reality)연동프로그램
500 : 허브(Hub) 600 : 게이트웨이(Gateway)
700 : 서버 컴퓨터

Claims (4)

  1. 단거리 구간에서 Coin Cell Battery를 이용한 저전력으로 넓은 스펙트럼 주파수를 통해 미약무선 신호 전력을 광역대로 확산시켜 태그 위치 정보를 앵커(Anchor)로 송신하기 위한 위치 오차가 10~30cm이고 거리측정 및 위치측정 방식이 One-Way Ranging인 다수개의 UWB(Utra Wide Band) 태그(100)와;
    상기 다수개의 UWB 태그보다 2배수 이상 다수개로 설치되며, 상기 UWB Tag로부터 수신된 Packet의 시간차 정보(TDOA)를 허브(Hub)와 게이트웨이를 통하여 서버 컴퓨터로 보내기 위하여 Power Over Ethernet(PoE) 방식의 전원공급과 거리측정 및 위치측정을 위한 One-Way Ranging 방식인 앵커(Anchor, 200)와;
    상기 UWB 태그와 Anchor 간의 교신되는 신호를 Correlation한 Peak값을 통해 시간차를 도출하는 직각좌표계의 3차원 TDOA 알고리즘을 이용하여 위치 정보를 검출할 수 있도록 상호 연동시키기 위한 3D로 가시화된 운용 소프트웨어(S/W)인 공간좌표 소프트웨어(300)와;
    상기 UWB 태그와 Anchor를 연동시키는 상기 공간좌표 소프트웨어에서 전송된 데이터와 실제 촬영된 공장내부의 영상을 혼합하여 위치 검출의 정확도를 향상시켜주는 MR(Mixed Reality)연동프로그램(400)와;
    상기 UWB 태그와 Anchor간에 교신을 통해 생성된 3차원 좌표를 게이트웨이 통해 서버 컴퓨터와 Network을 연결시키는 허브(Hub, 500)와;
    상기 UWB 태그와 Anchor간에 교신을 통해 생성된 3차원 좌표가 수집된 상기 허브와 서버 컴퓨터 간에 데이터 통신이 가능하도록 통신 프로토콜을 변환시키는 게이트웨이(Gateway, 600)와;
    상기 게이트웨이와 연결되며, 상기 Anchor들 간의 시각동기화 기능을 갖고 상기 UWB 태그로부터 수신된 신호를 분석하여 위치 정보를 계산하고, 상기 UWB 태그의 상태 및 관련 정보를 수집하여 관리하는 서버 컴퓨터(700)가 포함되는 것을 특징으로 하는 UWB/MR를 이용한 실내 위치 검출 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 UWB Tag(100) 및 Anchor(200)와 서버 컴퓨터(400) 간의 네트웍구성은, 이더넷(Ethernet)을 비롯한 비접촉 근거리 통신 방식의 NFC(Near Field Communication)의 솔루션인 Zig-Bee, Blue tooth, WiFi 통신 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 UWB/MR를 이용한 실내 위치 검출 시스템.
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