KR102180304B1 - 반사광을 이용한 실내 측위 시스템 및 방법 - Google Patents

반사광을 이용한 실내 측위 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

일 실시예에 따른 반사광을 이용한 실내 측위 시스템은, 적어도 하나의 반사면으로 구성되는 반사부; 및 상기 반사면의 위치 정보와 사용자로부터 반사면까지의 거리 정보에 기초하여 사용자의 위치를 결정하기 위한 사용자 단말기를 포함한다. 각각의 반사면은 입사된 광신호를 서로 상이한 주파수의 반사광으로 반사하도록 구성되며, 상기 사용자 단말기는 광신호 송수신부를 구비한다. 사용자 단말기는 송신된 광신호가 복수의 반사면에 의해 특정 주파수(색상)를 갖는 반사광으로 반사되면, 수신된 반사광을 이용해 단말기와 반사면 간의 거리를 계산하고, 상기 거리정보와 반사면의 위치정보를 결합하여 사용자의 실내 위치를 결정할 수 있다.

Description

반사광을 이용한 실내 측위 시스템 및 방법{INDOOR POSITIONING SYSTEM USING REFLECTED LIGHT AND METHOD USING THE SAME}
본 발명은 반사광을 이용한 실내 측위 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광신호를 송수신하는 단말기 및 광신호를 서로 상이한 주파수(파장)의 반사광으로 반사하는 복수의 반사면을 이용하여, 실내 환경에서 사용자의 위치를 결정할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 스마트폰과 같은 모바일 디바이스의 보급으로 인해 사용자의 현재 위치에 기초하여 콘텐츠, 광고, 정보를 제공하는 위치 기반 서비스 산업이 가파르게 성장하고 있다. 위치 기반 서비스의 제공에 있어서 가장 중요한 것은 사용자의 위치를 정확하게 파악하는 것이다.
일반적으로 사용자가 실외에 있는 경우에는 GPS 등의 위성항법시스템을 이용하여 여러 개의 위성들로부터 사용자 수신기까지 신호가 전달되는 시간을 측정하고, 이를 이용해 사용자와 각 위성간의 거리를 계산함으로써 사용자의 위치를 결정할 수 있다.
그러나 사용자가 실내에 위치한 경우 위성 신호가 도달하기 어려우므로 위성항법시스템을 이용하여 사용자의 위치를 결정하기는 어렵다. 특히 4차 산업의 핵심 분야인 자율주행, 자율주차 기능을 구현하거나, 공항이나 대형쇼핑몰과 같은 넓은 실내 공간에서 위치 기반 서비스(예를 들어, 스마트폰을 이용한 길찾기, 위치 기반 광고, 엔터테인먼트 등)를 제공하기 위해서는 높은 정확도의 실내 측위 시스템이 필수적으로 제공되어야 한다.
종래의 실내 위치 결정 시스템은 주로 무선 주파수(radio frequency, RF) 통신 장치를 이용하였다. 예를 들어, 실내에서의 사용자의 위치를 추정하기 위해 위성 기반, 지상 비콘 기반, 무선랜(Wi-Fi/WLAN/Wireless LAN) 기반, RFID 기반, 액티브 RFID 기반, 이동통신 기반, 블루투스(Bluetooth) 기반, UWB 기반, 지그비(Zigbee) 기반, 와이브로(WiBro/WiMax) 기반, 방송 신호 기반의 시스템 등이 이용되고 있다.
RFID 기반의 인식형 항법 알고리즘은 복수개의 센서를 갖춘 시스템에서 사용될 수 있는 방법이다. 이에 따르면, 사용자 주변의 센서 신호를 단말기가 수신하면 해당 센서 주변에 사용자가 위치한다는 대략적인 정보를 제공받을 수 있다. 그러나 위치 추정의 정확도가 낮고 연속적인 위치 확인이 불가능하며 RFID 태그와 같은 센서를 다수 설치해야 하므로 비용이 소요되는 단점이 있다.
다음으로, 수신된 신호의 세기를 측정하여 위치를 추정하는 방법이 있다. 이는 실제 위치와 해당 위치에서의 신호 세기를 데이터베이스화한 후, 수신된 신호의 세기를 데이터베이스에 있는 자료와 비교하여 사용자의 위치를 추정하는 방법이다. 이 방법은 모든 지역에 대해 신호 세기를 데이터베이스화해야 하므로 데이터베이스를 구축하는데 많은 비용과 시간이 소요되며, 실내 배치 및 기타 환경이 달라질 경우 데이터베이스를 재구축해야 한다는 단점이 있다.
현재 가장 많이 사용되는 방법 중 하나는 수신된 신호를 이용해 송신기와 수신기 사이의 거리를 추정하여 사용자의 위치를 계산하는 것이다. 이 방법은 전술한 방법들에 비해 비교적 정확도가 높다는 장점이 있으나, 위치 측정을 위해 다수의 송신기가 설치되어야 하므로 많은 비용이 소요된다.
한편, 최근에는 빛을 이용한 통신이나 항법에 대한 연구들도 다양하게 진행되고 있으며, 특히 실내에서 빛을 이용한 항법에 관한 연구들도 진행 중에 있다. 그러나 기존의 연구는 광원의 빛의 세기를 사용하거나 실내에 설치된 광원들에서 광통신신호를 방송하는 형태로 진행되고 있으며, 이 방법들은 전술한 타 시스템들과 마찬가지로 많은 비용이 소요되며 위치 추정의 정확도가 떨어진다는 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1359345호
이에 본 발명은 종래의 실내 측위 시스템에 따른 한계, 즉 위치 추정의 정확도가 떨어지거나 부가적인 설비의 설치 유지 비용이 많이 소요된다는 문제점을 해결하기 위해 착안되었다. 즉, 본 발명의 목적은 저비용으로도 실내에서의 사용자 위치를 정확하게 측정할 수 있는 새로운 방식의 측위 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 실내 측위 시스템은, 적어도 하나의 반사면을 구비하는 반사부; 및 상기 반사면의 위치 정보와 사용자로부터 반사면까지의 거리 정보에 기초하여 사용자의 위치를 결정하기 위한 사용자 단말기를 포함하되, 상기 반사면은 입사된 광신호를 특정 주파수의 반사광으로 반사하도록 구성되고, 상기 사용자 단말기는 광신호를 송신하는 광송신부; 상기 반사면에서 반사된 특정 주파수의 반사광을 수신하는 광수신부; 상기 광수신부가 수신한 반사광 신호로부터 획득한 정보에 기초하여, 사용자 단말기에서 반사면까지의 거리를 계산하는 거리계산부; 상기 서버로부터 전송된 상기 반사면의 위치 정보를 저장하는 저장부; 및 상기 반사면의 위치 정보 및 상기 사용자 단말기에서 각각의 반사면까지의 거리 정보에 기초하여 사용자의 위치를 결정하는 위치결정부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 거리계산부는, 상기 광송신부가 광신호를 송신한 시점과 상기 광수신부가 반사광을 수신한 시점의 시차(時差)에 기초하여 사용자 단말기에서 반사면까지의 거리를 계산할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 거리계산부는, 상기 반사부가 수신한 반사광 신호의 반송파 위상 측정치를 이용하여 사용자 단말기에서 반사면까지의 거리를 계산할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 광신호는 사용자를 식별할 수 있는 식별코드를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 반사면은 입사된 광신호에서 특정 주파수의 광을 반사할 수 있도록 필터를 구비할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 반사면은 상기 특정 주파수에 해당하는 색상으로 코팅된 거울로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 반사부는 2개 이상의 반사면들을 구비하고, 각각의 반사면은 입사된 광신호를 서로 상이한 주파수의 반사광으로 반사하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 반사면은 상기 광신호의 입사각과 반사각이 동일하게 되는 구조일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 광수신부는 영상센서, 컬러센서, 포토다이오드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 반사광을 이용한 실내 측위 시스템은, 실내에 설치된 적어도 하나의 광송수신모듈; 사용자가 소지하며 입사된 광신호를 반사하도록 구성되는 반사부를 포함하되, 상기 광송수신모듈은, 상기 광송수신모듈의 식별코드를 포함하는 광신호를 송신하는 광송신부; 상기 반사부에서 반사된 반사광을 수신하는 광수신부; 및 상기 광송신부가 광신호를 송신한 시점과 상기 광수신부가 반사광을 수신한 시점의 시차(時差)에 기초하여, 광송수신모듈로부터 사용자까지의 거리를 계산하는 거리계산부를 포함하고, 상기 광송수신모듈, 서버, 또는 사용자 단말기에서, 상기 광송수신모듈의 위치 정보 및 상기 광송수신모듈로부터 사용자까지의 거리 정보에 기초하여 사용자의 위치를 결정한다.
일 실시예에서, 상기 광송수신모듈 또는 상기 서버에서 사용자의 위치를 결정하는 경우, 상기 광송수신모듈 또는 상기 서버는 결정된 사용자의 위치 정보를 상기 사용자 단말기에 전송할 수 있다.
일 실시예에서, 사용자가 복수인 경우, 각각의 사용자가 소지한 반사부는 입사된 광신호를 서로 상이한 주파수의 반사광으로 반사하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 사용자가 소지한 반사부는 입사된 광신호에서 특정 주파수의 광을 반사할 수 있도록 필터를 구비할 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 사용자가 소지한 반사부는 상기 특정 주파수에 해당하는 색상으로 코팅된 거울로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 반사부는 상기 광신호의 입사각과 반사각이 동일하게 되는 구조일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 실내 측위 방법은, 광신호를 출력하는 단계; 적어도 하나의 반사으로부터 반사된 특정 주파수의 반사광을 각각 수신하는 단계; 수신한 반사광 신호로부터 획득한 정보에 기초하여, 사용자 단말기로부터 반사면까지의 거리를 계산하는 단계; 상기 반사면들의 위치 정보를 획득하는 단계; 상기 반사면의 위치 정보 및 상기 사용자 단말기로부터 반사면까지의 거리 정보에 기초하여 사용자의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 사용자 단말기에서 반사면까지의 거리는, 광신호를 송신한 시점과 반사광을 수신한 시점의 시차(時差)에 기초하여 계산될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 사용자 단말기에서 반사면까지의 거리는, 상기 수신한 반사광 신호의 반송파 위상 측정치를 이용하여 계산될 수 있다.
일 실시예에 따른 실내 측위 방법을 구현하기 위한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 실내 측위 시스템에 의하면, 단말기에서 송신된 광신호가 실내에 설치된 반사면에 의해 특정 주파수(파장)를 갖는 반사광으로 반사되면, 수신된 반사광으로부터 단말기와 반사면 간의 거리를 계산하고 상기 거리정보와 반사면의 위치정보에 기초하여 사용자의 실내 위치를 결정할 수 있다.
종래의 무선 주파수 기반의 실내 측위 시스템은 정확도가 떨어지거나 부가적인 설비의 설치 유지 비용이 소요된다는 단점이 있었다. 본 발명의 실시예에 따르면 반사면(예를 들어, 서로 다른 색상으로 코팅된 거울 등)을 실내에 설치하는 것만으로 실내에서의 사용자 위치를 결정할 수 있으므로, 적은 인프라 구축 비용으로 높은 정확도의 실내 측위 시스템을 구현할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 실내 측위 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 반사면의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 실내 측위 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 복수의 사용자에 대한 실내 측위 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 실내 측위 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 실내 측위 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 복수의 사용자에 대한 실내 측위 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 실내 측위 방법을 나타낸 순서도이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 실시예를 상세하게 설명하지만, 청구하고자 하는 범위는 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 명세서의 설명 부분에서 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 함을 밝혀두고자 한다.
또한, 본 명세서에 기술된 실시예는 전적으로 하드웨어이거나, 부분적으로 하드웨어이고 부분적으로 소프트웨어이거나, 또는 전적으로 소프트웨어인 측면을 가질 수 있다. 본 명세서에서 "부(unit)", "모듈(module)", "장치(device)", "서버(server)" 또는 "시스템(system)" 등은 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 또는 소프트웨어 등 컴퓨터 관련 엔티티(entity)를 지칭한다. 예를 들어, 부, 모듈, 장치, 서버 또는 시스템은 플랫폼(platform)의 일부 또는 전부를 구성하는 하드웨어 및/또는 상기 하드웨어를 구동하기 위한 애플리케이션(application) 등의 소프트웨어를 지칭하는 것일 수 있다.
이하, 도면들을 참조하여 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
반사광을 이용한 실내 측위 시스템
(실시예 1)
도 1은 실시예 1에 따른 반사광을 이용한 실내 측위 시스템을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 실시예에 따른 실내 측위 시스템은 반사면들(Ra, Rb, Rc)로 구성된 반사부, 각 반사면들의 위치 정보를 저장하는 서버(S), 사용자 위치 결정 프로세스를 수행하기 위한 사용자 단말기(T)로 구성된다.
반사면은 공항, 쇼핑몰, 종합병원 등의 건물 실내에 일정한 거리를 두고 설치될 수 있다. 설치 위치에 제한은 없으나 보행자나 가구 등의 장애물에 의해 광신호가 차단되지 않도록 건물 내 천장에 설치되는 것이 바람직하다. 반사면들은 도 1과 같이 실내공간의 각 모서리에 분포되는 것이 위치정확도 면에서 유리할 수 있으나, 가시성을 고려하여 한 곳에 모여서 설치될 수도 있다.
삼각층략법을 이용하여 사용자의 위치를 결정하기 위해서는 반사면들의 수가 3개 이상인 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 반사면이 1개 또는 2개인 경우에는 사용자가 반사면으로부터 일정 거리 내에 위치한다는 정보를 획득할 수 있다. 또는, 사용자의 높이(z축상의 위치)를 알고 있는 경우 2차원상의 위치를 결정하기만 하면 사용자의 위치를 특정할 수 있으므로, 반사면이 2개인 경우에도 사용자의 정확한 위치를 알 수 있다. 또한, 실내 공간이 긴 복도와 같은 1차원적인 환경이라면 1개의 반사면으로도 사용자의 대략적인 위치를 파악할 수 있다. 나아가, 기존의 AP나 모바일 네트워크의 신호세기를 이용하여 위치를 추정하는 방식과 결합한다면, 반사면이 1개 또는 2개인 경우에도 위치를 결정할 수 있다.
이하의 실시예에서는 간결한 설명과 본 발명의 원리에 대한 이해를 돕기 위해 3개의 반사면을 기준으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 각각의 반사면(Ra, Rb, Rc)은 사용자 단말기(T)로부터 입사된 광신호(Li)를 서로 상이한 주파수(파장), 즉 서로 다른 색상(녹색, 청색, 적색)의 반사광(Lra, Lrb, Lrc)으로 반사하도록 구성된다. 이를 위해, 각각의 반사면은 특정 주파수만을 반사할 수 있도록 필터를 구비할 수 있다.
일 실시예에서, 각 반사면은 특정 주파수에 해당하는 색상으로 코팅된 거울로 구성된다. 도 1을 참조하여 설명하면, 사용자 단말기(T)에서 출력된 광신호(Li)는 녹색으로 코팅된 반사면(Ra)에 의해 녹색 파장의 반사광(Lra)으로 반사되고, 청색으로 코팅된 반사면(Rb)에 의해 청색 파장의 반사광(Lrb)으로 반사되고, 적색으로 코팅된 반사면(Rc)에 의해 적색 파장의 반사광(Lrc)으로 반사된다.
일 실시예에서, 각 반사면은 상기 광신호의 입사각과 반사각을 동일하게 하는 구조를 갖는다. 도 2와 같이, 코너 리플렉터(corner reflector) 구조의 반사면(R)은 입사광(Li1, Li2)을 수 차례 반사시켜 입사된 방향으로 다시 반사한다. 즉, 반사광(Lr1, Lr2)은 입사된 방향으로 되돌아가 사용자 단말기에 도달하게 된다.
도 1에서는 가시광선에 해당하는 반사광의 주파수 차이를 빛의 색상의 차이로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 가시광선이 아닌 적외선 등의 광신호를 이용할 경우, 각각의 반사면은 주파수가 서로 상이한 적외선을 반사하도록 구성될 수 있다.
서버(S)는 반사면들(Ra, Rb, Rc)의 위치 정보를 저장한다. 저장된 반사면의 위치 정보는 사용자의 요청에 따라 무선 네트워크를 통해 사용자 단말기(T)로 전송된다. 후술하는 다른 실시예에서, 서버(S)는 단순히 반사부의 위치 정보를 저장하는 것을 넘어서, 주어진 정보를 이용해 사용자의 위치를 직접 결정하거나 결정된 위치를 외부 감시센터에 전송할 수도 있다.
또한, 반사면의 위치 정보는 서버(S)가 아닌 다른 구성요소, 예를 들어 사용자 단말기에서 구현되는 애플리케이션상의 데이터로 미리 저장되어 있을 수도 있고, 사용자가 단말기를 이용하여 실내에 부착된 QR코드(각 단말기의 위치정보를 포함)를 읽어내거나 수동으로 반사면의 위치정보를 입력할 수도 있다. 따라서, 서버(S)에 업로드된 반사면의 위치정보를 다운로드하는 것은 사용자가 반사면의 위치정보를 알기 위한 일 실시예일뿐이다.
사용자 단말기(T)는 광신호를 송수신하여 각 반사면까지의 거리를 계산하고, 사용자-반사면 거리 정보와 반사면의 위치 정보를 이용하여 사용자의 위치를 결정한다. 사용자 단말기(T)는 프로세서를 구비한 별도의 전자 디바이스일 수도 있고, 스마트폰 등의 상용화된 전자기기에 광송수신모듈을 결합한 것일 수도 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 실내 측위 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 3을 참조하면, 사용자 단말기(T)는 광송신부(301), 광수신부(302), 거리계산부(303), 저장부(304) 및 위치결정부(305)를 포함한다.
광송신부(301)는 단말기의 외부로 광신호를 출력한다. 예를 들어, 광송신부는 백색광을 출력하기 위한 LED, 카메라 플래시 등으로 구성될 수 있고, 적외선을 이용하는 경우에는 적외선 출력장치를 포함할 수도 있다.
일 실시예에서, 광신호는 사용자를 식별할 수 있는 식별코드를 가짐으로써 같은 실내 공간에서 복수의 사용자에 대한 각각의 위치를 결정할 수 있고, GPS신호와 같은 CDMA 방식의 랜덤 코드(random code)나 변조(modulation)를 이용하여 먼 거리에서도 원하는 게인(gain) 값을 얻을 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 광송신부(301)에서 출력된 광신호(Li)는 전방향으로 나아가 건물 천장에 설치된 반사면들(Ra, Rb, Rc)에 도달한다. 입사된 광신호(Li)는 각 반사면에 대해 서로 상이한 주파수(파장)를 갖는 광으로, 예를 들어 녹색으로 코팅된 반사면(Ra)에 의해 녹색 파장의 반사광(Lra)으로 반사되고, 청색으로 코팅된 반사면(Rb)에 의해 청색 파장의 반사광(Lrb)으로 반사되고, 적색으로 코팅된 반사면(Rc)에 의해 적색 파장의 반사광(Lrc)으로 반사된다.
광수신부(302)는 각각의 반사면으로부터 반사된 서로 상이한 주파수의 반사광을 수신한다. 광수신부(302)는 각각 다른 주파수의 광신호를 구분하여 감지할 수 있으며, 영상센서, 포토-다이오드(photo-diode), 컬러 센서(color sensor) 등으로 구현될 수 있다. 도 1을 예로 들면, 녹색광(Lra), 청색광(Lrb), 적색광(Lrc)을 각각 감지하여 광신호가 도달한 시각에 관한 정보를 거리계산부(303)로 전송한다.
거리계산부(303)는 광수신부(302)가 수신한 반사광 신호로부터 획득한 정보에 기초하여, 사용자 단말기(T)에서 반사면(R)까지의 거리를 계산한다. 일 실시예에서, 거리계산부(303)는 상기 광송신부(301)가 광신호를 송신한 시점과 상기 광수신부(302)가 반사광을 수신한 시점의 시차(時差)에 기초하여 사용자 단말기(T)로부터 각각의 반사면(Ra, Rb, Rc)까지의 거리를 계산한다. 또 다른 실시예에서, 거리계산부(303)는 상기 반사부가 수신한 반사광 신호의 반송파 위상 측정치를 이용하여 사용자 단말기에서 반사면까지의 거리를 계산할 수 있다. 이외에도, 반사광을 수신하여 이로부터 송신부-반사면 간의 거리를 계산하는 다양한 방법이 활용될 수 있으며, 특정한 방법과 수단으로 한정되지 아니한다.
이하에서는 광신호의 송수신 시점의 차이를 이용하여 거리를 계산하는 방법에 대해 설명한다. 예를 들어, 광송신부(301)가 광신호(Li)를 출력한 시점을 t1이라 하고, 반사면(Ra)에 의해 반사된 광신호(Lra)가 광수신부(302)에 의해 감지된 시점을 t2이라 하면, 사용자 단말기(T)에서 반사면(Ra)까지의 거리 da는 다음의 수학식으로 나타낼 수 있다. (여기서 c는 광속을 나타낸다)
Figure 112019062732958-pat00001
같은 방식으로, 거리계산부(303)는 사용자 단말기(T)로부터 반사면(Rb)까지의 거리 db와 반사면(Rc)까지의 거리 dc를 계산할 수 있다. 일반화하면, 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019062732958-pat00002
여기서, di는 사용자와 i번째 반사면(Ri)까지의 거리를 나타내고, tx는 단말기(광송신부)에서 광신호를 송신한 시각, tix는 사용자가 i번째 반사면에서 반사된 광신호를 수신한 시각을 나타내고, c는 광속을 나타낸다.
또 다른 실시예에 따르면, 거리계산부(303)는 수신된 반사광 신호의 반송파 위상 측정치를 이용하여 거리를 계산할 수 있다. 광수신부에서 수신한 반사광 신호의 반송파 위상(carrier-phase) 측정치는 다음과 같이 모델링할 수 있다.
Figure 112019062732958-pat00003
여기서, φi는 i번째 반사면에서 반사된 광신호의 반송파 위상 측정치를 나타내고, di는 사용자와 i번째 반사면(Ri)까지의 거리를 나타내고, Ni는 반송파 위상 측정치의 미지정수를 나타내며, λ는 신호의 파장 길이를 나타낸다.
반송파 측정치 내의 미지정수 Ni을 결정할 수 있게 되면, 반송파 위상 측정치로부터 거리정보를 얻을 수 있고, 상기 거리정보를 바탕으로 삼각측량법 등을 이용하여 사용자의 위치를 계산할 수 있다. 미지정수의 결정은 위성항법시스템의 CDGPS(Carrier-phase Differential GPS), RTK, PPP 등에서 사용하는 바와 같이 종래의 범용적인 방법을 이용할 수 있다. 이를 이용하면, 반송파 위상 측정치의 특성상 기존의 방법보다 더 정밀한 위치정확도를 얻을 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 거리계산부(303)는 각 반사면으로부터 사용자까지의 거리가 아닌 각 반사면과 사용자 사이의 거리차이를 이용하여, 예를 들어 종래의 거리계산 기법인 TDOA(Time Difference of Arrival) 방법을 이용하여 사용자의 위치를 결정할 수 있다. 이 경우, 거리를 이용하여 위치를 계산하는 방법과 비교하면, 단말기가 광신호를 송신한 시점(tx)에 관한 정보 없이도 위치를 계산할 수 있으나, 기준이 되는 반사면이 1개 더 필요할 수 있다(예를 들어, 3차원 위치를 결정하기 위해서는 최소 4개의 반사면이 요구된다).
상기 실시예에 따른 방법들은 예시적인 것일 뿐이며, 이외에도 거리정보를 획득하기 위한 다양한 방법들이 활용될 수 있음은 전술한 바와 같다.
저장부(304)는 서버(S)로부터 반사면들(Ra, Rb, Rc)의 위치 정보를 다운로드하여 단말기 내에 저장한다. 또는, 서버를 이용하지 않고 QR 코드를 읽어서 획득하거나 사용자가 직접 입력한 반사면의 위치정보를 저장할 수 있다. 반사면의 위치 정보는 건물 내부의 지도 정보를 기준으로 한 각각의 좌표정보, 또는 GPS에서 이용되는 글로벌 좌표계를 기준으로 한 좌표정보, 또는 기타 방식에 의해 특정된 좌표정보에 해당한다. 사용자는 단말기의 통신모듈을 이용해 서버(S)로부터 해당 건물의 반사면 위치 정보를 다운로드하거나, QR 코드를 읽거나, 수동으로 입력하고, 반사면 위치 정보는 메모리로 구성된 저장부(304)에 저장된다.
위치결정부(305)는 상기 저장된 반사면들의 위치 정보와 거리계산부(303)에서 계산된 사용자 단말기부터 각각의 반사면까지의 거리 정보(da, db, dc)에 기초하여 사용자의 위치(구체적으로는, 사용자 단말기(T)의 위치)를 결정한다.
하나의 점과 사용자 간의 거리를 알고 있는 경우 사용자의 위치는 점으로부터 일정한 거리에 있다는 것을 알 수 있고(원의 형태로 위치를 특정), 두 점과 사용자 간의 거리를 알고 있는 경우 사용자의 위치는 2차원의 형태로 특정될 수 있다. 나아가, 세 점으로부터 사용자까지의 거리를 알고 있는 경우 삼각측량법을 이용해 사용자의 3차원 위치를 정확하게 특정할 수 있다.
삼각측량법(triangulation)이란 삼각형 한 변의 길이와 그 양쪽의 각을 알면 나머지 한 변의 길이를 계산해 내는 수학공식을 이용해 평면위치를 결정하는 측량법으로서 넓은 지역에서 위치를 측정하기 위한 측량법의 일종이다.
본 발명의 실시예 1에 따르면, 광신호의 송수신 시점의 차이를 이용해 사용자와 반사면까지의 거리 정보를 획득하고, 서버에 미리 저장된 각 반사면들의 위치 정보를 이용해 삼각측량법으로 사용자의 위치를 결정할 수 있다.
도 4는 복수의 사용자에 대한 실내 측위 시스템을 나타낸 개략도이다. 실시예에 따르면, 광신호는 사용자를 식별할 수 있는 식별코드를 가짐으로써 같은 실내 공간에서 복수의 사용자에 대한 각각의 위치를 결정할 수 있다.
도 4를 참조하면, 사용자 단말기(T1)는 특정 식별코드를 포함하는 광신호(Li1)를 송신하고, 각 반사면들로부터 반사된 반사광(Lra1, Lrb1, Lrc1)을 수신하여 사용자 단말기(T1)의 위치를 결정한다. 한편, 사용자 단말기(T2)는 상기 광신호(Li1)와 상이한 식별코드를 포함하는 광신호(Li2)를 송신하고, 각 반사면들로부터 반사된 반사광(Lra2, Lrb2, Lrc2)을 수신하여 사용자 단말기(T2)의 위치를 결정한다.
각각의 단말기는 반사광 중에서 특정 식별코드를 포함하는 광신호만을 감지하여 위치 결정 작업을 수행하므로, 같은 공간 내 다른 단말기에서 출력된 광신호에 의해 영향을 받지 않는다. 이에 의해 다수의 사용자가 동시에 실내 측위 시스템을 이용할 수 있다.
(실시예 2)
전술한 실시예 1에서는 사용자 단말기가 광신호를 송수신하고, 실내 천장에는 상이한 색상으로 코팅된 반사면이 설치되고, 단말기에서 계산된 사용자-반사면 간의 거리를 이용하여 사용자의 위치를 결정하였다. 이하에서 설명하는 실시예 2에서는 실내 천장에 설치된 복수개의 모듈이 광신호를 송수신하고, 사용자가 소지한 반사부에서 입사광을 반사하면, 서버에서 사용자-모듈간의 거리를 이용하여 사용자의 위치를 결정한다.
도 5는 실시예 2에 따른 반사광을 이용한 실내 측위 시스템을 나타낸다. 도 5를 참조하면, 실내 측위 시스템은, 실내에 설치된 복수개의 광송수신모듈(Ma, Mb, Mc), 및 입사된 광신호를 반사하도록 구성되는 반사부(R)를 포함하며, 추가적으로 사용자의 실내 위치 정보를 결정하거나 수신하기 위한 서버(S) 또는 사용자 단말기(T)를 더 포함할 수 있다.
반사부(R)는 사용자가 휴대하거나 부착할 수 있는 형태의 반사체(예를 들어, 옷에 부착할 수 있는 배지나 손목 밴드 형태의 거울 등)이며, 광송수신모듈(Ma, Mb, Mc)로부터 출력된 각각의 광신호(Lia, Lib, Lic)를 입사된 방향으로 다시 반사한다. 도 2를 참조하여 전술한 바와 같이, 코너 리플렉터(corner reflector) 구조의 반사부(R)는 입사광(Li1, Li2)을 수 차례 반사시켜 빛이 입사된 방향으로 다시 반사하여, 반사광(Lr1, Lr2)은 광신호가 들어온 방향으로 되돌아가 광송수신모듈(Ma, Mb, Mc)에 도달하게 된다.
반사된 광신호(Lra, Lrb, Lrc)는 광송수신모듈(Ma, Mb, Mc)에 구비된 광센서에 의해 감지되고, 각 모듈은 반사광이 감지된 시점의 정보에 기초하여 반사면-모듈 간의 거리를 계산하고, 계산된 거리는 모듈의 위치정보와 함께 사용자의 위치를 결정하는데 이용된다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 실내 측위 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 6을 참조하면, 광송수신모듈(Ma, Mb, Mc)은 각각 광송신부(601), 광수신부(602), 거리계산부(603)를 포함한다. 다만, 이와 같은 구조는 일 실시예에 따른 예시적인 형태에 불과하며, 다른 실시예에서 거리계산부(603)는 광송수신모듈(M)이 아니라 서버(S), 사용자 단말기(T), 외부 컴퓨터 장치 중 하나에 포함될 수도 있다.
일 실시예에서, 광송신부(601)에서 출력되는 광신호는 모듈별로 상이한 식별코드를 포함할 수 있다. 즉, 모듈(Ma)에서 출력되는 광신호(Lia), 모듈(Mb)에서 출력되는 광신호(Lib), 모듈(Mc)에서 출력되는 광신호(Lic)는 각각 상이한 식별코드를 포함함으로써 서로 구분될 수 있다. 각각의 광신호가 구분되어야 하는 이유는 광송신모듈로부터 사용자까지의 거리를 개별적으로 측정해야만 거리정보를 이용해 사용자의 위치를 특정할 수 있기 때문이다. 만약 광신호가 구분되지 않는다면, 어떤 모듈에서 출력된 광신호의 반사광이 다른 모듈의 광수신부에서 감지되어 거리를 올바르게 측정하지 못하는 상황이 발생할 수 있다.
광신호를 구별할 수 있는 보다 간단한 방법은, 각각의 모듈에서 출력하는 광신호의 주파수(색상)를 상이하게 설정하여, 각 모듈의 광수신부(센서)가 특정 주파수의 반사광만을 감지할 수 있도록 구성하는 것이다. 다만, 후술하는 복수의 사용자에 대해 위치를 결정하기 위해서는 상이한 반사부(거울)에 의해 상이한 주파수로 반사된 반사광을 이용하여야 하므로, 본 방법은 단일 사용자의 위치를 특정하는 경우에 이용될 수 있다.
광송수신모듈의 위치 정보는 건물 내부의 지도 정보를 기준으로 한 각각의 좌표정보, 또는 GPS에서 이용되는 글로벌 좌표계를 기준으로 한 좌표정보, 또는 기타 방식에 의해 특정된 좌표정보에 해당한다
전술한 바와 같이, 광송신부(601)는 백색광을 출력하기 위한 LED, 카메라 플래시 등으로 구성될 수 있고, 가시광선이 아닌 적외선 광신호를 이용하는 경우에는 적외선 출력장치를 대신 포함할 수 있다.
다시 도 5을 참조하면, 광송신부(601)에서 출력된 광신호(Li)는 전방향으로 나아가 사용자가 소지한 반사부(R)에 도달한다. 구체적으로, 모듈(Ma)로부터 입사된 광신호(Lia)는 반사광(Lra)으로 반사되고, 모듈(Mb)로부터 입사된 광신호(Lib)는 반사광(Lrb)으로 반사되고, 모듈(Mc)로부터 입사된 광신호(Lic)는 반사광(Lrc)으로 반사된다.
도 6을 참조하면, 광수신부(602)는 반사부(R)로부터 반사된 서로 상이한 식별코드의 반사광을 수신한다. 광수신부(602)는 각각 다른 식별코드의 광신호를 구분하여 감지할 수 있어야 한다. 반사광의 정보는 거리계산부(603)로 전송되어 반사부(R)로부터 각각의 광송수신모듈(Ma, Mb, Mc)까지의 거리를 계산하는데 이용된다.
거리계산부(603)는 상기 광송신부가 광신호를 송신한 시점과 상기 광수신부가 반사광을 수신한 시점의 시차(時差)에 기초하여, 광송수신모듈(M)로부터 사용자까지의 거리(구체적으로는, 반사부(R)까지의 거리)를 계산한다.
예를 들어, 광송신부(601)가 광신호를 출력한 시점을 t1이라 하고, 반사부(R)에 의해 반사된 광신호가 광수신부(602)에 의해 감지된 시점을 t2이라 하면, 광송수신모듈로부터 사용자까지의 거리 d는 다음의 수학식으로 나타낼 수 있다. (여기서 c는 광속이다)
Figure 112019062732958-pat00004
이를 이용하여, 각각의 거리계산부(603)는 각 모듈(Ma, Mb, Mc)로부터 사용자가 소지한 반사부(R)까지의 거리(da, db, dc)를 계산할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 거리계산부(603)는 상기 반사부가 수신한 반사광 신호의 반송파 위상 측정치를 이용하여 사용자 단말기에서 반사면까지의 거리를 계산할 수도 있다. 이외에도, 반사광을 수신하여 이로부터 송신부-반사면 간의 거리를 계산하는 다양한 방법이 활용될 수 있음은 전술한 바와 같다.
상기 광송수신모듈의 위치 정보 및 상기 광송수신모듈로부터 사용자까지의 거리 정보에 기초하여 사용자의 위치가 결정된다. 위치를 결정하는 주체는 실시예에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 광송수신모듈이 구비한 프로세서에서 직접 사용자 위치를 계산하여 사용자 단말기에 전송하거나, 데이터 링크(data link)를 통해 필요한 정보(모듈의 위치정보, 모듈-반사부 거리정보)를 사용자 단말기에 전송하면 단말기 내 프로세서에서 사용자 위치를 계산할 수도 있다. 또는, 네트워크로 연결된 통합 서버에서 모듈의 위치정보, 거리정보를 관리하면서 사용자 위치를 결정하여 단말기에 전송할 수도 있다. 여기서 서버(server)는 서버 프로그램이 실행되고 있는 컴퓨터 하드웨어를 포함하는 개념이다. 즉, 서버 컴퓨터의 프로세서는 상기 모듈로부터 전송 받은 거리 정보와 미리 저장된 모듈의 위치 정보를 이용하여 사용자의 위치를 결정할 수 있다.
광송수신모듈이 1개인 경우 사용자의 위치는 모듈로부터 일정한 거리에 있다는 것을 알 수 있고(원의 형태로 위치를 특정), 광송수신모듈이 2개인 경우 사용자의 위치는 2차원의 형태로 특정될 수 있다. 나아가, 광송수신모듈이 3개 이상인 경우 사용자의 3차원 위치를 정확하게 특정할 수 있다. 또는, 사용자의 높이(z축상의 위치)를 알고 있는 경우 2차원상의 위치를 결정하기만 하면 사용자의 위치를 특정할 수 있으므로, 모듈이 2개인 경우에도 사용자의 정확한 위치를 알 수 있다. 또한, 실내 공간이 긴 복도와 같은 1차원적인 환경이라면 1개의 모듈만으로도 사용자의 대략적인 위치를 파악할 수 있다. 나아가, 기존의 AP나 모바일 네트워크의 신호세기를 이용하여 위치를 추정하는 방식과 결합한다면, 모듈이 1개 또는 2개인 경우에도 위치를 결정할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 서버(S)는 사용자의 실내 위치 정보를 사용자 단말기(T)에 전송할 수 있다. 단말기(스마트폰 등)는 최종적으로 결정된 위치 정보를 이용해 사용자에게 실내 위치 기반 맞춤형 서비스를 제공할 수 있다. 사용자 단말기는 서버(S)로부터 위치 정보를 실시간으로 수신하기 위한 무선 네트워크 모듈을 구비할 수 있고, 이에 기초하여 각종 서비스를 제공받기 위한 애플리케이션을 실행할 수 있다. 만약 실내 공간에서 사용자의 위치를 추적하고 감시하기 위해서는 사용자 단말기에 위치 정보를 전송하는 과정을 생략할 수 있다.
본 발명의 실시예 2에 따르면, 광신호의 송수신 시점의 차이를 이용해 사용자가 소지한 반사부로부터 광송수신모듈까지의 거리 정보를 획득하고, 서버 또는 모듈 내 메모리에 미리 저장된 각 모듈들의 위치 정보를 이용해 사용자의 위치를 결정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 각각의 사용자가 소지한 반사부는 입사된 광신호에서 특정 주파수의 광을 반사할 수 있도록 필터를 구비한다. 예를 들어, 사용자가 소지한 각각의 반사부(R1, R2)는 서로 다른 색상으로 코팅된 거울로 구성되어, 입사된 반사광을 서로 상이한 색상으로 반사할 수 있다.
도 7을 참조하여 설명하면, 광송수신모듈(Ma, Mb, Mc)로부터 출력된 입사광(Lia, Lib, Lic)는 사용자 1이 소지한 반사부(R1)에서 반사되고(Lra1, Lrb1, Lrc1), 사용자 2가 소지한 반사부(R2)에서는 상이한 주파수를 갖도록 반사된다(Lra2, Lrb2, Lrc2). 각각의 반사광은 서로 다른 주파수(색상)를 가지므로 광수신부에서 구분되어 감지된다. 다시 말해, 같은 실내 공간에 위치한 복수의 사용자에게 상이한 색상으로 코팅된 반사부를 소지하도록 함으로써 사용자의 위치를 구분하여 특정할 수 있다.
서버(S)에서 계산된 사용자 위치 정보는 요청에 따라 각각의 사용자 단말기(T1, T2)로 전송된다. 각각의 사용자 단말기는 서버(S)로부터 위치 정보를 실시간으로 수신하기 위한 무선 네트워크 모듈을 구비할 수 있고, 이에 기초하여 각종 서비스를 제공받기 위한 애플리케이션을 실행할 수 있다.
다른 실시예들
본 발명의 시스템은 전술한 실시예 1과 실시예 2의 실시형태 외에도 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 이하에서 설명하는 실시예들은 모두 반사된 광신호를 이용해 사용자의 실내 위치를 결정한다는 중요한 기술특징을 공유하고 있으나, 정보를 이용하여 위치 데이터를 생성하는 주체 등이 상이할 수 있다.
실시예 1에서는 사용자 단말기가 단말기-반사면의 거리 정보와 반사면들의 위치 정보를 이용해 사용자의 위치를 결정하였으나, 일 실시예에 따르면 단말기가 서버에 거리 정보를 전송하고, 서버 컴퓨터는 저장된 반사면 위치 정보를 이용해 사용자의 위치를 결정할 수 있다. 결정된 사용자 위치 정보는 관리자에게 전송되거나(감시추적용), 단말기의 애플리케이션을 통해 사용자에게 제공될 수 있다.
실시예 2에서는 광송수신모듈이 획득한 거리 정보를 이용해 서버에서 사용자 위치를 결정하였으나, 일 실시예에 따르면 광송수신모듈이 거리 정보를 서버가 아닌 사용자 단말기에 직접 전송하고, 단말기는 서버로부터 모듈의 위치 정보를 다운로드하여 사용자의 실내 위치를 직접 결정할 수 있다. 사용자 위치 정보는 반대로 서버에 업로드되어 관리자가 다양한 목적으로 이용할 수 있다.
반사광을 이용한 실내 측위 방법
도 8은 일 실시예에 따른 실내 측위 방법을 나타낸 순서도이다. 본 실내 측위 방법은 프로세서, 광신호의 출력부(송신부) 및 감지부(수신부)를 구비한 사용자 단말기(예를 들어, 스마트폰, 웨어러블 디바이스, 랩톱, 태블릿 PC 등)에서 수행된다.
실시예에 따르면, 먼저 사용자 단말기가 광신호를 외부로 송신(출력)하는 단계가 수행된다(S10). 광신호는 백색광인 것이 바람직하며, 복수의 사용자가 이용하는 경우 사용자를 식별할 수 있는 식별코드를 포함할 수 있음은 전술한 바와 같다.
이어서, 실내 천장에 거리를 두고 설치된 적어도 3개의 반사면들로부터 상기 광신호가 서로 상이한 주파수의 빛으로 반사되는데, 상기 각각의 반사면은 입사된 광신호에서 특정 주파수만이 반사될 수 있도록 필터를 구비할 수 있으며, 바람직하게는 상기 특정 주파수에 해당하는 색상으로 코팅된 거울로 구성될 수 있다. 각각의 반사면은 상기 광신호의 입사각과 반사각이 동일하게 되는 코너 리플렉터(corner reflector) 구조일 수 있다.
이어서, 사용자 단말기는 상기 반사면에서 반사된 각각의 광신호를 감지한다(S20). 전술한 바와 같이, 각각의 광신호는 상이한 파장(색상)을 갖게 되는데, 예를 들어 적색으로 코팅된 반사면에 의해 반사되면 적색을 띠게 되고(약 630~780nm 파장), 녹색으로 코팅된 반사면에 의해 반사되면 녹색을 띠게 되고(약 500~570nm 파장), 청색으로 코팅된 반사면에 의해 반사되면 청색을 띠게 된다(약 400~480nm 파장). 각각의 광신호를 파장별로 구분하여 감지하기 위해, 광수신부는 영상센서, 포토-다이오드(photo-diode), 컬러 센서(color sensor) 등으로 구성될 수 있다.
이어서, 수신한 반사광 신호로부터 획득한 정보에 기초하여, 사용자 단말기로부터 각 반사면까지의 거리를 각각 계산하는 단계가 수행된다(S30). 광신호를 송신한 시점과 반사광을 수신한 시점의 시차를 이용하는 경우, 전술한 수학식(1), (2)를 이용해 각각의 거리를 계산한다. 또 다른 실시예에 따르면, 수신한 반사광 신호의 반송파 위상 측정치를 이용하여 각각의 거리를 계산할 수도 있다.
이어서, 각 반사면의 위치 정보를 획득하는 단계가 수행된다(S40). 반사면의 위치 정보는 건물 내부의 지도 정보나 글로벌 좌표계를 기준으로 하거나 기타 방식으로 특정된 각각의 반사면의 좌표정보를 나타낸다. 반사면의 위치 정보는 사용자의 요청에 따라 무선 네트워크를 통해 서버로부터 다운로드하거나, 실내에 부착된 QR코드를 읽거나, 사용자가 수동으로 입력하여 획득할 수 있다. 획득한 위치 정보는 단말기의 메모리에 저장된다.
이어서, 반사면들의 위치 정보 및 사용자 단말기-반사면 간의 거리 정보에 기초하여 사용자의 위치를 결정하는 단계가 수행된다(S50). 예를 들어 적어도 3개의 반사면 위치를 알고, 사용자와 각 반사면까지의 거리를 안다면 삼각측량법(triangulation)을 이용해 사용자 위치를 결정할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 위치 결정 알고리즘이 이용될 수 있다.
실시예에 따른 실내 측위 방법은, 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서 설명한 반사광을 이용한 실내 측위 시스템 및 방법에 의하면, 단말기에서 출력된 광신호가 복수의 반사면에 의해 특정 주파수(파장)의 광으로 반사되는 원리를 이용하여, 단말기-반사면 간의 거리를 각각 구분하여 획득하고, 이를 반사면의 위치 정보와 결합하여 사용자의 위치를 결정할 수 있다.
종래의 무선 주파수 기반의 실내 측위 시스템은 정확도가 떨어지거나 부가적인 설비의 설치 및 유지 비용이 소요된다는 단점이 있었다. 본 발명의 실시예에 따르면 컬러 필터가 적용된 거울 등의 반사면을 실내에 설치하는 것만으로 실내에서의 사용자 위치를 결정할 수 있으므로, 적은 인프라 구축 비용으로 높은 정확도의 실내 측위 시스템을 구현할 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
R, R1, R2: 반사부
Ra: 녹색 반사면
Rb: 청색 반사면
Rc: 적색 반사면
S: 서버
T, T1, T2: 사용자 단말기
Ma, Mb, Mc: 광송수신모듈
301, 601: 광송신부
302, 602: 광수신부
303, 603: 거리계산부
304: 저장부
305: 위치결정부

Claims (20)

  1. 반사광을 이용한 실내 측위 시스템으로서,
    적어도 하나의 반사면을 구비하는 반사부; 및
    상기 반사면의 위치 정보와 사용자로부터 반사면까지의 거리 정보에 기초하여 사용자의 위치를 결정하기 위한 사용자 단말기를 포함하되,
    상기 반사면은 입사된 광신호를 특정 주파수의 반사광으로 반사하도록 구성되고,
    상기 사용자 단말기는,
    광신호를 송신하는 광송신부;
    상기 반사면에서 반사된 특정 주파수의 반사광을 수신하는 광수신부;
    상기 광수신부가 수신한 반사광 신호로부터 획득한 정보에 기초하여, 사용자 단말기에서 반사면까지의 거리를 계산하는 거리계산부;
    상기 반사면의 위치 정보를 저장하는 저장부; 및
    상기 반사면의 위치 정보 및 상기 사용자 단말기에서 각각의 반사면까지의 거리 정보에 기초하여 사용자의 위치를 결정하는 위치결정부를 포함하는, 반사광을 이용한 실내 측위 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 거리계산부는, 상기 광송신부가 광신호를 송신한 시점과 상기 광수신부가 반사광을 수신한 시점의 시차(時差)에 기초하여 사용자 단말기에서 반사면까지의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는, 반사광을 이용한 실내 측위 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 거리계산부는, 상기 반사부가 수신한 반사광 신호의 반송파 위상 측정치를 이용하여 사용자 단말기에서 반사면까지의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는, 반사광을 이용한 실내 측위 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광신호는 사용자를 식별할 수 있는 식별코드를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반사광을 이용한 실내 측위 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사면은 입사된 광신호에서 특정 주파수의 광을 반사할 수 있도록 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는, 반사광을 이용한 실내 측위 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반사면은 상기 특정 주파수에 해당하는 색상으로 코팅된 거울인 것을 특징으로 하는, 반사광을 이용한 실내 측위 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반사부는 2개 이상의 반사면들을 구비하고,
    각각의 반사면은 입사된 광신호를 서로 상이한 주파수의 반사광으로 반사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 반사광을 이용한 실내 측위 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반사면은 상기 광신호의 입사각과 반사각이 동일하게 되는 구조인 것을 특징으로 하는, 반사광을 이용한 실내 측위 시스템.
  9. 반사광을 이용한 실내 측위 시스템으로서,
    실내에 설치된 2개 이상의 광송수신모듈; 및
    사용자가 소지하며 입사된 광신호를 반사하도록 구성되는 반사부를 포함하되,
    각각의 광송수신모듈은,
    서로 다른 주파수의 광신호를 송신하는 광송신부;
    상기 반사부에서 반사된 반사광을 수신하는 광수신부; 및
    상기 광송신부가 광신호를 송신한 시점과 상기 광수신부가 반사광을 수신한 시점의 시차(時差)에 기초하여, 광송수신모듈로부터 사용자까지의 거리를 계산하는 거리계산부를 포함하고,
    상기 광송수신모듈, 서버, 또는 사용자 단말기에서, 상기 광송수신모듈의 위치 정보 및 상기 각각의 광송수신모듈로부터 사용자까지의 거리 정보에 기초하여 사용자의 위치를 결정하는, 반사광을 이용한 실내 측위 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광송수신모듈 또는 상기 서버에서 사용자의 위치를 결정하는 경우,
    상기 광송수신모듈 또는 상기 서버는, 결정된 사용자의 위치 정보를 상기 사용자 단말기에 전송하는 것을 특징으로 하는, 반사광을 이용한 실내 측위 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    사용자가 복수인 경우, 각각의 사용자가 소지한 반사부는 입사된 광신호를 서로 상이한 주파수의 반사광으로 반사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 반사광을 이용한 실내 측위 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    각각의 사용자가 소지한 반사부는 입사된 광신호에서 특정 주파수의 광을 반사할 수 있도록 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는, 반사광을 이용한 실내 측위 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    각각의 사용자가 소지한 반사부는 상기 특정 주파수에 해당하는 색상으로 코팅된 거울인 것을 특징으로 하는, 반사광을 이용한 실내 측위 시스템.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 반사부는 상기 광신호의 입사각과 반사각이 동일하게 되는 구조인 것을 특징으로 하는, 반사광을 이용한 실내 측위 시스템.
  15. 사용자 단말기에서 수행되는 반사광을 이용한 실내 측위 방법으로서,
    광신호를 출력하는 단계;
    적어도 하나의 반사면으로부터 반사된 특정 주파수의 반사광을 각각 수신하는 단계;
    수신한 반사광 신호로부터 획득한 정보에 기초하여, 사용자 단말기에서 반사면까지의 거리를 계산하는 단계;
    상기 반사면의 위치 정보를 획득하는 단계;
    상기 반사면의 위치 정보 및 상기 사용자 단말기에서 반사면까지의 거리 정보에 기초하여 사용자의 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 반사광을 이용한 실내 측위 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 사용자 단말기에서 반사면까지의 거리는, 광신호를 송신한 시점과 반사광을 수신한 시점의 시차(時差)에 기초하여 계산되는 것을 특징으로 하는, 반사광을 이용한 실내 측위 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 사용자 단말기에서 반사면까지의 거리는, 상기 수신한 반사광 신호의 반송파 위상 측정치를 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는, 반사광을 이용한 실내 측위 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 반사면은 상기 특정 주파수에 해당하는 색상으로 코팅된 거울인 것을 특징으로 하는, 반사광을 이용한 실내 측위 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 반사면은 2개 이상이고,
    각각의 반사면은 입사된 광신호를 서로 상이한 주파수의 반사광으로 반사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 반사광을 이용한 실내 측위 방법.
  20. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 반사광을 이용한 실내 측위 방법을 구현하기 위한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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