KR102186953B1 - 이동 객체 추적 방법 및 이동 객체 추적 장치 - Google Patents

이동 객체 추적 방법 및 이동 객체 추적 장치 Download PDF

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Abstract

이동 객체 추적 방법 및 이동 객체 추적 장치가 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 이동 객체 추적 방법은, 이동 객체에 대한 추적 명령이 입력 됨에 연동하여 단말에 장착된 송신기를 통해 신호를 발생시키는 단계와, 상기 이동 객체에 장착된 배열 안테나(Array Antenna)에서 상기 신호를 수신 함에 따라, 상기 배열 안테나 내 n개(상기 n은 3 이상의 자연수)의 안테나 각각에서, 상기 신호를 수신한 수신 시각을 확인하는 단계와, 상기 n개의 안테나 별 상기 수신 시각의 차이를 이용하여, 상기 이동 객체와 상기 단말이 이루는 방향각을 산출하는 단계, 및 상기 산출한 방향각에 따라, 상기 이동 객체의 현위치를 추정하는 단계를 포함한다.

Description

이동 객체 추적 방법 및 이동 객체 추적 장치{METHOD AND SYSTEM FOR TRACKING MOVING TARGET}
본 발명은 객체 추적 기술에 연관되며, 보다 특정하게는 배열 안테나를 적용한 이동형 객체의 방향각 산출의 정확도 개선에 연관된다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 다음의 문헌에 개시되어 있다.
1) 공개번호: 10-2017-7000531 (2017.05.10), "적어도 하나의 안테나 배열에 입사하는 신호의 도착 방향을 추정하는 시스템, 방법, 그리고 컴퓨터 판독가능 매체"
2) 공개번호: 10-2018-7002328 (2018.03.12), "안테나들의 어레이들을 이용한 각도 및 위치 감지"
이동형 객체의 위치를 추적하기 위한 다양한 기술이 제안되고 있다.
일례로 안테나에 수신되는 신호의 입사각을 이용하여, 거리와 방향각을 계산하여 위치를 추적하는 기술이 제안되고 있다. 이 경우 하나의 안테나로 입사각을 측정하려면 고성능의 안테나가 필요하므로 설치 비용이 높아질 수 있다.
또한 GPS(Global Positioning System) 방식은 위성에서 보내는 신호를 수신해 위치를 추적하는 방식으로서 활용도는 가장 높지만, 오차 범위가 크고 위성 신호를 수신하기 어려운 실내 항법에 취약하다는 단점을 가지고 있다.
또한 카메라로 객체를 촬영한 이미지를 처리해 객체를 추적하는 이미지 방식 역시 많은 연구가 이루어지고 있으나, 비교적 많은 연산량이 필요한 이미지 처리를 위해서는 고가의 장비를 구비해야 하며, 해당 장비에서 이미지 처리시 전력을 사용하게 되므로 소비전력이 높아질 우려가 있다.
이에 따라 종래 기술에 비해 저렴한 비용으로 간단하면서도 정확하게 이동형 객체의 위치를 추적하기 위한 기술이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 다수의 안테나로 구성된 배열 안테나를 이동 객체에 적용하여, 송신기에서 송출되는 신호가 각 안테나로 도달하는 신호 도달 시각의 차(TDoA)에 따라 이동 객체의 방향각을 산출 함으로써, 종래에 비해 저렴한 비용과 적은 연산량으로 이동 객체의 위치를 간단히 추적할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 이동 객체 추적 방법은, 이동 객체에 대한 추적 명령이 입력 됨에 연동하여 단말에 장착된 송신기를 통해 신호를 발생시키는 단계와, 상기 이동 객체에 장착된 배열 안테나(Array Antenna)에서 상기 신호를 수신 함에 따라, 상기 배열 안테나 내 n개(상기 n은 3 이상의 자연수)의 안테나 각각에서, 상기 신호를 수신한 수신 시각을 확인하는 단계와, 상기 n개의 안테나 별 상기 수신 시각의 차이를 이용하여, 상기 이동 객체와 상기 단말이 이루는 방향각을 산출하는 단계, 및 상기 산출한 방향각에 따라, 상기 이동 객체의 현위치를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이동 객체 추적 장치는, 이동 객체에 대한 추적 명령이 입력 됨에 연동하여, 단말에 장착된 송신기를 통해 신호를 발생시키는 제어부와, 상기 이동 객체에 장착된 배열 안테나에서 상기 신호를 수신 함에 따라, 상기 배열 안테나 내 n개(상기 n은 3 이상의 자연수)의 안테나 각각에서, 상기 신호를 수신한 수신 시각을 확인하는 확인부, 및 상기 n개의 안테나 별 상기 수신 시각의 차이를 이용하여, 상기 이동 객체와 상기 단말이 이루는 방향각을 산출하고, 상기 산출한 방향각에 따라 상기 이동 객체의 현위치를 추정하는 처리부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 다수의 안테나로 구성된 배열 안테나를 이동 객체에 적용하고, 각 안테나로의 신호 도달 시각의 차(TDoA)를 이용해 이동 객체의 방향각을 산출 함으로써, 종래에 비해 저렴한 비용과 적은 연산량으로 이동 객체의 위치 추적을 간단히 구현할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 비교적 저렴한 배열 안테나를 사용하여, 배열 안테나 내 개별 안테나로의 신호 도달 시각의 차이에 따라 객체의 위치를 적은 연산량으로 추적할 수 있으므로, 시스템 구축 비용을 절감하고, 캐디 로봇 등 다양한 이동 객체의 위치 추적에 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이동 객체 추적 장치를 포함하는 네트워크를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이동 객체 추적 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이동 객체 추적 장치에서, 배열 안테나를 이용해 방향각을 산출하는 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이동 객체 추적 장치에서, 배열 안테나를 이용해 방향각을 산출하는 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이동 객체 추적 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이동 객체 추적 장치를 포함하는 네트워크를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 네트워크(100)는 이동 객체 추적 장치(110), 고정 송신기(120) 및 배열 안테나(Array Antenna)(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
이동 객체 추적 장치(110)는 이동 객체에 배열 안테나(130)를 장착하고, 고정 송신기(120)에서 송신하는 신호가, 배열 안테나(130) 내 각 안테나에 수신되는 시각의 차이를 이용해 이동 객체와 단말이 이루는 방향각을 산출하고, 산출한 방향각 및 이동 객체와 단말 간 거리에 따라, 이동 객체의 현위치를 추정할 수 있다.
이동 객체 추적 장치(110)는 고정 송신기(120)가 장착되는 단말에 포함되어 구현될 수도 있으나, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해, 본 발명의 이동 객체 추적 장치(110)가, 상기 단말의 외부에 서버 형태로 구현되어 네트워크(100)를 통해 연결되는 것을 한정하여 설명한다.
우선, 이동 객체 추적 장치(110)는 이동 객체에 대한 추적 명령이 입력됨에 따라, 고정 송신기(120)로 제어 명령을 전송하여, 이동 객체를 추적하기 위한 신호를 발생하도록 할 수 있다.
고정 송신기(120)는 사용자 단말에 장착되어, 상기 제어 명령에 따라, 선정된 범위 내에 이동 객체의 방위각(방향각)을 산출하기 위한 신호를 송출(발생)할 수 있다. 또한 고정 송신기(120)는 그 자체가 단말로 구현될 수도 있다.
상기 이동 객체는, 고정 송신기(120)에 의해 상기 신호가 송출 가능한 범위 내에서 이동이 가능한 객체로서, 예를 들면 캐디 로봇, 로봇 청소기 등을 예시할 수 있다.
상기 이동 객체의 정면에는, 선정된 규칙에 따라 배열된 복수의 안테나로 구성되는 배열 안테나(130)가 장착될 수 있다.
예를 들어, 배열 안테나(130)가 3개의 안테나로 구성되는 경우, 임의 하나의 안테나는 나머지 2개의 안테나가 이루는 직선에서 벗어나도록 배열될 수 있다.
이에 따라, 배열 안테나(130)는 고정 송신기(120)에서 송출되는 상기 신호를, 3개의 안테나 중 적어도 하나의 안테나에 의해 수신할 수 있게 된다.
배열 안테나(130)는 적어도 3개 이상의 안테나에서 상기 신호를 수신함에 따라 응답 신호를 상기 단말로 전송하여, 상기 신호의 정상 수신을 통지할 수 있다.
이때 상기 응답 신호에는 각 안테나에 상기 신호가 실제로 도달한 시각(신호 수신 시각)이 포함될 수 있으며, 이동 객체 추적 장치(110)는 상기 응답 신호로부터 안테나 별 신호 수신 시각을 확인할 수 있다.
이동 객체 추적 장치(110)는 배열 안테나(130)를 구성하는 안테나 별 수신 시각의 차이를 이용하여, 배열 안테나(130)가 장착된 이동 객체와, 고정 송신기(120)가 장착된 단말이 이루는 방향각(방위각)을 산출할 수 있다.
일례로, 이동 객체 추적 장치(110)는 복수의 안테나 간 타이머를 동기화 하고, 동기화 된 타이머에 의해, 복수의 안테나 중 적어도 3개의 안테나에 대해 신호 수신 시각(예, t1, t2, t3)을 측정할 수 있다.
이동 객체 추적 장치(110)는 3개의 안테나 별 신호 수신 시각의 차이를 이용하여, TDoA(Time Difference of Arrival) 방식에 따라, 상기 이동 객체를 기준으로 한 상기 단말의 상대 방향각(AOA)을 산출하고, 산출한 방향각에 따라, 이동 객체의 현위치를 추정할 수 있다.
이와 같이, 이동 객체 추적 장치(110)는 다수의 안테나로 구성된 배열 안테나(130)를 이동 객체에 적용하여, 송신기(120)에서 송출되는 신호가 각 안테나로 도달하는 신호 도달 시각의 차(TDoA)에 따라 이동 객체의 방향각을 산출하게 되므로, 종래에 비해 저렴한 비용과 적은 연산량으로 이동 객체의 위치를 간단히 추적할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이동 객체 추적 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 이동 객체 추적 장치(200)는 제어부(210), 확인부(220), 처리부(230) 및 데이터베이스(240)를 포함하여 구성할 수 있다.
제어부(210)는 이동 객체에 대한 추적 명령이 입력 됨에 연동하여, 단말에 장착된 송신기를 통해 신호를 발생시킨다.
상기 송신기는 사용자 단말에 장착되어 선정된 범위 내의 이동 객체를 추적하기 위한 신호를 송출할 수 있다. 실시예에 따라 상기 송신기는 그 자체가 위치가 고정된 단말로 구현될 수 있다.
또한 이동 객체는 위치를 추적하려는 대상으로, 캐디 로봇, 로봇 청소기, 드론 등과 같은 이동형 사물일 수 있다.
상기 이동 객체에는 상기 송신기에 의해 송출되는 신호를 수신하는 배열 안테나가 장착될 수 있다. 상기 배열 안테나는, 선정된 규칙으로 배열된 m개(상기 m은 3 이상의 자연수)의 안테나로 구성될 수 있다.
일례로 상기 m개의 안테나 각각은, 하나의 직선을 이루지 않고 도형을 형성하도록 배열될 수 있다. 즉, 상기 배열 안테나 내 제1 안테나는, 상기 배열 안테나에서 제2 안테나와 제3 안테나가 배열된 각 지점을 잇는 직선으로부터 벗어나도록 배열될 수 있다.
예를 들어 상기 배열 안테나는 3개의 안테나로 구성될 경우 각 안테나가 삼각형을 이루도록 배열되고, 4개의 안테나로 구성될 경우 각 안테나가 사각형을 이루도록 배열될 수 있다.
따라서 송신기에서 송출된 상기 신호는, 상기 배열 안테나 내 적어도 하나의 안테나(제1 안테나)에 의해 수신될 수 있으며, 후술하는 처리부(230)에서는 상기 신호의 제1 안테나로의 입사각을 이용하여, 배열 안테나가 장착된 이동 객체와 송신기가 장착된 단말이 이루는 방향각을 산출할 수 있다.
또한 송신기에서 송출된 상기 신호가, 상기 배열 안테나 내 제2 안테나 또는 제3 안테나로도 수신될 경우, 후술하는 처리부(230)에서는 제2 안테나 또는 제3 안테나로의 입사각을 더 이용하여, 방향각 산출의 정확도를 높일 수 있다.
확인부(220)는 이동 객체에 장착된 배열 안테나에서 상기 신호를 수신 함에 따라, 상기 배열 안테나 내 n개(상기 n은 3 이상의 자연수)의 안테나 각각에서, 상기 신호를 수신한 수신 시각을 확인한다.
일례로, 확인부(220)는 상기 신호를 수신한 상기 배열 안테나에 의해, 상기 단말로 전송되는 응답 신호로부터, 상기 신호의 수신 시각을 확인할 수 있다.
상기 응답 신호에는, 상기 배열 안테나를 구성하는 복수의 안테나에 상기 신호가 실제로 도달한 시각(신호 수신 시각)이 포함될 수 있으며, 확인부(220)는 상기 응답 신호로부터 안테나 별 신호 수신 시각을 확인할 수 있다.
다른 일례로, 확인부(220)는 배열 안테나를 구성하는 복수의 안테나에 마련된 타이머를 통해, 상기 복수의 안테나 각각에 상기 신호가 수신된 수신 시각을 측정할 수도 있다.
확인부(220)는 상기 배열 안테나를 구성하는 복수의 안테나 중, 상기 신호의 수신 시각이 앞선 순 또는 상기 신호의 수신 세기가 높은 순으로, 상기 n개(3개 이상)의 안테나를 선별하고, 상기 선별한 n개의 안테나 각각에서 상기 신호를 수신한 수신 시각을 확인할 수 있다.
예를 들어 확인부(220)는 복수의 안테나 중 상기 신호가 가장 빠르게 수신된 3개의 안테나를 선별해 해당 안테나에서의 수신 시각을 확인함으로써, 후술하는 처리부(230)에서 상대방향각 산출의 처리 속도를 높일 수 있다.
또한 확인부(220)는 복수의 안테나 중 상기 신호의 수신 세기가 가장 높은 3개의 안테나를 선별해 해당 안테나에서의 수신 시각을 확인함으로써, 후술하는 처리부(230)에서 상대방향각 산출의 정확도를 높일 수 있다.
처리부(230)는 상기 n개의 안테나 별 상기 수신 시각의 차이를 이용하여, 상기 이동 객체와 상기 단말이 이루는 방향각을 산출하고, 상기 산출한 방향각에 따라 상기 이동 객체의 현위치를 추정한다.
일례로, 처리부(230)는 n개(3개 이상)의 안테나 각각에 수신되는 상기 신호의 입사각을 이용하여, 이동 객체로부터 송신기가 장착된 단말로의 상대 방향각을 산출할 수 있다.
데이터베이스(240)에는 상기 송신기가 장착된 단말의 위치정보와, 상기 배열 안테나 내 안테나의 개수와 안테나 간 이격 거리, 안테나의 배열 형상에 관한 정보 및 상기 이동 객체의 직전 추적 위치가 저장될 수 있다.
예를 들어 도 3을 참조하면 처리부(230)는 위치정보를 이미 알고 있는 송신기(310)를 기준으로, 이동 객체(320)의 상대방향각과 거리를 가늠해 이동 객체(320)의 현위치를 추적할 수 있다.
일례로 처리부(230)는 상기 신호가 안테나(311)에 수신될 때의 입사각 θ를, 송신기(310)를 기준으로 한 이동 객체(320)의 상대방향각(AOA)으로 변환할 수 있다.
상기 입사각 θ는, 배열 안테나(330)를 기준으로 했을 때 송신기(310)로부터 수신된 상기 신호가 이루는 각도이므로, 처리부(230)는 안테나(311)에 수신되는 상기 신호의 입사각이 예컨대 '30도'일 경우, '180도'에서 '30도'를 차감한 '150도'를, 송신기(310)를 기준으로 한 이동 객체(320)의 상대방향각으로 산출할 수 있다.
또한, 제어부(210)는 상기 배열 안테나를 구성하는 복수의 안테나 간 타이머를 동기화 하고, 처리부(230)는 동기화 된 상기 타이머에 의해, 상기 복수의 안테나 중 상기 n개의 안테나에 대해 상기 수신 시각이 측정되면, 측정된 상기 n개의 안테나 별 상기 수신 시각의 차이에 따른 상기 신호의 궤적을, TDoA(Time Difference of Arrival) 방식에 따라 도시하여, 상기 이동 객체를 기준으로 한 상기 단말의 상대 방향각(AOA)을 산출할 수 있다.
예를 들어 도 4를 참조하면, 제어부(210)는 상기 신호를 송출하기 전에 동기화 명령을 발생하여, 배열 안테나(430) 내 유선으로 연결된 각 안테나(431 내지 434)의 타이머를 동기화 할 수 있다.
처리부(230)는 상기 타이머를 통해 측정되는, 적어도 3개의 안테나(431, 432, 433)에 상기 신호가 도달한 수신 시각(t1, t2, t3)의 차이를 이용하여, TDoA(Time Difference of Arrival) 방식에 따라, 이동 객체(420)를 기준으로 한 상기 단말의 상대 방향각(AOA)을 산출할 수 있다.
처리부(230)는 3개의 안테나(431, 432, 433)에서의 신호 수신 시각이 예컨대 "t1: 10초, t2: 11초, t3: 11초"로 측정될 경우, 각 수신 시각의 차이를 이용하여 TDoA 방식에 따라 상대방향각 '30도'를 산출할 수 있다.
일례로, 처리부(230)는 상기 n개의 안테나 별 상기 수신 시각의 평균치를 이용하여, 상기 이동 객체와 상기 단말 간 거리를 계산하고, 상기 단말로부터, 상기 계산한 거리 만큼 이격된 지점을, 상기 이동 객체의 현위치로서 추정할 수 있다.
예를 들어 도 3을 참조하면 상기 신호가 안테나(311)에 도달한 수신 시각을 이용해, 송신기(310)와 이동 객체(320) 간 거리(예, '3m')를 계산할 수 있다.
처리부(230)는 이동 객체(320)를 기준으로 한 단말의 상대방향각 '30도'를 이용하여, 송신기(310)를 기준으로 한 이동 객체(320)의 상대방향각 '150도'를 계산하고, 송신기(310)의 위치로부터, 상대방향각 '150도'의 방향으로 '3m' 이격된 지점을, 이동 객체(320)의 현위치로 추정해 출력할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 다수의 안테나로 구성된 배열 안테나를 이동 객체에 적용하고, 각 안테나로의 신호 도달 시각의 차(TDoA)를 이용해 이동 객체의 방향각을 산출 함으로써, 종래에 비해 저렴한 비용과 적은 연산량으로 이동 객체의 위치 추적을 간단히 구현할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 비교적 저렴한 배열 안테나를 사용하여, 배열 안테나 내 개별 안테나로의 신호 도달 시각의 차이에 따라 객체의 위치를 적은 연산량으로 추적할 수 있으므로, 시스템 구축 비용을 절감하고, 캐디 로봇 등 다양한 이동 객체의 위치 추적에 활용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이동 객체 추적 장치에서, 배열 안테나를 이용해 방향각을 산출하는 일례를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 이동 객체 추적 장치는, 송신기(310)로부터 송출된 신호가 배열 안테나(330)에 수신될 때의 입사각을 이용하여, 송신기(310)와 이동 객체(320)가 이루는 방향각을 산출할 수 있다.
본 명세서에서 배열 안테나(330)는 적어도 3개 이상의 안테나를 포함하여 구성될 수 있으며, 3개의 안테나로 구성된 경우 삼각형을 이루도록 배열되고, 4개의 안테나로 구성된 경우에는 도 3에 도시된 것처럼 사각형을 이루도록 배열될 수 있다. 즉 배열 안테나(330) 내 각 안테나는 하나의 직선을 이루지 않도록 배열될 수 있다.
이 경우 송신기(310)에서 송출된 신호는, 배열 안테나(330) 내 4개의 안테나 중 적어도 어느 하나의 안테나(311)에 도달(수신)될 수 있다.
이동 객체 추적 장치는, 위치정보를 이미 알고 있는 송신기(310)를 기준으로, 이동 객체(320)의 상대방향각과 거리를 가늠해 이동 객체(320)의 현위치를 추적하기 위해, 상기 신호가 안테나(311)에 수신될 때의 입사각 θ를, 송신기(310)를 기준으로 한 이동 객체(320)의 상대방향각(AOA)으로 변환할 수 있다.
상기 입사각 θ는, 배열 안테나(330)를 기준으로 했을 때 송신기(310)로부터 수신된 상기 신호가 이루는 각도이므로, 이동 객체 추적 장치는, 180도에서 상기 입사각을 차감 함으로써, 송신기(310)를 기준으로 했을 때의 이동 객체(320)의 상대방향각(AOA)으로 변환할 수 있다.
예를 들어, 이동 객체 추적 장치는 안테나(311)에 수신되는 상기 신호의 입사각이 '30도'일 경우, '180도'에서 '30도'를 차감하여, 송신기(310)를 기준으로 한 이동 객체(320)의 상대방향각 '150도'를 산출할 수 있다.
또한 이동 객체 추적 장치는 상기 신호가 안테나(311)에 도달한 수신 시각을 이용해, 송신기(310)와 이동 객체(320) 간 거리(예, '3m')를 계산할 수 있다.
이에 따라 이동 객체 추적 장치는 송신기(310)의 위치로부터, 상대방향각 '150도'의 방향으로 '3m' 이격된 지점을, 이동 객체(320)의 현위치로 추정해 출력할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이동 객체 추적 장치에서, 배열 안테나를 이용해 방향각을 산출하는 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 이동 객체 추적 장치는, 이동 객체(420)에 배열 안테나(430)를 적용하고, 배열 안테나(430)를 구성하는 각 안테나(431 내지 434)에서, 송신기(410)로부터 송출되는 신호를 수신한 수신 시각(t1, t2, t3, t4)의 차이를 이용해, 이동 객체(420)의 방향각을 산출할 수 있다.
일례로, 배열 안테나(430) 내 각 안테나(431 내지 434)는 유선으로 연결되어 있으며, 이동 객체 추적 장치는 상기 신호의 송출 전에 동기화 명령을 발생하여 각 안테나(431 내지 434)에 마련된 타이머를 동기화 할 수 있다.
이동 객체 추적 장치는 상기 타이머를 통해, 각 안테나(431 내지 434)에 상기 신호가 수신된 시각(t1, t2, t3, t4)을 측정할 수 있다.
이동 객체 추적 장치는 적어도 3개의 안테나(431, 432, 433)에 상기 신호가 도달한 수신 시각(t1, t2, t3)이 측정되면, 3개의 안테나 별 신호 수신 시각의 차이를 이용하여, TDoA(Time Difference of Arrival) 방식에 따라, 이동 객체(420)를 기준으로 한 상기 단말의 상대 방향각(AOA)을 산출하고, 산출한 방향각에 따라, 이동 객체(420)의 현위치를 추정할 수 있다.
예를 들어 이동 객체 추적 장치는 3개의 안테나(431, 432, 433)에서의 신호 수신 시각이 각각 "t1: 10초, t2: 11초, t3: 11초"로 측정될 경우, 각 수신 시각의 차이를 이용하여 TDoA 방식에 따라 상대방향각 '30도'를 산출할 수 있다.
이동 객체 추적 장치는 상대방향각 '30도'를 이용하여, 송신기(410)를 기준으로 한 이동 객체(420)의 상대방향각 '150도'를 계산하고, 상대방향각 '150도'에 따라 이동 객체(420)의 현위치를 추정할 수 있다.
이와 같이, 이동 객체 추적 장치(110)는 다수의 안테나로 구성된 배열 안테나(130)를 이동 객체에 적용하여, 송신기(120)에서 송출되는 신호가 각 안테나로 도달하는 신호 도달 시각의 차(TDoA)에 따라 이동 객체의 방향각을 산출하게 되므로, 종래에 비해 저렴한 비용과 적은 연산량으로 이동 객체의 위치를 간단히 추적할 수 있다.
이하, 도 5에서는 본 발명의 실시예들에 따른 이동 객체 추적 장치(200)의 작업 흐름을 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이동 객체 추적 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
본 실시예에 따른 이동 객체 추적 방법은 상술한 이동 객체 추적 장치(200)에 의해 수행될 수 있다.
도 5를 참조하면, 단계(510)에서, 이동 객체 추적 장치(200)는 이동 객체에 대한 추적 명령이 입력되는지 감지한다.
단계(520)에서, 이동 객체 추적 장치(200)는 이동 객체에 대한 추적 명령이 입력될 경우, 단말에 장착된 송신기를 통해 신호를 발생시킨다.
여기서 송신기는 사용자 단말에 장착되어 위치가 고정되는 고정 송신기로 구현될 수 있으며, 이동 객체 추적 장치(200)는 상기 송신기로부터 선정된 범위 내에 이동 객체를 추적하기 위한 신호를 송출할 수 있다.
상기 이동 객체는 예를 들면 캐디 로봇, 로봇 청소기, 드론 등과 같은 이동이 가능한 사물을 예시할 수 있다.
단계(530)에서, 이동 객체 추적 장치(200)는 상기 이동 객체에 장착된 배열 안테나에서 상기 신호를 수신하는 수신 시각을 확인한다.
상기 배열 안테나는 선정된 규칙에 따라 배열된 복수의 안테나로 구성되고, 이동 객체 추적 장치(200)는 복수의 안테나 간에 동기화 된 타이머를 통해, 각 안테나에 상기 신호가 수신된 시각을 측정할 수 있다.
단계(540)에서, 이동 객체 추적 장치(200)는 상기 배열 안테나를 구성하는 개별 안테나에서의 수신 시각의 차이를 이용하여, 이동 객체와 단말이 이루는 방향각을 산출한다.
즉 이동 객체 추적 장치(200)는 상기 배열 안테나 내 적어도 3개 이상의 안테나에서 상기 신호의 수신 시각이 측정되면, 각 안테나 별 수신 시각의 차이를 이용하여 TDoA 방식에 따라, 이동 객체를 기준으로 한 상기 단말의 상대 방향각(AOA)을 산출할 수 있다.
단계(550)에서, 이동 객체 추적 장치(200)는 상기 방향각에 따라 이동 객체의 현위치를 추정한다.
일례로 이동 객체 추적 장치(200)는 각 안테나 별 수신 시각의 평균치와 상기 신호의 송출 속도에 근거하여, 이동 객체와 단말 간 거리를 계산할 수 있다.
또한 이동 객체 추적 장치(200)는 이동 객체를 기준으로 한 단말의 상대 방향각(AOA)의 역방향을 계산하고, 상기 단말을 기준으로, 상기 역방향으로, 상기 거리 만큼 이격된 지점을, 상기 이동 객체의 현위치로서 추정할 수 있다.
이처럼 본 발명에 의하면, 다수의 안테나로 구성된 배열 안테나를 이동 객체에 적용하여, 종래에 비해 저렴한 비용과 적은 연산량으로 이동 객체의 위치를 간단히 추적할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
200: 이동 객체 추적 장치
210: 제어부
220: 확인부
230: 처리부
240: 데이터베이스

Claims (12)

  1. 이동 객체에 대한 추적 명령이 입력 됨에 연동하여, 단말에 장착된 송신기를 통해 신호를 발생시키는 단계;
    상기 이동 객체에 장착된 배열 안테나(Array Antenna)에서 상기 신호를 수신 함에 따라, 상기 배열 안테나를 구성하는 복수의 안테나 중, 측정되는 상기 신호의 수신 시각이 앞선 순 또는 상기 신호의 수신 세기가 높은 순으로, n개(상기 n은 3 이상의 자연수)의 안테나를 선별하는 단계;
    상기 선별한 n개의 안테나 각각에서, 상기 신호를 수신한 수신 시각을 확인하는 단계;
    상기 n개의 안테나 각각에 수신되는 상기 신호의 입사각을 '180도'에서 차감하여, 상기 단말을 기준으로 한 상기 이동 객체의 1)상대 방향각을 산출하는 단계;
    상기 n개의 안테나 별 상기 수신 시각의 평균치를 이용하여, 상기 이동 객체와 상기 단말 간 2)거리를 계산하는 단계; 및
    상기 단말의 위치로부터, 상기 1)상대 방향각의 방향으로, 상기 2)거리 만큼 이격된 지점을, 상기 이동 객체의 현위치로 추정하여 출력하는 단계
    를 포함하는 이동 객체 추적 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배열 안테나를 구성하는 복수의 안테나 간 타이머를 동기화 하는 타이머에 의해, 상기 복수의 안테나 중 상기 n개의 안테나에 대해 상기 수신 시각이 측정되면,
    측정된 상기 n개의 안테나 별 상기 수신 시각의 차이에 따른 상기 신호의 궤적을, TDoA(Time Difference of Arrival) 방식에 따라 도시하여, 상기 이동 객체를 기준으로 한 상기 단말의 상대 방향각(AOA)을 산출하는 단계
    를 더 포함하는 이동 객체 추적 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수신 시각을 확인하는 단계는,
    상기 신호를 수신한 상기 배열 안테나에 의해, 상기 단말로 전송되는 응답 신호로부터, 상기 신호의 수신 시각을 확인하는 단계
    를 포함하는 이동 객체 추적 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배열 안테나는, 선정된 규칙으로 배열된 m개(상기 m은 3 이상의 자연수)의 안테나로 구성되고,
    상기 배열 안테나 내 제1 안테나는,
    상기 배열 안테나에서 제2 안테나와 제3 안테나가 배열된 각 지점을 잇는 직선으로부터 벗어나도록 배열되는
    이동 객체 추적 방법.
  8. 이동 객체에 대한 추적 명령이 입력 됨에 연동하여, 단말에 장착된 송신기를 통해 신호를 발생시키는 제어부;
    상기 이동 객체에 장착된 배열 안테나에서 상기 신호를 수신 함에 따라, 상기 배열 안테나를 구성하는 복수의 안테나 중, 측정되는 상기 신호의 수신 시각이 앞선 순 또는 상기 신호의 수신 세기가 높은 순으로, n개(상기 n은 3 이상의 자연수)의 안테나를 선별하고, 상기 선별한 n개의 안테나 각각에서, 상기 신호를 수신한 수신 시각을 확인하는 확인부; 및
    상기 n개의 안테나 각각에 수신되는 상기 신호의 입사각을 '180도'에서 차감하여, 상기 단말을 기준으로 한 상기 이동 객체의 1)상대 방향각을 산출하고, 상기 n개의 안테나 별 상기 수신 시각의 평균치를 이용하여, 상기 이동 객체와 상기 단말 간 2)거리를 계산하고, 상기 단말의 위치로부터, 상기 1)상대 방향각의 방향으로, 상기 2)거리 만큼 이격된 지점을, 상기 이동 객체의 현위치로 추정하여 출력하는 처리부
    를 포함하는 이동 객체 추적 장치.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 배열 안테나를 구성하는 복수의 안테나 간 타이머에 의해, 상기 복수의 안테나 중 상기 n개의 안테나에 대해 상기 수신 시각이 측정되면,
    상기 처리부는,
    측정된 상기 n개의 안테나 별 상기 수신 시각의 차이에 따른 상기 신호의 궤적을, TDoA 방식에 따라 도시하여, 상기 이동 객체를 기준으로 한 상기 단말의 상대 방향각(AOA)을 산출하는
    이동 객체 추적 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
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