KR102290702B1 - Method for recognition about drone position - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 드론 위치 인식 방법은 (a) 복수의 와이파이 공유기로부터 와이파이 신호를 수신하는 단계; (b) 상기 (a) 단계를 통해 수신된 와이파이 신호의 신호 세기를 통해 상기 와이파이 공유기와 드론 간의 거리를 산출하는 단계; (c) 상기 와이파이 신호가 상기 드론에 입사되는 방향을 판단하는 단계; 및 (d) 상기 (b) 단계를 통해 산출된 거리 정보 및 상기 (c) 단계를 통해 판단된 입사 방향 정보를 통해 상기 드론의 위치를 인식하는 단계를 포함한다.A drone location recognition method according to an embodiment of the present invention comprises the steps of: (a) receiving a Wi-Fi signal from a plurality of Wi-Fi routers; (b) calculating a distance between the Wi-Fi router and the drone based on the signal strength of the Wi-Fi signal received in step (a); (c) determining a direction in which the Wi-Fi signal is incident on the drone; and (d) recognizing the location of the drone through the distance information calculated in step (b) and the incident direction information determined in step (c).

Description

드론 위치 인식 방법{METHOD FOR RECOGNITION ABOUT DRONE POSITION}How to recognize the location of a drone

본 발명은 드론 위치 인식 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a drone location recognition method.

최근 군사, 과학 및 탐사 임무에 무인 항공기(UAV), 일명 드론이 널리 사용되고 있다. 드론의 완전 자율 주행을 구현하기 위해 많은 기술 및 알고리즘의 개발이 수행되고 있는데, 이러한 목적을 달성하기 위해서는 우선적으로 드론의 위치를 정확히 측정할 것이 요구된다.Recently, unmanned aerial vehicles (UAVs), also known as drones, have been widely used in military, scientific and exploration missions. Many technologies and algorithms are being developed to realize fully autonomous driving of drones.

현재 드론의 위치 측정을 위해서 GPS(Global Positioning System)가 많이 사용되고 있다. 하지만 GPS의 경우 건물, 터널 또는 산이 많이 존재하는 지형에서는 GPS 신호의 불안정이나 왜곡 등으로 인해 드론의 정확한 위치를 파악하기 어려운 경우가 많이 발생하고 있다. 그리고 이러한 문제를 해결하기 위해 비전 센서, 레이저 스캐너, 가속도계 및 자이로스코프와 같은 보조 센서들이 적용되고 있다.Currently, a global positioning system (GPS) is widely used to measure the location of a drone. However, in the case of GPS, it is often difficult to determine the exact location of a drone due to instability or distortion of the GPS signal in a terrain where there are many buildings, tunnels, or mountains. And to solve this problem, auxiliary sensors such as vision sensors, laser scanners, accelerometers and gyroscopes are being applied.

하지만 이와 같은 추가적인 보조 센서들의 부착은 드론의 적재 용량 증가와 이에 따른 드론 내장 베터리의 에너지 소모량 증가와 같은 부가적인 문제점들을 유발한다. 따라서, 적재 용량 증가 또는 에너지 소모 증가 없이 드론의 위치 측정의 정확도를 향상시킬 수 있는 기술 개발의 요구가 지속적으로 증가하고 있다.However, the attachment of such additional auxiliary sensors causes additional problems such as an increase in the loading capacity of the drone and an increase in energy consumption of the drone's built-in battery. Accordingly, there is a continuous increase in demand for technology development capable of improving the accuracy of location measurement of a drone without an increase in loading capacity or increase in energy consumption.

본 발명의 실시예는 와이파이 신호 세기를 통해 측정된 와이파이 장비와 드론 간의 거리 및 와이파이 신호가 드론에 입사되는 방향을 통해 드론의 위치를 인식하는 드론 위치 인식 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An embodiment of the present invention aims to provide a drone location recognition method for recognizing a location of a drone through a distance between a Wi-Fi device and a drone measured through Wi-Fi signal strength and a direction in which a Wi-Fi signal is incident on the drone.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned are clearly to those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. can be understood

본 발명의 일 실시예에 따른 드론 위치 인식 방법은 (a) 복수의 와이파이 공유기로부터 와이파이 신호를 수신하는 단계; (b) 상기 (a) 단계를 통해 수신된 와이파이 신호의 신호 세기를 통해 상기 와이파이 공유기와 드론 간의 거리를 산출하는 단계; (c) 상기 와이파이 신호가 상기 드론에 입사되는 방향을 판단하는 단계; 및 (d) 상기 (b) 단계를 통해 산출된 거리 정보 및 상기 (c) 단계를 통해 판단된 입사 방향 정보를 통해 상기 드론의 위치를 인식하는 단계를 포함한다.A drone location recognition method according to an embodiment of the present invention comprises the steps of: (a) receiving a Wi-Fi signal from a plurality of Wi-Fi routers; (b) calculating a distance between the Wi-Fi router and the drone based on the signal strength of the Wi-Fi signal received in step (a); (c) determining a direction in which the Wi-Fi signal is incident on the drone; and (d) recognizing the location of the drone through the distance information calculated in step (b) and the incident direction information determined in step (c).

상기 (b) 단계는: (b-1) 상기 (a) 단계를 통해 수신된 와이파이 신호에 도심용 거리 감쇠 모델을 적용하여 와이파이 신호의 신호 세기를 보정하는 단계; (b-2) 상기 (b-1) 단계를 통해 보정된 와이파이 신호 중 신호 세기가 큰 순서대로 기 설정된 개수의 와이파이 신호를 선택하여 이를 인접 와이파이 신호로 설정하고, 상기 인접 와이파이 신호를 송신하는 와이파이 공유기를 인접 와이파이 공유기로 설정하는 단계; 및 (b-3) 상기 인접 와이파이 신호의 신호 세기에 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 적용하여 인접 와이파이 공유기와 드론 간의 거리를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The step (b) includes: (b-1) correcting the signal strength of the Wi-Fi signal by applying the urban distance attenuation model to the Wi-Fi signal received through the step (a); (b-2) A Wi-Fi that selects a preset number of Wi-Fi signals in the order of increasing signal strength among the Wi-Fi signals corrected in step (b-1), sets them as adjacent Wi-Fi signals, and transmits the adjacent Wi-Fi signals setting the router as an adjacent Wi-Fi router; and (b-3) calculating a distance between the adjacent Wi-Fi router and the drone by applying a Received Signal Strength Indicator (RSSI) to the signal strength of the adjacent Wi-Fi signal.

상기 도심용 거리 감쇠 모델은,The downtown distance attenuation model is,

Figure 112019128324194-pat00001
Figure 112019128324194-pat00001

이고, 이때, h는 인근 영역의 건물 높이, d는 드론과 와이파이 공유기 사이의 거리, γ는 각 건물에 대해 레일리 분산 랜덤 변수를 설명하는 척도 매개변수일 수 있다., where h is the height of a building in a nearby area, d is the distance between the drone and the Wi-Fi router, and γ may be a scale parameter describing a Rayleigh variance random variable for each building.

상기 (c) 단계는: 상기 인접 와이파이 신호 중 신호 세기가 가장 센 신호인 제 1 신호를 송신하는 와이파이 공유기를 제 1 공유기로 설정하고, 상기 제 1 신호가 상기 드론의 고도와 같은 높이를 갖는 가상의 평면과 이루는 각도인 제 1 각도를 산출하고, 상기 제 1 각도와 동일한 각도로 상기 드론에 입사되는 와이파이 신호인 제 2 신호를 송신하는 와이파이 공유기를 제 2 공유기로 설정하고, 상기 제 1 공유기 및 상기 제 2 공유기로부터 상기 드론 간의 거리를 산출할 수 있다.The step (c) is: setting a Wi-Fi router that transmits a first signal having the highest signal strength among the neighboring Wi-Fi signals as the first router, and the first signal has a virtual height equal to the height of the drone. Calculating a first angle that is an angle formed with a plane of , and setting a Wi-Fi router that transmits a second signal that is a Wi-Fi signal incident to the drone at the same angle as the first angle as a second router, the first router and The distance between the drones from the second router may be calculated.

상기 (c-1) 단계는: 마코프 체인 몬테 카를로(Markov Chain Monte Carlo, MCMC) 방식을 사용하여 상기 인접 와이파이 공유기 중 가장 센 세기의 와이파이 신호를 발신할 수 있는 와이파이 공유기를 선정할 수 있다.In step (c-1): A Wi-Fi router capable of transmitting the strongest Wi-Fi signal among the adjacent Wi-Fi routers may be selected using a Markov Chain Monte Carlo (MCMC) method.

상기 (d) 단계는: (d-1) 상기 (b) 단계에서 산출한 거리 정보를 통해 상기 드론의 위치를 인식하는 단계; 및 (d-2) 상기 (d-1) 단계에서 인식된 드론의 위치와 기 설정된 시간 전에 인식된 드론의 위치 간의 거리 차이가 기 설정된 값 이상인 경우 상기 (c) 단계에서 판단된 입사 방향 정보를 더 고려하여 상기 드론의 위치를 재인식하는 단계를 포함할 수 있다.The step (d) includes: (d-1) recognizing the location of the drone through the distance information calculated in step (b); and (d-2) when the distance difference between the position of the drone recognized in step (d-1) and the position of the drone recognized before the preset time is equal to or greater than a preset value, the incident direction information determined in step (c) In further consideration, the method may include re-recognizing the location of the drone.

본 발명의 실시예에 따른 드론 위치 인식 방법은 와이파이 신호 세기를 통해 측정된 와이파이 장비와 드론 간의 거리 및 와이파이 신호가 드론에 입사되는 방향을 통해 드론의 위치를 인식할 수 있다.The drone location recognition method according to an embodiment of the present invention may recognize the location of the drone through the distance between the Wi-Fi equipment and the drone measured through the Wi-Fi signal strength and the direction in which the Wi-Fi signal is incident on the drone.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description. will be able

도 1은 와이파이 공유기를 통해 드론의 위치를 인식하는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 위치 인식 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 와이파이 신호의 세기를 통해 각각의 와이파이 공유기와 드론 간의 거리를 산출하고 이를 통해 드론의 위치를 인식하는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 수신된 와이파이 신호의 신호 세기를 통해 와이파이 공유기와 드론 간의 거리를 산출하는 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 5는 와이파이 신호가 드론에 입사되는 방향을 판단하는 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 6은 와이파이 공유기로부터 와이파이 신호가 전파되는 전파의 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 와이파이 신호가 드론에 입사되는 방향 및 와이파이 공유기와 드론 간의 거리를 통해 드론의 위치를 인식하는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
1 is a diagram schematically illustrating a state of recognizing a location of a drone through a Wi-Fi router.
2 is a flowchart illustrating a drone location recognition method according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram schematically illustrating a state in which a distance between each Wi-Fi router and a drone is calculated based on the strength of a Wi-Fi signal and the location of the drone is recognized through this.
4 is a flowchart illustrating a step of calculating a distance between a Wi-Fi router and a drone based on the signal strength of a received Wi-Fi signal.
5 is a flowchart illustrating a step of determining a direction in which a Wi-Fi signal is incident on a drone.
6 is a diagram schematically illustrating a state of a radio wave through which a Wi-Fi signal is propagated from a Wi-Fi router.
7 is a diagram schematically illustrating a state in which a location of a drone is recognized through a direction in which a Wi-Fi signal is incident on a drone and a distance between a Wi-Fi router and the drone.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Other advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only this embodiment serves to complete the disclosure of the present invention, and to obtain common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화Even if not defined, all terms (including technical or scientific terms) used herein have the same meaning as commonly accepted by common technology in the prior art to which this invention belongs. Terms defined by general dictionaries may be construed as having the same meaning as they have in the related description and/or in the text of the present application, and are conceptualized even if not expressly defined herein.

되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.nor will it be construed as overly formal.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. As used herein, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, 'comprise' and/or various conjugations of this verb, eg, 'comprise', 'comprising', 'comprising', 'comprising', etc., refer to the referenced composition, ingredient, component, A step, operation and/or element does not exclude the presence or addition of one or more other compositions, components, components, steps, operations and/or elements. As used herein, the term 'and/or' refers to each of the listed components or various combinations thereof.

한편, 본 명세서 전체에서 사용되는 '~부', '~기', '~블록', '~모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부', '~기', '~블록', '~모듈' 등이 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부', '~기', '~블록', '~모듈'은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.Meanwhile, terms such as '~ unit', '~ group', '~ block', and '~ module' used throughout this specification may mean a unit that processes at least one function or operation. For example, it can mean software, hardware components such as FPGAs or ASICs. However, '~ part', '~ group', '~ block', and '~ module' are not meant to be limited to software or hardware. '~ unit', '~ group', '~ block', and '~ module' may be configured to reside in an addressable storage medium or to regenerate one or more processors.

따라서, 일 예로서 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들로 결합되거나 추가적인 구성Accordingly, as an example, '~ part', '~ group', '~ block', and '~ module' are components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components. fields, processes, functions, properties, procedures, subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays and include variables. The functions provided within the components and '~bu', '~gi', '~block', and '~module' are smaller than the number of components and '~bu', '~gi', '~block' ', '~modules' combined or additional configuration

요소들과 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들로 더 분리될 수 있다.It can be further divided into elements and '~part', '~gi', '~block', and '~module'.

이하, 본 명세서의 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings of the present specification.

도 1은 와이파이 공유기를 통해 드론(10)의 위치를 인식하는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing a state of recognizing the location of a drone 10 through a Wi-Fi router.

도 1을 참조하면, 드론(10)은 외부 디바이스로부터 위치 이동을 위한 명령을 수신하고 해당 명령에 따라 위치를 이동한다. 이때 드론(10)의 위치 이동을 위해서는 드론의 위치를 인식하는 것이 선제적으로 이루어져야 한다.Referring to FIG. 1 , the drone 10 receives a position movement command from an external device and moves the position according to the corresponding command. In this case, in order to move the position of the drone 10, it is necessary to preemptively recognize the position of the drone.

일반적으로 드론의 위치 측정은 GPS 장치를 통해 이루어진다. 하지만 개활지와는 달리 도심에서는 서로 다른 빌딩의 높낮이와 빌딩 벽면에 부착된 유리창 등에 의한 반사에 의해 GPS 신호의 왜곡이 발생할 뿐만 아니라 수 많은 무선 전파로 인해 GPS 위치 측정의 정확도가 떨어진다.In general, location measurement of a drone is performed through a GPS device. However, unlike open land, in the city center, the GPS signal is distorted due to reflections from different building heights and glass windows attached to the wall of the building, and the accuracy of GPS location measurement is lowered due to numerous radio waves.

이를 보완하기 위해 본 발명에서는 와이파이(Wi-Fi) 신호를 이용함으로써 GPS 신호를 통한 위치 측정의 오차를 줄이고 드론 위치 인식의 정확도를 향상시키고자 한다.In order to compensate for this, in the present invention, by using a Wi-Fi signal, an error in location measurement through a GPS signal is reduced and the accuracy of drone location recognition is improved.

건물 내부 및 도로 상에는 많은 수의 와이파이 액세스 포인트(Wi-Fi Access Point, 이하 와이파이 공유기라 한다.)가 설치되어 있다. 와이파이 공유기는 정부 및 지방자치단체에서 설치한 와이파이 공유기 및 각 통신사에서 설치하여 해당 통신 가입자라면 누구든지 사용 가능한 와이파이 공유기를 포함한다.A large number of Wi-Fi access points (hereinafter referred to as Wi-Fi routers) are installed inside buildings and on roads. Wi-Fi routers include Wi-Fi routers installed by the government and local governments, and Wi-Fi routers installed by each telecommunication company and available to anyone who subscribes to the communication.

본 발명의 드론 위치 인식 방법(S10)은 이러한 와이파이 공유기로부터 수신되는 와이파이 신호를 이용하여 드론(10)의 위치를 인식한다.The drone location recognition method ( S10 ) of the present invention recognizes the location of the drone 10 using a Wi-Fi signal received from such a Wi-Fi router.

각각의 와이파이 공유기는 저마다의 맥 어드레스(MAC address)를 갖고 있으며, 맥 어드레스를 통해 와이파이 액세스 포인트 위치 데이터베이스(Wi-Fi Positioning System, WPS)로부터 각 와이파이 공유기의 위치 정보를 가져올 수 있다.Each Wi-Fi router has its own MAC address, and location information of each Wi-Fi router can be obtained from a Wi-Fi Positioning System (WPS) through the MAC address.

기존의 드론 위치 인식 방법은 수신된 와이파이 신호의 신호 세기에 곧바로 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 적용하여 드론(10)과 와이파이 공유기 사이의 거리를 측정하는 방식으로 이루어졌다. 하지만 이러한 방식은 정확도가 낮을 뿐만 아니라 도심지와 같이 와이파이 신호 왜곡이 심하거나, 와이파이 신호가 도달하지 않는 음영지역이 많은 곳에서는 적용이 어려운 문제점이 있다.The existing method for recognizing the location of a drone consists of measuring the distance between the drone 10 and the Wi-Fi router by directly applying a Received Signal Strength Indicator (RSSI) to the signal strength of the received Wi-Fi signal. However, this method not only has low accuracy, but also has a problem in that it is difficult to apply in places where Wi-Fi signal distortion is severe, such as in downtown areas, or there are many shaded areas where Wi-Fi signals do not reach.

이하에서는, GPS를 통한 위치 인식의 오차를 보정함과 동시에 RSSI 방식만을 단독으로 사용했을 때 발생하는 위치 인식의 단점을 극복하기 위한 방법을 제안한다.Hereinafter, a method for correcting an error of location recognition through GPS and overcoming a disadvantage of location recognition that occurs when only the RSSI method is used alone is proposed.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 위치 인식 방법(S10)을 나타낸 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a drone location recognition method (S10) according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 위치 인식 방법(S10)은 복수의 와이파이 공유기로부터 와이파이 신호를 수신하는 단계(S100), 상기 S100 단계를 통해 수신된 와이파이 신호의 신호 세기를 통해 와이파이 공유기와 드론 간의 거리를 산출하는 단계(S200), 와이파이 신호가 드론에 입사되는 방향을 판단하는 단계(S300) 및 상기 S200 단계를 통해 산출된 거리 정보 및 상기 S300 단계를 통해 판단된 입사 방향 정보를 통해 상기 드론의 위치를 인식하는 단계(S400)를 포함한다.Referring to FIG. 2 , the drone location recognition method ( S10 ) according to an embodiment of the present invention includes the steps of receiving Wi-Fi signals from a plurality of Wi-Fi routers ( S100 ), the signal strength of the Wi-Fi signals received through the steps S100 . Calculating the distance between the Wi-Fi router and the drone through the step (S200), determining the direction in which the Wi-Fi signal is incident on the drone (S300), and the distance information calculated through the step S200 and the incident direction determined through the step S300 and recognizing the location of the drone through information (S400).

도 3은 와이파이 신호의 세기를 통해 각각의 와이파이 공유기와 드론(10) 간의 거리를 산출하고 이를 통해 드론의 위치를 인식하는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.3 is a diagram schematically illustrating a state in which a distance between each Wi-Fi router and the drone 10 is calculated based on the strength of the Wi-Fi signal and the location of the drone is recognized through this.

도 3을 참조하면, 복수의 와이파이 공유기로부터 와이파이 신호를 수신하는 단계(S100)의 수행을 위해 본 발명의 드론(10)은 와이파이 수신기를 포함한다. 와이파이 수신기는 와이파이 공유기로부터 송신되는 와이파이 신호를 수신한다.Referring to FIG. 3 , the drone 10 of the present invention includes a Wi-Fi receiver in order to receive Wi-Fi signals from a plurality of Wi-Fi routers ( S100 ). The Wi-Fi receiver receives the Wi-Fi signal transmitted from the Wi-Fi router.

와이파이 신호의 신호 세기를 통해 와이파이 공유기와 드론 간의 거리를 산출하는 단계(S200)는 상기 S100 단계를 통해 수신된 와이파이 신호에 도심용 거리 감쇠 모델을 적용하여 와이파이 신호의 신호 세기를 보정하는 단계(S210), 상기 S210 단계를 통해 보정된 와이파이 신호 중 신호 세기가 큰 순서대로 기 설정된 개수의 와이파이 신호를 선택하여 이를 인접 와이파이 신호로 설정하고, 상기 인접 와이파이 신호를 송신하는 와이파이 공유기를 인접 와이파이 공유기로 설정하는 단계(S220) 및 상기 인접 와이파이 신호의 신호 세기에 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 적용하여 인접 와이파이 공유기와 드론 간의 거리를 산출하는 단계(S230)를 포함한다.Calculating the distance between the Wi-Fi router and the drone through the signal strength of the Wi-Fi signal (S200) is a step of correcting the signal strength of the Wi-Fi signal by applying the urban distance attenuation model to the Wi-Fi signal received through the step S100 (S210) ), selects a preset number of Wi-Fi signals in the order of increasing signal strength among the Wi-Fi signals corrected through step S210, sets them as adjacent Wi-Fi signals, and sets the Wi-Fi router that transmits the adjacent Wi-Fi signal as the adjacent Wi-Fi router and calculating a distance between the adjacent Wi-Fi router and the drone by applying a Received Signal Strength Indicator (RSSI) to the signal strength of the adjacent Wi-Fi signal (S230).

도 4는 수신된 와이파이 신호의 신호 세기를 통해 와이파이 공유기와 드론 간의 거리를 산출하는 단계(S200)를 나타낸 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating the step (S200) of calculating the distance between the Wi-Fi router and the drone through the signal strength of the received Wi-Fi signal.

도 4를 참조하면, S200 단계는 S100 단계를 통해 수신된 와이파이 신호에 도심용 거리 감쇠 모델을 적용하여 와이파이 신호의 신호 세기를 보정하는 단계(S210), S210 단계를 통해 보정된 와이파이 신호 중 신호 세기가 큰 순서대로 기 설정된 개수의 와이파이 신호를 선택하여 이를 인접 와이파이 신호로 설정하고, 상기 인접 와이파이 신호를 송신하는 와이파이 공유기를 인접 와이파이 공유기로 설정하는 단계(S220) 및 인접 와이파이 신호의 신호 세기에 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 적용하여 인접 와이파이 공유기와 드론 간의 거리를 산출하는 단계(S230)를 포함한다. Referring to FIG. 4 , in step S200, the signal strength of the Wi-Fi signal is corrected by applying the urban distance attenuation model to the Wi-Fi signal received through step S100 (S210), and the signal strength of the Wi-Fi signal corrected through steps S210. The step of selecting a preset number of Wi-Fi signals in the order of increasing, setting them as adjacent Wi-Fi signals, and setting a Wi-Fi router that transmits the adjacent Wi-Fi signal as a neighboring Wi-Fi router (S220) and RSSI in the signal strength of the adjacent Wi-Fi signal and calculating the distance between the adjacent Wi-Fi router and the drone by applying (Received Signal Strength Indicator) (S230).

먼저, S100 단계를 통해 수신된 와이파이 신호에 도심용 거리 감쇠 모델을 적용하여 와이파이 신호의 신호 세기를 보정한다(S210).First, the signal strength of the Wi-Fi signal is corrected by applying the urban distance attenuation model to the Wi-Fi signal received through step S100 (S210).

드론(10)이 와이파이 수신기를 통해 와이파이 신호를 수신한 후 신호 세기에 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 적용하면 해당 와이파이 신호를 발신한 각 와이파이 공유기와 드론 간의 거리를 산출할 수 있다.When the drone 10 receives a Wi-Fi signal through the Wi-Fi receiver and applies a Received Signal Strength Indicator (RSSI) to the signal strength, the distance between each Wi-Fi router that has transmitted the corresponding Wi-Fi signal and the drone can be calculated.

하지만, 도심지에서의 와이파이 신호는 주변의 빌딩 또는 기타 신호들 간의 간섭 등을 통해 와이파이 신호 감소가 일어난다. 따라서, 이러한 와이파이 신호 감소를 보정하기 위해 거리 감소 모델을 적용하여 와이파이 신호 세기를 보정하여야 한다.However, the Wi-Fi signal in the city center is reduced due to interference between neighboring buildings or other signals. Therefore, in order to compensate for such Wi-Fi signal reduction, the Wi-Fi signal strength must be corrected by applying a distance reduction model.

일반적인 거리 감소 모델은 확률 조건 하에서 아래 식 (1)과 같이 정의된다.A general distance reduction model is defined as Equation (1) below under probability conditions.

Figure 112019128324194-pat00002
...... 식 (1)
Figure 112019128324194-pat00002
...... Equation (1)

이때, fc는 와이파이 신호 주파수(carrier frequency), Rc는 데이터 전송 속도(transmission data rate), d는 드론과 와이파이 공유기 사이의 거리, P(Loss)는 가시선 확률(probability of line-of-sight(LoS)), P(NLoS)는 비 가시선 확률(probability of non-line-of-sight), η_Loss는 LoS 경우의 추가 손실(additional losses in the case of LoS), η_NLoS는 NLoS 경우의 추가 손실(additional losses in the case of NLoS)을 말한다.In this case, fc is the Wi-Fi signal frequency (carrier frequency), Rc is the data transmission rate (transmission data rate), d is the distance between the drone and the Wi-Fi router, P(Loss) is the probability of line-of-sight (LoS) )), P(NLoS) is the probability of non-line-of-sight, η_Loss is additional losses in the case of LoS, and η_NLoS is additional losses in the NLoS case in the case of NLoS).

본 발명의 경우 이러한 일반적인 거리 감소 모델을 도심에 적용하기 알맞은 도심용 거리 감소 모델로 수정하였다.In the case of the present invention, this general distance reduction model was modified into a downtown distance reduction model suitable for application to the city center.

아래 식 (2)는 본 발명의 도심용 거리 감소 모델을 나타낸 수식이다.Equation (2) below is an equation showing the downtown distance reduction model of the present invention.

Figure 112019128324194-pat00003
...... 식 (2)
Figure 112019128324194-pat00003
...... Equation (2)

이때, h는 인근 영역의 건물 높이, d는 드론과 와이파이 공유기 사이의 거리, γ는 각 건물에 대해 레일리 분산 랜덤 변수를 설명하는 척도 매개변수이며, 본 발명의 경우 γ는 1.5가 적용된다.In this case, h is the height of the building in the neighboring area, d is the distance between the drone and the Wi-Fi router, and γ is a scale parameter describing the Rayleigh distributed random variable for each building, and in the present invention, γ is 1.5.

다음으로, S210 단계를 통해 보정된 와이파이 신호 중 신호 세기가 큰 순서대로 기 설정된 개수의 와이파이 신호를 선택하여 이를 인접 와이파이 신호로 설정하고, 상기 인접 와이파이 신호를 송신하는 와이파이 공유기를 인접 와이파이 공유기로 설정한다(S220).Next, a preset number of Wi-Fi signals are selected in order of increasing signal strength among the Wi-Fi signals corrected through step S210, set as adjacent Wi-Fi signals, and a Wi-Fi router that transmits the adjacent Wi-Fi signal is set as an adjacent Wi-Fi router do (S220).

보정된 와이파이 신호 중 신호 세기가 큰 순서대로 기 설정된 개수의 와이파이 신호를 선택하는 과정은 아래 식 (3) 내지 식 (5)의 과정을 통해 이루어진다.The process of selecting a preset number of Wi-Fi signals in order of increasing signal strength from among the corrected Wi-Fi signals is performed through the processes of Equations (3) to (5) below.

Figure 112019128324194-pat00004
...... 식(3)
Figure 112019128324194-pat00004
...... Equation (3)

Figure 112019128324194-pat00005
...... 식(4)
Figure 112019128324194-pat00005
...... Equation (4)

Figure 112019128324194-pat00006
...... 식(5)
Figure 112019128324194-pat00006
...... Equation (5)

와이파이 공유기가 많은 도심에서는 여러 신호가 혼합되어 있기 때문에 드론으로 들어오는 신호가 좋은 신호인지를 판별하고 해당 신호를 선택하는 과정이 필요하다. 이를 위해 식 (3) 내지 식 (5)를 고려하는데, 이는 전파의 손실이 가장 적은 거리에 위치한 즉, 신호의 강도가 좋은 와이파이 공유기를 찾을 때의 제약 조건에 관한 것이다. 제약 조건은 아래 거리 식에 포함된 거리 정보에 따라 변화한다.In cities where there are many Wi-Fi routers, multiple signals are mixed, so it is necessary to determine whether the signal coming into the drone is a good signal and select the signal. To this end, equations (3) to (5) are considered, which relates to the constraint when finding a Wi-Fi router located at a distance with the least loss of radio waves, that is, a Wi-Fi router with good signal strength. The constraint changes according to the distance information included in the distance expression below.

Figure 112019128324194-pat00007
...... 식(6)
Figure 112019128324194-pat00007
...... Equation (6)

드론은 시간에 따라 위치 이동을 하고, 위치 이동에 의해 수신되는 신호 세기가 항상 변화한다. 따라서 해당 드론이 받을 수 있는 무선 전파의 정해진 쓰레드 홀드(threshold, 임계값)보다 작거나 같은 손실 신호를 임계값으로 잡는다. 임계값은 특정 전송 당 비트 에러율(BER, Bit Error Rate)에서 받을 수 있는 신호로 선택하는데, 선택된 신호는 해당 드론이 위치한 비 가시가리(NLOS)에서 발생된 전파손실 및 레일리 산란을 모델을 기반으로 한 도심 지역에서의 손실을 기반으로 하여 두 위치 i, j상에서 아래 식 (7)을 통해 손실을 구할 수 있다. The drone moves its position according to time, and the signal strength received by the position movement always changes. Therefore, a signal loss less than or equal to a predetermined threshold of radio waves that the drone can receive is set as the threshold. The threshold value is selected as a signal that can be received at a specific bit error rate (BER) per transmission. Based on the loss in one urban area, the loss can be calculated at the two locations i and j through Equation (7) below.

Figure 112019128324194-pat00008
...... 식(7)
Figure 112019128324194-pat00008
...... Equation (7)

식 (7)을 통해서 두 위치에서 구한 전파 손실율에 역수를 취한 값으로 SINR(Signal-to-interference-plus-noise ratio)이 좋은 것을 판단한다. 전파가 일반적인 도심에서 전파 손실율을 따르거나, 그렇지 아니면 해당 손실율을 넘어가는 높은 전송률로 전파가 수신될 수 있다.Through Equation (7), it is determined that the signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) is good as a value obtained by taking the reciprocal of the propagation loss factor obtained at two locations. The radio wave may follow the radio wave loss rate in a general city center, or the radio wave may be received at a high transmission rate exceeding the loss rate.

일 실시예에 따르면, 상기 조건들을 고려한 후 와이파이 신호 세기가 큰 순서대로 4개의 와이파이 신호를 선택하고 이들을 인접 와이파이 신호로 설정한다.According to an embodiment, after considering the above conditions, four Wi-Fi signals are selected in the order of Wi-Fi signal strength and set as adjacent Wi-Fi signals.

인접 와이파이 신호가 설정되고 나면, 인접 와이파이 신호의 신호 세기에 RSSI를 적용하여 인접 와이파이 공유기 각각(20a, 20b, 20c 및 20d)과 드론 간의 거리를 산출한다(S230).After the adjacent Wi-Fi signal is set, the distance between each of the adjacent Wi-Fi routers 20a, 20b, 20c and 20d and the drone is calculated by applying RSSI to the signal strength of the adjacent Wi-Fi signal (S230).

이때 RSSI 적용에 사용되는 와이파이 신호의 신호 세기는 S210 단계에서 도심용 거리 감소 모델을 거치면서 보정이 이루어졌기에, 보정 없이 곧바로 RSSI를 적용하거나 일반적인 거리 감소 모델을 적용하는 경우에 비해 거리 산출의 정확도를 높일 수 있다.At this time, since the signal strength of the Wi-Fi signal used for RSSI application was corrected while going through the downtown distance reduction model in step S210, the accuracy of distance calculation compared to the case of directly applying RSSI without correction or applying a general distance reduction model can increase

상기 과정을 통해 산출된 인접 와이파이 공유기(20)와 드론(10) 사이의 거리 및 각 인접 와이파이 공유기(20)의 위치 정보를 통해 드론(10)의 위치 정보가 정상적으로 인식된다면 이하 과정은 생략될 수 있다.If the location information of the drone 10 is normally recognized through the distance between the adjacent Wi-Fi router 20 and the drone 10 calculated through the above process and the location information of each adjacent Wi-Fi router 20, the following process can be omitted. there is.

하지만 보다 정확한 드론 위치 인식을 위해 와이파이 신호가 드론에 입사되는 방향을 판단하는 단계(S300)를 추가로 실시할 수 있다.However, in order to more accurately recognize the location of the drone, the step of determining the direction in which the Wi-Fi signal is incident on the drone ( S300 ) may be additionally performed.

예를 들어, S200 단계를 통해 인식한 현재 드론의 위치와 기 설정된 시간 전에 인식된 드론의 위치 사이의 거리 차이가 기 설정된 값 이상으로 벌어진 경우 아래의 S300 단계를 추가로 진행할 수 있다.For example, if the distance difference between the current position of the drone recognized through step S200 and the position of the drone recognized before the preset time is greater than a preset value, the following step S300 may be additionally performed.

도 5는 와이파이 신호가 드론에 입사되는 방향을 판단하는 단계(S300)를 나타낸 흐름도이고,5 is a flowchart showing the step (S300) of determining the direction in which the Wi-Fi signal is incident on the drone,

도 6은 와이파이 공유기로부터 와이파이 신호가 전파되는 전파의 모습을 개략적으로 나타낸 도면이고,6 is a diagram schematically showing the state of the radio wave through which the Wi-Fi signal is propagated from the Wi-Fi router,

도 7은 와이파이 신호가 드론(10)에 입사되는 방향 및 와이파이 공유기와 드론 간의 거리를 통해 드론의 위치를 인식하는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.7 is a diagram schematically illustrating a state in which a location of a drone is recognized through a direction in which a Wi-Fi signal is incident on the drone 10 and a distance between the Wi-Fi router and the drone.

도 5 내지 도 7을 참조하면, S300 단계는 S220 단계를 통해 설정된 인접 와이파이 신호 중 신호 세기가 가장 큰 와이파이 신호를 제 1 신호로 설정하고, 제 1 신호를 송신하는 와이파이 공유기를 제 1 공유기(30)로 설정하고, 드론을 벡터의 시작점으로 제 1 공유기를 벡터의 끝점으로 하는 제 1 벡터(31)를 설정하는 단계(S310), 드론(10)에 수신되는 제 1 신호의 신호 파형을 분석하여 제 1 신호가 드론에 입사되는 방향을 판단하는 단계(S320), 드론(10)의 고도와 같은 높이를 갖는 가상의 평면(50)을 설정하고, 가상의 평면(50)과 제 1 벡터(31)가 이루는 각도인 제 1 각도(32)를 산출하는 단계(S330), 제 1 각도(32)와 동일한 각도로 드론에 입사되는 와이파이 신호를 탐색하여 제 2 신호로 설정하고, 제 2 신호를 송신하는 와이파이 공유기를 제 2 공유기(40)로 설정하는 단계(S340) 및 제 1 공유기와 제 2 공유기로부터 드론 간의 거리를 산출하는 단계(S350)를 포함한다. 5 to 7 , in step S300, a Wi-Fi signal having the largest signal strength among the adjacent Wi-Fi signals set in step S220 is set as the first signal, and the Wi-Fi router that transmits the first signal is set to the first router 30 ), setting the first vector 31 with the drone as the starting point of the vector and the first router as the vector ending point (S310), by analyzing the signal waveform of the first signal received by the drone 10 Determining the direction in which the first signal is incident on the drone (S320), setting a virtual plane 50 having the same height as the altitude of the drone 10, and setting the virtual plane 50 and the first vector 31 ) calculating a first angle 32 that is an angle formed by (S330), searching for a Wi-Fi signal incident on the drone at the same angle as the first angle 32, setting it as a second signal, and transmitting the second signal and setting the Wi-Fi router as the second router 40 (S340) and calculating the distance between the drone from the first router and the second router (S350).

도 6을 참조하면, 동일한 거리(R)에 떨어져 있더라도 수신되는 빌딩 등으로 인한 전파 방해를 포함하여 여러 요인들로 인해 와이파이 신호의 세기는 서로 다를 수 있다.Referring to FIG. 6 , the strength of a Wi-Fi signal may be different from each other due to various factors including radio wave interference caused by a received building, etc., even if they are separated from each other at the same distance (R).

따라서, 본 발명에서는 S300 단계의 수행을 위해, S220 단계에서 선정된 인접 와이파이 공유기(20) 중 드론(10)에서 수신되는 신호의 세기가 가장 큰 와이파이 신호를 제 1 신호로 설정하고, 제 1 신호를 송신하는 와이파이 공유기를 제 1 공유기(30)로 설정한다. 그 후, 드론(10)을 벡터의 시작점으로 제 1 공유기(30)를 벡터의 끝점으로 하는 제 1 벡터(31)를 설정한다.Therefore, in the present invention, in order to perform step S300, a Wi-Fi signal having the largest signal strength received from the drone 10 among the adjacent Wi-Fi routers 20 selected in step S220 is set as the first signal, and the first signal A Wi-Fi router that transmits is set as the first router 30 . Thereafter, the first vector 31 is set with the drone 10 as the starting point of the vector and the first router 30 as the vector ending point.

이때, S220 단계에서 선정된 인접 와이파이 공유(20)기 중 와이파이 신호 세기가 가장 큰 와이파이 공유기를 파악하기 위해 본 발명에서는 마코프 체인 몬테 카를로(Markov Chain Monte Carlo, MCMC) 방식을 사용한다.At this time, in order to identify the Wi-Fi router having the largest Wi-Fi signal strength among the adjacent Wi-Fi sharing devices 20 selected in step S220, the present invention uses a Markov Chain Monte Carlo (MCMC) method.

해당 방식은 아래 식 (8)로 표현된다.The method is expressed by Equation (8) below.

Figure 112019128324194-pat00009
...... 식(8)
Figure 112019128324194-pat00009
...... Equation (8)

식 (8)의 적용을 통해 인접 와이파이 공유기(20)가 복수로 존재할 경우, 그 중 와이파이 신호 세기가 가장 큰 와이파이 공유기를 선정할 수 있다.When a plurality of adjacent Wi-Fi routers 20 exist through the application of Equation (8), a Wi-Fi router having the highest Wi-Fi signal strength among them may be selected.

도 7을 참조하면, 식 (8)을 통해 제 1 신호 및 제 1 공유기(30)를 선정하고 난 후 제 1 신호의 신호 파형을 분석하여 드론(10)에 입사되는 방향을 판단한다.Referring to FIG. 7 , after selecting the first signal and the first router 30 through Equation (8), the signal waveform of the first signal is analyzed to determine the direction to be incident on the drone 10 .

와이파이 신호는 파동의 형태를 띄며 드론(10)에 입사하는데, 이 때 파동이 입사되는 형태를 분석하면 와이파이 신호가 드론(10)에 입사되는 방향을 판단할 수 있다.The Wi-Fi signal takes the form of a wave and is incident on the drone 10 , and by analyzing the form in which the wave is incident at this time, it is possible to determine the direction in which the Wi-Fi signal is incident on the drone 10 .

IEEE 802.11 무선 표준안에 따르면 와이파이 공유기는 자신의 존재를 알리기 위해 연결할 수 있는 디바이스에게 SSID 브로드 캐스팅을 하여 자신의 존재를 알린다. SSID (Service Set Identifier)는 크기가 0~4바이트로 여러 와이파이 공유기들을 그룹화한 단일 관할영역(ESS,확장 서비스 셋)의 서비스 제공자 명칭(ID)으로서, SSID패킷은 와이파이 공유기를 구분하는 ID로 무선 랜을 통해 전송되는 비콘 프레임의 몸체에 해당되는 필수 필드이며, 패킷의 필수 헤더에 붙여지는 32비트의 고유 식별자로 클라이언트가 모바일 디바이스로 와이파이 검색을 해서 나오는 이름을 말한다.According to the IEEE 802.11 wireless standard, the Wi-Fi router announces its existence by broadcasting the SSID to the devices it can connect to to announce its existence. SSID (Service Set Identifier) is 0~4 bytes in size and is the service provider name (ID) of a single jurisdiction (ESS, extended service set) that groups several Wi-Fi routers. The SSID packet is an ID that identifies Wi-Fi routers. This is a required field corresponding to the body of the beacon frame transmitted through the LAN. It is a 32-bit unique identifier attached to the required header of the packet.

클라이언트들은 디바이스에 나타나는 SSID를 통해 와이파이 공유기와의 연결을 시도하며 인증 절차를 통해 세션 연결을 요청하게 되므로 이를 위해서는 와이파이 공유기는 기본적으로 비콘 프레임을 이용해서 자신의 SSID를 알린다.Clients attempt to connect to the Wi-Fi router through the SSID displayed on the device and request a session connection through an authentication process.

비콘을 통해서 근처의 클라이언트는 와이파이 공유기를 쉽게 발견할 수 있게 해준다. 비콘은 와이파이 공유기가 자신이 관할하는 무선 네트워크(BSS)의 존재를 정기적으로 알리는 방송 프레임으로 IEEE 802.11의 무선 네트워크 관리 프레임 종류 중 하나이다. 이들의 주요역할은 브로드 캐스팅을 통해 무선 네트워크의 존재를 알리며 무선 네트워크인 802.11를 찾아 무선 네트워크에 연결될 수 있도록 와이파이 공유기가 주기적으로 방송하는 프레임으로 해당 프레임 내에는 SSID가 포함되어 있다. 최종적으로 클라이언트의 모바일 디바이스에 SSID신호가 뜨며 클라이언트는 검색되는 SSID신호를 통해 와이파이 공유기와의 연결을 시도하고 인증 과정이 시작된다.Beacons allow nearby clients to easily discover Wi-Fi routers. A beacon is a broadcast frame that a Wi-Fi router regularly notifies of the existence of a wireless network (BSS) under its jurisdiction. It is one of the wireless network management frame types of IEEE 802.11. Their main role is to announce the existence of a wireless network through broadcasting, and to find 802.11, which is a wireless network, to be connected to a wireless network. Finally, the SSID signal is displayed on the client's mobile device, and the client tries to connect to the Wi-Fi router through the searched SSID signal and the authentication process begins.

드론과 와이파이 공유기 사이의 거리를 파악하기 위해서는 와이파이 신호를 통해 와이파이 안테나와 드론의 각도를 구해야 한다. 이를 위해 드론과 와이파이 공유기 사이의 전파가 들어오는 방향의 각도를 알 수 있는 AoA(Angle of Arrival)라는 방법을 이용한다.In order to determine the distance between the drone and the Wi-Fi router, it is necessary to obtain the angle between the Wi-Fi antenna and the drone through the Wi-Fi signal. For this purpose, a method called AoA (Angle of Arrival) is used to know the angle of the incoming radio wave between the drone and the Wi-Fi router.

해당 방법은 3단계로 이루어지며 전파 위상정보를 수집(드론에 내장된 MIMO 안테나를 통해서 각 안테나에 도착한 해당 전파의 위상차를 수집)하는 단계, 수신된 안테나 간의 전파 위상차를 계산하는 단계 및 MIMO 안테나에 도착한 전파의 각도차이를 통해서 해당 AP의 전파 발송 위치를 파악하는 단계를 포함한다.The method consists of three steps: collecting radio wave phase information (collecting the phase difference of the radio wave arriving at each antenna through the MIMO antenna built into the drone), calculating the radio wave phase difference between the received antennas, and using the MIMO antenna and figuring out the radio wave transmission location of the corresponding AP through the angle difference of the arriving radio waves.

만약 MIMO 안테나 사이의 거리가 d이고 각 안테나의 도달한 전파 간의 위상 차(시간에 따라 파형이 변화되는 차이 값, AoA)를

Figure 112019128324194-pat00010
, λ를 신호의 파장(주파수는 파장의 역수)이라고 한다면 해당 전파가 들어오는 각도 θ는 다음과 같이 표현된다.If the distance between the MIMO antennas is d, and the phase difference between the radio waves arriving from each antenna (the difference value in which the waveform changes with time, AoA) is calculated
Figure 112019128324194-pat00010
If , λ is the wavelength of the signal (frequency is the reciprocal of the wavelength), the angle θ at which the radio wave enters is expressed as follows.

Figure 112019128324194-pat00011
...... 식(9)
Figure 112019128324194-pat00011
...... Equation (9)

위 과정을 통해 드론(10)에 수신되는 제 1 신호의 신호 파형을 분석하여 제 1 신호가 드론(10)에 입사되는 방향을 판단하는 단계(S320)를 거치고 나면, 이후 드론의 고도와 같은 높이를 갖는 가상의 평면(50)을 설정하고, 가상의 평면(50)과 제 1 벡터(31)가 이루는 각도인 제 1 각도(32)를 산출한다(S330).After analyzing the signal waveform of the first signal received by the drone 10 through the above process and determining the direction in which the first signal is incident on the drone 10 ( S320 ), thereafter, the same height as the altitude of the drone A virtual plane 50 with , is set, and a first angle 32 that is an angle between the virtual plane 50 and the first vector 31 is calculated (S330).

다음으로, 제 1 각도(32)와 동일한 각도로 드론(10)에 입사되는 와이파이 신호를 탐색하여 제 2 신호로 설정하고, 상기 제 2 신호를 송신하는 와이파이 공유기를 제 2 공유기(40)로 설정하고(S340), 이후 제 1 공유기(30) 및 제 2 공유기(4)로부터 드론(10) 간의 거리를 산출한다(S350). Next, the Wi-Fi signal incident on the drone 10 at the same angle as the first angle 32 is searched and set as the second signal, and the Wi-Fi router that transmits the second signal is set as the second router 40 and (S340), and then calculates the distance between the drone 10 from the first router 30 and the second router 4 (S350).

즉, 제 1 공유기(30) 및 제 2 공유기(40)가 송신하는 와이파이 신호는 서로 같은 각도로 드론(10)에 입사되며, RSSI를 통해 제 1 공유기(30) 및 제 2 공유기(40)와 드론(10) 간의 거리를 알 수 있기에 S200 단계에서 와이파이 공유기와 드론 간의 거리 정보 만으로 드론의 위치를 인식할 때 보다 좀 더 정밀한 위치 인식이 가능하게 된다.That is, the Wi-Fi signals transmitted by the first router 30 and the second router 40 are incident on the drone 10 at the same angle, and communicate with the first router 30 and the second router 40 through RSSI. Since the distance between the drones 10 can be known, a more precise location recognition is possible than when recognizing the location of the drone only with distance information between the Wi-Fi router and the drone in step S200.

S400 단계에서는 S200 단계를 통해 산출된 거리 정보 및 S300 단계를 통해 산출된 와이파이 신호의 입사 방향 정보를 통해 드론의 위치를 인식한다.In step S400, the location of the drone is recognized through the distance information calculated in step S200 and incident direction information of the Wi-Fi signal calculated in step S300.

S400 단계는 S200 단계에서 산출한 거리 정보를 통해 드론(10)의 위치를 인식하는 단계(S410) 및 S410 단계에서 인식된 드론의 위치와 기 설정된 시간 전에 인식된 드론의 위치 간의 거리 차이가 기 설정된 값 이상인 경우 S300 단계에서 판단된 입사 방향 정보를 더 고려하여 상기 드론의 위치를 재인식하는 단계(S420)를 포함한다.Step S400 is a step of recognizing the location of the drone 10 through the distance information calculated in step S200 (S410) and the distance difference between the location of the drone recognized in step S410 and the location of the drone recognized before a preset time is preset. When the value is greater than or equal to the value, the method further includes the step of re-recognizing the position of the drone in consideration of the incident direction information determined in step S300 ( S420 ).

즉, 기본적으로 드론(10) 위치 인식은 S200 단계를 통해 산출된 와이파이 공유기와 드론 간의 거리 정보만을 통해 드론의 위치를 인식한다.That is, basically, the location recognition of the drone 10 recognizes the location of the drone through only the distance information between the Wi-Fi router and the drone calculated in step S200.

다만, S410 단계에서 인식된 드론(10)의 위치와 기 설정된 시간 전에 인식된 드론의 위치 간의 거리 차이가 기 설정된 값 이상인 경우, 예를 들어, 1초 전에 인식된 드론의 위치와 현재 인식된 드론의 위치 간의 거리 차이가 드론이 최대 속도로 이동했을 때의 거리 차이를 초과하는 경우 S300단계에서 판단된 입사 방향 정보를 더 고려하여 드론의 위치를 재인식한다. However, if the distance difference between the position of the drone 10 recognized in step S410 and the position of the drone recognized before the preset time is equal to or greater than a preset value, for example, the position of the drone recognized 1 second ago and the currently recognized drone If the distance difference between the positions of the drones exceeds the distance difference when the drone moves at the maximum speed, the position of the drone is re-recognized in consideration of the incident direction information determined in step S300.

다시 말해, 드론(10)의 위치 인식이 정상적으로 이루어 지는 상황에서는 S200 단계만을 통해 드론의 위치를 인식하며, 드론 위치 인식에 문제가 있다고 판단된 경우 S300 단계를 추가적으로 실시하여 드론의 위치를 인식함으로써 위치 인식을 위한 데이터 처리량 및 데이터 처리를 위한 전력 소모를 줄일 수 있다.In other words, in a situation where the location recognition of the drone 10 is normally performed, the location of the drone is recognized only through step S200, and when it is determined that there is a problem in the location recognition of the drone, step S300 is additionally performed to recognize the location of the drone Data throughput for recognition and power consumption for data processing can be reduced.

이상에서 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 위 실시예는 단지 본 발명의 사상을 설명하기 위한 것으로 이에 한정되지 않는다. 통상의 기술자는 전술한 실시예에 다양한 변형이 가해질 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위의 해석을 통해서만 정해진다.Although the present invention has been described by way of examples above, the above examples are merely for explaining the spirit of the present invention and are not limited thereto. Those skilled in the art will understand that various modifications may be made to the above-described embodiments. The scope of the present invention is determined only through interpretation of the appended claims.

10: 드론 20: 인접 와이파이 공유기
30: 제 1 공유기 31: 제 1 벡터
32: 제 1 각도 40: 제 2 공유기
10: Drone 20: Adjacent Wi-Fi router
30: first router 31: first vector
32: first angle 40: second router

Claims (6)

(a) 복수의 와이파이 공유기로부터 와이파이 신호를 수신하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계를 통해 수신된 와이파이 신호의 신호 세기를 통해 상기 와이파이 공유기와 드론 간의 거리를 산출하는 단계;
(c) 상기 와이파이 신호가 상기 드론에 입사되는 방향을 판단하는 단계; 및
(d) 상기 (b) 단계를 통해 산출된 거리 정보 및 상기 (c) 단계를 통해 판단된 입사 방향 정보를 통해 상기 드론의 위치를 인식하는 단계를 포함하고,
상기 (b) 단계는:
(b-1) 상기 (a) 단계를 통해 수신된 와이파이 신호에 도심용 거리 감쇠 모델을 적용하여 와이파이 신호의 신호 세기를 보정하는 단계를 포함하고,
상기 도심용 거리 감쇠 모델은,
Figure 112021059521661-pat00020
이고,
이때, h는 인근 영역의 건물 높이, d는 드론과 와이파이 공유기 사이의 거리, γ는 각 건물에 대해 레일리 분산 랜덤 변수를 설명하는 척도 매개변수인
드론 위치 인식 방법.
(a) receiving a Wi-Fi signal from a plurality of Wi-Fi routers;
(b) calculating a distance between the Wi-Fi router and the drone based on the signal strength of the Wi-Fi signal received in step (a);
(c) determining a direction in which the Wi-Fi signal is incident on the drone; and
(d) recognizing the position of the drone through the distance information calculated in step (b) and the incident direction information determined in step (c),
Step (b) is:
(b-1) applying the urban distance attenuation model to the Wi-Fi signal received through step (a) to correct the signal strength of the Wi-Fi signal,
The downtown distance attenuation model is,
Figure 112021059521661-pat00020
ego,
In this case, h is the height of the building in the neighboring area, d is the distance between the drone and the Wi-Fi router, and γ is the scale parameter that describes the Rayleigh variance random variable for each building.
How to recognize the location of a drone.
제 1 항에 있어서,
상기 (b) 단계는:
(b-2) 상기 (b-1) 단계를 통해 보정된 와이파이 신호 중 신호 세기가 큰 순서대로 기 설정된 개수의 와이파이 신호를 선택하여 이를 인접 와이파이 신호로 설정하고, 상기 인접 와이파이 신호를 송신하는 와이파이 공유기를 인접 와이파이 공유기로 설정하는 단계; 및
(b-3) 상기 인접 와이파이 신호의 신호 세기에 RSSI(Received Signal Strength Indicator)를 적용하여 인접 와이파이 공유기와 드론 간의 거리를 산출하는 단계를 더 포함하는
드론 위치 인식 방법.
The method of claim 1,
Step (b) is:
(b-2) Wi-Fi for selecting a preset number of Wi-Fi signals in the order of increasing signal strength among the Wi-Fi signals corrected in step (b-1), setting them as adjacent Wi-Fi signals, and transmitting the adjacent Wi-Fi signals setting the router as an adjacent Wi-Fi router; and
(b-3) applying a Received Signal Strength Indicator (RSSI) to the signal strength of the adjacent Wi-Fi signal, further comprising calculating a distance between the adjacent Wi-Fi router and the drone
How to recognize the location of a drone.
삭제delete 제 2 항에 있어서,
상기 (c) 단계는:
(c-1) 상기 인접 와이파이 신호 중 신호 세기가 가장 센 신호인 제 1 신호를 송신하는 와이파이 공유기를 제 1 공유기로 설정하고, 상기 드론을 벡터의 시작점으로 상기 제 1 공유기를 벡터의 끝점으로 하는 제 1 벡터를 설정하는 단계;
(c-2) 상기 드론에 수신되는 상기 제 1 신호의 신호 파형을 분석하여 상기 제 1 신호가 상기 드론에 입사되는 방향을 판단하는 단계;
(c-3) 상기 드론의 고도와 같은 높이를 갖는 가상의 평면을 설정하고, 상기 가상의 평면과 상기 제1 벡터가 이루는 각도인 제 1 각도를 산출하는 단계;
(c-4) 상기 제 1 각도와 동일한 각도로 상기 드론에 입사되는 와이파이 신호인 제 2 신호를 송신하는 와이파이 공유기를 제 2 공유기로 설정하는 단계; 및
(c-5) 상기 제 1 공유기 및 상기 제 2 공유기로부터 상기 드론 간의 거리를 산출하는 단계를 포함하는
드론 위치 인식 방법.
3. The method of claim 2,
Step (c) is:
(c-1) setting a Wi-Fi router that transmits a first signal having the highest signal strength among the adjacent Wi-Fi signals as the first router, using the drone as the starting point of the vector and the first router as the vector ending point setting a first vector;
(c-2) analyzing a signal waveform of the first signal received by the drone to determine a direction in which the first signal is incident on the drone;
(c-3) setting a virtual plane having the same height as the altitude of the drone, and calculating a first angle that is an angle between the virtual plane and the first vector;
(c-4) setting a Wi-Fi router that transmits a second signal, which is a Wi-Fi signal incident to the drone at the same angle as the first angle, as a second router; and
(c-5) calculating a distance between the drone from the first router and the second router
How to recognize the location of a drone.
제 4 항에 있어서,
상기 (c-1) 단계는:
마코프 체인 몬테 카를로(Markov Chain Monte Carlo, MCMC) 방식을 사용하여 상기 인접 와이파이 공유기 중 가장 센 세기의 와이파이 신호를 발신할 수 있는 와이파이 공유기를 선정하는
드론 위치 인식 방법.
5. The method of claim 4,
The step (c-1) is:
Using the Markov Chain Monte Carlo (MCMC) method, a Wi-Fi router that can transmit the strongest Wi-Fi signal among the adjacent Wi-Fi routers is selected.
How to recognize the location of a drone.
제 5 항에 있어서,
상기 (d) 단계는:
(d-1) 상기 (b) 단계에서 산출한 거리 정보를 통해 상기 드론의 위치를 인식하는 단계; 및
(d-2) 상기 (d-1) 단계에서 인식된 드론의 위치와 기 설정된 시간 전에 인식된 드론의 위치 간의 거리 차이가 기 설정된 값 이상인 경우 상기 (c) 단계에서 판단된 입사 방향 정보를 더 고려하여 상기 드론의 위치를 재인식하는 단계를 포함하는
드론 위치 인식 방법
6. The method of claim 5,
Step (d) is:
(d-1) recognizing the location of the drone through the distance information calculated in step (b); and
(d-2) If the distance difference between the position of the drone recognized in step (d-1) and the position of the drone recognized before the preset time is equal to or greater than a preset value, the incident direction information determined in step (c) is further added Including the step of re-recognizing the location of the drone in consideration
How to recognize the location of a drone
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