KR102378614B1 - 위치 측정 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 의사 위성으로부터 수신되는 복수의 위성신호를 분석하여 사용자의 위치를 측정하는 위치 측정 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 위성신호를 이용하여 위치를 측정하는 위치 측정 장치는, 감지되는 복수의 위성신호를 수집하는 수신부; 및 상기 수집한 위성신호를 분석하여, 분할된 복수의 영역 중에서 일정 개수의 신뢰 영역을 선정한 후, 각 신뢰 영역 내에서 위치할 추정 위치를 계산하고, 상기 수집한 위성신호들이 관측될 때에 각 신뢰 영역에 위치할 확률을 상기 계산한 추정 위치에 가중치로 가중하여, 추정 위치가 합산된 결과를 최종 위치로 결정하는 위치 측정부를 포함한다.

Description

위치 측정 방법 및 장치{LOCATION MEASURING METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 위치 측정 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 의사 위성으로부터 수신되는 복수의 위성신호를 분석하여 사용자의 위치를 측정하는 위치 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
이동통신기술의 발전과 더불어 통신망에서 이동 단말의 위치를 측정하는 위치 측정 기술이 활발하게 연구되고 있다. 대표적으로 인공위성을 이용한 GPS(Global Positioning System) 위치 측정 기술, 기지국을 이용한 위치 측정 기술을 들 수 있다.
기지국을 이용한 위치 측정 기술은 이동 단말에 GPS 수신기를 장착하지 않아도 되는 이점이 있지만, GPS 위치 측정 기술에 비하면 위치 측정의 오차가 수십~수백 미터에 달해 정밀한 위치 측위에서는 적용하기가 어려운 문제점이 있다.
또한, GPS 위치 측정 기술은 위성신호를 분석하여 위치를 측정하는 기술인데, 실내에 GPS 수신기가 진입하면 GPS 신호를 수신하지 못해 실내에 적용하기가 어려운 문제점이 있었다.
이에 따라 근래에는 실내에서 위성신호를 송신하는 3개 이상의 의사 위성을 설치하여, 의사 위성의 위성신호를 토대로 사용자의 위치를 측정하는 기술이 대두되었다. 상기 의사 위성도 실제 인공위성과 동일한 위성신호를 송신하고, GPS 수신기는 의사 위성을 인공위성처럼 취급하여 위치를 측정하기 때문에, 기존 GPS 수신기의 하드웨어와 신호처리부 변경이 필요 없다. 아래의 특허문헌은 의사위성 항법 시스템을 이용한 위치 정보 및 부가정보 제공 장치에 대해서 개시한다.
기존의 실내 측위에서는, 3개의 위성신호를 토대로 삼변 측량 계산법을 통해서 사용자의 위치를 측정한다. 그런데 삼변 측량 계산법은, 실내 적용시 정확도가 떨어지는 문제점이 있다. 부연하면, 삼변 측량 계산법이 적용되기 위해서는 GPS 수신기가 세 개의 위성이 연결되는 삼각망 내에 위치할 때 정확도가 높은데 GPS 수신기가 삼각망 외부에 위치하는 경우 측위의 정확도가 떨어진다. 그런데 실내에서는 벽과 같이 분리되는 공간과 장애물이 많고, 이러한 장애물로 인하여 GPS 수신기가 삼각망에서 벗어나 위치하면 측위의 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.
한국공개특허 10-2014-0001534 (2014.01.07 공개)
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 실내 측위의 정확도를 향상시킨 위치 측정 방법과 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1측면에 따른, 위성신호를 이용하여 위치를 측정하는 위치 측정 장치는, 감지되는 복수의 위성신호를 수집하는 수신부; 및 상기 수집한 위성신호를 분석하여, 분할된 복수의 영역 중에서 일정 개수의 신뢰 영역을 선정한 후, 각 신뢰 영역 내에서 위치할 추정 위치를 계산하고, 상기 수집한 위성신호들이 관측될 때에 각 신뢰 영역에 위치할 확률을 상기 계산한 추정 위치에 가중치로 가중하여, 추정 위치가 합산된 결과를 최종 위치로 결정하는 위치 측정부를 포함한다.
상기 위치 측정 장치는, 상기 복수의 영역별 위성신호들이 관측되는 가능도 및 상기 위치 측정 장치가 상기 각 영역에 있을 사전 확률을 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
상기 위치 측정부는 상기 저장부에 저장된 영역별 위성신호들이 관측되는 가능도와 각 영역에 있을 사전 확률을 이용하여 상기 수집한 위성신호들이 관측될 때에 신뢰 영역에 위치할 확률을 계산할 수 있다.
상기 위치 측정부는, 상기 최종 위치가 결정되면 상기 최종 위치가 상기 각 영역에 포함될 확률로 상기 사전 확률을 갱신할 수 있다.
상기 위치 측정부는, 상기 수집한 각 위성신호의 수신신호세기를 확인하고, 수신신호세기가 3순위 안에 포함되는 위성신호를 송출하는 3개의 의사 위성을 연결하는 삼각 영역을 제1신뢰 영역으로 선정하고, 수신신호세기가 2순위 안에 포함되는 위성신호를 송출하는 2개의 의사 위성을 연결하는 직선 영역을 제2신뢰 영역으로 선정하고, 수신신호세기가 가장 강한 위성신호를 송출하는 의사 위성의 위치를 중심점으로 하여 사전에 설정된 반경을 가지는 원 영역을 제3신뢰 영역으로 선정할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2측면에 따른, 위치 측정 장치에서 위성신호를 분석하여 위치를 측정하는 위치를 측정하는 방법은, 복수의 위성신호를 수집하는 단계; 상기 수집한 위성신호를 분석하여, 분할된 복수의 영역 중에서 일정 개수의 신뢰 영역을 선정하는 단계; 및 각 신뢰 영역 내에서 상기 위치 측정 장치가 위치할 추정 위치를 계산하고, 상기 수집한 위성신호들이 관측될 때에 각 신뢰 영역에 위치할 확률을 상기 계산한 추정 위치에 가중치로 가중하여, 추정 위치가 합산된 결과를 최종 위치로 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명은 실내 영역을 복수의 영역으로 분할하고, 현재 관측된 복수의 위성신호를 토대로 신뢰할 수 있는 일정 개수의 영역을 선정한 후, 위성신호들이 관측될 때 선정한 신뢰 영역에서 사용자 단말이 위치할 확률을 확인하고, 이 확률을 가중치로서 이용하여 사용자 단말의 위치를 측정함으로써, 사용자 단말의 위치를 보다 정확하게 측정하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 사용자 단말이 삼각망에 위치하지 않더라도, 확률에 따른 가중치 조정을 통해서 사용자 단말의 위치를 측정하고 보정하기 때문에, 삼각망에서 벗어난 사용자의 위치도 정확하게 측정할 수 있는 이점이 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 측위 지원 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 사용자 단말의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 의사 위성의 위치를 토대로 분할한 각 영역 및 신뢰 영역을 예시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 사용자 단말에서 실내 위치를 측정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 측위 지원 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 측위 지원 시스템은 복수의 의사 위성(110 ~ 140) 및 위성 관리 서버(300)를 포함한다.
의사 위성(110 ~ 140)은 실내에 설치되는 위성신호 송신기로서, 위성신호를 지속적으로 송출한다. 상기 의사 위성(110 ~ 140)은 천장 또는 벽면에 설치될 수 있다. 의사 위성(110 ~ 140)은 C/A 코드(Coarse/Acquisition Code)를 일정 주기 간격으로 반복적으로 송출한다. 상기 C/A 코드는 위치 측정에 이용될 수 있도록, 의사 위성(110 ~ 140) 및 실제 인공위성에서 반복적으로 송출하는 일정한 규칙을 가지는 2진 코드이다. 상기 의사 위성(110 ~ 140)은 영역별 평균 벡터와 분산 벡터가 포함된 위성신호를 지속적으로 송출할 수 있다. 각각의 의사 위성(110 ~ 140)은 위성신호를 구성하는 네비게이션 데이터 프레임 중에서 일정 필드에 영역별 평균 벡터와 분산 벡터를 기록하여 송출할 수 있다.
위성 관리 서버(300)는 각각의 의사 위성(110 ~ 140)과 유선 또는 무선 통신하여, 의사 위성(110 ~ 140)을 관리하고 제어한다. 즉, 위성 관리 서버(300)는 각 의사 위성(110 ~ 140)의 식별정보를 할당하며, 또한 의사 위성(110 ~ 140)에서 송출되는 위성신호를 관리한다. 상기 위성 관리 서버(300)는 외부에서 감지되는 실제 인공위성의 식별정보와 상기 의사 위성(110 ~ 140)의 식별정보가 충돌되지 않도록, 사전에 설정된 스케줄에 따라 각 의사 위성(110 ~ 140)의 식별정보를 주기적으로 변경할 수도 있다. 한편, 위성 관리 서버(300)는 각 실내 공간에 설치된 각 의사 위성의 위치정보를 저장하고, 사용자 단말(200)이 특정 실내 공간에 진입하면 상기 실내 공간에 설치된 의사 위성별 위치정보를 추출하여 사용자 단말(200)로 제공할 수 있다. 또한, 위성 관리 서버(300)는 사용자 단말(200)이 특정 실내 공간에 진입하면, 상기 실내 공간을 일정한 규칙으로 분할하고, 각 분할된 영역의 식별코드가 부여되는 맵 데이터를 상기 사용자 단말(200)로 제공할 수 있다. 상기 위성 관리 서버(300)는 사용자 단말(200)이 실내에 설치된 액세스 포인트 또는 게이트웨이와 통신하면, 상기 사용자 단말(200)이 실내 공간에 진입한 것을 감지하여, 이 실내 공간에 설치된 의사 위성별 위치정보, 분할 영역이 포함된 맵 데이터 중 하나 이상을 사용자 단말(200)로 제공할 수 있다.
사용자 단말(200)은 사용자 소지한 위치 측정 장치로서, GPS 수신기를 탑재하여, 이 GPS 수신기를 통해 수신되는 위성신호를 분석하여 현재 위치를 측위한다. 상기 사용자 단말(200)는 특정 실내 공간에 진입하면, 상기 실내 공간에 설치되는 의사 위성별 위치정보, 분할 영역이 포함된 실내 공간의 맵 데이터 중 하나 이상을 위성 관리 서버(300)로부터 수신하여 저장할 수 있다.
사용자 단말(200)은 실내 공간에 진입하면, 실내 공간에 수신되는 복수의 위성신호를 확인하고, 복수의 위성신호를 토대로 일정 개수(예컨대, 3개)의 신뢰 영역을 선정한다. 그리고 사용자 단말(200)은 수집한 위성신호들이 모두 관측(즉, 수집)될 때 각 신뢰 영역에서 위치할 확률을 신뢰 영역별로 산출하고, 신뢰 영역 내에 위치할 사용자 단말의 추정 위치를 신뢰 영역별로 계산한다. 아울러, 사용자 단말(200)은 상기 계산한 신뢰 영역별 추정 위치에 상기 확률을 가중치로 적용하여 사용자 단말(200)의 최종 위치를 측정한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 사용자 단말의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른, 사용자 단말(200)은 통신부(210), GPS 수신기(220), 저장부(230) 및 위치 측정부(240)를 포함하며, 이러한 구성요소들은 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 통해서 구현될 수 있다. 또한, 상기 사용자 단말(200)은 하나 이상의 프로세서와 메모리를 포함할 수 있으며, 상기 위치 측정부(240)의 기능은 상기 프로세서에 의해 실행되는 프로그램 형태로 상기 메모리에 탑재될 수 있다.
통신부(210)는 유선으로 신호를 송수신하거나 무선으로 전자파를 송수신한다. 통신부(210)는 전기 신호를 전자파로 또는 그 반대로 변환하며 이 전자파를 통하여 통신 네트워크, 게이트웨이 또는 외부 서버와 통신한다. 통신부(210)는 예를 들어 안테나 시스템, RF 트랜시버, 하나 이상의 증폭기, 튜너, 하나 이상의 오실레이터, 디지털 신호 처리기, CODEC 칩셋, 가입자 식별 모듈(subscriber identity module, SIM) 카드, 메모리 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 이러한 기능을 수행하기 위한 주지의 회로를 포함할 수 있다.
GPS 수신기(220)는 주변에서 감지되는 복수의 위성신호를 수신하는 기능을 수행한다.
저장부(230)는 메모리, 디스크 장치 등과 같은 저장수단으로서, 각 영역에서 다수의 위성신호가 관측되는 가능도(즉, P(S|R))를 영역별로 구분하여 저장한다. 또한, 저장부(230)는 각 의상 위성별 위치정보(즉, 좌표 정보)를 저장하며, 각 영역별 사전 확률(P(R))도 저장한다. 한편, 저장부(230)는 특정 실내 공간에 설치되는 의사 위성별 위치정보를 저장할 수 있고, 분할 영역이 포함된 상기 특정 실내 공간의 맵 데이터를 저장할 수도 있다.
위치 측정부(240)는 사용자 단말(200)이 실내에 위치하면, 이 실내에서 의사 위성의 위성신호를 수집하고, 이 위성신호를 분석하여 사용자 단말(200)의 위치를 측정한다. 구체적으로, 위치 측정부(240)는 GPS 수신기(220)를 통해서, 현재 위치에서 수집되는 복수의 위성신호를 확인하고, 각 위성신호의 수신신호세기를 확인한다. 또한, 위치 측정부(240)는 수집한 각 위성신호를 송출하는 의상 위성의 위치를 저장부(230)에서 확인한 후, 이렇게 확인한 각 의사 위성의 위치를 토대로 사전에 설정된 규칙에 따라 실내 영역을 중첩되지 않은 복수의 영역으로 분할하거나, 상기 저장부(230)에서 저장된 맵 데이터에 포함된 분할 영역을 토대로 실내 공간에서 분할된 복수의 영역을 인지할 수 있다.
위치 측정부(240)는 상기 분할한 영역 중에서 신뢰성 있는 일정 개수의 신뢰 영역(즉, 삼각 영역, 직선 영역, 원 영역)을 선정한다. 이때, 위치 측정부(240)는 수신신호세기가 강한 위성신호를 송출하는 세 개의 의사 위성이 연결되는 다각형 영역을 제1신뢰 영역으로 선정하고, 수신신호세기가 강한 위성신호를 송출하는 두 개의 의사 위성이 연결되는 직선 영역을 제2신뢰 영역으로 선정하고, 수신신호세기가 가장 강한 위성신호를 송출하는 하나의 의사 위성을 중심점으로 하여 일정 반경을 가지는 원 영역을 제3신뢰 영역으로 선정할 수 있다.
도 3은 의사 위성의 위치를 토대로 분할한 각 영역 및 신뢰 영역을 예시하는 도면이다.
도 3을 참조하면, GPS 수신기(220)가 현재 위치에서 제1의사 위성 내지 제4의사 위성(110 ~ 140)에 대한 위성신호를 수집(관측)한 경우, 제1의사 위성 내지 제4의사 위성(110 ~ 140)의 위치에 따라 분할되는 복수의 영역은 도 3과 같다.
도 3에서는 의상 위성의 중심으로 총 4개의 원 영역이 설정되고, 두 개의 의사 위성을 연결되는 5개의 직선 영역이 설정되고, 3개의 의사 위성을 연결하는 2개의 삼각 영역이 설정된다.
위치 측정부(240)는 이러한 분할 규칙에 따라 실내 영역을 중첩되지 않은 복수의 영역으로 분할한다. 또한, 상기 분할 영역이 포함된 실내 맵 데이터가 저장부(230)에 저장될 수도 있으며, 이 경우 위치 측정부(240)는 상기 실내 맵 데이터를 토대로 분할된 복수의 영역을 인지할 수 있다.
위치 측정부(240)는 GPS 수신기(220)에서 수집되는 각 위성신호의 수신신호세기를 확인한 후, 수집한 위성신호 중에서 수신신호세기가 강한 3개의 위성신호(즉, 수신신호세기가 3순위 안에 포함되는 위성신호)를 확인하고, 이 3개의 위성신호를 송출하는 의사 위성을 연결하는 삼각 영역을 신뢰할 수 있는 제1신뢰 영역(R1)으로 선정한다. 또한, 위치 측정부(240)는 수집한 위성신호 중에서 수신신호세기가 강한 2개의 위성신호(즉, 수신신호세기가 2순위 안에 포함된 위성신호)를 확인하고, 이 2개의 위성신호를 송출하는 의사 위성을 연결하는 직선 영역을 신뢰할 수 있는 제2신뢰 영역(R2)으로 선정한다. 상기 직선 영역은 실질적인 직선 형태로 생성될 수 있고 또는 직사각형 형태로 생성될 수도 있다. 게다가, 위치 측정부(240)는 수집한 위성신호 중에서 수신신호세기가 가장 강한 1개의 위성신호를 확인하고, 이 위성신호를 송출하는 의사 위성 위치를 중심점으로 하여 사전에 설정된 반경을 가지는 원 영역을 신뢰할 수 있는 제3신뢰 영역(R3)으로 선정한다. 도 3에서는 위성신호의 수신신호세기가, 제1의사 위성(110), 제2의사 위성(120), 제3의사 위성(130), 제4의사 위성(140) 순이며, 이에 따라 제1신뢰 영역은 R1으로 표현되고, 제2신뢰 영역은 R2로 표현되며, 제3신뢰 영역은 R3으로 표현된다.
이렇게 제1신뢰 영역 내지 제3신뢰 영역을 선정하면, 위치 측정부(240)는 수집한 복수의 위성신호가 모두 관측될 때 사용자 단말(200)이 각 신뢰 영역에 있을 확률을 산출한다.
상기 위치 측정부(240)는 아래의 수학식 1을 이용하여 수집한 위성신호들이 모두 관측될 때의 신뢰 영역에 위치할 확률(P(R|S))을 산출한다. 수학식 1에서 P(R|S)는 베이지안 이론을 적용하면 오른쪽과 같은 수식으로 변경될 수 있다.
Figure 112017128219498-pat00001
여기서, η은 정규화 팩터이고, P(S|R)은 신뢰 영역 R에서 수집한 신호들(S)이 모두 관측될 가능도이고, P(R)은 사용자 단말(200)이 신뢰 영역 R에 있을 사전확률이다.
상기 정규화 팩터(η)은 상수로서 사전에 설정되어 수학식 1에 적용되고, P(R)의 초기값은 사전에 설정되어 저장부(230)에 저장되며, 초기값이 적용된 이후에 상기 P(R)은 갱신되어 저장부(230)에 저장된다. 각 영역별 사전확률(즉, P(R))에 대한 초기값은 각 영역에 대한 면적비로 계산되어, 저장부(230)에 저장된다.
위치 측정부(240)는 수집한 복수의 위성신호들(S1, S2, S3,.., Sk)이 선정한 각 신뢰 영역(즉, R1, R2, R3)에서 관측될 확률을 상기 수학식 1을 통해서 각각 계산한다. 이때, 위치 측정부(240)는 수학식 1에 적용되는 P(S|R)를 저장부(230)에서 확인하여, 수학식 1에 적용하고, 해당 영역에 대응되는 사전확률 P(R)을 저장부(230)에서 확인하여, 상기 수학식 1에 적용함으로써, 수집한 복수의 위성신호들(S1, S2, S3,.., Sk)이 모두 관측될 경우, 제1신뢰 영역(R1), 제2신뢰 영역(R2), 제3신뢰 영역(R3) 각각에서 위치할 확률을 계산한다.
위치 측정부(240)는 제1신뢰 영역(R1) 내에서 위치하는 사용자 단말 추정 위치, 제2신뢰 영역(R2) 내의 사용자 단말 추정 위치, 제3신뢰 영역(R3) 내의 사용자 단말 추정 위치를 각각 산출한다. 위치 측정부(240)는 제1신뢰 영역(R1) 내에서 사용자 단말의 위치를 추정할 때, 신호가 강한 3개의 위성신호와 이 3개의 위성신호를 송출하는 각 의사 위성의 위치를 토대로 삼변 측량을 수행하여, 제1신뢰 영역 내의 사용자 단말 위치를 추정할 수 있다. 또한, 위치 측정부(240)는 제2신뢰 영역 내에서 사용자 단말의 위치를 추정할 때, 신호가 가장 2개의 위성신호와 이 2개의 위성신호를 송출하는 각 의사 위성의 위치를 토대로, 제2신뢰 영역 내의 사용자 단말 위치를 추정할 수 있다. 이때, 위치 측정부(240)는 제2신뢰 영역 내에서 의사 위성 사이의 중간 위치를 사용자 단말(200)의 위치로 추정할 수 있다.
위치 측정부(240)는 제3신뢰 영역 내에서 사용자 단말의 위치를 추정할 때, 신호가 가장 강한 위성신호를 송출하는 의사 위성의 위치를 제3신뢰 영역 내의 사용자 단말 위치로 추정할 수 있다.
위치 측정부(240)는 측정한 각 신뢰 영역 내의 추정 위치에, 수집한 위성신호들(S1, S2, S3,.., Sk)이 제1신뢰 영역(R1), 제2신뢰 영역(R2), 제3신뢰 영역(R3) 각각에서 관측될 확률을 가중치로 적용하여 사용자 단말(200)의 최종 위치를 측정한다. 즉, 위치 측정부(240)는 측정한 각 신뢰 영역 내의 추정 위치와 수집 신호들이 영역별로 관측된 확률을 아래의 수학식 2에 대입하여, 최종적인 사용자 단말(200)의 위치를 측정한다.
Figure 112017128219498-pat00002
여기서, fn(S1...k)는 Rn 영역 내에서의 사용자 단말 추정 위치(x,y)이고, P(Rn|S1...k)는 수집 위성신호들이 관측될 때 영역 Rn에 위치할 확률이다.
이렇게 최종 위치가 산출되면, 위치 측정부(240)는 분할된 각 영역에서 상기 최종 위치가 포함될 확률을 계산하고, 저장부(230)에 저장된 영역별 사전 확률을, 계산된 영역별 사전 확률로 갱신한다. 이때, 위치 측정부(240)는 아래의 수학식 3을 이용하여 각 영역의 사전 확률을 계산할 수 있다.
Figure 112017128219498-pat00003
여기서, (x,y)는 사용자 단말(200)의 최종 위치이고, N((x,y)|μn, σn)은 사용자 단말(200)의 위치가 n 분할 영역에 있을 다변수 확률분포이다. 또한, μn은 n 분할 영역에 대한 평균 벡터, σn은 n 분할 영역에 대한 분산 벡터이다.
위치 측정부(240)는 의사 위성(110 ~ 140)으로부터 수신되는 위성신호에서 상기 각 영역의 평균 벡터와 분산 벡터를 획득하고, 이 획득한 평균 벡터와 분산 벡터를 수학식 3에 대입하여 각 영역별 사전 확률을 계산하고, 해당 영역의 사전 확률을 갱신한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 사용자 단말에서 실내 위치를 측정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 사용자 단말(200)이 실내 공간에 진입하면, GPS 수신기(220)는 현재 위치에서 감지되는 복수의 위성신호(즉, 각 의사 위성에서 송출되는 위성신호)를 수집한다(S401).
그러면, 위치 측정부(240)는 수집한 각 위성신호의 수신신호세기를 확인한다(S403). 그리고 위치 측정부(240)는 수집한 각 위성신호를 송출하는 의상 위성(110 ~ 140)의 위치를 저장부(230)에서 확인한 후, 이렇게 확인한 각 의사 위성의 위치를 토대로 사전에 설정된 규칙에 따라 실내 영역을 중첩되지 않은 복수의 영역으로 분할한다. 또는, 위치 측정부(240)는 저장부(230)에 저장된 실내 맵 데이터를 토대로 분할된 복수의 영역을 인지한다.
그리고 위치 측정부(240)는 상기 확인한 위성신호별 수신신호세기를 토대로, 분할한 복수의 영역 중에서 신뢰성을 가지는 일정 개수의 영역을 선정한다(S405). 이때, 위치 측정부(240)는 위성신호들 중에서 수신신호세기가 강한 3개의 위성신호를 확인하고, 이 3개의 위성신호를 송출하는 의사 위성을 연결하는 삼각 영역을 신뢰할 수 있는 제1신뢰 영역(R1)으로 선정할 수 있다. 또한, 위치 측정부(240)는 수집한 위성신호 중에서 수신신호세기가 강한 2개의 위성신호를 확인하고, 이 2개의 위성신호를 송출하는 의사 위성을 연결하는 직선 영역을 신뢰할 수 있는 제2신뢰 영역(R2)으로 선정할 수 있다. 게다가, 위치 측정부(240)는 수집한 위성신호들 중에서 신호가 가장 강한 1개의 위성신호를 확인하고, 이 위성신호를 송출하는 의사 위성 위치를 중심점으로 하여 사전에 설정된 반경을 가지는 원 영역을 신뢰할 수 있는 제3신뢰 영역(R3)으로 선정할 수 있다.
이어서, 위치 측정부(240)는 각 신뢰 영역에서 수집한 위성신호들이 모두 관측될 수 있는 가능도를 저장부(230)에서 확인하고, 신뢰 영역별 사전 확률을 저장부(230)에 확인한 후, 이렇게 확인한 신뢰 영역별 가능도와 사전 확률을 수학식 1에 대입함으로써, 수집한 복수의 위성신호들(S1, S2, S3,.., Sk)이 모두 관측될 때 신뢰 영역(즉, R1, R2, R3)에 위치할 확률을 신뢰 영역별로 구분하여 계산한다(S407).
다음으로, 위치 측정부(240)는, 제1신뢰 영역(R1) 내에서 위치할 사용자 단말의 추정 위치, 제2신뢰 영역(R2) 내에서 위치할 사용자 단말의 추정 위치, 제3신뢰 영역(R3) 내에 위치할 사용자 단말의 추정 위치를 각각 산출한다(S409). 위치 측정부(240)는 제1신뢰 영역(R1) 내에서 사용자 단말의 위치를 추정할 때, 신호가 강한 3개의 위성신호와 이 3개의 위성신호를 송출하는 각 의사 위성의 위치를 토대로 삼변측량을 수행하여, 제1신뢰 영역 내의 사용자 단말 위치를 추정할 수 있다. 또한, 위치 측정부(240)는 제2신뢰 영역 내에서 사용자 단말의 위치를 추정할 때, 제2신뢰 영역을 형성하는 두 개의 의사 위성 사이의 중간 위치(즉, 제2신뢰 영역 내에서 직선 중앙 위치)를 사용자 단말(200)의 위치로 추정할 수 있다. 위치 측정부(240)는 제3신뢰 영역 내에서 사용자 단말의 위치를 추정할 때, 신호가 가장 강한 위성신호를 송출하는 의사 위성의 위치를 제3신뢰 영역 내의 사용자 단말 위치로 추정할 수 있다.
이어서, 위치 측정부(240)는 측정한 각 신뢰 영역 내의 추정 위치와 수집 위성신호들이 모두 관측될 때 각 신뢰 영역에 위치할 확률을 수학식 2에 대입하여, 최종적인 사용자 단말(200)의 위치를 측정한다(S411).
다음으로, 위치 측정부(240)는 의사 위성(110 ~ 140)으로부터 수신되는 위성신호에서 영역별 평균 벡터와 분산 벡터를 획득하고, 이 획득한 평균 벡터와 분산 벡터를 수학식 3에 대입하여 각 영역별 사전 확률을 계산하고, 저장부(230)에 저장된 신뢰 영역별 사전 확률을 상기 계산한 신뢰 영역별 사전 확률로 갱신한다(S413).
상술한 바와 같이, 본 발명은 실내 영역을 복수의 영역으로 분할하고, 현재 관측된 복수의 위성신호를 토대로 신뢰할 수 있는 일정 개수의 영역을 선정한 후, 위성신호들이 관측될 때 선정한 신뢰 영역에서 사용자 단말이 위치할 확률을 확인하고, 이 확률을 가중치로서 이용하여 사용자 단말의 위치를 측정함으로써, 사용자 단말의 위치를 보다 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 본 발명은 사용자 단말(200)이 삼각망에 위치하지 않더라도, 확률에 따른 가중치 조정을 통해서 사용자 단말(200)의 위치를 측정하고 보정하기 때문에, 삼각망에서 벗어난 사용자의 위치도 정확하게 측정할 수 있다.
본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.
도면에서 동작들이 특정한 순서로 설명되었으나, 그러한 동작들이 도시된 바와 같은 특정한 순서로 수행되는 것으로, 또는 일련의 연속된 순서, 또는 원하는 결과를 얻기 위해 모든 설명된 동작이 수행되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정 환경에서 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 아울러, 상술한 실시예에서 다양한 시스템 구성요소의 구분은 모든 실시예에서 그러한 구분을 요구하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 상술한 프로그램 구성요소 및 시스템은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품 또는 멀티플 소프트웨어 제품에 패키지로 구현될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(시디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
110, 120, 130, 140 : 의사 위성 200 : 사용자 단말
210 : 통신부 220 : GPS 수신기
230 : 저장부 240 : 위치 측정부
300 : 위성 관리 서버

Claims (11)

  1. 위성신호를 이용하여 위치를 측정하는 위치 측정 장치에 있어서,
    감지되는 복수의 위성신호를 수집하는 수신부; 및
    상기 수집한 위성신호를 분석하여, 분할된 복수의 영역 중에서 일정 개수의 신뢰 영역을 선정한 후, 각 신뢰 영역 내에서 위치할 추정 위치를 계산하고, 상기 수집한 위성신호들이 관측될 때에 각 신뢰 영역에 위치할 확률을 상기 계산한 추정 위치에 가중치로 가중하여, 추정 위치가 합산된 결과를 최종 위치로 결정하는 위치 측정부를 포함하는 위치 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 영역별 위성신호들이 관측되는 가능도 및 상기 위치 측정 장치가 상기 각 영역에 있을 사전 확률을 저장하는 저장부를 더 포함하고,
    상기 위치 측정부는,
    상기 저장부에 저장된 영역별 위성신호들이 관측되는 가능도와 각 영역에 있을 사전 확률을 이용하여 상기 수집한 위성신호들이 관측될 때에 신뢰 영역에 위치할 확률을 계산하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각 영역에 있을 사전 확률의 초기값은, 상기 복수의 영역의 면적비인 것을 특징으로 하는 위치 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 위치 측정부는,
    상기 최종 위치가 결정되면 상기 최종 위치가 상기 각 영역에 포함될 확률로 상기 사전 확률을 갱신하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 위치 측정부는,
    상기 위성신호에 포함된 각 영역별 평균 벡터와 분산 벡터를 추출하고, 상기 평균 벡터와 분산 벡터를 이용하여 상기 최종 위치가 상기 각 영역에 포함될 확률을 계산하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치 측정부는,
    상기 수집한 각 위성신호의 수신신호세기를 확인하고, 수신신호세기가 3순위 안에 포함되는 위성신호를 송출하는 3개의 의사 위성을 연결하는 삼각 영역을 제1신뢰 영역으로 선정하고, 수신신호세기가 2순위 안에 포함되는 위성신호를 송출하는 2개의 의사 위성을 연결하는 직선 영역을 제2신뢰 영역으로 선정하고, 수신신호세기가 가장 강한 위성신호를 송출하는 의사 위성의 위치를 중심점으로 하여 사전에 설정된 반경을 가지는 원 영역을 제3신뢰 영역으로 선정하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 장치.
  7. 위치 측정 장치에서 위성신호를 분석하여 위치를 측정하는 위치를 측정하는 방법으로서,
    복수의 위성신호를 수집하는 단계;
    상기 수집한 위성신호를 분석하여, 분할된 복수의 영역 중에서 일정 개수의 신뢰 영역을 선정하는 단계; 및
    각 신뢰 영역 내에서 상기 위치 측정 장치가 위치할 추정 위치를 계산하고, 상기 수집한 위성신호들이 관측될 때에 각 신뢰 영역에 위치할 확률을 상기 계산한 추정 위치에 가중치로 가중하여, 추정 위치가 합산된 결과를 최종 위치로 결정하는 단계를 포함하는 위치 측정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 영역별 위성신호들이 관측되는 가능도 및 상기 위치 측정 장치가 상기 각 영역에 있을 사전 확률을 저장하는 단계를 더 포함하고,
    상기 최종 위치로 결정하는 단계는,
    상기 저장중인 영역별 위성신호들이 관측되는 가능도와 각 영역에 있을 사전 확률을 이용하여 상기 수집한 위성신호들이 관측될 때에 신뢰 영역에 위치할 확률을 계산하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 최종 위치가 결정되면 상기 최종 위치가 각 영역에 포함될 확률로 상기 사전 확률을 갱신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 갱신하는 단계는,
    상기 위성신호에 포함된 각 영역별 평균 벡터와 분산 벡터를 추출하고, 상기 평균 벡터와 분산 벡터를 이용하여 상기 최종 위치가 상기 각 영역에 포함될 확률을 계산하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신뢰 영역을 선정하는 단계는,
    상기 수집한 각 위성신호의 수신신호세기를 확인하는 단계;
    수신신호세기가 3순위 안에 포함되는 위성신호를 송출하는 3개의 의사 위성을 연결하는 삼각 영역을 제1신뢰 영역으로 선정하는 단계;
    수신신호세기가 2순위 안에 포함되는 위성신호를 송출하는 2개의 의사 위성을 연결하는 직선 영역을 제2신뢰 영역으로 선정하는 단계; 및
    수신신호세기가 가장 강한 위성신호를 송출하는 의사 위성의 위치를 중심점으로 하여 사전에 설정된 반경을 가지는 원 영역을 제3신뢰 영역으로 선정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
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