KR102435726B1 - 디바이스간 상대좌표 측정 방법 및 이를 이용하는 디바이스 - Google Patents

Abstract

제1 디바이스와 동일 그룹에 속하는 적어도 하나의 제2 디바이스와 통신하는 제1 디바이스에 의해 수행되는 디바이스간 상대좌표 측정 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스간 상대좌표 측정 방법은, 상기 방법은 상기 제2 디바이스와의 통신을 통해 상기 제1 디바이스 및 상기 제2 디바이스 간의 거리를 측정하는 단계; 상기 제2 디바이스로부터 복수의 제2 디바이스 간 거리 정보를 수신하는 단계; 상기 제1 디바이스와 상기 제2 디바이스 간의 거리 정보 및 복수의 제2 디바이스 간 거리 정보를 이용해 디바이스 간 상대 좌표에 대한 복수의 해(solution)를 계산하는 단계; 및 보행 항법(Pedestrian Dead Reckoning, PDR)을 이용해 산출된 기준 원점에 대한 각 디바이스의 좌표를 이용해 상기 디바이스 간의 상대 좌표에 대한 복수의 해 중 진실한 해를 도출하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

디바이스간 상대좌표 측정 방법 및 이를 이용하는 디바이스{METHOD FOR MEASURING RELATIVE COORDINATES BETWEEN DEVICES AND DEVICE THEREOF}

본 발명은 디바이스간 상대좌표 측정 방법 및 이를 이용하는 디바이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 재난, 재해 현장, 특수 작전 지역과 같이 위치추적을 위한 인프라가 구축되지 않은 환경에 그룹 단위로 투입되는 객체(활동요원)들 상호간의 위치를 파악하기 위해 각 객체별로 수집한 데이터를 기반으로 디바이스간 상대좌표를 측정하는 방법 및 상기 디바이스간 상대좌표를 측정하는 방법을 이용하는 디바이스에 관한 것이다.

종래의 위치추적 기술은 GPS신호에 기반하여 GPS 수신 단말기를 통해 사용자의 위치를 파악하였다. 하지만, 도심 지역에서는 다중경로 현상으로 인해 위치정보의 정확도가 떨어지고 실내에서 위치추적은 불가한 점이 있었다. 또한, 위치 추적의 구체적인 방법으로는 WiFi AP(Access Point)를 이용하여 빛(또는 전파)의 세기와 AP 위치 등 통신 인프라를 활용하는 핑거프린트(finger print) 방식이 일반적으로 사용되었다. 하지만, 이 방식은 기본적으로 AP와 같은 인프라가 사전에 설치되어 있어야 하고, 설치 이후 AP 정보에 대한 주기적인 업데이트가 이루어져야 하는 단점이 있어 활용하기가 어렵다.

인프라를 활용하지 않는 방법으로는 IMU(Inertial Measurement Unit, 관성센서)를 이용하여 사용자의 움직임에 대한 가속도, 각속도, 주변의 지자계 등의 정보를 계산하여 사용자의 이동 방향을 계산하는 방식이 있다. 하지만, 이 방식 역시 관성센서의 물리적 특성으로 인해 시간이 지날수록 누적 오차가 증가하는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 디바이스간 상대좌표 측정 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 상기 디바이스간 상대좌표 측정 방법을 이용하는 디바이스를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 목적은, 상기 디바이스간 상대좌표의 오차를 보정하는 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스간 상대좌표 측정 방법은, 제1 디바이스와 동일 그룹에 속하는 적어도 하나의 제2 디바이스와 통신하는 제1 디바이스에 의해 수행되며, 상기 방법은 상기 제2 디바이스와의 통신을 통해 상기 제1 디바이스 및 상기 제2 디바이스 간의 거리를 측정하는 단계; 상기 제2 디바이스로부터 복수의 제2 디바이스 간 거리 정보를 수신하는 단계; 상기 제1 디바이스와 상기 제2 디바이스 간의 거리 정보 및 복수의 제2 디바이스 간 거리 정보를 이용해 디바이스 간 상대 좌표에 대한 복수의 해(solution)를 계산하는 단계; 및 보행 항법(Pedestrian Dead Reckoning, PDR)을 이용해 산출된 기준 원점에 대한 각 디바이스의 좌표를 이용해 상기 디바이스 간의 상대 좌표에 대한 복수의 해 중 진실한 해를 도출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제1 디바이스 및 상기 제2 디바이스는 UWB(Ultra Wide Band) 통신 방식을 이용해 상호 통신할 수 있다.

상기 디바이스간 상대좌표 측정 방법은, 상기 제1 디바이스에 포함된 관성 센서(Inertial Measurement Unit)를 이용해 상기 기준 원점에 대한 제1 디바이스의 좌표를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 디바이스간 상대좌표 측정 방법은 또한, 상기 진실한 해를 이용해 상기 기준 원점에 대한 제1 디바이스의 좌표의 오차를 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 디바이스 및 상기 제2 디바이스 간의 거리는, 상기 제1 디바이스 및 상기 제2 디바이스 간의 전체 통신 시간, 빛 또는 전파의 속도, 디바이스의 반응 시간, 및 신호의 무선 전송 시간을 이용해 산출될 수 있다.

상기 디바이스간 상대좌표 측정 방법은, 보행 항법(Pedestrian Dead Reckoning, PDR)을 이용해 기준 원점에 대한 제1 디바이스의 좌표를 계산하는 단계; 및 상기 제1 디바이스의 좌표 정보를 상기 제2 디바이스로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 디바이스간 상대좌표 측정 방법은 또한, 상기 제2 디바이스로부터 상기 기준 원점에 대한 상기 제2 디바이스의 좌표 정보를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

제1 디바이스 및 제2 디바이스는, 프레임 및 프레임 사이에 위치하는 가드 슬롯을 포함하는 프레임 구성을 이용해 데이터를 송수신할 수 있다.

상기 제1 디바이스는 상기 슈퍼프레임에 포함된 복수의 슬롯 중 자신에게 할당된 슬롯을 이용해 상기 제1 디바이스의 정보를 상기 제2 디바이스로 전송할 수 있다.

상기 동일 그룹에 속하는 복수의 디바이스는 상기 가드 슬롯을 통해 디바이스 간 거리에 대한 정보를 다른 디바이스로 전송할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따라 동일 그룹에 속하는 복수의 디바이스 간의 상대좌표를 측정하는 디바이스는, 상기 동일 그룹에 속하는 다른 디바이스와의 통신을 수행하는 통신 모듈; 기준 원점에 대해 보행 항법에 따른 상기 디바이스의 좌표를 산출하는 IMU(Inertial Measurement Unit) 모듈; 프로세서; 및 상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 명령은, 다른 디바이스와의 통신을 통해 상기 디바이스와 상기 다른 디바이스 간의 거리를 측정하도록 하는 명령; 상기 다른 디바이스로부터 복수의 다른 디바이스 간 거리 정보를 수신하도록 하는 명령; 상기 동일 그룹에 속하는 상기 복수의 디바이스 간 거리 정보를 이용해 디바이스 간 상대 좌표에 대한 복수의 해(solution)를 계산하도록 하는 명령; 및 보행 항법(Pedestrian Dead Reckoning, PDR)을 이용해 산출된 기준 원점에 대한 각 디바이스의 좌표를 이용해 디바이스 간 상대 좌표에 대한 복수의 해 중 진실한 해를 도출하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.

상기 통신 모듈은 UWB(Ultra Wide Band) 통신 방식을 이용해 다른 디바이스와 통신할 수 있다.

상기 기준 원점은 상기 동일 그룹에 속하는 모든 디바이스에 동일하게 적용될 수 있다.

상기 적어도 하나의 명령은 상기 진실한 해를 이용해 상기 기준 원점에 대한 상기 디바이스의 좌표 오차를 보정하도록 하는 명령을 더 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 명령은, 보행 항법(Pedestrian Dead Reckoning, PDR)을 이용해 기준 원점에 대한 제1 디바이스의 좌표를 계산하도록 하는 명령; 및 상기 제1 디바이스의 좌표 정보를 상기 제2 디바이스로 전송하도록 하는 명령을 더 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 명령은, 상기 다른 디바이스로부터 상기 기준 원점에 대한 상기 다른 디바이스의 좌표 정보를 수신할 수 있다.

상기 디바이스는 복수의 슈퍼프레임 및 상기 슈퍼프레임 사이에 위치하는 가드 슬롯을 포함하는 프레임 구성을 이용해 상기 다른 디바이스와 데이터를 송수신할 수 있다.

상기 디바이스는 상기 슈퍼프레임에 포함된 복수의 슬롯 중 자신에게 할당된 슬롯을 이용해 상기 디바이스의 정보를 다른 디바이스로 전송할 수 있다.

상기 디바이스는 상기 가드 슬롯을 통해 디바이스와 다른 디바이스 간의 거리 정보를 브로드캐스팅할 수 있다.

상기 동일 그룹에 속하는 상기 복수의 디바이스 간 거리는, 디바이스 간의 전체 통신 시간, 빛 또는 전파의 속도, 디바이스의 반응 시간, 및 신호의 무선 전송 시간을 이용해 산출될 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 재난, 재해 현장, 특수 작전 지역과 같이 위치추적을 위한 인프라가 구축되지 않은 환경에 그룹 단위로 투입되는 객체(활동요원)들 상호간의 위치를 파악하고 인지함으로써 객체들 상호간의 효율적인 협업과 안전한 활동이 가능할 수 있다.

본 발명은 또한, 재난 현장에 투입된 요원 또는 대원들이 원점으로 안전하게 복귀하는 데 많은 도움을 줄 수 있다.

도 1은 삼각측량을 이용한 위치추적 방법의 개략 개념도이다.
도 2는 PDR(Pedestrian Dead Reckoning, 보행항법) 기술을 이용해 위치를 계산하는 방법의 개략 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 객체에 대한 상대좌표 오차 보정 장치의 개략 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 UWB 통신을 통해 객체 상호간의 거리(Range)를 계산하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 객체 상호간의 UWB 통신을 통해 측정된 거리(Range)를 행렬화하고 이를 기반으로 상대좌표 해를 구하는 개념도이다.
도 6은 IMU를 이용한 PDR 방법에 따라 각 객체의 이동 경로를 나타낸 개념도이다.
도 7은 IMU를 이용한 PDR 방법에서 출발 원점이 동일한 경우 각 디바이스의 이동 경로를 나타낸 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 객체에 대한 상대좌표 오차를 보정하는 방법의 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 상대좌표 측정 방법의 동작 순서도이다.
도 10a 및 10b는 본 발명의 일 실시예에 따라 디바이스간 거리 정보를 공유하기 위한 방법의 개념도로, 도 10a는 중앙제어형 거리 정보 공유 방법의 개념을, 도 10b는 분산형 거리 정보 공유 방법의 개념을 도시한다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리정보 산출에 이용되는 통신의 프레임 구조를 나타낸다.
도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따라 거리정보 산출에 이용되는 통신의 프레임 구조 중 가드 슬롯의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 다른 디바이스와의 상대 거리를 산출하는 디바이스의 블록 구성도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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 본 발명이 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.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 삼각측량을 이용한 위치추적 방법의 개략 개념도이다.

도 1을 참조하면, 삼각측량 방법은 3개 이상의 AP(Access Point)(11, 12, 13)를 이용하여 객체의 위치를 계산한다. 3개의 AP(11, 12, 13)는 추적하고자 하는 객체에 대해 신호의 세기 또는 신호의 도달 시간 등을 측정하여 이를 거리로 환산하고, 각 AP에 대해 산출된 거리에 대한 거리 방정식을 풀어 위치를 계산한다. 삼각측량 방법은 3개 이상의 AP에 대한 위치 정보를 사전에 알고 있는 상태에서 추적하고자 하는 객체의 위치를 계산한다.

도 2는 PDR(Pedestrian Dead Reckoning, 보행항법) 기술을 이용해 위치를 계산하는 방법의 개략 개념도이다.

보행 항법(Pedestrian Dead Reckoning, PDR)은 상대 측위 시스템의 대표적인 예이다. 상대 측위 시스템은 대상의 위치를 추적함에 있어서 그 초기의 위치 및 방향을 기준으로 상대적인 변화량을 추적하는 시스템으로, 위성 항법 등과 같이 대상의 절대적인 위치를 추적하는 절대 측위 시스템과 대비된다.

보행자 추측 항법은 발걸음의 횟수에 대응하는 보행자의 상대적인 변위에 대한 추정치를 연쇄적으로 연결해 나가는 방식이다. 따라서, 각 스텝(Step)의 상대적 변위 추정치에는 보행자의 실제 보폭이 일정하지 않기 때문에 발생하는 오차뿐 아니라, 진행 방향의 변화량 추정치에 개입하는 오차도 포함된다. 따라서, 보행자 추측 항법의 경우에 시간이 진행됨에 따라 보행자의 위치 추정값이 점점 부정확해지게 된다는 단점이 있다. 이러한 특성은 모든 상대 측위 시스템에 보편적으로 나타나는 특성이기도 하다.

도 2를 참조하면, 보행자 추측 항법(Pedestrian Dead Reckoning, PDR)은 IMU(Inertial Measurement Unit, 관성센서)를 이용하여 이동경로를 추적한다. 관성 측정 장치(IMU)는 가속도계(accelerometer) 및 자이로스코프(gyroscope), 자력계(magnetometers)를 이용해 신체의 특정 힘, 각속도 및 때로는 몸을 감싸고있는 자기장을 측정하여 알려주는 장치이다. 3축 가속도계는 X 축, Y 축, Z 축을 따라 가속도를 측정하고, 3 축 자이로스코프는 X 축, Y 축, Z 축을 중심으로 각속도를 측정하며, 3 축 자력계는 IMU의 X, Y, Z 축을 따라 자계의 세기를 측정한다. IMU는 객체의 움직임과 관련한 각도 롤(roll)(X-axis), 피치(pitch)(Y-axis) 및 요(yaw)(Z-axis) 각도를 산출하는 데 도움을 준다.

사용자(20)가 IMU를 발, 허리, 머리 등의 신체 일부에 부착 또는 소지한 상태에서 도 2에 도시된 바와 같이 움직이면, IMU(21)는 객체(여기서는 사용자)가 움직임에 따라 발생하는 가속도, 각속도와 같은 관성 데이터로부터 객체의 이동 거리와 방향을 계산하여 추정한다. IMU의 이러한 동작 방식에 의한 물리적 특성으로 인해 시간이 경과할수록 이동거리와 방향에 대한 오차가 누적된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 객체에 대한 상대좌표 오차 보정 장치의 개략 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 객체에 대한 상대좌표 오차 보정 장치(300-1)는 다른 좌표오차보정 장치(300-2, 300-3, ..., 300-N)와 피어-투-피어(peer-to-peer) 통신할 수 있다. 상대좌표 오차 보정 장치는 객체 상호간의 거리(Range)를 계산하기 위한 UWB 통신모듈과 객체 자신의 이동경로를 측정하기 위한 IMU 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.

UWB(Ultra Wide Band) 통신모듈은 객체 상호간 송수신을 통해 객체 상호간의 거리(Range)를 계산할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상대좌표 오차 보정 장치는, 사용자에 의해 소지되어 이동 가능한 기기 또는 장치라면 어떤 형태의 기기, 장치 또는 디바이스에 포함되는 형태일 수 있다. 다시 말해, 본 발명에 따른 상대좌표 오차 보정 장치는, 이동국(MS; Mobile Station), 사용자 장비(UE; User Equipment), 사용자터미널(UT; User Terminal), 무선 터미널, 액세스 터미널(AT; Access Terminal), 터미널, 가입자 유닛(SU; Subscriber Unit), 가입자 스테이션(SS; Subscriber Station) 및 모바일 터미널(mobile terminal), 스테이션(station), 가입자 스테이션(subscriber station), 모바일 스테이션(mobile station), 휴대 가입자 스테이션(portable subscriber station), 노드(node), 다바이스(device)뿐 만 아니라 사물통신 장치(IoT: Internet of Thing), 탑재 장치(mounted module/device/terminal 또는 on board device/terminal 등) 등 무선 통신 디바이스(Wireless Communication Device) 에 탑재 또는 포함될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 UWB 통신을 통해 객체 상호간의 거리(Range)를 계산하는 방법을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 객체 상호간 UWB 통신을 통한 거리 계산은, 두 객체 사이의 전체 통신시간(Total Transaction)에서 반응 시간(Return Delay)을 제외하고 신호가 무선 전송된 시간(Time of Flight)을 계산하여, 빛(또는 전파)의 속도를 곱하여 도출될 수 있다.

두 객체간 거리(Range)는 아래 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

두 객체 사이의 전체 통신 시간은 각 디바이스에서 측정 가능하며, 반응 시간 또한 해당 디바이스가 알고 있는 값이다. 따라서, 각 디바이스는 아래 수학식 2에 의해 정의되는 무선 전송 시간을 산출할 수 있으며, 무선 전송 시간을 수학식 1에 대입하면 두 객체간 거리를 계산할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 객체 상호간의 UWB 통신을 통해 측정된 거리(Range)를 행렬화하고 이를 기반으로 상대좌표 해를 구하는 개념도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 n개의 객체 상호간 UWB 통신에 의해 각 객체별 거리를 구하여 n x n 행렬을 구성하고 이 행렬의 수학식을 계산하여 상대좌표에 대한 해를 구할 수 있다. 이 때, 수학식의 특성으로 인해 이중해가 발생할 수 있다. 도 5를 참조하여 예를 들어, 디바이스 2의 실제 위치가 A라고 했을 때, 단순히 수학식을 이용하여 해를 구하는 경우, 실제 위치의 반대편 A'의 위치 또한 해로 도출될 수 있다. 즉, 디바이스 간 UWB 통신을 이용해 각 객체의 분포를 계산하는 경우 실제 위치뿐 아니라 페이크 위치 또한 생성될 수 있다.

본 발명에서는 IMU를 이용한 PDR 방법을 이용해 이러한 문제를 보완하고자 한다.

도 6은 IMU를 이용한 PDR 방법에 따라 각 객체의 이동 경로를 나타낸 개념도이다.

도 6에 도시된 바와 같이 3개의 디바이스(300-1, 300-2, 300-3) 또는 객체가 위치한다고 가정할 때, 관성 센서를 이용하는 보행자 추측 항법에 따르면 각 객체는 출발 원점(start 1, start 2, start 3)이 각각 다르기 때문에 계산되는 현재의 좌표의 정보가 각 객체별로 상이하다.

도 7은 IMU를 이용한 PDR 방법에서 출발 원점이 동일한 경우 각 디바이스의 이동 경로를 나타낸 개념도이다.

도 7은, 도 6에서 가정한 상황에서 각 객체별로 상이한 좌표정보를 동일한 좌표계에 위치시키기 위해, 모든 디바이스의 출발 원점을 동일하게 설정한 다음 PDR에 의한 각 객체의 이동 경로를 나타낸 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 모든 디바이스의 출발 원점을 일치시킴으로써 각 객체별 좌표 정보를 상호 비교할 수 있도록 한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 객체에 대한 상대좌표 오차를 보정하는 방법의 개념도이다.

도 8을 참조하면, 각 디바이스(300-1, 300-2) 즉, 각 객체는 UWB 통신을 이용하여 각 객체간의 거리를 측정하고, 측정된 객체 사이의 거리 정보를 상호 교환한다. 객체들은 측정의 중심이 되는 객체를 중심으로 주변 객체에 대한 상대적인 위치(810-1, 810-2, 810-3)를 결정한다. 도 8에서는 UWB 통신을 이용해 판단한 디바이스 1의 위치(810-1), 디바이스 2의 위치(810-2, 810-2'), 및 디바이스 3의 위치(810-3)를 도시하고 있으며, 이때 결정된 상대 위치 좌표는 페이크(또는 이미지) 해(810-2')를 포함할 수 있다. 각 객체들은 또한, 동일한 출발 원점을 기준으로 PDR 방법을 통해 객체 자신의 이동경로를 측정하여 좌표화한다. 각 객체들은 좌표화된 자신의 정보를 자신 이외의 다른 객체에 전송함으로써, 객체들 간에 좌표 정보를 공유할 수 있다.

도 8에서는 PDR을 통해 측정하여 좌표화된 디바이스들의 위치(820-1, 820-2, 820-3)가 표시되어 있다. 도 8의 실시예에서는 디바이스 1을 기준으로 한 상대좌표를 표시하고 있는데, 디바이스 2 및 디바이스 3에 대해서는 UWB 통신 방식을 이용해 산출한 각각의 좌표 및 PDR 방법을 통해 측정한 각 디바이스의 좌표에 오차가 있음을 확인할 수 있다.

UWB 통신을 이용해 산출된 상대위치 좌표 정보의 페이크(또는 이미지) 좌표(810-2')는 PDR을 이용해 생성된 이동경로 좌표를 통해 제거될 수 있다. 또한, PDR을 이용해 생성된 이동경로 좌표(820-2, 820-3)는 UWB 통신을 이용해 산출된 상대좌표 정보(810-2, 810-3)로 보정될 수 있다.

도 8의 실시예에 따라 결정 및 보정된 좌표 정보는 측정의 중심이 되는 객체(도 8에서는 디바이스 1)에 대한 상대적인 위치에 해당하므로 측정의 중심이 되는 객체 자신을 중심으로 좌표가 결정되고 보정된다. 즉 측정하는 객체 자신에 대해 상대 객체들의 분포를 확인하는 것이다. 한편, 각 객체가 상대 객체와의 거리 정보를 획득하여 거리를 원소로 하는 행렬을 생성하기 위해서는 여러 가지 다양한 방법이 사용될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 상대좌표 측정 방법의 동작 순서도이다.

앞서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 상대좌표 오차 보정 방법은, IMU 모듈에 기반한 PDR 좌표계와 UWB 통신에 기반한 상대좌표계에 대한 상호 보정을 수행하여, 상대좌표의 오차를 보정할 수 있다.

본 발명에 따른 상대좌표 측정 방법은, 예를 들어, 현장에 배치되는 그룹에 속하는 복수의 디바이스 각각에 의해 수행될 수 있다.

도 9는 예를 들어, 디바이스 1에 의해 수행되는 디바이스간 상대좌표 측정 방법의 일 실시예를 나타낸다.

디바이스 1은 우선 PDR을 이용해 기준 원점에 대한 제1 디바이스의 좌표를 계산한다(S911). 기준 원점에 대한 제1 디바이스의 좌표 정보는 제1 디바이스와 동일 그룹에 속하는 제2 디바이스로 제공된다(S912). 또한, 제1 디바이스는 제2 디바이스로부터 제2 디바이스의 좌표 정보를 수신한다(S913).

PDR 좌표계 획득 절차(S911 내지 S913)와는 별개로, 디바이스 1은 UWB을 이용해 제1 디바이스 및 제2 디바이스 간의 거리를 계산한다(S921). 디바이스 1은 또한 복수의 제2 디바이스간의 거리 정보를 수신한다(S922). 즉, 디바이스 1은 자신이 개입하지 않는 디스이스들 간의 거리에 대한 정보를 수집한다. 동일 그룹에 속하는 모든 디바이스에 대한 거리 정보를 수집한 제1 디바이스는 해당 거리 정보를 이용해 디바이스 간의 상대좌표에 대한 복수의 해를 도출한다(S923).

한편, UWB 좌표계 획득 절차(S921 내지 S923)는 PDR 좌표계 획득 절차(S911 내지 S913)와는 별개로 수행될 수 있다. UWB 좌표계 획득 절차는 PDR 좌표계 획득 절차와 동시에 진행될 수 있으며, 두 절차가 순차적으로 진행될 수도 있다.

UWB 좌표계 및 PDR 좌표계가 얻어지면, 기준원점에 대한 각 디바이스의 좌표 정보를 이용해 디바이스 간의 상대좌표에 대한 복수의 해 중 페이크 해를 제거한다 (S924). 페이크 해가 제거되면 디바이스 간 상대좌표에 대한 진실한 해가 상대좌표로 도출될 수 있다(S925). 제1 디바이스는 자신의 상대좌표를 이용해 기준원점에 대한 제1 디바이스의 좌표 오차를 보정한다(S926).

도 10a 및 10b는 본 발명의 일 실시예에 따라 디바이스간 거리 정보를 공유하기 위한 방법의 개념도로, 도 10a는 중앙제어형 거리 정보 공유 방법의 개념을, 도 10b는 분산형 거리 정보 공유 방법의 개념을 도시한다.

우선 도 10a에 도시된 중앙제어형 방법의 경우, 각 객체에서 획득한 상대 객체의 거리 정보는 모두 마스터(400)에게 전달된다. 마스터(400)는 각 객체로부터 수신한 객체간 거리 정보를 이용해 도 5의 실시예를 통해 살펴본 바와 같은 객체간 거리 행렬을 완성할 수 있다. 여기서, 마스터(400)는 각 디바이스와는 별도의 장치일 수 있으며, 예를 들어, 재난 현장에 배치된 이동식 컨트롤 센터에 위치하는 장치일 수 있다. 마스터(400)는 또한, 현장에 배치되는 복수의 디바이스들 중 선택된 하나의 디바이스일 수도 있다.

도 10b에 도시된 분산형 방법의 경우, 각 객체는 자신이 획득한 상대 객체의 거리 정보를 집단 내 모든 객체로 브로드캐스팅(Broadcasting)하여 모든 객체간에 거리 정보를 공유한다. 분산형 방법의 경우 각 디바이스가 객체간 거리 행렬을 생성하는 주체가 될 수 있다.

도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리정보 산출에 이용되는 통신의 프레임 구조를 나타낸다.

즉, 도 11a에 도시된 실시예는, 특정 객체가 자신과 다른 객체 사이의 거리 및 자신을 제외한 다른 객체들 간의 상호 거리 정보를 획득하기 위해 다른 객체들와 통신함에 있어 사용되는 프레임 구조를 나타내고 있다. 해당 객체는 다른 객체들 간의 거리 정보를 획득하여 거리를 원소로 하는 행렬을 생성하고, 생성된 행렬을 이용해 객체들 간의 상대좌표를 획득할 수 있다.

도 11a를 참조하면, 거리 측정에 참여하는 모든 객체들이 상호 거리 측정을 위해 사용하는 프레임과 슬롯의 구조를 나타내는데, 전체 시간 구간은 복수의 슈퍼프레임(1101)을 포함하며, 각각의 슈퍼프레임은 복수의 슬롯(Slot)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 각 슈퍼프레임(1101) 사이에는 가드 슬롯(1102)이 배치되어 있다.

하나의 슈퍼프레임(Superframe) 내에서 특정 객체는 자신을 위한 하나 이상의 슬롯을 배정받을 수 있다. 해당 객체는 자신에게 배정된 슬롯을 통해 주변의 다른 객체에게 자신의 정보를 전송할 수 있다. 또한 다른 슬롯을 통해 주변의 다른 객체들로부터 수신한 신호를 통해 특정 객체까지의 거리를 계산하여 저장한다. 즉, 모든 객체들은 하나의 슈퍼프레임 동안 자신에게 배정된 슬롯에서 자신의 정보를 전송하고 자신의 슬롯 이외의 다른 슬롯 시간에서는 해당 슬롯을 점유하는 객체가 보내는 신호로부터 해당 객체와의 거리를 계산하여 저장할 수 있다. 이 때, 각 객체는 자신과 신호를 주고받은 이웃의 객체에 대한 거리정보만 가지고 있다. 다시 말해 특정 객체는, 슈퍼프레임을 통해서는 하나의 슈퍼프레임 내에서 신호를 직접 주고받은 객체 이외에 다른 객체들 간의 거리 정보는 알 수 없다.

도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따라 거리정보 산출에 이용되는 통신의 프레임 구조 중 가드 슬롯의 상세 구성을 나타낸 도면이다.

도 11b를 참조하면, 슈퍼프레임 사이에 배치된 가드 슬롯(1102)에서는 각 객체별로 순서대로 자신이 가지고 있는 거리 정보를 브로드캐스팅(Broadcasting)한다. 이 과정을 통해 슈퍼프레임 내에 존재하는 모든 객체는 도 5의 실시예를 통해 살펴본 객체간 거리에 대한 행렬을 완성하게 된다. 가드 슬롯(1102)이 종료되면 새로운 슈퍼프레임이 시작되고 이후 위의 절차를 반복한다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 다른 디바이스와의 상대 거리를 산출하는 디바이스의 블록 구성도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스(300)는 프로세서(310), 메모리(320), 통신모듈(330) 및 IMU 모듈(340)을 포함하여 구성될 수 있다.

통신모듈(330)은 동일 그룹에 속하는 다른 디바이스와의 통신을 수행한다. 여기서, 디바이스간 통신 방식은 예를 들어, UWB 방식이 사용될 수 있다. IMU 모듈(340)은 적어도 하나의 관성 센서를 포함하여 보행 항법에 따라 디바이스의 좌표를 계산한다. 여기서, 디바이스의 좌표는 기준 원점에 대한 좌표를 의미하며, 동일 그룹 내 모든 디바이스는 동일한 원점을 기준으로 하여 보행 항법에 따른 자신의 좌표를 산출한다.

메모리(320)는 프로세서(310)를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는데, 상기 적어도 하나의 명령은 다른 디바이스와의 통신을 통해 상기 디바이스와 상기 다른 디바이스의 거리를 측정하도록 하는 명령; 상기 다른 디바이스로부터 복수의 다른 디바이스 간 거리 정보를 수신하도록 하는 명령; 상기 동일 그룹에 속하는 상기 복수의 디바이스 간 거리 정보를 이용해 디바이스 간 상대 좌표에 대한 복수의 해(solution)를 계산하도록 하는 명령; 및 보행 항법(Pedestrian Dead Reckoning, PDR)을 이용해 산출된 기준 원점에 대한 각 디바이스의 좌표를 이용해 디바이스 간 상대 좌표에 대한 복수의 해 중 진실한 해를 도출하도록 하는 명령을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 방법의 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. 프로그램 명령은 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.

본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다.

실시예들에서, 프로그램 가능한 로직 장치(예를 들어, 필드 프로그머블 게이트 어레이)가 여기서 설명된 방법들의 기능의 일부 또는 전부를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 실시예들에서, 필드 프로그머블 게이트 어레이는 여기서 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 마이크로프로세서와 함께 작동할 수 있다. 일반적으로, 방법들은 어떤 하드웨어 장치에 의해 수행되는 것이 바람직하다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 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.

20: 사용자 21: IMU
300, 300-1, 300-2, 300-3, 300-N: 상대좌표 오차 보정 장치/디바이스
310: 프로세서 320: 메모리
330: 통신 모듈 340: IMU 모듈
400: 마스터

Claims (20)

1. 제1 디바이스와 동일 그룹에 속하는 적어도 하나의 제2 디바이스와 통신하는 제1 디바이스에 의해 수행되는 디바이스간 상대좌표 측정 방법으로서,
   상기 제2 디바이스와의 통신을 통해 상기 제1 디바이스 및 상기 제2 디바이스 간의 거리를 측정하는 단계;
   상기 제2 디바이스로부터 복수의 제2 디바이스 간 거리 정보를 수신하는 단계;
   상기 제1 디바이스와 상기 제2 디바이스 간의 거리 정보 및 복수의 제2 디바이스 간 거리 정보를 이용해 디바이스 간 상대 좌표에 대한 복수의 해(solution)를 계산하는 단계; 및
   보행 항법(Pedestrian Dead Reckoning, PDR)을 이용해 산출된 기준 원점에 대한 각 디바이스의 좌표를 이용해 상기 디바이스 간의 상대 좌표에 대한 복수의 해 중 진실한 해를 도출하는 단계를 포함하는, 디바이스간 상대좌표 측정 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 디바이스 및 상기 제2 디바이스는 UWB(Ultra Wide Band) 통신 방식을 이용해 상호 통신하는, 디바이스간 상대좌표 측정 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 디바이스에 포함된 관성 센서(Inertial Measurement Unit)를 이용해 상기 기준 원점에 대한 제1 디바이스의 좌표를 산출하는 단계를 더 포함하는, 디바이스간 상대좌표 측정 방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 진실한 해를 이용해 상기 기준 원점에 대한 제1 디바이스의 좌표의 오차를 보정하는 단계를 더 포함하는, 디바이스간 상대좌표 측정 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 디바이스 및 상기 제2 디바이스 간의 거리는,
   상기 제1 디바이스 및 상기 제2 디바이스 간의 전체 통신 시간, 빛 또는 전파의 속도, 디바이스의 반응 시간, 및 신호의 무선 전송 시간을 이용해 산출되는, 디바이스간 상대좌표 측정 방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   보행 항법(Pedestrian Dead Reckoning, PDR)을 이용해 기준 원점에 대한 제1 디바이스의 좌표를 계산하는 단계; 및
   상기 제1 디바이스의 좌표 정보를 상기 제2 디바이스로 전송하는 단계를 더 포함하는, 디바이스간 상대좌표 측정 방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 디바이스로부터 상기 기준 원점에 대한 상기 제2 디바이스의 좌표 정보를 수신하는 단계를 더 포함하는, 디바이스간 상대좌표 측정 방법.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 디바이스 및 상기 제2 디바이스는, 프레임 및 상기 프레임 사이에 위치하는 가드 슬롯을 포함하는 프레임 구성을 이용해 데이터를 송수신하는, 디바이스간 상대좌표 측정 방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 제1 디바이스는 상기 프레임에 포함된 복수의 슬롯 중 상기 제1 디바이스에 할당된 슬롯을 이용해 상기 제1 디바이스의 정보를 상기 제2 디바이스로 전송하는, 디바이스간 상대좌표 측정 방법.
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 동일 그룹에 속하는 복수의 디바이스는 상기 가드 슬롯을 통해 디바이스 간 거리에 대한 정보를 다른 디바이스로 전송하는, 디바이스간 상대좌표 측정 방법.
11. 동일 그룹에 속하는 복수의 디바이스 간의 상대좌표를 측정하는 디바이스로서,
    상기 동일 그룹에 속하는 다른 디바이스와의 통신을 수행하는 통신 모듈;
    기준 원점에 대해 보행 항법에 따른 상기 디바이스의 좌표를 산출하는 IMU(Inertial Measurement Unit) 모듈;
    프로세서; 및
    상기 프로세서를 통해 실행되는 적어도 하나의 명령을 저장하는 메모리를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    다른 디바이스와의 통신을 통해 상기 디바이스와 상기 다른 디바이스 간의 거리를 측정하도록 하는 명령;
    상기 다른 디바이스로부터 복수의 다른 디바이스 간 거리 정보를 수신하도록 하는 명령;
    상기 동일 그룹에 속하는 상기 복수의 디바이스 간 거리 정보를 이용해 디바이스 간 상대 좌표에 대한 복수의 해(solution)를 계산하도록 하는 명령; 및
    보행 항법(Pedestrian Dead Reckoning, PDR)을 이용해 산출된 기준 원점에 대한 각 디바이스의 좌표를 이용해 디바이스 간 상대 좌표에 대한 복수의 해 중 진실한 해를 도출하도록 하는 명령을 포함하는, 디바이스.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 통신 모듈은 UWB(Ultra Wide Band) 통신 방식을 이용해 다른 디바이스와 통신하는, 디바이스.
13. 청구항 11에 있어서,
    상기 기준 원점은 상기 동일 그룹에 속하는 모든 디바이스에 동일하게 적용되는, 디바이스.
14. 청구항 11에 있어서,
    상기 적어도 하나의 명령은 상기 진실한 해를 이용해 상기 기준 원점에 대한 상기 디바이스의 좌표 오차를 보정하도록 하는 명령을 더 포함하는, 디바이스.
15. 청구항 11에 있어서,
    상기 동일 그룹에 속하는 상기 복수의 디바이스 간 거리 정보는,
    디바이스 간의 전체 통신 시간, 빛 또는 전파의 속도, 디바이스의 반응 시간, 및 신호의 무선 전송 시간을 이용해 산출되는, 디바이스.
16. 청구항 11에 있어서,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    보행 항법(Pedestrian Dead Reckoning, PDR)을 이용해 기준 원점에 대한 상기 디바이스의 좌표를 계산하도록 하는 명령; 및
    상기 디바이스의 좌표 정보를 상기 다른 디바이스로 전송하도록 하는 명령을 더 포함하는, 디바이스.
17. 청구항 11에 있어서,
    상기 적어도 하나의 명령은,
    상기 다른 디바이스로부터 상기 기준 원점에 대한 상기 다른 디바이스의 좌표 정보를 수신하도록 하는 명령을 더 포함하는, 디바이스.
18. 청구항 11에 있어서,
    상기 디바이스는 복수의 슈퍼프레임 및 상기 슈퍼프레임 사이에 위치하는 가드 슬롯을 포함하는 프레임 구성을 이용해 상기 다른 디바이스와 데이터를 송수신하는, 디바이스.
19. 청구항 18에 있어서,
    상기 디바이스는 상기 슈퍼프레임에 포함된 복수의 슬롯 중 자신에게 할당된 슬롯을 이용해 상기 디바이스의 정보를 다른 디바이스로 전송하는, 디바이스.
20. 청구항 18에 있어서,
    상기 디바이스는 상기 가드 슬롯을 통해 디바이스와 다른 디바이스 간의 거리 정보를 브로드캐스팅하는, 디바이스.

Images