KR102482968B1 - Method and Apparatus for Positioning Train Using Deep Kalman Filter - Google Patents

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Abstract

딥 칼만 필터를 이용하는 열차 측위 방법 및 장치를 개시한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 컴퓨터에 의해 구현되며, 수정된 확장 칼만 필터를 이용하는 열차 측위 방법에 있어서, 두 개의 기지국을 선택하는 과정; 상기 두 개의 기지국을 통해 열차로부터 수신한 두 개의 무선 신호에 대해 제1 도착 시간차(Time Difference of Arrival; TDoA)를 관측하는 과정; 상기 열차의 이전 상태벡터로부터 상기 열차의 현재 상태벡터를 예측하는 과정; 예측된 상태벡터와 비선형 관계에 있는 제2 TDoA를 구하는 과정; 상기 제1 TDoA와 상기 제2 TDoA의 차이에 따라 상기 예측된 상태벡터를 갱신하는 과정; 및 갱신된 상태벡터로부터 상기 열차의 위치를 결정하는 과정을 포함하는 열차 측위 방법을 제공한다.
A train positioning method and apparatus using a deep Kalman filter are disclosed.
According to one aspect of the present invention, in a train positioning method implemented by a computer and using a modified extended Kalman filter, the process of selecting two base stations; Observing a first Time Difference of Arrival (TDoA) for two radio signals received from a train through the two base stations; predicting a current state vector of the train from a previous state vector of the train; obtaining a second TDoA having a non-linear relationship with the predicted state vector; updating the predicted state vector according to a difference between the first TDoA and the second TDoA; and determining the position of the train from the updated state vector.

Description

딥 칼만 필터를 이용하는 열차 측위 방법 및 장치{Method and Apparatus for Positioning Train Using Deep Kalman Filter}Method and Apparatus for Positioning Train Using Deep Kalman Filter

본 발명의 실시예들은 수정된 칼만 필터와 딥러닝을 이용하는 열차 측위 방법 및 장치 에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a train positioning method and apparatus using a modified Kalman filter and deep learning.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The information described in this section simply provides background information on the present invention and does not constitute prior art.

최대 이동 속도가 300 km/h 이상인 고속 열차(High Speed Train; HST) 시스템은 많은 국가에서 널리 사용되고 있다. 사람들은 목적지까지 더 빠르게 이동할 수 있기 때문에, 사람들은 HST 시스템을 통해 삶의 질을 크게 향상시킬 수 있게 되었다. 예를 들어, 국내에서 2004년에 HST 시스템이 도입됨에 따라 사람들은 국내에서 출발지와 목적지에 상관 없이 반나절 안에 이동할 수 있는 '반나절 생활권'을 누릴 수 있게 되었다. High Speed Train (HST) systems with a maximum travel speed of 300 km/h or more are widely used in many countries. Because people can travel to their destination faster, people can greatly improve their quality of life through the HST system. For example, with the introduction of the HST system in Korea in 2004, people can enjoy the 'half-day living zone', which allows them to move within half a day regardless of the origin and destination in Korea.

모든 열차는 일반적으로 전방 열차와 후방 열차 간 거리 정보에 의존하며, 이 거리 정보는 안전 여유를 고려하여 측정된다. 하지만, 안전을 위해 열차 사이의 거리를 과도하게 연장하면 이용 가능한 열차 수가 줄어들어 운영 효율성이 저하된다는 문제점이 있다. 운용 가능한 열차 수를 최대한 확보하기 위해, 즉 안전과 효율성의 균형을 위해 정확하고 신뢰할 수 있는 열차 위치 추정 시스템이 필요하다. All trains generally depend on the distance information between the front train and the rear train, and this distance information is measured taking into account the safety margin. However, there is a problem in that if the distance between trains is excessively extended for safety, the number of available trains is reduced and operational efficiency is lowered. Accurate and reliable train positioning systems are needed to ensure the maximum number of trains available, i.e. to balance safety and efficiency.

기존의 열차 측위 방법으로는 트랙 회로, 무선 주파수 태그(RF Tag) 및 회전 속도계(tachometer)를 이용하여 열차의 위치를 추정하는 방법이 있다. 또한, 무선 통신 시스템을 이용하여 열차의 위치를 추정하는 방법이 있다. 최근, 무선 통신 시스템을 사용하는 측위 방법은 실내 및 실외 모두에 적용될 수 있도록 연구되고 있다. 예를 들면, 실내용 Bluetooth, Wi-Fi 및 Beacon과 실외용 GPS(Global Positioning System) 또는 셀룰러 시스템이 있다.Existing train positioning methods include a method of estimating the position of a train using a track circuit, a radio frequency tag (RF Tag), and a tachometer. In addition, there is a method of estimating the location of a train using a wireless communication system. Recently, a positioning method using a wireless communication system has been studied to be applied both indoors and outdoors. Examples include Bluetooth, Wi-Fi and Beacon for indoor use and Global Positioning System (GPS) or cellular systems for outdoor use.

실내 측위 방법은 연구가 활발하게 이루어지는 반면, GPS 제외한 다른 실외 측위 방법은 연구가 미비한 실정이다. 기존의 실외 측위 방법으로써, OTDOA(Observed Time Difference Of Arrival)을 이용하는 LTE(Long-Term Evolution) 시스템은 직선 경로(Line Of Sight; LOS)를 보장하기 어렵기 때문에 열차 위치를 추정할 때 발생하는 오차가 크다. 반면, 5G NR 시스템은 4G LTE 시스템에 비해 훨씬 높은 LOS 확률을 만족할 뿐만 아니라 훨씬 높은 샘플링 속도를 만족하기 때문에 5G 기반 열차 측위 방법이 활발하게 연구되고 있다.While research on indoor positioning methods is actively conducted, studies on other outdoor positioning methods except GPS are insufficient. As a conventional outdoor positioning method, the LTE (Long-Term Evolution) system using OTDOA (Observed Time Difference Of Arrival) is difficult to guarantee a straight path (Line Of Sight; LOS), so errors occurring when estimating the train position is big On the other hand, since the 5G NR system not only satisfies a much higher LOS probability than the 4G LTE system, but also satisfies a much higher sampling rate, 5G-based train positioning methods are being actively studied.

4G 시스템뿐만 아니라 5G 시스템에서도 열차의 위치를 추정할 때, 기지국들이 열차로부터 수신한 신호들의 도착 시간 차(Time Difference of Arrival; TDoA)를 이용할 수 있다. 또한, TDoA로부터 열차의 위치를 추정할 때, 칼만 필터를 이용하여 측위 정확도를 높일 수 있다. 여기서, 칼만 필터는 열차의 위치 및 속도를 관측(observe)하고, 열차의 위치 및 속도를 예측(predict)하며, 관측 데이터와 예측 데이터를 이용하여 열차의 현재 위치와 속도를 갱신(update), 즉 추정하는 필터이다. 이러한 칼만 필터는 선형(linear)-가우시안(Gaussian) 시스템을 전제로 하는 일반 칼만 필터와 비선형(nonlinear)-가우시안(Gaussian) 시스템을 전제로 하는 확장 칼만 필터로 나뉠 수 있다.When estimating the location of a train in a 5G system as well as a 4G system, base stations may use a Time Difference of Arrival (TDoA) of signals received from a train. In addition, when estimating the position of a train from TDoA, the positioning accuracy can be increased by using a Kalman filter. Here, the Kalman filter observes the position and speed of the train, predicts the position and speed of the train, and updates the current position and speed of the train using the observed and predicted data, that is, It is an estimation filter. Such a Kalman filter can be divided into a general Kalman filter assuming a linear-Gaussian system and an extended Kalman filter assuming a nonlinear-Gaussian system.

하지만, 실제 환경은 비선형(nonlinear)-비가우시안(Gaussain) 환경이 대부분이며, 이러한 비선형-비가우시안 환경에서는 일반 칼만 필터와 확장 칼만 필터의 성능이 떨어진다는 문제점이 있다.However, the actual environment is mostly a nonlinear-Gaussian environment, and in this nonlinear-non-Gaussian environment, there is a problem that the performance of the general Kalman filter and the extended Kalman filter is poor.

특히, 기존의 측위 방법은 비선형 시스템에서 확장 칼만 필터를 이용할 때, 열차에 대한 관측 정보와 예측 정보 간 비선형 관계를 1차 테일러 근사법(first-order Talyor Series approximation)을 통해 선형화하므로, 근사화에 따른 측위 오차를 줄일 수 없었다. 또한, 기존의 측위 방법은 칼만 필터를 이용할 때, 가우시안 환경을 전제로 하며 비가우시안 환경을 고려하지 않아, 측위 정확도가 떨어진다는 문제점이 있었다.In particular, when using an extended Kalman filter in a nonlinear system, the existing positioning method linearizes the nonlinear relationship between observation information and prediction information about the train through first-order Taylor Series approximation, so positioning according to approximation error could not be reduced. In addition, when using the Kalman filter, the conventional positioning method assumes a Gaussian environment and does not consider a non-Gaussian environment, so there is a problem in that positioning accuracy is lowered.

따라서, 비선형-비가우시안 시스템에서도 열차의 위치를 정확하게 추정할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다.Therefore, it is necessary to study a method for accurately estimating the train position even in a nonlinear-non-Gaussian system.

본 발명의 실시예들은, 열차의 관측 정보와 예측 정보 간 비선형 관계를 선형화하는 근사법을 적용하지 않고, 비선형 관계를 그대로 이용하는 수정된 확장 칼만 필터(modified extended Kalman filter)를 이용함으로써, 비선형-비가우시안 시스템에서 열차 측위 정확도를 높이기 위한 열차 측위 방법 및 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.Embodiments of the present invention do not apply an approximation method for linearizing a non-linear relationship between observation information and prediction information of a train, but use a modified extended Kalman filter that uses the non-linear relationship as it is, so that the non-linear-non-Gaussian The main object is to provide a train positioning method and apparatus for increasing train positioning accuracy in a system.

본 발명의 다른 실시예들은, 수정된 확장 칼만 필터의 갱신 단계에서 비가우시안 환경을 전제로 딥러닝을 적용함으로써, 비선형-비가우시안 시스템(특히, 비가우시안 시스템)에서 열차 측위 정확도를 높이기 위한 열차 측위 방법 및 장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.Other embodiments of the present invention apply deep learning on the premise of a non-Gaussian environment in the update step of the modified extended Kalman filter, thereby improving train positioning accuracy in a nonlinear-non-Gaussian system (in particular, a non-Gaussian system). One object is to provide a method and apparatus.

본 발명의 일 측면에 의하면, 컴퓨터에 의해 구현되며, 수정된 확장 칼만 필터를 이용하는 열차 측위 방법에 있어서, 두 개의 기지국을 선택하는 과정; 상기 두 개의 기지국을 통해 열차로부터 수신한 두 개의 무선 신호에 대해 제1 도착 시간차(Time Difference of Arrival; TDoA)를 관측하는 과정; 상기 열차의 이전 상태벡터로부터 상기 열차의 현재 상태벡터를 예측하는 과정; 예측된 상태벡터와 비선형 관계에 있는 제2 TDoA를 구하는 과정; 상기 제1 TDoA와 상기 제2 TDoA의 차이에 따라 상기 예측된 상태벡터를 갱신하는 과정; 및 갱신된 상태벡터로부터 상기 열차의 위치를 결정하는 과정을 포함하는 열차 측위 방법을 제공한다.According to one aspect of the present invention, in a train positioning method implemented by a computer and using a modified extended Kalman filter, the process of selecting two base stations; Observing a first Time Difference of Arrival (TDoA) for two radio signals received from a train through the two base stations; predicting a current state vector of the train from a previous state vector of the train; obtaining a second TDoA having a non-linear relationship with the predicted state vector; updating the predicted state vector according to a difference between the first TDoA and the second TDoA; and determining the position of the train from the updated state vector.

본 실시예의 다른 측면에 의하면, 수정된 확장 칼만 필터를 이용하는 열차 측위 장치에 있어서, 명령어들을 저장하는 메모리; 및 상기 명령어들을 실행하는 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는 상기 명령어들을 실행함으로써, 두 개의 기지국을 선택하고, 상기 두 개의 기지국을 통해 열차로부터 수신한 두 개의 무선 신호에 대해 제1 도착 시간차(Time Difference of Arrival; TDoA)를 관측하고, 상기 열차의 이전 상태벡터로부터 상기 열차의 현재 상태벡터를 예측하고, 예측된 상태벡터와 비선형 관계에 있는 제2 TDoA를 구하고, 상기 제1 TDoA와 상기 제2 TDoA의 차이에 따라 상기 예측된 상태벡터를 갱신하고, 갱신된 상태벡터로부터 상기 열차의 위치를 결정하는 열차 측위 장치를 제공한다.According to another aspect of the present embodiment, a train positioning device using a modified extended Kalman filter, comprising: a memory for storing instructions; and a processor that executes the instructions, wherein the processor selects two base stations by executing the instructions, and sets a first arrival time difference (Time Difference) for two radio signals received from a train through the two base stations. of Arrival (TDoA) is observed, the current state vector of the train is predicted from the previous state vector of the train, a second TDoA having a non-linear relationship with the predicted state vector is obtained, and the first TDoA and the second TDoA are obtained. Provided is a train positioning device that updates the predicted state vector according to the difference between and determines the position of the train from the updated state vector.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 열차의 관측 정보와 예측 정보 간 비선형 관계를 선형화하는 근사법을 적용하지 않고, 비선형 관계를 그대로 이용하는 수정된 확장 칼만 필터(modified extended Kalman filter)를 이용함으로써, 비선형-비가우시안 시스템에서 열차 측위 정확도를 높일 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, a modified extended Kalman filter that uses the nonlinear relationship as it is, without applying an approximation method for linearizing the nonlinear relationship between observation information and prediction information of a train, By using it, it is possible to increase train positioning accuracy in a non-linear-non-Gaussian system.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 수정된 확장 칼만 필터의 갱신 단계에서 비가우시안 환경을 전제로 딥러닝을 적용함으로써, 비선형-비가우시안 시스템(특히, 비가우시안 시스템)에서 열차 측위 정확도를 높일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, by applying deep learning on the premise of a non-Gaussian environment in the updating step of the modified extended Kalman filter, train positioning accuracy can be increased in a nonlinear-non-Gaussian system (in particular, a non-Gaussian system). .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 측위 장치의 구성요소를 예시한 구성도다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 기지국 선택 과정을 설명하기 위해 예시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝을 설명하기 위해 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 측위 방법을 설명하기 위해 예시한 순서도다.
1 is a configuration diagram illustrating components of a train positioning device according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a process of selecting two base stations according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are diagrams illustrated to explain deep learning according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a train positioning method according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '~부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Also, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used in describing the components of the present invention. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the corresponding component is not limited by the term. Throughout the specification, when a part 'includes' or 'includes' a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated. . In addition, terms such as '~unit' and 'module' described in the specification refer to a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented by hardware, software, or a combination of hardware and software.

이하에서, 측위장치는 열차의 외부에 위치한 서버로 구현되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고 열차 내부에 위치한 디바이스, 단말 등에 의해 구현될 수도 있다. 측위장치는 속도 프로파일(speed profile), 기지국의 식별 정보, 기지국의 식별 정보에 대응되는 위치 좌표, 또는 열차의 식별 정보 중 적어도 어느 하나를 미리 저장할 수 있다. 여기서, 위치 좌표는 위도와 경도를 의미하거나 특정 지점을 기준으로 하는 2차원 또는 3차원 좌표를 의미한다.Hereinafter, the positioning device is preferably implemented as a server located outside the train, but is not limited thereto and may be implemented by a device, terminal, etc. located inside the train. The positioning device may store in advance at least one of a speed profile, base station identification information, location coordinates corresponding to the base station identification information, or train identification information. Here, the location coordinates refer to latitude and longitude or 2-dimensional or 3-dimensional coordinates based on a specific point.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 측위장치의 구성요소를 예시한 구성도다.1 is a configuration diagram illustrating components of a train positioning device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 측위장치(10)는 메모리(100), 프로세서(110) 및 통신부(120)를 포함한다. 그러나, 도 1에 도시된 구성요소 모두가 측위장치(10)의 필수 구성 요소인 것은 아니다. 도 1에 도시된 구성 요소보다 많은 구성 요소에 의해 측위장치(10)가 구현될 수도 있고, 도 1에 도시된 구성 요소보다 적은 구성 요소에 의해 측위장치(10)가 구현될 수도 있다.Referring to FIG. 1 , a train positioning device 10 according to an embodiment of the present invention includes a memory 100, a processor 110, and a communication unit 120. However, not all of the components shown in FIG. 1 are essential components of the positioning device 10 . The positioning device 10 may be implemented with more components than those shown in FIG. 1, or the positioning device 10 may be implemented with fewer components than those shown in FIG.

예를 들어, 일 실시예에 따른 측위장치(10)는 프로세서(110), 통신부(120), 및 메모리(100)를 포함할 수 있고, 일 실시예에 따른 측위장치(10)는 프로세서(110), 통신부(120), 및 메모리(100) 이외에 사용자 입력부, 및 출력부 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.For example, the positioning device 10 according to an embodiment may include a processor 110, a communication unit 120, and a memory 100, and the positioning device 10 according to an embodiment may include the processor 110 ), the communication unit 120, and the memory 100 may further include at least one of a user input unit and an output unit.

열차의 위치를 추정하기 위해, 측위장치(10)는 먼저 두 개의 기지국을 선택한다. 본 발명의 실시예에 의하면, 열차는 고속 열차(High Speed Train; HST)이므로 열차 선로를 직선 선로로 취급할 수 있다. 따라서, 삼각 측량을 위해 적어도 세 개의 기지국이 필요한 기존 측위방법과 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 측위장치(10)는 두 개의 기지국만으로 열차의 위치를 추정할 수 있다.To estimate the position of the train, the positioning device 10 first selects two base stations. According to the embodiment of the present invention, since the train is a high speed train (HST), the train track can be treated as a straight track. Therefore, unlike existing positioning methods that require at least three base stations for triangulation, the positioning device 10 according to an embodiment of the present invention can estimate the position of a train using only two base stations.

본 발명의 일 실시예에 따른 측위장치(10)가 두 개의 기지국을 선택하는 방법에 관해서는 도 2에서 자세히 설명한다.A method for the positioning device 10 to select two base stations according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2 .

측위장치(10)는 두 개의 기지국을 통해 열차로부터 수신한 두 개의 무선 신호에 대해 제1 도착 시간차(Time Difference of Arrival; TDoA)를 관측한다. 다만, 측위장치(10)는 TDoA 외에 수신신호세기(Received Signal Strength Indicator; RSSI)를 이용할 수도 있다.The positioning device 10 observes a first time difference of arrival (TDoA) for two radio signals received from a train through two base stations. However, the positioning device 10 may use a received signal strength indicator (RSSI) in addition to TDoA.

한편, 측위장치(10)는 열차의 이전 상태벡터(state vector)로부터 열차의 현재 상태벡터를 예측한다. 여기서, 열차의 상태벡터란 열차의 위치와 속도에 관한 정보를 의미한다. 예를 들면, 열차가 2차원 평면에 위치할 때, 열차의 상태벡터는 x축에 대한 열차의 위치와 속도를 의미할 수 있다. 또한, 열차의 이전 상태벡터는 이전 반복과정에서 수정된 확장 칼만 필터(modified extended Kalman filter)에 의해 갱신된 열차의 상태벡터를 의미한다. 한편, 상태벡터의 초기값은 사용자에 의해 설정될 수 있다.Meanwhile, the positioning device 10 predicts the current state vector of the train from the previous state vector of the train. Here, the state vector of the train means information about the position and speed of the train. For example, when a train is located on a two-dimensional plane, the state vector of the train may mean the position and speed of the train on the x-axis. In addition, the previous state vector of the train means the state vector of the train updated by the modified extended Kalman filter in the previous iteration process. Meanwhile, the initial value of the state vector may be set by the user.

구체적으로, 측위장치(10)는 이전 상태벡터에 상태전이행렬(state transition matrix)을 적용하고 노이즈를 더함으로써, 열차의 현재 상태벡터를 예측할 수 있다.Specifically, the positioning device 10 may predict the current state vector of the train by applying a state transition matrix to the previous state vector and adding noise.

측위장치(10)는 예측된 상태벡터와 비선형 관계에 있는 제2 TDoA를 구한다. 제2 TDoA는 정확하게 알려진 값이 아니며, 열차의 예측된 상태벡터로부터 추정되는 값이다. 제2 TDoA는 열차의 예측된 상태벡터를 갱신하는 데 이용된다. The positioning device 10 obtains a second TDoA having a non-linear relationship with the predicted state vector. The second TDoA is not an accurately known value, but a value estimated from the predicted state vector of the train. The second TDoA is used to update the train's predicted state vector.

이때, 기존의 측위 방법은 예측된 상태벡터와 비선형 관계에 있는 제2 TDoA를 선형화한다. 1차 테일러 근사화(first-order Taylor series approximation)을 통해 제2 TDoA를 예측된 상태벡터와 선형 관계로 변환하는 것이다. 자세하게는, 제2 TDoA를 테일러 급수로 변환한 후, 3차 이상의 미분항을 모두 제거하고 최대 2차 미분항으로 근사화한다. 근사화된 TDoA를 확장 칼만 필터에 적용하여 열차의 위치를 추정한다. 이때, 근사화로 인해 기존의 측위 방법은 비선형 환경에서 측위 정확도가 떨어진다는 문제가 있었다.At this time, the conventional positioning method linearizes the second TDoA having a non-linear relationship with the predicted state vector. The second TDoA is converted into a linear relationship with the predicted state vector through first-order Taylor series approximation. In detail, after converting the second TDoA into a Taylor series, all derivative terms of 3rd or higher order are removed and approximated with a maximum 2nd order derivative term. The approximated TDoA is applied to the extended Kalman filter to estimate the position of the train. At this time, due to approximation, the conventional positioning method has a problem in that positioning accuracy is lowered in a nonlinear environment.

반면, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제2 TDoA는 예측된 상태벡터와의 비선형 관계로부터 선형화되지 않은 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 측위장치(10)는 근사화를 이용하지 않고, 예측된 상태벡터와 비선형 관계에 있는 제2 TDoA를 그대로 이용한다. 구체적으로, 제2 TDoA를 테일러 급수로 변환은 하되, 고차 미분항을 제거하지 않으며 열차의 예측된 상태벡터를 갱신하는 데 이용한다. On the other hand, according to an embodiment of the present invention, the second TDoA is not linearized from a non-linear relationship with the predicted state vector. The positioning device 10 according to an embodiment of the present invention uses the second TDoA that has a non-linear relationship with the predicted state vector without using approximation. Specifically, the second TDoA is converted into a Taylor series, but the higher order derivative is not removed and used to update the predicted state vector of the train.

한편, 측위장치(10)는 제1 TDoA와 제2 TDoA에 노이즈를 포함시킴으로써, 제1 TDoA와 제2 TDoA를 연관 지을 수 있다. 다시 말하면, 제1 TDoA는 제2 TDoA와 노이즈의 합으로 표현된다.Meanwhile, the positioning device 10 may associate the first TDoA with the second TDoA by including noise in the first TDoA and the second TDoA. In other words, the first TDoA is expressed as the sum of the second TDoA and the noise.

측위장치(10)는 제1 TDoA와 제2 TDoA의 차이에 따라 예측된 상태벡터를 갱신한다. 구체적으로, 측위장치(10)는 제1 TDoA와 제2 TDoA 간 차이를 구하고, 칼만 이득을 더 구한다. 측위장치(10)는 제1 TDoA와 제2 TDoA 간 차이와 칼만 이득을 포함하는 보정벡터를 생성한다. 측위장치(10)는 보정벡터를 이용하여 예측된 상태벡터를 갱신한다. 예측된 상태벡터는 칼만 이득 또는 제1 TDoA와 제2 TDoA 간 차이가 클수록 갱신되는 변화량이 커진다.The positioning device 10 updates the predicted state vector according to the difference between the first TDoA and the second TDoA. Specifically, the positioning device 10 obtains a difference between the first TDoA and the second TDoA, and further obtains a Kalman gain. The positioning device 10 generates a correction vector including a difference between the first TDoA and the second TDoA and a Kalman gain. The positioning device 10 updates the predicted state vector using the correction vector. The updated change amount of the predicted state vector increases as the Kalman gain or the difference between the first TDoA and the second TDoA increases.

본 발명의 일 실시예에 따른 측위장치(10)는 딥러닝을 이용하여 예측된 상태벡터를 갱신할 수 있다. 먼저, 측위장치(10)는 제1 TDoA와 제2 TDoA의 차이에 칼만 이득을 곱하여 보정벡터를 생성한다. 측위장치(10)는 학습이 완료된 신경망(neural network)에 보정벡터와 예측된 상태벡터를 입력하여 출력벡터를 획득한다. 측위장치(10)는 출력벡터를 예측된 상태벡터에 대한 갱신된 상태벡터로 결정한다.The positioning device 10 according to an embodiment of the present invention may update the predicted state vector using deep learning. First, the positioning device 10 generates a correction vector by multiplying the difference between the first TDoA and the second TDoA by the Kalman gain. The positioning device 10 obtains an output vector by inputting the correction vector and the predicted state vector to the neural network on which learning has been completed. The positioning device 10 determines the output vector as an updated state vector for the predicted state vector.

여기서, 학습이 완료된 신경망은 제1 보정벡터와 제1 예측된 상태벡터를 입력 받으면, 열차의 속도 프로파일(profile)에 따른 제1 출력벡터를 출력하도록 학습된 것이다. 제1 보정벡터와 제1 예측된 상태벡터는 학습 단계에서 이용되는 데이터이며, 학습이 완료된 신경망에 입력되는 보정벡터 및 예측된 상태벡터와 구별된다. 한편, 속도 프로파일은 열차의 속도와 위치 관계를 나타내는 정보다. 열차의 경우, 출발지와 목적지 사이에 위치한 열차의 속도가 소정의 값일 때, 소정의 값에 대응되는 위치 정보를 미리 저장할 수 있다. 이에 대해서는 도 3a에서 자세히 설명한다.Here, the trained neural network is trained to output the first output vector according to the speed profile of the train when receiving the first correction vector and the first predicted state vector. The first correction vector and the first predicted state vector are data used in the learning step, and are distinguished from the correction vector and the predicted state vector input to the neural network after learning has been completed. On the other hand, the speed profile is information representing the relationship between the speed and position of the train. In the case of a train, when the speed of a train located between a departure point and a destination is a predetermined value, location information corresponding to the predetermined value may be stored in advance. This will be described in detail with reference to FIG. 3A.

본 발명의 일 실시예에 따라, 측위장치(10)가 신경망을 이용하는 경우, 예측된 상태벡터 및 제1 TDoA 각각은 비-가우시안 노이즈(non-Gaussian noise)를 포함하는 것일 수 있다. 예측된 상태벡터와 제1 TDoA에 비-가우시안 노이즈가 포함된 경우, 보정벡터에도 비-가우시안 노이즈가 포함된다. 이때, 측위장치(10)가 예측된 상태벡터와 보정벡터를 단순히 더함으로써, 갱신된 상태벡터를 생성하는 경우 비-가우시안 노이즈에 의해 측위 정확도가 떨어질 수 있다. 하지만, 측위장치(10)가 신경망을 이용하는 경우, 예측된 상태벡터와 보정벡터가 비-가우시안 노이즈에 의한 영향을 받더라도, 이를 최소화할 수 있다. 즉, 측위장치(10)는 비-가우시안 환경에서도 측위 정확도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the positioning device 10 uses a neural network, each of the predicted state vector and the first TDoA may include non-Gaussian noise. If the predicted state vector and the first TDoA include non-Gaussian noise, the correction vector also includes non-Gaussian noise. At this time, when the positioning device 10 generates an updated state vector by simply adding the predicted state vector and the correction vector, positioning accuracy may be degraded due to non-Gaussian noise. However, when the positioning device 10 uses a neural network, even if the predicted state vector and correction vector are affected by non-Gaussian noise, it can be minimized. That is, the positioning device 10 can prevent deterioration in positioning accuracy even in a non-Gaussian environment.

마지막으로, 측위장치(10)는 갱신된 상태벡터로부터 열차의 위치를 결정한다.Finally, the positioning device 10 determines the position of the train from the updated state vector.

전술한 동작을 통해, 측위장치(10)는 비선형 시스템 및 비가우시안 시스템에서도 열차의 위치를 정확하게 추정할 수 있다. 또한, 측위장치(10)는 전술한 동작을 통해 선형 시스템 또는 가우시안 시스템에서도 측의 정확도를 향상시킬 수 있다.Through the above operation, the positioning device 10 can accurately estimate the position of the train even in a nonlinear system and a non-Gaussian system. In addition, the positioning device 10 can improve the accuracy of the position even in a linear system or a Gaussian system through the above-described operation.

이하에서는, 측위장치(10)가 수정된 확장 칼만 필터를 이용하는 과정을 수학식을 통해 설명한다. 수정된 확장 칼만 필터를 적용하는 과정에 대해 설명하자면, 예측(prediction) 단계와 갱신(update) 단계로 나뉠 수 있다. 예측 단계는 열차의 이전 상태로부터 현재 상태를 예측하고, 열차의 현재 상태를 관측하는 과정을 포함한다. 갱신 단계는 예측 정보와 관측 정보를 이용하여 열차의 다음 상태를 추정하는 단계다.Hereinafter, a process in which the positioning device 10 uses the modified extended Kalman filter will be described through equations. To describe the process of applying the modified extended Kalman filter, it can be divided into a prediction step and an update step. The prediction step includes predicting the current state of the train from the previous state and observing the current state of the train. The update step is a step of estimating the next state of the train using prediction information and observation information.

열차의 상태벡터는 열차의 위치와 속도를 포함한다. 열차의 상태벡터는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.The train's state vector includes the train's position and speed. The state vector of the train can be expressed as Equation 1.

Figure 112020103060758-pat00001
Figure 112020103060758-pat00001

이때, 고속열차의 경우 y축과 관련된 값은 모두 0일 수 있다. 수학식 1에서 n은 불연속적인 샘플링 시간으로써, 열차의 n번째 데이터를 가리키는 데 이용된다.In this case, in the case of a high-speed train, all values related to the y-axis may be 0. In Equation 1, n is a discontinuous sampling time, and is used to indicate the nth data of the train.

한편, 예측 단계에서 열차의 이전 상태벡터로부터 예측된 상태벡터, 및 이전 옻 공분산행렬(error covariance matrix)로부터 예측된 공분산행렬은 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.Meanwhile, in the prediction step, the state vector predicted from the previous state vector of the train and the covariance matrix predicted from the previous error covariance matrix can be expressed as Equation 2.

Figure 112020103060758-pat00002
Figure 112020103060758-pat00002

수학식 2에서

Figure 112020103060758-pat00003
는 예측된 상태벡터,
Figure 112020103060758-pat00004
는 이전 상태벡터, F는 상태이전행렬,
Figure 112020103060758-pat00005
은 예측된 오차 공분산행렬,
Figure 112020103060758-pat00006
은 이전 오차 공분산행렬, Q는 예측 노이즈에 대한 오차 공분산 행렬을 의미한다. 예측된 오차 공분산 행렬은 수학식 4에서
Figure 112020103060758-pat00007
의 제곱의 평균으로 정의될 수 있다. 예측 노이즈는 평균이 0인 비가우시안 노이즈(또는 가우시안 노이즈)이고, 오차 공분산행렬은 예측 노이즈의 제곱 평균을 의미한다. 이전 상태벡터와 이전 공분산 행렬은 이전 단계에서 갱신된 정보들이다.in Equation 2
Figure 112020103060758-pat00003
is the predicted state vector,
Figure 112020103060758-pat00004
is a previous state vector, F is a previous state matrix,
Figure 112020103060758-pat00005
is the predicted error covariance matrix,
Figure 112020103060758-pat00006
is the previous error covariance matrix, and Q is the error covariance matrix for prediction noise. The predicted error covariance matrix is
Figure 112020103060758-pat00007
can be defined as the average of the squares of The prediction noise is non-Gaussian noise (or Gaussian noise) with an average of 0, and the error covariance matrix means the square mean of the prediction noise. The previous state vector and the previous covariance matrix are information updated in the previous step.

예측 단계에서 제1 TDoA와 제2 TDoA 간 관계는 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.In the prediction step, the relationship between the first TDoA and the second TDoA can be expressed as Equation 3.

Figure 112020103060758-pat00008
Figure 112020103060758-pat00008

수학식 3에서

Figure 112020103060758-pat00009
은 기지국을 통해 구한 제1 TDoA,
Figure 112020103060758-pat00010
는 예측된 상태벡터로부터 추정한 제2 TDoA,
Figure 112020103060758-pat00011
은 관측 노이즈(measurement noise)이다.
Figure 112020103060758-pat00012
는 예측 단계와 갱신 단계 사이의 오차이고, H는 비선형 측정 함수의 야코비안 행렬(Jacobian matrix)이다. N은 기지국의 인덱스다.in Equation 3
Figure 112020103060758-pat00009
is the first TDoA obtained through the base station,
Figure 112020103060758-pat00010
Is a second TDoA estimated from the predicted state vector,
Figure 112020103060758-pat00011
is the measurement noise.
Figure 112020103060758-pat00012
is the error between the prediction step and the update step, and H is the Jacobian matrix of the nonlinear measurement function. N is the index of the base station.

수학식 3에서 관측 노이즈는 평균이 0이다. 또한, h는 비선형 측정 함수이다. 기존의 측위 방법은 k의 값이 3 이상인 항들을 무시함으로써, 비선형 측정 함수를 선형화 또는 선형 근사화하는 데 반해, 본 발명의 측위방법은 선형화 또는 근사화하지 않는다.In Equation 3, the average of the observation noise is zero. Also, h is a non-linear measurement function. Existing positioning methods linearize or linearly approximate a non-linear measurement function by ignoring terms in which the value of k is 3 or greater, whereas the positioning method of the present invention does not linearize or approximate.

제2 TDoA는 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.The second TDoA can be expressed as Equation 4.

Figure 112020103060758-pat00013
Figure 112020103060758-pat00013

수학식 4에서

Figure 112020103060758-pat00014
는 열차의 위치 좌표,
Figure 112020103060758-pat00015
는 상호상관(cross-correlation)이 두 번째로 큰 기지국의 위치 좌표,
Figure 112020103060758-pat00016
는 기준 기지국의 위치 좌표다. 제2 TDoA는 수학식 4에서 시간의 역수로 표현되지만, 시간으로 표현될 수도 있다.in Equation 4
Figure 112020103060758-pat00014
is the location coordinate of the train,
Figure 112020103060758-pat00015
Is the location coordinate of the base station with the second largest cross-correlation,
Figure 112020103060758-pat00016
Is the location coordinate of the reference base station. The second TDoA is expressed as the reciprocal of time in Equation 4, but may also be expressed as time.

한편, 갱신 단계에서 열차의 갱신된 상태벡터는 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.Meanwhile, in the updating step, the updated state vector of the train can be expressed as Equation 5.

Figure 112020103060758-pat00017
Figure 112020103060758-pat00017

수학식 5에서

Figure 112020103060758-pat00018
는 갱신된 상태벡터,
Figure 112020103060758-pat00019
는 칼만 이득(Kalman gain),
Figure 112020103060758-pat00020
는 예측 단계와 갱신 단계 사이의 오차이고, H는 비선형 측정 함수의 야코비안 행렬(Jacobian matrix)이다. 칼만 이득과 갱신된 오차 공분산행렬은 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.in Equation 5
Figure 112020103060758-pat00018
is the updated state vector,
Figure 112020103060758-pat00019
is the Kalman gain,
Figure 112020103060758-pat00020
is the error between the prediction step and the update step, and H is the Jacobian matrix of the nonlinear measurement function. The Kalman gain and the updated error covariance matrix can be expressed as Equation 6.

Figure 112020103060758-pat00021
Figure 112020103060758-pat00021

다시 도 1을 참조하면, 프로세서(110)는 통상적으로 측위장치(10)의 전반적인 동작을 제어하고, 데이터를 처리한다. 예를 들어, 프로세서(110)는, 메모리(100)에 저장된 프로그램들을 실행함으로써, 통신부(120), 사용자 입력부, 출력부 등을 전반적으로 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(110)는 메모리(100)에 저장된 프로그램들을 실행함으로써, 측위장치(10)의 기능을 수행할 수 있다. 프로세서(110)는 적어도 하나의 프로세서를 구비할 수 있다. 프로세서(110)는 그 기능 및 역할에 따라, 복수의 프로세서들을 포함하거나, 통합된 형태의 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서(110)는 메모리(100)에 저장된 적어도 하나의 프로그램을 실행함으로써 알림 메시지를 제공하도록 하는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서(110)는 통신부(120)와 기지국 간 통신을 통하여 열차가 송출하는 신호를 획득할 수 있다. Referring back to FIG. 1 , the processor 110 typically controls overall operations of the positioning device 10 and processes data. For example, the processor 110 may generally control the communication unit 120, the user input unit, and the output unit by executing programs stored in the memory 100. Also, the processor 110 may perform the functions of the positioning device 10 by executing programs stored in the memory 100 . The processor 110 may include at least one processor. Depending on its function and role, the processor 110 may include a plurality of processors or may include a single integrated processor. In one embodiment, the processor 110 may include at least one processor that provides a notification message by executing at least one program stored in the memory 100 . In one embodiment, the processor 110 may obtain a signal transmitted by the train through communication between the communication unit 120 and the base station.

통신부(120)는 측위장치(10)가 다른 전자 장치(미도시)와 통신을 하게 하는 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 다른 전자 장치(미도시)는 컴퓨팅 장치이거나, 센싱 장치일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 예를 들어, 다른 전자 장치는, 측위장치(10)와 같이 열차에 포함된 모듈일 수 있다. 예를 들어, 통신부(120)는, 근거리 통신부, 이동 통신부, 방송 수신부를 포함할 수 있다.The communication unit 120 may include one or more components that enable the positioning device 10 to communicate with other electronic devices (not shown). Other electronic devices (not shown) may be computing devices or sensing devices, but are not limited thereto. Also, for example, other electronic devices may be modules included in the train, such as the positioning device 10 . For example, the communication unit 120 may include a short-distance communication unit, a mobile communication unit, and a broadcast reception unit.

근거리 통신부(short-range wireless communication unit)는 블루투스 통신부, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신부, 근거리 무선 통신부(Near Field Communication unit), WLAN(와이파이) 통신부, 지그비(Zigbee) 통신부, 적외선(IrDA, infrared Data Association) 통신부, WFD(Wi-Fi Direct) 통신부, UWB(ultra wideband) 통신부, Ant+ 통신부 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The short-range wireless communication unit includes a Bluetooth communication unit, a Bluetooth Low Energy (BLE) communication unit, a Near Field Communication unit (WLAN) communication unit, a Zigbee communication unit, and an infrared data (IrDA) communication unit. Association) communication unit, WFD (Wi-Fi Direct) communication unit, UWB (ultra wideband) communication unit, Ant+ communication unit, etc. may be included, but is not limited thereto.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 기지국 선택 과정을 설명하기 위해 예시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a process of selecting two base stations according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 열차(200), 복수의 기지국(210, 211, 212, 213, 214) 및 후보 기지국(220)이 도시되어 있다. 열차(200)는 북동향을 향해 운행되고 있으며, HST(High Speed Train) 시스템에서 선로는 직선으로 취급되므로 열차(200)는 직선으로 운행되고 있는 것으로 설명한다. 복수의 기지국(210, 211, 212, 213, 214)은 직선 선로로부터 수직거리가 같으며, 지그재그로 배치될 수 있다. 다만, 이는 하나의 실시예일뿐이며, 기지국들은 다양하게 배치될 수 있다. Referring to FIG. 2 , a train 200 , a plurality of base stations 210 , 211 , 212 , 213 , and 214 , and a candidate base station 220 are shown. The train 200 is running in the northeast direction, and since the track is treated as a straight line in the High Speed Train (HST) system, it will be described that the train 200 is running in a straight line. The plurality of base stations 210, 211, 212, 213, and 214 have the same vertical distance from the straight line and may be arranged in a zigzag pattern. However, this is only one embodiment, and base stations may be variously arranged.

후보 기지국(220)은 이전 반복에서 상호상관이 가장 큰 기준 기지국(reference RRH)의 전후에 위치한 적어도 세 개의 기지국을 의미한다. 상호상관이란, 기지국들이 열차(200)로부터 각각 수신한 무선 신호와 이미 알려진 각각의 기준 신호(Sounding Reference Signal; SRS) 간 상관관계를 의미한다. 도 2에서는 제2 기지국(211)이 이전 반복에서 상호상관이 가장 큰 기준 기지국이고, 후보 기지국(220)은 제1 기지국(210), 제2 기지국(211) 및 제3 기지국(212)이 된다. 이때, 후보 기지국(220)은 반드시 세 개의 기지국에 한정될 필요는 없고, 적어도 세 개의 기지국을 포함할 수 있다.The candidate base station 220 means at least three base stations located before and after the reference base station (reference RRH) having the largest cross-correlation in the previous iteration. Cross-correlation means a correlation between radio signals received by base stations from the train 200 and respective known Sounding Reference Signals (SRSs). In FIG. 2, the second base station 211 is the reference base station having the largest cross-correlation in the previous iteration, and the candidate base stations 220 are the first base station 210, the second base station 211, and the third base station 212. . At this time, the candidate base station 220 is not necessarily limited to three base stations, and may include at least three base stations.

현재 반복에서, 측위장치(미도시)는 복수의 기지국(210, 211, 212, 213, 214) 중 후보 기지국(220)에 대해 상호-상관(cross-correlation)을 구한다. In the current iteration, a positioning device (not shown) obtains a cross-correlation for a candidate base station 220 among a plurality of base stations 210, 211, 212, 213, and 214.

이후, 측위장치는 후보 기지국(220) 내 상호상관이 가장 큰 두 개의 기지국을 선택한다. 선택된 두 개의 기지국이 수신한 신호는 열차(200)의 위치를 추정하는 데 이용된다. 후보 기지국(220) 내에서 상호상관이 가장 큰 기지국이 기준 기지국이 된다.Then, the positioning device selects two base stations having the largest cross-correlation within the candidate base station 220 . Signals received by the two selected base stations are used to estimate the location of the train 200. A base station having the largest cross-correlation within the candidate base station 220 becomes a reference base station.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 측위장치는 후보 기지국(220)을 고려하지 않은 채 두 개의 기지국을 선택할 수도 있다. 구체적으로, 측위장치는 복수의 기지국(210, 211, 212, 213, 214)이 열차(200)로부터 수신한 SRS 무선 신호를 전달 받는다. 측위장치는 복수의 기지국(210, 211, 212, 213, 214) 중에서 상호상관이 가장 큰 기지국을 기준 기지국으로 선택하고, 상호상관이 두 번째로 큰 기지국을 더 선택할 수 있다. 측위장치는 선택된 두 개의 기지국이 수신한 신호를 이용하여 열차(200)의 위치를 추정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the positioning device may select two base stations without considering the candidate base station 220 . Specifically, the positioning device receives SRS radio signals received from the train 200 by the plurality of base stations 210, 211, 212, 213, and 214. The positioning device may select a base station having the largest cross-correlation among the plurality of base stations 210, 211, 212, 213, and 214 as a reference base station, and further select a base station having the second highest cross-correlation. The positioning device may estimate the position of the train 200 using signals received by the two selected base stations.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 딥러닝을 설명하기 위해 예시한 도면이다.3A and 3B are diagrams illustrated to explain deep learning according to an embodiment of the present invention.

도 3a를 참조하면, 열차의 속도 프로파일(speed profile)이 도시되어 있다. 속도 프로파일은 열차의 속도와 그에 대응되는 시간을 기록한 정보이다. 속도 프로파일은 딥러닝의 레이블 데이터로 이용하기 위해 필요하다. Referring to Figure 3a, the speed profile of the train is shown. The speed profile is information that records the speed of the train and the corresponding time. Velocity profiles are required to be used as label data for deep learning.

일반적으로, 열차는 다른 교통수단과 달리 출발지와 목적지가 정해져 있고, 이동하는 매 순간속도가 정해져 있다. 속도 프로파일을 통해 열차가 어느 속도일 때, 출발한 시간으로부터 얼만큼 지났는지 알 수 있다. 예를 들어, 열차가 시속 450 km/h로 달리고 있다면, 열차는 출발시간으로부터 약 2300 시간단위만큼 지난 것이다. 여기서, 시간 단위는 도 3a에서 Estimated Time Samples를 의미하며, 이는 샘플링 레이트(sampling rate)에 따라 다양하게 변화할 수 있다. 다만, 시간 단위는 열차의 위치로 대체될 수 있다. 즉, 속도 프로파일은 열차의 위치와 속도를 미리 기록해 놓을 수 있다.In general, trains, unlike other means of transportation, have a fixed starting point and a destination, and a fixed speed at each instant of movement. Through the speed profile, it is possible to know at what speed the train is and how long it has passed since the departure time. For example, if a train is running at 450 km/h, the train is about 2300 time units past its departure time. Here, the time unit means Estimated Time Samples in FIG. 3A, which may vary in various ways according to a sampling rate. However, the unit of time may be replaced by the location of the train. That is, the speed profile may record the position and speed of the train in advance.

도 3b를 참조하면, 제1 예측된 상태벡터(300), 제1 보정벡터(302), 레이블 벡터(304), 신경망(310) 및 제1 출력벡터(320)가 도시되어 있다.Referring to FIG. 3B, a first predicted state vector 300, a first correction vector 302, a label vector 304, a neural network 310, and a first output vector 320 are shown.

비가우시안 환경에서는 열차의 예측된 상태벡터 또는 보정벡터에 비가우시안 분포 노이즈가 포함되기 때문에, 단순히 예측된 상태벡터와 보정벡터를 사칙연산함으로써 갱신된 상태벡터를 생성하는 경우, 측위 정확도가 떨어진다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 측위장치는 예측된 상태벡터와 보정벡터를 학습이 완료된 신경망에 입력하고, 갱신된 상태벡터를 획득함으로써, 비가우시안 환경에서도 측위 정확도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.In a non-Gaussian environment, since the predicted state vector or correction vector of a train includes non-Gaussian distribution noise, when an updated state vector is generated by simply calculating the predicted state vector and the correction vector by four arithmetic operations, the positioning accuracy deteriorates. Therefore, the positioning device according to an embodiment of the present invention inputs the predicted state vector and the correction vector to the trained neural network and obtains the updated state vector, thereby preventing the positioning accuracy from deteriorating even in a non-Gaussian environment. there is.

측위장치는 열차의 위치를 추정하기 전 미리 신경망(310)을 학습시킬 수 있다. 신경망(310)은 딥러닝(deep learning)을 통해 지도학습될 수 있다.The positioning device may train the neural network 310 in advance before estimating the location of the train. The neural network 310 may be supervised through deep learning.

측위장치는 학습 데이터로써, 제1 예측된 상태벡터(300), 제1 보정벡터(302) 및 레이블 벡터(304)를 이용한다. 제1 예측된 상태벡터(300)는 열차의 이전 상태벡터로부터 상태전이행렬을 통해 예측된 상태벡터를 의미한다. 제1 보정벡터(302)는 수정된 확장 칼만 필터에 따라 제1 TDoA와 제2 TDoA 간 차이에 칼만 이득을 곱한 벡터를 의미한다. 제1 보정벡터(302)는 제1 예측된 상태벡터(300)를 갱신하는 데 이용된다. 한편, 레이블 벡터(304)는 도 3a에서와 같이 속도 프로파일에 따른 열차의 위치와 속도를 의미한다. The positioning device uses the first predicted state vector 300, the first correction vector 302, and the label vector 304 as learning data. The first predicted state vector 300 means a state vector predicted through a state transition matrix from a previous state vector of the train. The first correction vector 302 means a vector obtained by multiplying the difference between the first TDoA and the second TDoA by the Kalman gain according to the modified extended Kalman filter. The first correction vector 302 is used to update the first predicted state vector 300 . On the other hand, the label vector 304 means the position and speed of the train according to the speed profile as shown in FIG. 3A.

측위장치는 제1 예측된 상태벡터(300), 제1 보정벡터(302)에 레이블 벡터(304)를 레이블링한 후 신경망(310)에 입력한다. 측위장치는 신경망(310)이 출력하는 제1 출력벡터(320)를 획득하고, 제1 출력벡터(320)와 레이블 벡터(304)를 비교한다. 측위장치는 제1 출력벡터(320)가 레이블 벡터(304)에 가까워지도록 손실함수를 통해 신경망(310)의 파라미터들을 간접적으로 조절한다.The positioning device labels the first predicted state vector 300 and the first correction vector 302 with the label vector 304 and then inputs the label to the neural network 310 . The positioning device obtains the first output vector 320 output from the neural network 310 and compares the first output vector 320 with the label vector 304 . The positioning device indirectly adjusts parameters of the neural network 310 through a loss function so that the first output vector 320 approaches the label vector 304 .

제1 출력벡터(320)와 레이블 벡터(304) 간 유사도가 소정의 조건을 만족하면, 신경망(310)의 학습이 완료된다. When the similarity between the first output vector 320 and the label vector 304 satisfies a predetermined condition, learning of the neural network 310 is completed.

추후, 측위장치는 학습이 완료된 신경망(310)에 열차의 예측된 상태벡터와 보정벡터를 입력하여 열차의 갱신된 상태벡터를 구할 수 있다.Later, the positioning device may obtain an updated state vector of the train by inputting the predicted state vector and the correction vector of the train to the neural network 310 on which learning has been completed.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 측위 방법을 설명하기 위해 예시한 순서도다.4 is a flowchart illustrating a train positioning method according to an embodiment of the present invention.

열차의 위치를 추정하기 위해, 측위장치는 먼저 두 개의 기지국을 선택한다(S400). 본 발명의 실시예에 의하면, 측위장치는 도 2에 따른 동작을 통해 두 개의 기지국을 선택할 수 있다.To estimate the position of the train, the positioning device first selects two base stations (S400). According to an embodiment of the present invention, the positioning device may select two base stations through the operation according to FIG. 2 .

측위장치는 두 개의 기지국을 통해 열차로부터 수신한 두 개의 무선 신호에 대해 제1 도착 시간차(Time Difference of Arrival; TDoA)를 관측한다(S402). 다만, 측위장치는 TDoA 외에 수신신호세기(Received Signal Strength Indicator; RSSI)를 이용할 수도 있다.The positioning device observes a first Time Difference of Arrival (TDoA) for the two radio signals received from the train through the two base stations (S402). However, the positioning device may use a received signal strength indicator (RSSI) in addition to TDoA.

한편, 측위장치는 열차의 이전 상태벡터(state vector)로부터 열차의 현재 상태벡터를 예측한다(S404). 여기서, 열차의 상태벡터란 열차의 위치와 속도에 관한 정보를 의미한다. 열차의 이전 상태벡터는 이전 반복과정에서 수정된 확장 칼만 필터(modified extended Kalman filter)에 의해 갱신된 열차의 상태벡터를 의미한다. 구체적으로, 측위장치는 이전 상태벡터에 상태전이행렬(state transition matrix)을 적용하고 노이즈를 더함으로써, 열차의 현재 상태벡터를 예측할 수 있다.Meanwhile, the positioning device predicts the current state vector of the train from the previous state vector of the train (S404). Here, the state vector of the train means information about the position and speed of the train. The previous state vector of the train means the state vector of the train updated by the modified extended Kalman filter in the previous iteration process. Specifically, the positioning device may predict the current state vector of the train by applying a state transition matrix to the previous state vector and adding noise.

측위장치는 예측된 상태벡터와 비선형 관계에 있는 제2 TDoA를 구한다(S406). 제2 TDoA는 정확하게 알려진 값이 아니며, 열차의 예측된 상태벡터로부터 추정되는 값이다. 제2 TDoA는 열차의 예측된 상태벡터를 갱신하는 데 이용된다. The positioning device obtains a second TDoA having a non-linear relationship with the predicted state vector (S406). The second TDoA is not an accurately known value, but a value estimated from the predicted state vector of the train. The second TDoA is used to update the train's predicted state vector.

이때, 기존의 측위 방법은 예측된 상태벡터와 비선형 관계에 있는 제2 TDoA를 선형화한다. 1차 테일러 근사화(first-order Taylor series approximation)을 통해 제2 TDoA를 예측된 상태벡터와 선형 관계로 변환하는 것이다. 이때, 근사화로 인해 기존의 측위 방법은 비선형 환경에서 측위 정확도가 떨어진다는 문제가 있었다. 반면, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제2 TDoA는 예측된 상태벡터와의 비선형 관계로부터 선형화되지 않은 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 측위장치는 근사화를 이용하지 않고, 예측된 상태벡터와 비선형 관계에 있는 제2 TDoA를 그대로 이용한다. 구체적으로, 제2 TDoA를 테일러 급수로 변환은 하되, 고차 미분항을 제거하지 않으며 열차의 예측된 상태벡터를 갱신하는 데 이용한다. At this time, the conventional positioning method linearizes the second TDoA having a non-linear relationship with the predicted state vector. The second TDoA is converted into a linear relationship with the predicted state vector through first-order Taylor series approximation. At this time, due to approximation, the conventional positioning method has a problem in that positioning accuracy is lowered in a nonlinear environment. On the other hand, according to an embodiment of the present invention, the second TDoA is not linearized from a non-linear relationship with the predicted state vector. The positioning device according to an embodiment of the present invention uses the second TDoA, which has a non-linear relationship with the predicted state vector, without using approximation. Specifically, the second TDoA is converted into a Taylor series, but the higher order derivative is not removed and used to update the predicted state vector of the train.

측위장치는 제1 TDoA와 제2 TDoA의 차이에 따라 예측된 상태벡터를 갱신한다(S408). 구체적으로, 측위장치는 제1 TDoA와 제2 TDoA 간 차이를 구하고, 칼만 이득을 더 구한다. 측위장치는 제1 TDoA와 제2 TDoA 간 차이와 칼만 이득을 포함하는 보정벡터를 생성한다. 측위장치는 보정벡터를 이용하여 예측된 상태벡터를 갱신한다. 예측된 상태벡터는 칼만 이득 또는 제1 TDoA와 제2 TDoA 간 차이가 클수록 갱신되는 변화량이 커진다.The positioning device updates the predicted state vector according to the difference between the first TDoA and the second TDoA (S408). Specifically, the positioning device obtains a difference between the first TDoA and the second TDoA, and further obtains a Kalman gain. The positioning device generates a correction vector including a difference between the first TDoA and the second TDoA and a Kalman gain. The positioning device updates the predicted state vector using the correction vector. The updated change amount of the predicted state vector increases as the Kalman gain or the difference between the first TDoA and the second TDoA increases.

본 발명의 일 실시예에 따른 측위장치는 딥러닝을 이용하여 예측된 상태벡터를 갱신할 수 있다. 먼저, 측위장치는 제1 TDoA와 제2 TDoA의 차이에 칼만 이득을 곱하여 보정벡터를 생성한다. 측위장치는 학습이 완료된 신경망(neural network)에 보정벡터와 예측된 상태벡터를 입력하여 출력벡터를 획득한다. 측위장치는 출력벡터를 예측된 상태벡터에 대한 갱신된 상태벡터로 결정한다. 신경망은 도 3a 및 도 3b에 따른 학습 과정을 통해 학습될 수 있다.The positioning device according to an embodiment of the present invention may update a predicted state vector using deep learning. First, the positioning device generates a correction vector by multiplying the difference between the first TDoA and the second TDoA by a Kalman gain. The positioning device acquires an output vector by inputting a correction vector and a predicted state vector to a neural network on which learning has been completed. The positioning device determines the output vector as an updated state vector for the predicted state vector. The neural network may be trained through a learning process according to FIGS. 3A and 3B.

본 발명의 일 실시예에 따라, 측위장치가 신경망을 이용하는 경우, 예측된 상태벡터 및 제1 TDoA 각각은 비-가우시안 노이즈(non-Gaussian noise)를 포함하는 것일 수 있다. 예측된 상태벡터와 제1 TDoA에 비-가우시안 노이즈가 포함된 경우, 보정벡터에도 비-가우시안 노이즈가 포함된다. 이때, 측위장치가 예측된 상태벡터와 보정벡터를 단순히 더함으로써, 갱신된 상태벡터를 생성하는 경우 비-가우시안 노이즈에 의해 측위 정확도가 떨어질 수 있다. 하지만, 측위장치가 신경망을 이용하는 경우, 예측된 상태벡터와 보정벡터가 비-가우시안 노이즈에 의한 영향을 받더라도, 이를 최소화할 수 있다. 즉, 측위장치는 비-가우시안 환경에서도 측위 정확도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the positioning device uses a neural network, each of the predicted state vector and the first TDoA may include non-Gaussian noise. If the predicted state vector and the first TDoA include non-Gaussian noise, the correction vector also includes non-Gaussian noise. In this case, when the positioning device simply adds the predicted state vector and the correction vector to generate an updated state vector, positioning accuracy may be degraded due to non-Gaussian noise. However, when the positioning device uses a neural network, even if the predicted state vector and correction vector are affected by non-Gaussian noise, it can be minimized. That is, the positioning device can prevent deterioration in positioning accuracy even in a non-Gaussian environment.

마지막으로, 측위장치는 갱신된 상태벡터로부터 열차의 위치를 결정한다(S410).Finally, the positioning device determines the position of the train from the updated state vector (S410).

전술한 동작을 통해, 측위장치는 비선형 시스템 및 비가우시안 시스템에서도 열차의 위치를 정확하게 추정할 수 있다. 또한, 측위장치는 전술한 동작을 통해 선형 시스템 또는 가우시안 시스템에서도 측의 정확도를 향상시킬 수 있다.Through the above operation, the positioning device can accurately estimate the position of the train even in a nonlinear system and a non-Gaussian system. In addition, the positioning device can improve the accuracy of the position even in a linear system or a Gaussian system through the above-described operation.

도 4에서는 과정 S400 내지 과정 S410을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 4에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 과정 S400 내지 과정 S410 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 4는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.Although it is described in FIG. 4 that steps S400 to S410 are sequentially executed, this is merely an example of the technical idea of an embodiment of the present invention. In other words, those skilled in the art to which an embodiment of the present invention belongs may change and execute the sequence described in FIG. 4 without departing from the essential characteristics of the embodiment of the present invention, or one of steps S400 to S410. Since it will be possible to apply various modifications and variations by executing the above process in parallel, FIG. 4 is not limited to a time-series sequence.

한편, 도 4에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 이러한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등의 비일시적인(non-transitory) 매체일 수 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송) 및 데이터 전송 매체(data transmission medium)와 같은 일시적인(transitory) 매체를 더 포함할 수도 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.Meanwhile, the processes shown in FIG. 4 can be implemented as computer readable codes on a computer readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all types of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. That is, such a computer-readable recording medium may be a non-transitory medium such as ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc., and may also be a carrier wave (e.g. , transmission over the Internet) and a transitory medium such as a data transmission medium. In addition, the computer-readable recording medium may be distributed to computer systems connected through a network to store and execute computer-readable codes in a distributed manner.

또한, 본 발명의 구성 요소들은 메모리, 프로세서, 논리 회로, 룩-업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구조를 사용할 수 있다. 이러한 직접 회로 구조는 하나 이상의 마이크로 프로세서 또는 다른 제어 장치의 제어를 통해 본 명세서에 기술 된 각각의 기능을 실행한다. 또한, 본 발명의 구성 요소들은 특정 논리 기능을 수행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 명령을 포함하고 하나 이상의 마이크로 프로세서 또는 다른 제어 장치에 의해 실행되는 프로그램 또는 코드의 일부에 의해 구체적으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 요소들은 각각의 기능을 수행하는 중앙 처리 장치(CPU), 마이크로 프로세서 등을 포함하거나 이에 의해 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 요소들은 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되는 명령어들을 하나 이상의 메모리에 저장할 수 있다.In addition, components of the present invention may use an integrated circuit structure such as a memory, a processor, a logic circuit, a look-up table, and the like. These integrated circuit structures execute each of the functions described herein through the control of one or more microprocessors or other control devices. In addition, the components of the present invention may be specifically implemented by a program or part of code that includes one or more executable instructions for performing a specific logical function and is executed by one or more microprocessors or other control devices. In addition, the components of the present invention may include or be implemented by a central processing unit (CPU), a microprocessor, etc. that perform each function. Also, components of the present invention may store instructions executed by one or more processors in one or more memories.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present embodiment, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Therefore, the present embodiments are not intended to limit the technical idea of the present embodiment, but to explain, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The scope of protection of this embodiment should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of rights of this embodiment.

100: 메모리 110: 프로세서
120: 통신부
100: memory 110: processor
120: communication department

Claims (15)

컴퓨터에 의해 구현되며, 수정된 확장 칼만 필터를 이용하는 열차 측위 방법에 있어서,
두 개의 기지국을 선택하는 과정;
상기 두 개의 기지국을 통해 열차로부터 수신한 두 개의 무선 신호에 대해 제1 도착 시간차(Time Difference of Arrival; TDoA)를 관측하는 과정;
상기 열차의 이전 상태벡터로부터 상기 열차의 현재 상태벡터를 예측하는 과정;
예측된 상태벡터와 비선형 관계에 있는 제2 TDoA를 구하는 과정;
상기 제1 TDoA와 상기 제2 TDoA의 차이에 따라 상기 예측된 상태벡터를 갱신하는 과정; 및
갱신된 상태벡터로부터 상기 열차의 위치를 결정하는 과정
을 포함하는 열차 측위 방법.
In the train positioning method implemented by a computer and using a modified extended Kalman filter,
process of selecting two base stations;
Observing a first Time Difference of Arrival (TDoA) for two radio signals received from a train through the two base stations;
predicting a current state vector of the train from a previous state vector of the train;
obtaining a second TDoA having a non-linear relationship with the predicted state vector;
updating the predicted state vector according to a difference between the first TDoA and the second TDoA; and
Process of determining the position of the train from the updated state vector
A train positioning method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 선택하는 과정은,
적어도 세 개의 기지국 각각에 대해 수신 신호와 이미 알려진 기준 신호 간 상호상관(cross correlation)을 구하는 과정; 및
상기 적어도 세 개의 기지국 중 상호상관이 가장 큰 두 개의 기지국을 선택하는 과정
을 포함하는 열차 측위 방법.
According to claim 1,
The selection process is
obtaining a cross-correlation between a received signal and a known reference signal for each of at least three base stations; and
Selecting two base stations having the largest cross-correlation among the at least three base stations
A train positioning method comprising a.
제2항에 있어서,
상기 적어도 세 개의 기지국은,
이전 반복에서 상호상관이 가장 큰 기준 기지국의 전후에 위치한 적어도 세 개의 기지국인 열차 측위 방법.
According to claim 2,
The at least three base stations,
A train positioning method that is at least three base stations located before and after the reference base station with the largest cross-correlation in the previous iteration.
제1항에 있어서,
상기 갱신하는 과정은,
상기 제1 TDoA와 상기 제2 TDoA의 차이에 칼만 이득을 곱하여 보정벡터를 생성하는 과정;
학습이 완료된 신경망에 상기 보정벡터와 상기 예측된 상태벡터를 입력하여 출력벡터를 구하는 과정; 및
상기 출력벡터를 상기 예측된 상태벡터에 대한 상기 갱신된 상태벡터로 결정하는 과정
을 포함하는 열차 측위 방법.
According to claim 1,
The updating process is
generating a correction vector by multiplying a difference between the first TDoA and the second TDoA by a Kalman gain;
obtaining an output vector by inputting the correction vector and the predicted state vector to the neural network after learning has been completed; and
Determining the output vector as the updated state vector for the predicted state vector
A train positioning method comprising a.
제4항에 있어서,
상기 학습이 완료된 신경망은,
제1 보정벡터와 제1 예측된 상태벡터를 입력 받으면, 상기 열차의 속도 프로파일(profile)에 따른 제1 출력벡터를 출력하도록 학습된 것인 열차 측위 방법.
According to claim 4,
The trained neural network,
The train positioning method which is learned to output a first output vector according to a speed profile of the train when the first correction vector and the first predicted state vector are received.
제5항에 있어서,
상기 예측된 상태벡터 및 상기 제1 TDoA 각각은 비-가우시안 노이즈(non-Gaussian noise)를 포함하는 열차 측위 방법.
According to claim 5,
The predicted state vector and the first TDoA each include non-Gaussian noise.
제1항에 있어서,
상기 제2 TDoA는,
상기 예측된 상태벡터와의 비선형 관계로부터 선형화되지 않은 것인 열차 측위 방법.
According to claim 1,
The second TDoA,
A train positioning method that is not linearized from a non-linear relationship with the predicted state vector.
수정된 확장 칼만 필터를 이용하는 열차 측위 장치에 있어서,
명령어들을 저장하는 메모리; 및
상기 명령어들을 실행하는 프로세서를 포함하며,
상기 프로세서는 상기 명령어들을 실행함으로써,
두 개의 기지국을 선택하고,
상기 두 개의 기지국을 통해 열차로부터 수신한 두 개의 무선 신호에 대해 제1 도착 시간차(Time Difference of Arrival; TDoA)를 관측하고,
상기 열차의 이전 상태벡터로부터 상기 열차의 현재 상태벡터를 예측하고,
예측된 상태벡터와 비선형 관계에 있는 제2 TDoA를 구하고,
상기 제1 TDoA와 상기 제2 TDoA의 차이에 따라 상기 예측된 상태벡터를 갱신하고,
갱신된 상태벡터로부터 상기 열차의 위치를 결정하는 열차 측위 장치.
In the train positioning device using the modified extended Kalman filter,
memory for storing instructions; and
a processor that executes the instructions;
By executing the instructions, the processor
Choose two base stations,
Observing a first Time Difference of Arrival (TDoA) for two radio signals received from a train through the two base stations;
Predicting the current state vector of the train from the previous state vector of the train;
Obtaining a second TDoA in a non-linear relationship with the predicted state vector;
Updating the predicted state vector according to the difference between the first TDoA and the second TDoA;
A train positioning device for determining the position of the train from the updated state vector.
제8항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 명령어들을 실행함으로써,
적어도 세 개의 기지국 각각에 대해 수신 신호와 이미 알려진 기준 신호 간 상호상관(cross correlation)을 구하고,
상기 적어도 세 개의 기지국 중 상호상관이 가장 큰 두 개의 기지국을 상기 두 개의 기지국으로 선택하는 열차 측위 장치.
According to claim 8,
By executing the instructions, the processor
Obtaining a cross correlation between a received signal and a known reference signal for each of the at least three base stations;
and selecting two base stations having the largest cross-correlation among the at least three base stations as the two base stations.
제9항에 있어서,
상기 적어도 세 개의 기지국은,
이전 반복에서 상호상관이 가장 큰 기준 기지국의 전후에 위치한 적어도 세 개의 기지국인 열차 측위 장치.
According to claim 9,
The at least three base stations,
A train positioning device that is at least three base stations located before and after the reference base station with the highest cross-correlation in the previous iteration.
제8항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 명령어들을 실행함으로써,
상기 제1 TDoA와 상기 제2 TDoA의 차이에 칼만 이득을 곱하여 보정벡터를 생성하고,
학습이 완료된 신경망에 상기 보정벡터와 상기 예측된 상태벡터를 입력하여 출력벡터를 구하고,
상기 출력벡터를 상기 예측된 상태벡터에 대한 상기 갱신된 상태벡터로 결정하는 열차 측위 장치.
According to claim 8,
By executing the instructions, the processor
A correction vector is generated by multiplying a difference between the first TDoA and the second TDoA by a Kalman gain;
An output vector is obtained by inputting the correction vector and the predicted state vector to the neural network after learning has been completed,
and determining the output vector as the updated state vector for the predicted state vector.
제11항에 있어서,
상기 학습이 완료된 신경망은,
제1 보정벡터와 제1 예측된 상태벡터를 입력 받으면, 상기 열차의 속도 프로파일(profile)에 따른 제1 출력벡터를 출력하도록 학습된 것인 열차 측위 장치.
According to claim 11,
The trained neural network,
The train positioning device is learned to output a first output vector according to a speed profile of the train when the first correction vector and the first predicted state vector are received.
제12항에 있어서,
상기 예측된 상태벡터 및 상기 제1 TDoA 각각은 비-가우시안 노이즈(non-Gaussian noise)를 포함하는 열차 측위 장치.
According to claim 12,
Each of the predicted state vector and the first TDoA includes non-Gaussian noise.
제13항에 있어서,
상기 제2 TDoA는,
상기 예측된 상태벡터와의 비선형 관계로부터 선형화되지 않은 것인 열차 측위 장치.
According to claim 13,
The second TDoA,
A train positioning device that is not linearized from a non-linear relationship with the predicted state vector.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 의한 열차 측위 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.A computer program stored in a medium to execute the train positioning method according to any one of claims 1 to 7.
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