KR20060111632A - 복수의 선택된 초기 위치 추정값을 사용하여 위치를결정하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

복수의 유닛 각각에 대해, 각각 다른 초기 위치 추정값에 기초하여 추정된 위치들의 다수 집합 중 하나로부터 선택되는 위치를 결정하기 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 선택된 위치 집합은 최소 오차 값을 가진 집합을 포함하고, 여기서 오차 값은 추정된 위치로부터 결정된 범위와 측정된 범위 간의 차의 합에 기초한다. 초기 위치 추정값의 다른 집합을 사용함으로써, 초기 위치 추정값 집합 중 적어도 하나는 임의 국부 최소값을 피할 것이고, 보다 정확한 유닛 위치의 추정값을 생성할 것이다.

위치 추정, 무선 통신, 오차 값, 삼각 측정법

Description

복수의 선택된 초기 위치 추정값을 사용하여 위치를 결정하기 위한 방법 및 시스템{A METHOD AND SYSTEM FOR DETERMINING A LOCATION USING A PLURALITY OF SELECTED INITIAL LOCATION ESTIMATES}

본 발명은 일반적으로 복수의 유닛을 포함하는 네트워크 내에서 동작하는 어느 한 유닛의 위치를 결정하기에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 각 유닛이 위치하고 있는 설정된 가능성있는 위치 영역에 기초하여 유닛 각각에 대한 복수의 초기 위치 추정값을 사용하기에 관한 것이다.

네트워크 내에서 개별 유닛의 위치를 추적 및/또는 추정하는 것이 바람직할 수 있는 여러 경우가 있다. 이들 경우 중 적어도 몇몇 경우에, 위성 위치 확인 시스템(GPS) 등의 보다 전형적인 방법 중 일부가 어려움을 가질 수 있다. 한 가지 이런 예는 추적되는 유닛이 빌딩 내부에 위치하고 있을 때를 포함한다. 이는 GPS 신호가 빌딩의 벽을 관통하고/거나 다른 장애물을 뛰어넘는데에 어려움을 가질 수 있기 때문이다. 동일한 또는 다른 경우 중 몇몇 경우에는, 특정 유닛의 위치가 그 위치가 공지되어 있거나 결정된 하나 이상의 기준 유닛에 관련되어 삼각 측정되도록 고려하기에는 불충분한 개수의 범위 측정값이 존재할 수 있다.

이들 경우 중 적어도 몇몇 경우에는, 하나 이상의 유닛들에 대해 위치 추정 값이 결정되도록 유닛들 중 적어도 몇몇 사이에서는 측정된 범위 정보를 사용하는 것이 가능할 수 있다. 적어도 한 가지 이런 경우에 있어서, 측정된 범위 정보와, 한 쌍의 유닛 사이의 계산된 공간에 대응하는 범위 정보 간의 차의 자승합을 적어도 한 예로서 포함시키는 추정치에 관련되고, 추정된 위치 집합에 관련되는 오차 값은 반복되는 최소화 프로세스를 통해 최소화된다. 적어도 한 가지 이런 예의 대응 시스템 및 방법이 Patwari및 그 외 저, 미국특허 제6,473,038호에 기술되어 있고, 그 전체 내용이 참조로서 본원에 인용된다. 그러나, 일부 경우에, 초기 위치 추정값이 선택되는 방법에 따라, 오차 값을 최소화하는 반복적인 접근법이 국부 최소값(local minimum) 내에 들 수 있어, 보다 정확한 솔루션을 얻는데는 어려움을 가질 수 있다. 따라서, 국부 최소값 솔루션을 피하는 솔루션을 보다 잘 식별할 것 같은 접근법을 개발하는 것이 이로울 것이다.

본 발명자들은 네트워크에서 복수의 유닛 각각에 대해 위치를 반복적으로 추정하는데 각각 사용되는 초기 위치 추정값의 복수의 다른 집합을 선택하는 접근법이 어떤 국부 최소값을 보다 쉽사리 피하는 솔루션에 도달하는데에 유익하다는 것을 인지하였다. 결정된 복수의 위치 추정값 중 가장 최소 오차 값을 가지는 솔루션 집합을 선택하여 복수의 유닛에 대한 위치 추정값으로서 사용한다. 본 발명자들은 또한 초기 위치 추정값의 서로 다른 집합을 각 유닛에 대해 결정된 가능성있는 위치 영역으로부터 선택하는 것이 유익하다는 것을 인지하였다. 이런 방식으로, 위치 추정 정확성 개선시키기 위한 시스템 및 방법이 제공될 수 있다.

본 발명은 복수의 유닛의 위치를 결정하기 위한 방법을 제공하고, 각 유닛은 다른 복수의 유닛 중 적어도 일부에 통신적으로 접속되어 있고, 여기서 복수의 유닛 중 적어도 일부는 하나 이상의 기준 유닛과의 통신 범위 내에 있고, 기준 유닛의 위치는 결정 및 공지되어 있는 것 중 적어도 하나이다. 본 방법은 서로의 통신 범위 내에 있는 임의 기준 유닛과 각 유닛 간의 범위 정보를 측정하는 단계를 포함한다. 그런 다음 복수의 가능성있는 초기 위치 추정값을 포함하는 가능성있는 위치 영역이 각각의 유닛에 대해 설정된다.

초기 위치 추정값이 그 위치가 공지되어 있지 않은 각 유닛에 대해 가능성있는 위치 영역에 근접한 영역으로부터 선택되고, 각 유닛에 대한 위치가 추정되는데, 그 위치는 측정된 범위 값과 추정된 위치 값으로부터 계산된 범위 값 간의 차에 기초하여, 오차 값을 최소화한다. 그런 다음 복수의 가능성있는 초기 위치 추정값으로부터 각 유닛에 대한 초기 위치 추정값의 다른 집합을 사용하여, 초기 위치 추정값을 선택하고, 오차 값을 최소화하는 각 유닛에 대한 위치를 추정하는 것을 적어도 한 번 반복한다. 그런 다음 반복된 추정으로부터 가장 최소화된 오차 값을 가지는 위치 추정값 집합이 선택된다.

적어도 한 실시예에서, 각 유닛에 대한 초기 위치 추정값을 선택하기는 확립된 가능성있는 위치 영역으로부터 복수의 가능성있는 초기 위치들로부터의 어느 한 위치를 임의로 선택하기를 포함한다.

적어도 다른 실시예에서, 각 유닛에 대한 초기 위치 추정값을 선택하기는 확립된 가능성있는 위치 영역에 연관된 복수의 가능성있는 초기 위치의 부분집합으로부터 어느 한 위치를 순차적으로 선택하기를 포함하는데, 복수의 가능성있는 초기 위치들은 가능성있는 위치 영역에 걸쳐 예정된 패턴으로 간격을 두고 떨어져 있다.

또 다른 실시예에서, 본 방법은 삼각 측정법을 통해 위치를 결정하도록 충분한 수의 기준 유닛과의 링크를 가지는 유닛에 관련되어 결정을 행하는 단계, 식별된 유닛 각각에 대한 위치를 삼각 측정하는 단계, 및 삼각 측정된 위치가 유효하게 유지되는 연속적인 처리 동안에 삼각 측정된 유닛을 기준 유닛으로서 식별하는 단계를 더 포함한다.

본 발명은 또한 멀티-홉 네트워크에서 복수의 유닛 각각에 대한 위치를 결정하기 위한 시스템을 제공하고, 각 유닛은 다른 복수의 유닛 중 적어도 일부에 통신적으로 접속되어 있고, 여기서 복수의 유닛 중 적어도 일부는 하나 이상의 기준 유닛의 통신 범위 내에 있고, 기준 유닛의 위치는 결정 또는 공지되어 있는 것 중 적어도 하나이다. 본 시스템은 서로의 통신 범위에 있는 기준 유닛과 복수의 유닛에 대한 접속 및 범위 정보를 수신하도록 적응된 송수신기, 및 송수신기에 결합된 프로세서를 포함한다.

프로세서는 접속, 통신 범위 정보, 위치 추정값의 다수 집합과 대응하는 최소화된 오차 값들을 유지하기 위한 저장 영역을 포함한다. 프로세서는 또한 각 유닛에 대해 가능성있는 위치 영역을 결정하고, 초기 위치 추정값의 각 집합에 기초하여 오차 값을 최소화하는 위치를 유닛 각각에 대해 추정하도록 적응된 계산 모듈을 포함한다. 프로세서는 또한 각 유닛에 대한 가능성있는 위치 추정 영역에 연관된 초기 위치 추정값의 다수의 다른 집합을 순차적으로 선택하고, 가장 최소화된 오차 값에 연관되는 추정된 위치 집합을 선택하기 위한 하나 이상의 선택 모듈을 포함한다.

본 발명의 이런 및 다른 특징, 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 하나 이상의 바람직한 실시예의 하기의 상세한 설명으로부터 분명해진다.

도 1은 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른, 통신 네트워크의 적어도 일부의 근접한 멤버들 간의 예시적인 공간 관계를 도시하는 부분적인 공간 개요도.

도 2는 하나 이상의 유닛의 다른 위치 추정값에 연관된 오차 값을 도시하는 부분 예시도.

도 3은 다수의 유닛과 공통 유닛 사이의 범위 집합을 포함하는 예시적인 실시예에 기초하여, 공통 유닛과 통신하는 다수의 유닛에 대한 통신 지역 및 근사화된 위치의 오버랩을 도시하는 부분적인 공간 개요도.

도 4는 다수의 유닛과 통신하는 한 유닛에 대한 가능성있는 위치 영역 및 가능성있는 초기 위치 추정값 집합을 형성하는 다수의 유닛에 대한 통신 지역의 오버랩을 도시하는 부분적인 공간 개요도.

도 5는 다수의 유닛과 통신하는 한 유닛에 대한 가능성있는 위치 영역 및 가능성있는 초기 위치 추정값 집합을 형성하는 다수의 유닛에 대한 통신 지역의 오버랩을 도시하는 부분적인 공간 개요도.

도 6은 유닛이 최종 공지된 위치에 있었던 때로부터 경과된 시간, 이동 속 도, 및 공지된 이전 위치에 기초하여, 유닛에 대한 가능성있는 위치 영역을 도시하는 부분적인 공간 개요도.

도 7은 공지된 이전 위치, 및 이동 추정값에 기초하여 유닛에 대한 가능성있는 위치 영역을 도시하는 부분적인 공간 개요도.

도 8은 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른, 멀티-홉 네트워크에서 복수의 유닛 각각에 대한 위치를 결정하기 위한 시스템을 도시하는 블록도.

도 9는 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른, 복수의 유닛의 위치를 결정하는 방법을 도시하는 흐름도.

도 10은 도 9의 적어도 일 실시예에 따른, 범위 정보를 측정하는 단계의 일부로서 또는 이에 추가되어 충분한 수의 링크를 가지는 유닛을 결정하고 삼각 측정하기를 도시하는 보다 구체적인 흐름도.

본 발명은 다양한 형태의 실시예가 가능하지만, 현재 바람직한 실시예가 도면에 도시되고 하기에 기술될 것이며, 본 개시가 본 발명의 일례로서 고려되고 도시된 특정한 실시예로 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 이해하게 된다.

도 1은 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른, 통신 네트워크(10)의 적어도 일부 근접한 멤버들 사이의 예시적인 공간 관계를 제공하는 부분적인 공간 개요도를 도시한다. 네트워크(10)는 삼각형으로 나타나는 그 위치가 공지되어 있거나 결정될 수 있는 기준 유닛(12)과 원으로서 나타나는 복수의 블라인드 유닛(14)을 포함한다. 블라인드 유닛(14)은 그 위치를 추정해야 하는 유닛에 해당한다. 적어도 예시된 실시예에서, 네트워크(10)는 멀티-홉 네트워크이고, 이는 유닛 쌍 중 일부가 직접 통신할 수 없고/거나 네트워크(10) 내에서 다른 유닛을 통해 통신할 필요가 있는 네트워크에 해당한다. 직접 서로 통신할 수 있는 유닛들은 유닛 사이의 연장하는 라인(16)으로 도시되어 있다. 상기 라인 중 하나는 대응하는 참조 부호에 연관되어 도면에 도시되어 있다.

각 유닛은, 일반적으로, 통신 범위 내의 다른 유닛들 간의 무선 통신을 지원하는 송수신기 및 대응하는 안테나를 포함한다. 인접한 유닛 간의 통신을 통해, 범위 추정값이 수신된 신호의 타이밍 및/또는 특성에 기초하여 결정된다. 적어도 일 실시예에서, 수신된 신호 세기의 지시, 도달 시간 측정, 도달 시차 측정, 및/또는 도달 각도 측정 중 하나 이상이 측정된 범위 값을 결정하는데 이용된다. 예를 들어, 수신된 신호 세기를 측정할 수 있고, 송신될 때의 신호의 세기를 알면, 거리의 함수로서 신호 세기 감쇄를 예측하는 모델에 기초하여 범위 추정값을 계산할 수 있다. 다른 예로서, 한 쌍의 유닛 사이에 전송된 신호의 전파 시간을 결정할 수 있고, 신호의 이동 속도와 결정된 전파 시간의 근사화에 기초하여 유닛 사이의 범위를 근사화할 수 있다. 일부 예에서, 라운드-트립 통신은 전파 지연을 결정하는데 이용될 수 있다. 당업자는 수신된 신호에 연관된 타이밍 및/또는 특성에 기초하여 유닛 사이의 범위를 근사화하기 위한 추가적인 기술이 존재하고, 그 기술이 본 발명의 교시 내에서 유사하게 사용될 수 있는 것을 쉽사리 인식할 것이다.

일단 범위 정보가 근접한 기준 유닛을 포함하는 인접한 유닛들 간에 확립되면, 비-기준 유닛 각각에 대한 초기 위치가 선택될 수 있다. 초기 및 연속되는 위 치 추정값을 갱신하는데 반복적인 처리가 사용되는데, 선택된 좌표에 기초하여 결정된 거리와 측정된 범위 정보에 기초한 거리 사이의 차에 관련되는 오차 값이 더 이상 감소되지 않고, 이상적으로 최소화될 때까지 그러하다. 그러나, 일부 오차 최소화 기술에서는, 국부 최소값 내에 드는 것이 가능하다. 이들 예 중 일부 예에서는, 국부 최소값으로부터의 편차가 오차 값을 증가시키고, 결과적으로 국부 최소값과는 반대쪽으로 값을 바이어스시키는 것으로 보인다. 2차원으로 도시된 국부 최소값의 이런 한 예는 도 2에 도시되어 있다.

보다 구체적으로, 도 2는 하나 이상의 유닛의 다른 위치 추정값에 연관된 예시적인 오차 값의 부분적인 그래프(20)를 도시한다. 종종, 오차 값을 도시하는 그래프는 2차원 이상일 것이다. 그럼에도, 국부 최소값이 다수의 차원이 존재하는 경우에 유사하게 생성될 수 있다. 예시된 실시예에서, 그래프는 최소값(22) 및 국부 최소값(24)을 포함한다. 국부 최소값은 이는 국부 최소값(24)과 실제 최소값(22) 사이에 위치되는 첨단(26), 분수령 또는 고 지역에 의해 생성될 수 있는데, 당신이 출발할 때 첨단(26)의 어떤 측면에 위치되는지에 따라, 실제 최소값(22)과는 멀어지도록 반복적인 솔루션을 바이어스 시킨다. 출발점에 의해 당신이 국부 최소값(24)으로 수렴할지 실제 최소값(22)으로 수렴할지에 대해 큰 차이가 생길 수 있기 때문에, 결정되는 값에 대해 초기 값을 선택하기가 중요할 수 있다.

솔루션이 국부 최소값(24)으로 수렴할지 또는 실제 최소값(22)으로 수렴할지에 대해 초기 추정값이 영향을 끼칠 수 있음을 인식하면서, 초기 추정값을 선택하는 접근법이 개발되었으며, 이는 실제 최소값(22)으로 수렴하는 솔루션을 식별할 기회를 증가시키려고 시도한다. 일반적으로, 본 발명의 적어도 일 양상에 따라, 초기 위치 추정값의 다수의 다른 집합이 사용된다.

적어도 몇몇 경우에, 유닛의 가능성있는 위치가 결정될 수 있는 영역에 의해 정의될 수 있다. 도 3은 유닛이 위치될 가능성있는 위치 영역(30)을 도시한다. 보다 구체적으로, 도 3은 다수의 유닛과 위치될 유닛(32)의 예정된 전송 범위 집합에 기초하여, 위치될 유닛(32)과 통신하는 다수의 유닛에 대한 통신 지역의 오버랩을 도시하는 부분적인 공간 개요도이다. 예를 들어, 위치될 유닛(32)이 3개의 다른 유닛으로부터 전송을 수신할 수 있다면, 위치될 유닛(32)은 3개의 다른 유닛 각각에 대해 아크(34A-C)에 의해 경계 지워진 전송 지역이 오버랩하는 영역(30)에 아마도 위치될 것이다. 이는 하지만 근사한 위치로 수렴하지 않고, 각 유닛과 위치될 유닛(32) 간의 결정된 범위에 기초하는 삼각 측정법과 동일하다. 영역(30)은 각 유닛에 대해 추정된 예정된 전송 범위(34)에 의해 한정된다. 잠재적으로 삼각 측정법을 통해 결정된 보다 정확한 위치의 예는 위치될 유닛(32)과 다른 유닛 사이의 3개의 근사화된 거리(36A-C)의 수렴으로서 도시된다.

가능성있는 위치 영역(30)을 한정하도록 도와주는데 사용되는 초기 위치가 추정된 예정된 전송 범위을 가진 유닛들 중 하나에 대해 불명확한 경우, 예정된 전송 범위(34)는 불확실한 정도에 대응하는 정도로 증가될 수 있고, 가능성있는 위치 영역(30)을 더욱 확장시키게 될 것이다.

일단 유닛이 위치될 것 같은 영역이 한정되면, 해당 영역에 연관되는 초기 위치 추정값이 선택될 수 있다. 이런 초기 위치 추정값의 선택은 본 발명의 교시 내에서 임의 하나 이상의 여러 다른 접근법을 포함할 수 있으나, 본 발명의 적어도 일 양상에서는, 초기 위치 추정값의 다수의 다른 집합이 선택된다. 일부 실시예에서, 초기 위치 추정값은 임의로 선택될 수 있다. 다른 실시예에서, 초기 위치 추정값은 일반적으로 균일하게 간격을 두고 떨어져 있을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 초기 위치 추정값은 예정된 분산 패턴에 기초하여 선택될 수 있다. 또한, 일부 경우에, 초기 위치 추정값은 결정된 가능성있는 위치 영역으로 한정될 것이고, 반면에 다른 경우에, 초기 위치 추정값 중 일부는 가능성있는 위치 영역 외부로 벗어날 것이다.

도 4는 위치될 유닛(도시 생략)과 통신하는 한 쌍의 유닛(도시 생략)에 대한 한 쌍의 오버랩하는 통신 지역(44A 및 44B)에 대응할 수 있는, 한 쌍의 아크(42A 및 42B)에 의해 경계 지워진 가능성있는 위치 영역(40)을 강조하는 부분적인 공간 개요도를 도시한다. 위치될 유닛에 대한 가능성있는 초기 위치 추정값(46)의 예시적인 집합이 점의 집합으로 추가적으로 도시되어 있고, 그것들 중 일부만이 명확히 참조 부호와 연관되어 있다. 예시된 실시예에서, 초기 위치 추정값(46)이 일반적으로 가능성있는 위치 영역(40)에 걸쳐 균등하게 거리를 두고 떨어져 있다. 적어도 몇몇 경우에는, 초기 위치 추정값(46)이 가능성있는 위치 영역(40)의 외부에 속한다. 일부 경우에, 가능성있는 위치 영역 외부에 속하는 어떤 위치이 그 영역의 내부에 위치하도록 조정하는 것이 바람직할 수 있다. 실제 간격은 사용될 위치 추정값(46)의 수에 따를 수 있다.

도 5는 3개의 아크(52A-C)에 의해 경계 지워진 가능성있는 위치 영역(50)을 강조하는 부분적인 공간 개요도를 도시한다. 도 4와 유사하게, 도 5는 또한 가능성있는 초기 위치 추정값의 예시적인 집합(54)을 도시한다. 그러나, 도 4와는 다르게, 가능성있는 초기 위치 추정값의 예시적인 집합(54)은 예정된 또는 사전에 지정된 패턴으로 간격을 두고 떨어져 있다. 예시적인 실시예에서, 예정된 패턴은 임의 예정된 척도에 기초하여 최상의 추측 초기 추정값에 대응할 수 있는 위치(56)에 중심을 두고 있으며, 이는 본원에서 논의된 개념과 관련되거나 관련되지 않을 수 있다. 한 가지 가능한 실시예는 미리 결정된 위치에 기초하여 예정된 패턴의 위치를 찾을 수 있다. 예시된 특정한 패턴에 있어, 초기 위치 추정값(54)의 위치 밀도는 최상의 추측 초기 위치 추정값(56)에 보다 근접할수록 더 커진다. 당업자는 또한 다른 예정된 패턴들이 본 발명의 교시 내에서 대안으로 사용될 수 있음을 쉽사리 인식할 것이다.

다른 대안으로, 가능성있는 위치 영역이 환경적인 특성을 고려할 수 있는데, 이는 유닛이 소정의 영역에 위치되지 않도록 제한하거나 방지할 수 있고/거나 유닛이 다른 영역들을 통과하여 이동하거나 그 안으로 들어가지 않도록 방지할 수 있다. 도 6은 공지된 이전 위치(62)에 기초하여 각 유닛에 대한 가능성있는 위치 영역(60)의 부분적인 공간 개요도를 도시한다. 예시된 실시예에서, 가능성있는 위치는 또한 유닛이 마지막으로 공지된 위치(62)에 있었던 때로부터 경과된 시간, 및 보증된 또는 가능한 이동 속도에 기초한다. 통로(68)를 정의하고, 따라서 가능성있는 위치 영역(60)을 한정하는데 유닛의 이동을 제한하는 한 쌍의 벽(64 및 66)이 보다 구체적으로 사용된다.

다른 대안으로, 이와 유사하게 이전에 결정된 위치와 유닛으로부터 수신된 관성 항법(inertial navigation) 정보를 고려하는 가능성있는 위치 영역이 결정될 수 있다. 예를 들어, 유닛은 그 유닛을 휴대하는 개인이 취하는 수많은 단계를 추적할 수 있는 보수계, 또는 바퀴가 이동한 거리를 추적할 수 있는 주행 기록계를 포함할 수 있다. 또한, 유닛은 측정된 이동 거리에 관련되어 이동의 방향을 제공할 수 있는 나침판을 포함할 수 있다. 대안으로, 유닛은 특정 방향으로의 이동 및/또는 가속을 검출할 수 있는 하나 이상의 자이로스코프를 포함한다.

일부 경우에, 이전에 결정된 위치는 추적되는 유닛이 출발하는 영역에서는 이용가능하지만, 추적되는 유닛이 들어가게 되는 새로운 영역에서는 이용할 수 없는 다른 위치 기술에 기초한 위치일 수 있다. 한 가지 이런 예는 위성 위치 확인 시스템을 포함할 수 있고, 여기서 유닛은 위성 또는 기지국의 네트워크에 관련되어 삼각 측정되고, 그 위치 기술은 유닛이 빌딩으로 들어간 이후에 이용불가능할 수 있다. 이전에 결정된 위치에 관련하여 어느 정도의 불확실성이 존재할 수 있는데, 이로부터 연속적인 가능성있는 위치 영역이 결정 및/또는 추정될 수 있다.

도 7은 상기 언급된 바와 같이, 관성 항법 추정의 일부 형태를 포함할 수 있는 이동 추정값(74), 및 공지된 이전 위치(72)에 기초하여 유닛에 대한 가능성있는 위치 영역(70)의 부분적인 공간 개요도이다. 이동 추정값(74)은 단일 거리 및 방향 벡터일 수 있고, 평균한 또는 누적된 값일 수 있다. 또한, 이동 추정값(74)은 복수의 다른 벡터 또는 성분(74A-C), 및 대응하는 복수의 관련된 방향을 포함할 수 있다. 도 7은 또한 관성 항법 추정에서의 불확실성의 가능한 누적 효과를 도시하 고, 이것이 어떻게 초기 추정값을 도출해낼 수 있는 가능성있는 위치 영역(70)을 생성할 수 있는가를 도시한다.

도 8은 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른, 멀티-홉 네트워크에서 복수의 유닛 각각에 대한 위치를 결정하기 위한 시스템(100)의 블록도를 도시한다. 위치를 결정하기 위한 시스템(100)은 위치될 하나 이상의 유닛에 통합될 수 있거나, 기준 유닛 등의 하나 이상의 홉을 통해 위치되는 유닛에 적어도 통신적으로 접속되어 있는 다른 유닛에 대안으로 위치될 수 있다.

본 시스템(100)은 다른 유닛과의 통신을 용이하게 하기 위한 안테나(104)에 결합된 송수신기(102)를 포함하고, 이에 의해 각 유닛에 의해 측정된 범위 정보와 가능성있는 위치 영역을 결정하기 위한 정보가 수신될 수 있다. 송수신기(102)는 블루투스 송수신기, 적외선 통신 송수신기 등의 단거리 전파 송수신기, 무선 LAN 접속, 무선 전화기 전파 송수신기, 셀룰러 폰 전파 송수신기, 및 기타 유사한 통신 장치를 사용하는 통신을 포함하여 여러 통신 형태와 호환될 수 있다. 당업자는 다른 통신 형태 및/또는 그것의 결합도 유사하게 이용될 수 있음을 인식할 것이다.

본 시스템(100)은 또한 송수신기(102)에 결합된 프로세서(106)를 포함한다. 프로세서(106)는 접속 및 범위 정보를 수신 및 저장하고, 하나 이상의 위치 추정값과 그 위치 추정값(110)에 연관된 대응하는 오차 값을 유지하기 위한 저장 영역(108)을 포함한다. 저장 영역(108)은 또한 하나 이상의 사전에 저장된 명령어 집합(112)을 포함할 수 있다.

프로세서(106)는 각 유닛에 대한 가능성있는 위치 영역을 결정하고, 각 유닛 에 대한 초기 위치 추정값 집합에 기초하여 오차 값을 최소화하는 위치 추정값을 결정하도록 적응된 계산 모듈(114)을 추가적으로 포함한다. 프로세서(106)는 또한 하나 이상의 선택 모듈(116)을 포함한다. 적어도 일 실시예에서, 프로세서는 초기 위치 추정값을 선택하기 위한 선택 모듈(118)과, 최소화된 오차 집합을 선택하기 위한 선택 모듈(120)을 포함한다. 일부 실시예에서, 계산 모듈(114)과 하나 이상의 선택 모듈(116)은 사전에 저장된 명령어의 하나 이상의 사전에 저장된 명령어 집합(112) 중 적어도 일부로서 구현될 것이다.

적어도 일 실시예에서, 프로세서(106)는 하나 이상의 사전에 저장된 명령어 집합(112)을 실행시키기 위한 하나 이상의 마이크로프로세서를 포함하는 전용 또는 범용 컴퓨터의 형태를 취할 수 있다. 프로세서는 또한 여러 유형의 저장장치 또는 메모리를 포함할 수 있고, 이들 중 일부는 프로그램 데이터와 사전에 저장되는 명령어의 하나 이상의 집합을 저장하기 위해 마이크로프로세서 내에 결합되거나 통합될 수 있다. 다른 유형의 저장장치의 예로서 종래의 ROM, EPROM, RAM, 또는 EEPROM을 포함하는 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리의 여러 형태를 포함한다. 또한, 다른 유형의 저장장치로서 자기 디스크 또는 광 디스크 드라이브를 포함하는 고정형 또는 분리형 매체 등의 보조 저장장치를 포함할 수 있다.

도 9는 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른, 복수의 유닛의 위치를 결정하기 위한 방법(200)의 흐름도를 도시한다. 본 방법(200)은 일반적으로 통신 범위 내의 임의 기준 유닛과 각 유닛 간의 범위 정보를 측정하는 단계(202)를 포함한다. 상기 언급된 바와 같이, 이는 적어도 다수의 다른 방식으로 달성될 수 있다. 적어도 몇몇 예는 수신된 신호 세기의 지시, 도달 시간 측정, 및 도달 시차 측정을 이용하는 것을 포함한다. 각 유닛에 대한 가능성있는 위치 영역이 확립된다(단계(204)). 그런 다음 각 유닛에 대한 초기 위치가 선택된다(단계(206)). 그러면 초기 위치가 각 유닛에 대한 확립된 가능성있는 위치 영역에 기초하여 유닛 각각에 대해 선택된다(단계(206)). 오차 값을 최소화하는 위치 추정값이 각 유닛에 대해 생성된다(단계(208)).

적어도 일부 경우에는, 결정된 위치 추정값과 대응하는 최소화된 오차 값에 대한 기록이 유지된다. 그런 다음 원하는 수의 위치 추정값이 계산되었는가에 대한 결정이 행해진다(단계(210)). 적어도 일부 경우에, 위치 추정값의 원하는 수는 예정된 고정된 수일 수 있다. 그러나, 다른 경우에, 위치 추정값의 원하는 수는 다른 인수의 함수일 수 있다. 예를 들어, 위치 추정값의 원하는 수는 위치될 각 유닛에 대해 하나 이상의 가능성있는 위치 영역의 크기에 따라 변경될 수 있다.

또한, 충족 또는 초과되었던 위치 추정값의 원하는 수는 결정되었던 최소 오차 값의 함수일 수 있다. 예를 들어, 위치 추정값의 원하는 수는, 오차 값이 예정된 한계값 이하에서 검색되는 경우, 충족되었다고 정의될 수 있다. 이는 대안으로서 잠재적으로 루프를 중단하고, 본 방법 흐름이 위치 추정값 계산의 대안으로 정의된 예정된 수에 도달하기 이전에 루프를 벗어나게끔 하는 다른 조건으로서 표현될 수 있다. 또한, 계산되었던 위치 추정값의 원하는 수는, 감소된 예정된 수가 초과되었고 예정된 한계값 보다 작은 오차 값이 검색됐을 경우, 충족되었다고 이야기된다. 당업자는 다른 대안이 본 교시 내에서 가능하다고 인식할 것이다.

어쨌든, 위치 추정값의 원하는 수가 계산될 때까지 초기 위치 추정값의 새로운 집합이 선택되고(단계(206)) 각 유닛에 대한 위치 추정값을 결정하는데 이용되고(단계(208)), 이어서 반복된다. 위치 추정값의 원하는 수가 결정되었고/거나 그렇지 않고 위치 추정값의 계산이 중단된 이후에, 최소 오차를 가진 위치 추정값의 집합이 선택된다(단계(212)).

적어도 일 실시예에서, 오차 추정값은 측정된 범위 정보와 추정된 위치 간의 계산된 거리 간의 차의 자승합의 함수이다. 이런 위치 추정 동안에, 오차 값을 최소화하도록 시도하는 반복적인 접근법이 이용된다.

이전에 언급된 바와 같이, 적어도 도 4 및 도 5에 관련되어, 결정된 가능성있는 위치 영역에 근접하는 초기 추정값을 임의로 선택하기와, 가능성있는 위치 영역에 관련되어 간격을 두고 떨어져 있는 초기 위치 추정값을 순차적으로 선택하기를 포함하여 초기 위치 추정값을 선택하기 위한 적어도 다수의 가능성이 존재한다. 초기 위치 추정값이 간격을 두고 떨어져 있는 초기 위치 추정값으로부터 순차적으로 선택되는 경우, 위치 추정값은 일반적으로 동일하게 간격을 두고 떨어져 있거나, 대안으로 가능성있는 위치 영역에 관련하여 다양한 밀도를 가지고 예정된 패턴으로 배치될 수 있다. 일부 경우에, 초기 위치 추정값은 최상의 추측 위치와 일치하는 영역에 근접하여 최대 밀도를 가질 것이다.

다른 실시예에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 그 위치가 결정될 필요가 있는 유닛의 수는 가능한 대안적인 위치 결정 수단을 통해 유닛의 일부 위치를 결정함으로써 최소화될 수 있다. 예를 들어, 범위 추정값의 충분한 수가 위치될 유닛과 충 분한 수의 기준 유닛 사이에 존재한다면, 삼각 측정법을 통해 수많은 유닛 중 하나의 위치를 결정하는 것이 가능할 수 있다(단계(224)). 또한, 그 위치가 삼각 측정법을 통해 결정되는 임의 유닛은 적어도 삼각 측정된 위치가 유효하게 유지되는 주기 동안에 순서대로 분류될 수 있거나 기준 유닛으로 취급될 수 있다(단계(226)). 순서대로, 이는 훨씬 더 많은 유닛이 삼각 측정법 등의 대안적인 위치 결정 수단을 통해 훨씬 명확하게 위치될 수 있게 한다. 이 처리는 이런 방식으로 위치될 수 있는 추가적인 유닛이 더 이상 존재하지 않을 때까지 반복될 수 있다(단계(228)).

삼각 측정법의 위치 결정 처리의 일부로서, 또는 도 9에 제공된 바와 같이, 복수의 유닛을 위치찾기하는 방법에 연관되어, 전력을 증가시키고 이에 상응하여 유닛 사이의 임의 무선 통신의 범위를 증가시킴으로써 통신 링크 수 및 대응하는 범위 측정이 강화될 수 있다(단계(222)).

일반적으로, 기술된 본 방법(200)과 시스템(100)은 여러 환경에서 유닛들의 위치와 연관되어 이용될 수 있다. 적어도 한 가지 이런 예는 하나 이상의 셀룰러 폰 등의 장치 또는 네트워크 내에 위치한 다른 장치의 위치를 포함한다. 또한, 본 시스템(100)은 창고에 저장된 품목의 위치를 추적하는데에 이용될 수 있다.

다른 예로서 소정의 영역 또는 환경 내에서 협력하여 움직이는 한명 이상의 사람들의 그룹을 위한 장비의 일부분으로서 위치될 수 있는 유닛들의 통합을 포함한다. 한가지 이런 예는 비상사태 요원을 포함한다. 이런 경우 위치될 유닛은 소방관의 헬멧, 자켓, 또는 다른 장비 일부에 통합되거나 이중 하나 이상과 동일 위치에 이를 수 있다. 당업자는 복수의 유닛의 위치를 찾기 위한 본 방법과 시스템 이 다른 환경에도 동등하게 적용될 수 있다고 인식할 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예가 예시되고 기술되었지만, 본 발명이 이에만 한정되지 않음을 이해할 수 있다. 첨부된 청구항에 의해 정의된 본 발명의 정신과 범위 내에서 수많은 수정, 변경, 변형, 대체, 및 동일물이 당업자들에게 가능할 것이다.

Claims (24)

1. 복수의 유닛의 위치를 결정하는 방법-각 유닛은 다른 복수의 유닛 중 적어도 일부에 통신적으로 접속되어 있고, 복수의 유닛 중 적어도 일부는 하나 이상의 기준 유닛과의 통신 범위 내에 있고, 상기 기준 유닛들의 위치는 결정된 및 공지된 것 중 적어도 하나임-에 있어서,

   서로의 통신 범위 내의 임의 기준 유닛과 각 유닛 간의 범위 정보를 측정하는 단계,

   복수의 가능성있는 초기 위치 추정값을 포함하여 각 유닛에 대한 가능성있는 위치 영역을 확립하는 단계,

   상기 가능성있는 위치 영역에 대응하는 영역으로부터, 그 위치가 공지되어 있지 않은 각 유닛에 대한 초기 위치 추정값을 선택하는 단계,

   측정된 범위 값과 추정된 위치 값으로부터 계산된 범위 값 간의 차에 기초하여, 각 유닛에 대한 오차 값을 최소화하는 위치를 추정하는 단계,

   상기 복수의 가능성있는 초기 위치 추정값으로부터 각 유닛에 대한 초기 위치 추정값의 다른 집합을 사용하여 초기 위치 추정값을 선택하고, 각 유닛에 대해 오차 값을 최소화하는 위치를 추정하는 단계를 적어도 한번 반복하는 단계, 및

   반복된 추정으로부터 가장 최소화된 오차 값을 가지는 위 치 추정값 집합을 선택하는 단계

   를 포함하는 복수의 유닛의 위치 결정 방법.
2. 제1항에 있어서,

   서로의 통신 범위 내의 임의 기준 유닛과 각 유닛 간의 범위 정보를 측정하는 단계는 하나 이상의 유닛에 의해 전송된 신호들의 도달 시차, 도달 시각, 도달 각도, 및 수신된 신호 세기의 지시자를 측정하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
3. 제1항에 있어서,

   각 유닛에 대한 가능성있는 위치 영역을 확립하는 단계는 상기 가능성있는 위치 영역이 결정되는 그 유닛에 통신적으로 접속된 다른 유닛의 공지된 또는 추정된 위치와 통신 범위에 기초하여 오버랩 영역을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
4. 제1항에 있어서,

   각 유닛에 대한 가능성있는 위치 영역을 확립하는 단계는 공지된 이전 위치를 결정하고, 상기 유닛이 이전에 공지된 위치에 있었던 때로부터 경과된 시간 간격 동안에 가능한 편차 량을 추정하는 단계를 포함하는 방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 가능한 편차는 상기 유닛이 이전에 공지된 위치에 있었던 때로부터의 시간 간격과 추정된 이동 속도에 기초하는 방법.
6. 제4항에 있어서,

   상기 가능한 편차는 이전에 공지된 위치에 후속하는 시간 동안의 관성 항법 추정에 기초하는 방법.
7. 제1항에 있어서,

   각 유닛에 대한 초기 위치 추정을 선택하는 단계는 상기 확립된 가능성있는 위치 영역으로부터의 복수의 가능성있는 초기 위치로부터 어느 한 위치를 임으로 선택하는 단계를 포함하는 방법.
8. 제1항에 있어서,

   각 유닛에 대한 초기 위치 추정을 선택하는 단계는 상기 확립된 가능성있는 위치 영역으로부터의 복수의 가능성있는 초기 위치의 부분집합으로부터 어느 한 위치를 순차적으로 선택하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 가능성있는 초기 위치는 상기 가능성있는 위치 영역에 관련되어 예정된 패턴으로 간격을 두고 떨어져 있는 방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 예정된 패턴은 거의 균등하게 간격을 두고 떨어져 있는 위치들을 포함하는 방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 이격 거리는 상기 가능성있는 위치 영역의 크기와 위치 추정값의 예정된 반복 횟수에 기초하는 방법.
11. 제1항에 있어서,

    상기 오차를 최소화하는 단계는 상기 추정된 위치에 기초하는 범위와 측정된 범위 간의 차의 자승합을 최소화하는 단계를 포함하는 방법.
12. 제1항에 있어서,

    각 유닛에 대한 위치를 추정하는 단계는 각 유닛에 대한 초기 위치 추정값을 선택하는 단계 이후에, 적어도 상기 오차 값이 더 이상 작아지지 않을 때까지 각 유닛에 대해 갱신된 위치를 반복적으로 추정하는 단계를 포함하는 방법.
13. 제1항에 있어서,

    상기 복수의 유닛 중 적어도 일부의 통신 범위를 증가시키는 단계를 더 포함하는 방법.
14. 제1항에 있어서,

    삼각 측정법을 통해 위치를 결정하도록 충분한 수의 기준 유닛과의 링크를 가지는 유닛들을 결정하는 단계와, 상기 결정된 유닛 각각에 대한 위치를 삼각 측정하는 단계와, 상기 삼각 측정된 위치가 유효하게 유지되는 후속하는 처리 동안에 상기 삼각 측정된 유닛을 기준 유닛으로 식별하는 단계는 더 포함하는 방법.
15. 제14항에 있어서,

    상기 유닛 중 하나가 새롭게 삼각 측정되어 기준 유닛으로 식별되었다면, 삼각 측정될 수 있는 유닛이 더 이상 존재하지 않을 때까지, 더 많은 유닛을 삼각 측정하여서 기준 유닛으로 식별되도록 하는 시도를 반복하는 단계를 포함하는 방법.
16. 멀티-홉 네트워크에서 복수의 유닛 각각에 대한 위치를 결정하기 위한 시스템-각 유닛은 다른 복수의 유닛 중 적어도 일부에 통신적으로 접속되어 있고, 상기 복수의 유닛 중 적어도 일부는 하나 이상의 기준 유닛과의 통신 범위 내에 있고, 그 위치는 결정된 또는 공지된 것 중 적어도 하나임-에 있어서,

    서로의 통신 범위 내의 상기 기준 유닛과 상기 복수의 유닛에 대한 접속 및 범위 정보를 수신하기 위한 송수신기, 및

    상기 송수신기에 결합된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는

    상기 접속, 통신 범위 정보, 및 위치 추정값의 다수의 집합과 대응하는 최소화된 오차 값을 유지하기 위한 저장 영역,

    각 유닛에 대한 가능성있는 위치 영역을 결정하고, 초기 위치 추정값의 각 집합에 기초하여, 오차 값을 최소화하는 각 유닛에 대한 위치를 추정하도록 적응된 계산 모듈, 및

    각 유닛에 대한 상기 가능성있는 위치 영역에 대응하는 초기 위치 추정값의 복수의 다른 집합을 순차적으로 선택하고, 가장 최소화된 오차 값에 연관된 추정된 위치의 집합을 선택하기 위한 하나 이상의 선택 모듈을 포함하는

    복수의 유닛 각각에 대한 위치를 결정하기 위한 시스템.
17. 제16항에 있어서,

    상기 계산 모듈과 상기 하나 이상의 선택 모듈 중 적어도 하나는 하나 이상의 사전에 저장된 명령어 집합을 포함하는 시스템.
18. 제17항에 있어서,

    상기 하나 이상의 사전에 저장된 명령어 집합은 상기 저장 영역에 저장되는 시스템.
19. 제16항에 있어서,

    상기 하나 이상의 선택 모듈은 각 유닛에 대한 대응하는 가능성있는 위치 영역으로부터 초기 위치 추정값을 임으로 선택하도록 적응된 시스템.
20. 제16항에 있어서,

    상기 하나 이상의 선택 모듈은 예정된 패턴으로 거리를 두고 떨어져 있는 각 유닛에 대한 대응하는 가능성있는 위치 영역으로부터 초기 위치 추정값을 순차적으로 선택하도록 적응된 시스템.
21. 제16항에 있어서,

    상기 위치를 결정하기 위한 시스템은 위치될 유닛 중 하나의 일부에 통합되는 시스템.
22. 제16항에 있어서,

    상기 유닛 중 적어도 일부는 이동 통신 장치인 시스템.
23. 제22항에 있어서,

    상기 이동 통신 장치 중 적어도 일부는 셀룰러 무선전화기인 시스템.
24. 제16항에 있어서,

    상기 유닛 중 적어도 일부는 협력하여 활동하는 개인별 그룹에 의해 사용되는 장비를 포함하는 시스템.

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