KR20080113536A - System and method for localization - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전파신호 모델링을 통한 위치 결정 시스템의 블록 구성도,1 is a block diagram of a positioning system using radio signal modeling according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전파신호 모델링을 통한 위치 결정 방법을 설명하기 위한 흐름도,2 is a flowchart illustrating a positioning method through radio signal modeling according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 두 개의 기준노드부를 동기화하여 태그의 위치를 결정할 때의 신호 흐름을 나타낸 위치 결정 시스템의 블록 구성도.3 is a block diagram of a positioning system showing a signal flow when determining a position of a tag by synchronizing two reference node units according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
110, 120, 410, 420 : 기준노드부110, 120, 410, 420: reference node
111, 121, 411, 421 : 발신기111, 121, 411, 421: transmitter
113, 123, 413, 423 : 수신기113, 123, 413, 423: receiver
200, 500 : 태그200, 500: Tags
415, 425 : 시계415, 425: clock
본 발명은 무선 센서네트워크를 이용하여 사물의 위치를 결정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for determining a location of an object using a wireless sensor network.
사물의 위치 추적과 관련된 종래 기술로서, 한국공개특허 2007-0019953의 "상대적 이동 물체의 위치를 나타내는 장치 및 방법"에서는 전파신호의 강도나 전파 이동 시간을 이용하여 물체의 상대적 움직임을 계산하는 방법을 제시하였다.As a related art related to the tracking of the position of an object, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2007-0019953, "A device and method for indicating the position of a relative moving object", describes a method of calculating the relative motion of an object using the strength of the radio signal or the propagation time. Presented.
미국공개특허 20060217132의 "High resolution localization for indoor environments"에서는 신호 강도, 신호의 수신 방향 등을 이용하여 실내에서 사물의 위치를 결정하는 방법을 제시하였다."High resolution localization for indoor environments" of US Patent Publication 20060217132 proposed a method for determining the position of an object indoors using the signal strength, the direction of reception of the signal.
미국공개특허 20050246334의 "Location determination and location tracking in wireless networks"에서는 사전에 전파 지도(Radio map)를 작성하여 신호 강도를 이용해 실내 위치를 결정하는 방법을 제시하였다."Location determination and location tracking in wireless networks" of US Patent Publication 20050246334 proposed a method of determining the indoor location using the signal strength by creating a radio map in advance.
그러나, 전파 강도를 이용한 사물의 위치 추적과 관련된 종래 기술들은, 물체의 상대적 이동을 이용해 위치를 결정하여 물체의 절대적 위치를 결정하지 못했거나, 신호 강도뿐만 아니라 신호의 수신 방향 등을 이용하여야만 물체의 위치를 결정할 수 있었다. 또는 신호 강도를 이용하여 물체의 위치를 결정하는 경우라도 사전에 전파 지도를 작성하여야 하는 문제점이 있었다.However, the related arts related to the tracking of the object using the radio wave strength have not been able to determine the absolute position of the object by determining the position by using the relative movement of the object, or have to use the signal reception direction as well as the signal strength. Could determine the location. Alternatively, there is a problem in that a radio wave map must be prepared in advance even when the location of an object is determined using signal strength.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 제 1 목적은 전파 송수신 역할을 수행하는 트랜스시버(Transceiver)를 이용해 송수신 전파 강도를 실시간으로 측정하여 정밀하게 전파 모델링을 하고 이를 통하여 물체의 위치를 정밀하게 결정하는 데 있다.The present invention has been proposed to solve such a conventional problem, and the first object is to accurately measure the transmission and reception radio wave intensity in real time by using a transceiver (Transceiver) that performs the role of radio transmission and reception, and precisely model the radio wave through this To make a precise decision.
본 발명의 제 2 목적은 전파 송수신 역할을 수행하는 트랜스시버를 이용해 전파 도착 시각 차이를 측정하거나 전파 이동 시간을 측정하여 이를 통하여 물체의 위치를 결정하는 데 있다.A second object of the present invention is to determine the position of an object by measuring the difference in the time of arrival of the radio wave or measuring the propagation travel time by using a transceiver that plays a role of radio wave transmission and reception.
본 발명의 제 1 관점으로서 위치 결정 시스템은, 전파를 발신하는 제 1 발신기와, 상기 제 1 발신기로부터 발신된 전파 및 외부로부터의 전파를 수신하여 측정한 전파 강도를 제공하는 제 1 수신기를 포함하는 제 1 위치 결정 기준체와; 상기 제 1 수신기가 수신 가능하도록 전파를 발신하는 제 2 발신기와, 상기 제 2 발신기로부터 발신된 전파 및 상기 제 1 발신기로부터 발신된 전파를 수신하여 측정한 전파 강도를 제공하는 제 2 수신기를 포함하는 제 2 위치 결정 기준체와; 상기 제 1, 2 발신기에서 발신된 전파를 수신하여 측정한 전파 강도와 상기 제 1, 2 수신기로부터 제공받은 전파 강도를 이용한 전파신호 모델링을 통해 이동체의 위치를 결정하는 위치 추적 수단을 포함한다.As a first aspect of the present invention, a positioning system includes a first transmitter for transmitting radio waves and a first receiver for providing radio wave strengths measured by receiving radio waves transmitted from the first transmitter and radio waves from outside. A first positioning reference body; A second transmitter for transmitting a radio wave so that the first receiver can receive; and a second receiver for receiving and measuring a radio wave transmitted from the second transmitter and a radio wave transmitted from the first transmitter. A second positioning reference body; Position tracking means for determining the position of the moving object through the radio signal modeling using the radio wave strength measured by receiving the radio wave transmitted from the first and second transmitters and the radio wave strength provided from the first and second receivers.
본 발명의 제 2 관점으로서 위치 결정 시스템은, 전파를 발신하는 제 1 발신기와, 외부로부터의 전파를 수신하는 제 1 수신기와, 상기 제 1 발신기에 의한 전 파 발신 시각과 상기 제 1 수신기에 의한 전파 수신 시각을 계측하는 제 1 시계를 포함하는 제 1 위치 결정 기준체와; 상기 제 1 수신기가 수신 가능하도록 전파를 발신하는 제 2 발신기와, 상기 제 1 발신기로부터 발신된 전파를 수신하는 제 2 수신기와, 상기 제 2 발신기에 의한 전파 발신 시각과 상기 제 2 수신기에 의한 전파 수신 시각을 계측하는 제 2 시계를 포함하는 제 2 위치 결정 기준체와; 상기 제 1, 2 위치 결정 기준체에게 전파를 발신하여 상기 제 1, 2 시계가 계측한 전파 도착 시각 차이를 이용하거나 상기 제 1, 2 시계가 계측한 전파 이동 시간을 이용하여 이동체의 위치를 결정하는 위치 추적 수단을 포함한다.As a second aspect of the present invention, a positioning system includes a first transmitter for transmitting radio waves, a first receiver for receiving radio waves from the outside, a radio wave transmission time by the first transmitter, and a first receiver. A first positioning reference body including a first clock for measuring radio wave reception time; A second transmitter for transmitting radio waves so that the first receiver can receive; a second receiver for receiving radio waves transmitted from the first transmitter; and a radio wave transmission time by the second transmitter and radio waves by the second receiver A second positioning reference body comprising a second clock for measuring a reception time; The radio wave is transmitted to the first and second positioning reference bodies to determine the position of the moving object using the difference in radio wave arrival time measured by the first and second clocks, or by using the propagation travel time measured by the first and second clocks. And position tracking means.
본 발명의 제 3 관점으로서 위치 결정 방법은, 전파를 송수신하는 제 1 발신기와 제 1 수신기를 가지는 제 1 위치 결정 기준체, 전파를 송수신하는 제 2 발신기와 제 2 수신기를 가지는 제 2 위치 결정 기준체, 위치를 모르는 위치 추적 수단을 포함하는 위치 결정 시스템에서 상기 위치 추적 수단의 위치를 결정하는 방법으로서, (a) 상기 제 1 발신기에서 송신된 전파를 상기 제 1, 2 수신기 및 상기 위치 추적 수단에서 수신하는 단계와, (b) 상기 제 2 발신기에서 송신된 전파를 상기 제 1, 2 수신기 및 상기 위치 추적 수단에서 수신하는 단계와, (c) 상기 제 1, 2 수신기 및 상기 위치 추적 수단이 수신 전파 강도를 각각 측정하는 단계와, (d) 상기 제 1, 2 수신기가 측정한 상기 전파 강도를 상기 위치 추적 수단에게 제공하는 단계와, (e) 상기 위치 추적 수단이 자체에서 측정한 전파 강도와 상기 제 1, 2 수신기로부터 제공받은 전파 강도를 이용한 전파신호 모델링을 통해 이동체의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.According to a third aspect of the present invention, a positioning method includes a first positioning reference having a first transmitter and a first receiver for transmitting and receiving radio waves, and a second positioning reference having a second transmitter and a second receiver for transmitting and receiving radio waves. A method of determining the position of the position tracking means in a positioning system comprising a sieve and a position tracking means, the method comprising the steps of: (a) transmitting the radio waves transmitted from the first transmitter to the first and second receivers; (B) receiving radio waves transmitted from the second transmitter at the first and second receivers and the location tracking means, and (c) the first and second receivers and the location tracking means Measuring received radio wave strength respectively, (d) providing the radio wave strength measured by the first and second receivers to the location tracking means, and (e) the location tracking means itself. And determining the position of the moving object through the propagation signal modeling using the propagation strength measured from the radio wave strength and the radio wave strengths provided from the first and second receivers.
본 발명의 제 4 관점으로서 위치 결정 방법은, 전파를 송수신하는 제 1 발신기와 제 1 수신기 및 시계를 가지는 제 1 위치 결정 기준체, 전파를 송수신하는 제 2 발신기와 제 2 수신기 및 시계를 가지는 제 2 위치 결정 기준체, 위치를 모르는 위치 추적 수단을 포함하는 위치 결정 시스템에서 상기 위치 추적 수단의 위치를 결정하는 방법으로서, (가) 상기 제 1 발신기에 의한 전파 발신 시각과 이 전파를 수신하는 상기 제 2 발신기까지의 전파 도착 시각을 계측하거나, 상기 제 2 발신기에 의한 전파 발신 시각과 이 전파를 수신하는 상기 제 1 발신기까지의 전파 도착 시각을 계측하는 단계와, (나) 상기 전파 발신 시각과 상기 전파 도착 시각을 이용하여 상기 제 1, 2 위치 결정 기준체의 시각 차이를 구하는 단계와, (다) 상기 제 1, 2 위치 결정 기준체에게 전파를 발신하여 상기 제 1, 2 위치 결정 기준체까지의 전파 도착 시각 차이를 계측하거나, 상기 제 1, 2 위치 결정 기준체까지의 전파 이동 시간을 계측하는 단계와, (라) 상기 (나) 단계에서 구한 상기 제 1, 2 위치 결정 기준체의 시각 차이와 상기 전파 도착 시각 차이를 이용하거나 상기 제 1, 2 위치 결정 기준체의 시각 차이와 상기 전파 이동 시간을 이용하여 이동체의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.According to a fourth aspect of the present invention, a positioning method includes a first positioning reference having a first transmitter, a first receiver, and a clock for transmitting and receiving radio waves, and a second transmitter, a second receiver, and a clock, for transmitting and receiving radio waves. A method for determining the position of the position tracking means in a positioning system including a positioning reference body and a position tracking means that does not know the position, the method comprising: (a) the time at which the radio wave is transmitted by the first transmitter and the radio wave receiving the radio wave; Measuring the radio wave arrival time to the second transmitter, or measuring the radio wave transmission time by the second transmitter and the radio wave arrival time to the first transmitter that receives the radio wave; and (b) the radio wave transmission time and Obtaining a time difference between the first and second positioning reference bodies using the radio wave arrival time; and (c) propagating to the first and second positioning reference bodies. Measuring the difference in the radio wave arrival time to the first and second positioning reference bodies or by measuring the propagation travel time to the first and second positioning reference bodies; and (d) in the step (b). Determining the position of the moving object by using the obtained time difference of the first and second positioning reference bodies and the time difference of the radio wave arrival, or by using the time difference of the first and second positioning reference bodies and the propagation movement time. Include.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전파신호 모델링을 통한 위치 결정 시스템의 블록 구성도이다.1 is a block diagram of a positioning system using radio signal modeling according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면 위치 결정 시스템은, 전파신호를 송수신하는 복수의 기준노드부(Reference node)(110, 120)와, 복수의 기준노드부(110, 120)로부터 발신된 신호를 수신하고 실시간으로 계산된 전파모델 상수를 이용하여 자신의 위치를 계산하는 태그(200)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, the positioning system receives a plurality of
태그(200)는 위치 추적 대상이 되는 이동체에 부착되고, 기준노드부(110, 120)는 이동체의 위치 계산을 위한 삼각측량법의 기준 포인트가 되는 지점에 부착된다.The
태그(200)는 전파의 강도를 측정하고 그 강도를 이용하여 태그(200)와 기준노드부(110, 120) 사이의 거리를 계산한다.The
기준노드부(110, 120)는 전파를 발신하는 발신기(transmitter)(111, 121)와, 발신기(111, 121)로부터 발신된 전파를 수신하는 수신기(113, 123)를 포함하여 구성된다.The
수신기(113, 123)는 전파신호의 특성을 실시간으로 계산하여 삼각측량법에서 이용되는 전파 모델 상수를 실시간으로 계산한다The
도 1에서 실선으로 표시한 바와 같이, 기준노드부(110)에서 발신된 전파는 동일한 기준노드부(110) 내부에 장착되어 있는 수신기(113)와, 태그(200), 그리고 다른 기준노드부(120)에 장착되어 있는 다른 수신기(123)에 도달한다. 아울러 도 1 에서 점선으로 표시한 바와 같이, 기준노드부(120)에서 발신된 전파는 동일한 기준노드부(120) 내부에 장착되어 있는 수신기(123)와, 태그(200), 그리고 다른 기준노드부(110)에 장착되어 있는 다른 수신기(113)에 도달한다. 즉 복수의 기준노드부(110, 120)는 서로 전파를 송수신하고 태그(200)는 이들 신호들을 수신한다.As indicated by the solid line in FIG. 1, the radio wave transmitted from the
도 1에서는 설명의 이해를 돕기 위하여 2개의 기준노드부(110, 120)를 보여주고 있으나 기준노드부(110, 120)의 개수는 N(단, N은 2보다 큰 자연수)개로 확장되어 고려된다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 기준노드부(110, 120)를 기준노드부 #i(110)와 기준노드부 #j(120)로 구분하여 식별하기로 한다.In FIG. 1, two
본 발명은 전파의 강도를 이용하여 태그(200)의 위치를 결정하기 때문에 아래의 수학식 1과 같은 전파 강도와 거리의 관계식을 이용한다.In the present invention, since the position of the
위 수학식 1에서 I(r)는 거리 r에서 측정한 전파 c의 강도를 나타내며, 지수 a는 결정되어야 할 상수다.In Equation 1, I (r) represents the strength of the radio wave c measured at the distance r, the index a is a constant to be determined.
일반적으로 상수 c와 지수 a가 알려져 있을 경우에 강도 I를 측정하여 거리 r을 역으로 쉽게 계산할 수 있다. 하지만 대부분의 경우에 전파 감쇄지수 a는 환경에 민감하기 때문에 시스템이 이용되는 환경에 따라서 변하게 되며, 발신기(111, 121)에서 발신한 초기 강도 c는 시간에 따라서 변하기 때문에 어느 고정된 값으로 간주될 수 없다. 따라서 고정된 전파 모델 상수 a와 c를 이용하여 거리를 측정할 경우에 많은 오차가 존재하게 된다.In general, if the constant c and the index a are known, the distance r can be easily calculated by measuring the intensity I. However, in most cases, the propagation attenuation index a is sensitive to the environment and thus varies according to the environment in which the system is used, and the initial strength c sent by the
본 발명은 도 1에 나타낸 위치 결정 시스템을 이용하여 상수 a와 c를 실시간으로 결정하여 태그의 위치를 정밀하게 결정하는 것이다.The present invention precisely determines the position of a tag by determining constants a and c in real time using the positioning system shown in FIG.
기준노드부 #i(110)와 기준노드부 #j(120)의 발신기(111, 121)에서 송신한 신호는 고유의 아이디(Identity)를 가지고 있고, 기준노드부 #i(110)와 기준노드부 #j(120)의 위치는 알고 있기 때문에 수신기(113, 123) 및 태그(200)는 수신한 신호가 어느 위치에서 발신한 신호인지 알 수 있다. 편의상 기준노드부 #i(110)의 발신기(111)에서 송신한 신호를 기준노드부 #i(110)의 수신기(113)에서 수신하였을 때 이 강도를 로 측정하였고, 기준노드부 #j(120)의 발신기(121)에서 송신한 신호를 기준노드부 #i(110)의 수신기(113)에서 수신하였을 때 이 강도를 로 관측하였다고 하자. 태그(200)가 기준노드부 #i(110)의 발신기(111)에서 송신한 신호를 수신하였고 이의 강도는 로 관측하였다고 가정한다. 기준노드부 #i(110)와 태그(200) 사이의 거리를 이라 하고 전파 감쇄 지수를 라 하면 모르는 변수는 와 가 되고 관측된 값들은 와 가 된다. 결국 문제는 관측된 와 를 이용하여 와 를 실제값(True value)에 가까운 값으로 최적으로 추정하는 것이다. 이를 위한 간단한 방법은 기준노드부 #i(110)와 기준노드부 #j(120) 사이의 거리 정보를 이용하는 것이다. 즉, 기준노드부 #i(110)와 기준노드부 #j(120)의 위치는 알고 있기 때문에 이들 사이의 거리는 고정되어 있고 이 때 와 를 이용하면 기준노드부 #i(110)를 기준으로 다음의 수학식 2와 같은 관계식을 얻을 수 있다.The signals transmitted from the
위 수학식 2에서 는 기준노드부 #i(110)와 기준노드부 #j(120) 사이의 거리이고, 는 기준노드부 #i(110)에서 수신한 기준노드부 #j(120)의 신호 강도다. 따라서 알고자 하는 는 다음과 같은 수학식 3을 통해 구할 수 있다.In Equation 2 above Is a distance between the reference node unit #i (110) and the reference node unit #j (120), Is the signal strength of the reference node unit #j (120) received by the reference node unit #i (110). So you want to know Can be obtained from Equation 3 below.
결국 위의 수학식 3을 이용하여 모르는 감쇄지수 , i=1, …,N를 구할 수 있고 수학식 1과 태그에서 관측된 수신 강도 를 이용하면 기준노드부(110)와 태그(200) 사이의 거리 , i=1, …,N를 구할 수 있다.In the end, using the above Equation 3, the unknown attenuation index , i = 1,… , N can be found and the received strength observed in Equation 1 and tags By using the distance between the
하지만 위의 방법은 간단하게 감쇄지수를 계산할 수 있다는 장점이 있으나 잡음에 민감하다는 단점이 있다. 따라서 이를 극복할 수 있는 방법으로서 기준노드부 #j(120)에서 송신한 전파를 N개의 기준노드부에서 수신하고 이를 평균하여 잡음을 제거하는 방법을 구상할 수 있다. 즉, 를 다음의 수학식 4와 같이 계산할 경우에는 잡음의 효과를 상쇄할 수 있다.However, the above method has the advantage of being able to calculate the attenuation index simply, but has the disadvantage of being sensitive to noise. Therefore, as a method of overcoming this, a method of receiving the radio waves transmitted from the reference node
이와 같은 전파신호 모델링을 통한 위치 결정의 전체적인 흐름에 대해 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The overall flow of positioning through the propagation signal modeling will be described with reference to FIG. 2 as follows.
먼저, 태그(200)의 위치 결정을 위해서 각 기준노드부(110, 120)의 발신기(111, 121)는 전파를 송신하며(S301), 수신기(113, 123) 및 태그(200)에서는 발신기(111, 121)에 의해 송신된 전파를 수신한다(S303).First, in order to determine the position of the
그리고, 수신기(113, 123) 및 태그(200)는 수신 전파 강도(Received signal strength index; RSSI)를 각각 측정하며(S305), 수신기(113, 123)는 측정된 전파 강도를 무선 전파통신을 통하여 태그(200)로 전송한다(S307).In addition, the
다음으로, 태그(200)는 자체에서 측정한 전파 강도와 수신기(113, 123)로부터 수신한 전파 강도를 이용하여 감쇄지수 를 수학식 3이나 수학식 4에 의해서 계산한다(S309).Next, the
마지막으로, 이 계산된 감쇄지수는 수학식 1을 통하여 태그(200)와 기준노드부(110, 120) 사이의 거리를 계산한다(S311). 거리가 계산되면 결국 태그(200)의 위치는 삼각측량법에 의하여 손쉽게 구할 수 있다(S313). 삼각측량법에 의한 위치 결정 과정은 공지의 기술 사상이기에 자세한 설명은 생략한다.Finally, the calculated attenuation index calculates the distance between the
지금까지 정확한 전파 신호의 감쇄 모델을 만들기 위한 방법으로 기준노드부(110, 120)에 발신기(111, 121)와 수신기(113, 123)를 함께 장착하여 수신기(113, 123)에서 수신 전파 강도를 이용하는 방법에 의해 태그(200)의 위치를 계산하는 과정을 설명하였다.Until now, as a method for creating an accurate attenuation model of radio signals,
앞서 설명한 실시예에서는 기준노드부와 이동체의 태그 사이에서 전파 송수신 강도를 이용하여 이동체의 위치를 계산하였지만, 위치를 알고 있는 이동체를 기준노드부로 간주하여 위치를 모르는 다른 이동체의 위치를 계산할 수도 있다. 이때 다른 이동체의 위치 계산을 위해 기준으로 사용된 이동체는 실질적인 기준노드부라 할 것이다. 또한 기준노드부와 위치가 알려진 태그를 이용하여 위치를 모르는 다른 태그의 위치를 계산할 수도 있다. 즉 실시예에서의 기준노드부는 위치를 알고 있는 위치 결정 기준체의 일 실시예라 할 수 있으며, 태그는 위치를 모르는 위치 추적 수단의 일 실시예라 할 수 있다.In the above-described embodiment, the position of the movable body is calculated by using the radio wave transmission / reception strength between the reference node unit and the tag of the movable body, but the position of another movable body whose position is unknown may be regarded as the reference node unit. At this time, the moving body used as a reference for calculating the position of the other moving body will be referred to as a substantial reference node. In addition, the position of another tag whose location is unknown may be calculated by using the reference node and a tag whose position is known. That is, the reference node unit in the embodiment may be an embodiment of the positioning reference body that knows the position, and the tag may be an embodiment of the position tracking means that does not know the position.
한편, 앞서 설명한 바와 같은 전파 강도를 이용하여 위치를 결정하는 방법을 토대로 하면 전파 이동 시간 또는 전파 도착 시각 차이를 이용하여 위치를 결정하는 방법을 쉽게 도출할 수 있다.On the other hand, based on the method of determining the position using the propagation intensity as described above, it is possible to easily derive a method of determining the position using the propagation travel time or the radio arrival time difference.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 두 개의 기준노드부를 동기화하여 전파 이동 시간 또는 전파 도착 시각 차이를 이용해 태그의 위치를 결정할 때의 신호 흐름을 나타낸 위치 결정 시스템의 블록 구성도이다.FIG. 3 is a block diagram of a positioning system showing a signal flow when determining a position of a tag by synchronizing two reference node units according to another embodiment of the present invention by using a propagation movement time or a propagation time difference.
도 3을 참조하면 위치 결정 시스템은, 위치를 알고 있는 복수의 기준노드부(410, 420)와 위치를 모르는 태그(500)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 3, the positioning system includes a plurality of
기준노드부(410)는 전파를 발신하는 발신기(411)와, 외부로부터의 전파를 수신하는 수신기(413)와, 발신기(411)에 의한 전파 발신 시각과 수신기(413)까지의 전파 도착 시각을 계측하는 시계(415)를 포함한다.The
기준노드부(420)는 수신기(413)가 수신 가능하도록 전파를 발신하는 발신기(421)와, 발신기(411)로부터의 전파를 수신하는 수신기(423)와, 발신기(421)에 의한 전파 발신 시각과 수신기(423)까지의 전파 도착 시각을 계측하는 시계(425)를 포함한다.The
태그(500)는 시계(415)가 계측한 전파 발신 시각과 시계(425)가 계측한 전파 도착 시각을 이용하거나, 시계(425)가 계측한 전파 발신 시각과 시계(415)가 계측한 전파 도착 시각을 이용하여 두 시계(415, 425)를 동기화하며, 기준노드부(410, 420)에게 전파를 발신하여 두 시계(415, 425)가 계측한 전파 도착 시각 차이를 이용하거나 두 시계(415, 425)가 계측한 전파 이동 시간을 이용하여 이동체의 위치를 결정한다.The
도 3을 참조하여 위치 결정 과정을 보다 상세히 살펴보면, 기준노드부 #i(410)에서 기준노드부 #i(410)에 장착된 시계를 기준으로 시각 에 전파를 발신하여 기준노드부 #j(420)에서 기준노드부 #j(420)에 장착된 시계(425)를 기준으 로 시각 에 수신하였다고 하자(S601).Looking at the positioning process in more detail with reference to Figure 3, the time based on the clock mounted on the reference node #i (410) in the reference node #i (410) The radio wave is sent to the time based on the
이러한 경우 이들 두 기준노드부(410, 420) 사이의 거리가 일정하고 이들 사이를 전파가 도달하는데 걸리는 시간 역시 일정하기 때문에 두 기준노드부(410, 420)의 시계(415, 425)를 동기화 할 수 있다. 즉, 이들 사이의 거리가 d라고 하면 전파가 도달하는데 걸리는 시간은 빛의 속도를 c라 할 때에 d·c = Δt로 계산할 수 있다. 따라서 기준노드부 #j(420)의 시계를 기준으로 볼 때, 기준노드부 #i(410)에서 전파를 발신한 시각은 로 계산할 수 있다. 결국 두 시계(415, 425) 사이에는 만큼 시각 차이(off-set)가 존재하게 됨을 알 수 있다.In this case, since the distance between these two
반대의 경우로 기준노드부 #j(420)에서 기준노드부 #j(420)에 장착된 시계(425)를 기준으로 시각 에 전파를 발신하여 기준노드부 #i(410)에서 기준노드부 #i(410)에 장착된 시계(415)를 기준으로 시각 에 수신하였다고 하면 두 시계(415, 425) 사이의 시각 차이를 와 같이 구할 수 있다(S603).On the contrary, the time based on the
동일한 원리로, 태그(500)에서 전파를 발신한 시각과 기준노드부 #i(410)와 기준노드부 #j(420)에서 수신한 시각 차이를 구한다(S605, S607)In the same principle, the difference between the time at which the radio wave is transmitted by the
마지막으로, 두 시계(415, 425)의 시각 차이와 태그(500)에서 발신한 신호를 두 기준노드부(410, 420)에서 수신한 도착 시각 차이를 이용하는 TDOA(Time-difference of arrival) 방법에 의하여 태그(500)의 위치를 계산할 수 있다. TDOA 방법은 공지의 기술 사상이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.Finally, the time-difference of arrival (TDOA) method uses the time difference between the two
한편, 단계 S605 및 S607과 같이 기준노드부 #i(410)와 기준노드부 #j(420)의 도착 시각 차이를 구할 수 있다는 것은 태그(500)에서 전파를 발신하여 기준노드부 #i(410)와 기준노드부 #j(420)에 도달하는 시간을 의미하는 전파 이동 시간을 구할 수 있다는 것을 의미한다. 이에 TDOA 방법에 의하지 않고 전파 이동 시간을 이용하는 TOF(Time of flight) 방법에 의하여 태그(500)의 위치를 계산할 수도 있다.On the other hand, as shown in steps S605 and S607 that the arrival time difference between the reference node
지금까지 설명한 실시예에서는 기준노드부와 이동체의 태그 사이에서 전파 이동 시간 또는 전파 도착 시각 차이를 이용하여 이동체의 위치를 계산하였지만, 위치를 알고 있는 이동체를 기준노드부로 간주하여 위치를 모르는 다른 이동체의 위치를 계산할 수도 있다. 이때 다른 이동체의 위치 계산을 위해 기준으로 사용된 이동체는 실질적인 기준노드부라 할 것이다. 또한 기준노드부와 위치가 알려진 태그를 이용하여 위치를 모르는 다른 태그의 위치를 계산할 수도 있다. 즉 실시예에서의 기준노드부는 위치를 알고 있는 위치 결정 기준체의 일 실시예라 할 수 있으며, 태그는 위치를 모르는 위치 추적 수단의 일 실시예라 할 수 있다.In the above-described embodiments, the position of the movable body is calculated using the propagation movement time or the radio wave arrival time difference between the reference node unit and the tag of the movable body, but the movable body that knows the position is regarded as the reference node unit. You can also calculate the location. At this time, the moving body used as a reference for calculating the position of the other moving body will be referred to as a substantial reference node. In addition, the position of another tag whose location is unknown may be calculated by using the reference node and a tag whose position is known. That is, the reference node unit in the embodiment may be an embodiment of the positioning reference body that knows the position, and the tag may be an embodiment of the position tracking means that does not know the position.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 국한하여 설명하였으나 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하다. 이러한 변형된 실시 예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.It has been described so far limited to one embodiment of the present invention, it is obvious that the technology of the present invention can be easily modified by those skilled in the art. Such modified embodiments should be included in the technical spirit described in the claims of the present invention.
본 발명에서는 전파 이동(propagation) 특성을 실시간으로 계산하여 사물의 위치를 정밀하게 측정할 수 있다.In the present invention, it is possible to precisely measure the position of an object by calculating propagation characteristics in real time.
본 발명은 실내/외에서 전파 감쇄 모델(Signal strength attenuation model)을 이용하여 기준노드와 위치가 알려져 있지 않은 이동체간의 거리를 정확하고 손쉽게 계산하거나 기준노드의 전파 수신 시각 차이 또는 전파 이동 시간을 이용하여 위치 결정의 정밀도 및 정확도가 향상된다.The present invention accurately and easily calculates the distance between a reference node and a moving object whose location is not known by using a signal strength attenuation model indoors or outdoors, or uses a position difference using a propagation time difference or propagation travel time of the reference node. The precision and accuracy of the decision is improved.
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