KR20090104838A - 물체 또는 사람의 위치를 추적할 수 있도록 하는 시스템 - Google Patents

물체 또는 사람의 위치를 추적할 수 있도록 하는 시스템 Download PDF

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KR20090104838A
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파스칼 베누디즈
도리스 베누디즈
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크리스토프 헤롤
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파스칼 베누디즈
도리스 베누디즈
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Abstract

본 발명은 위치 추적 대상인 물체(3)/사람에 의해 이송될 수 있는 적어도 하나의 위치 추적 대상 장치(1)를 포함하고, 적어도 하나의 무선 주파수 통신 수단 및 위치 추적 장치(2)를 포함하며, 그리고 또한 위치 추적 대상 장치(1)의 통신 수단과 통신을 구축할 수 있는 무선 주파수 통신 수단을 포함하는 고정되어 있거나 이동 중인 물체(3)/사람의 위치를 추적하기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 위치 추적 장치(2)가, 적어도 각도 측정 수단(10), 상기 위치 추적 대상 장치(1) 및 상기 위치 추적 장치(2) 사이의 거리(d)를 측정하도록 위치 추적 대상 장치(1)의 통신 수단으로부터 상기 위치 추적 장치(2)의 통신 수단을 통해 수신된 신호들 처리하기 위한 수단, 및 위치 추적 장치(2)로부터 서로 다른 세 가지 지리적 및 시간적 위치에서 적어도 세 쌍의 측정으로부터 소위 상기 벡터를 계산할 수 있는 계산 수단을 더 포함하며, 각 측정 쌍은 각도(θ) 그리고 위치 추적 장치(2)와 위치 추적 대상 장치(1) 사이에 계산된 거리로 포함하며, 각도(θ)는 제 1 및 제 2 지리적 및 시간적 위치들 사이 또는 제 2 및 제 3 지리적 및 시간적 위치들 사이에서 위치 추적 장치가 커버한 거리를 나타내는 직선 및 지구 자북에 의해 정의되는 각도이며, 제 1 지리적 및 시간적 위치는 위치 추적 장치가 켜지는 위치 또는 좌표 원점 [0,0]인 것을 특징으로 한다.

Description

물체 또는 사람의 위치를 추적할 수 있도록 하는 시스템{SYSTEM FOR LOCATING AN OBJECT OR A PERSON}
본 발명은 특히 무선 주파수의 도움으로 물체 또는 사람의 위치를 추적할 수 있도록 하는 시스템에 관한 것이다.
위치 추적 시스템은 이미 여러 가지가 알려져 있으며 다양한 기술을 응용하고 있다. 그렇기 때문에 적어도 세 가지의 음향 트랜스폰더를 통하여 지도에서 위치 추적을 실행할 수 있게끔 하는 삼각 측량의 도움으로 물체 위치 식별을 실시할 수 있다. 그러한 삼각 측량 방법은 장치에서 트랜스폰더의 좌표를 수신함으로써 동시에 일어난다. 그러한 시스템은 특히 여러 가지 음향 트랜스폰더가 필요하기 때문에 불편하다.
잘 알려져 있듯이 물체 위치 추적의 일환으로 이미 고주파가 사용되고 있다. 그렇기 때문에 US 2006/0038676 특허 출원이 제안하는 것은 위치 식별이 되어야 하는 물체에 위치한 표시 장치를 포함하고 제 1 무선 주파수 통신 모듈을 포함하는 물체 위치 추적 시스템 그리고 표시 장치와 교신하기 위해 제 2 무선 주파수 통신 모듈을 포함하는 장치이다. 이 위치 추적 장치는 표시 장치 및 위치 추적 장치 사이의 간격이 미리 정한 거리보다 낮게 나타날 경우에 작동 가능한 경보 수단과 표 시 장치로부터 수신받은 신호에 바탕을 두어 표시 장치와 상기 위치 추적 장치 사이의 경계를 예측하려는 목적으로 거리를 측정할 수 있도록 하는 수단을 포함한다.
그러한 조립체의 위치 추적 장치는 그 밖에도 지향성 안테나를 하나 갖추고 있다. 이렇게 하여, 상기 장치가 표시 장치로부터 수신받은 신호가 표시 장치의 방향을 따라 정렬될 경우에 최대가 되는 축을 한정할 수 있다. 사용자는 표시 장치를 갖춘 물체가 위치하는 방향을 찾기 위해, 예를 들어 원형으로 검색을 실시해야 하며 올바른 방향은 이 검색 과정 중에 가장 높은 강도의 신호를 수신받는 방향과 일치한다.
그렇게 하여 그러한 조립체는 거리 및 방향의 관점에서 물체의 위치를 추적할 수 있도록 하지만, 그럼에도 사용자는 좋은 방향을 식별할 수 있도록 하기 위하여 '귀로 들으면서' 탐지 구역을 검색해야 한다. 따라서 이것은 보조 시스템이라 할 수 있다.
마찬가지로 그 거리에서만 기능을 하며, 이는 큰 창고 안 또는 아주 넓은 열린 공간의 경우처럼 특히 산업적인 쓰임새의 관점에서 보면 적용을 하는 데 한계가 된다. 그 밖에도 그러한 조립체는 소음이 많이 존재하는 환경 속에서는 제대로 작동을 하지 못한다 (전파의 반사, 고주파 신호의 포화, 신호의 진동, 러한 조립체는 적어도 200 미터라는 상대적으로 제한된 다중 경로 등). 이와 같은 최대 작용 거리가 제한이 되어 있기 때문에 조립체는 표시 장치를 장착한 물체가 일정한 거리를 넘어간다는 것을 알 수 있도록 하는 경보 상태 작동을 포함한다.
문헌 US 2006/0074548에서 제안하는 것은 특히 자동차의 경우에서 하나의 차 량에 대한 다른 차량의 위치를 파악하기 위한 방법이다. 시스템은 제 1 차량에 전자 장치 하나 그리고 제 2 차량에 전자 장치 하나를 포함하고 있다. 각각의 전자 장치는 미리 정한 타입의 인식 신호를 계속적으로 전송할 수 있도록 하고, 다른 차량에 의하여 신호가 전송될 경우에 상기 신호를 인식할 수 있도록 하는 적은 범위의 무선 통신 시스템이 장착되어 있다. 이 시스템은 동기화를 필요로 하며, 그 동기화 다음에 동기화 T0 시점에 제 1 차량이 위치하고 있는 장소에 그 원점을 가진 데카르트 기준계에 따라서 제 1 차량은 그 자체의 삼차원 이동을 측정하기 시작하며, X 축은 북쪽을 향하고 있고 Y 축은 서쪽을 향하고 있다. 이동을 측정하기 위하여 차량은 나침반 하나, 주행 거리계 하나 그리고 경사계 하나가 장착되어 있다. 제 1 차량의 운전과 동시에 제 2 차량은 T0 시점에 제 2 차량이 위치하고 있는 장소에 그 원점을 가진 데카르트 기준계에 따라서 그 자체의 삼차원 이동을 측정하기 시작하며, 축들의 방향은 똑같다.
처음에 각각의 전자 장치는 범위가 작은 통신 시스템을 통하여 시작 신호를 보내고, 동일한 시점에 계산 시작 신호 전송으로부터 흘러간 시간 Tc를 계산하는 내부 국소 계산을 시작한다. 상기 계산 시작 신호는 확산이 되고, 신호가 제 2 차량의 통신 시스템에 의하여 수신될 경우에 그것은 미리 정한 시간 간격 효과 동안에 계산을 하도록 고안된 국소 내부 계산기의 활성화를 제어하며, 이 시간 간격이 지나가게 되면 제 2 차량의 전자 장치는 계산 시작 신호를 보낸 차량에 범위가 작은 통신 시스템을 통하여 계산 종료 신호를 보내고, 그 신호는 두 차량 사이에서 확산된다. 그렇게 하여 계산 시작 신호 생성 및 계산 종료 신호 수신 사이에 지나간 시간이 파악된다. 두 차량 사이의 거리 D는 전자 신호의 확산 속도 및 확산 시간에 따라 계산이 이루어진다. 그렇기 때문에 세 개의 다른 시간에서 각각의 좌표계 안에서 두 차량의 좌표로 인하여, 제 1 차량의 좌표계 안에서 제 2 차량의 위치를 파악할 수 있게 된다.
이와 마찬가지로 한 차량의 다른 차량에 대한 위치는 제 1 차량이 이동 중에 있고 제 2 차량이 움직이지 않는다고 가정을 함으로써 파악을 할 수 있다. T0 시점에 두 차량 사이의 거리 d0를 계산하기 위하여 수학적 방정식이 제시된다. 제 1 차량이 위치하고 있는 점을 데카르트 기준계의 원점에 놓음으로써, 제 2 차량이 T0에 위치할 수 있는 (반지름 do)의 영역이 존재한다. 제 1 차량이 T1로 운동을 한 다음에 제 2 차량의 가능한 위치 추적의 제 2 원은 새로운 수학적 방정식에 의하여 결정된다. 제 1 차량의 다른 이동 뒤에, 제 2 차량의 위치 추적 제 3 원이 결정되고 세 개의 원의 교차점은 제 1 차량에 대한 제 2 차량의 정확한 위치를 제시해 준다.
그렇지만 사용되는 표시는 차량이 나침반, 경사계 및 주행 거리계가 장착이 되어 있는 경우에만 그러한 장치가 사용될 수 있도록 되어 있다. 그 밖에도 그러한 장치는 사용을 하기에 복잡한 특성을 드러낸다.
문헌 US 2005/0020279에서 설명하는 것은 수신받는 (트랜스폰더) 호출 신호에 응답하여 신호를 자동적으로 송신하는 송신기 겸 수신기 장치를 갖고 있는 고정 또는 이동 목표물의 위치 추적을 결정하기 위한 무선 시스템이다. 상기 시스템은 목표물의 위치를 계속적으로 청취하는 무선 송신기 겸 수신기, 트랜스폰더 및 송신기 겸 수신기 사이에 존재하는 통신 그리고 실시간으로 수신받은 위치 정보의 값으로 인한 가상적 삼각 측량에 의하여 목표물을 찾기 위한 프로세서 등을 장착하고 있다. 프로세서는 수신기 겸 송신기로서 트랜스폰더의 최소한 세 개의 점 Pl, P2 및 P3를 사용하고 있다.
위치 추적 시스템은 송신기 겸 수신기로서 기능하도록 설정된 마스터 감시 (Ms) 장치를 적어도 하나 포함하고 있으며 트랜스폰더로서 기능하도록 설정된 '슬레이브' 장치를 적어도 하나 포함하고 있다. 각각의 이들 장치는 서로 다른 것과 구별을 하도록 독자적 식별 부호 (ID)를 갖고 있으며 하나 또는 그 이상의 사람/목표물에 대해 설치가 될 수 있다. 마스터 장치 및 슬레이브 장치 사이의 통신은 특정 대역의 대역 폭을 효과적으로 사용하고 포착 가능성을 줄이기 위하여 여러 가지 기술 (확산 신호 또는 확산 스펙트럼 변조)을 이용하는 하나의 대역 또는 분리되어 있는 대역들을 이용한 무선 주파수 신호 전달 기술에 바탕을 두고 있다.
삼각 측량 기술의 실시 예에 있어서, 감시 장치 Ms는 위치 정보 및/또는 통신 의도를 위한 주파수 대역들 또는 추가 채널들을 사용할 수 있도록 설정될 수 있다. 이것이 전문가에 있어서 알려져 있는 바와 같이, 마스터 장치 및 '슬레이브' 장치는 시간 분할에 의한 멀티플렉싱의 레이아웃을 이용하는 동일한 주파수 대역 안에서 전달될 수 있다. 마스터 장치 및 '슬레이브' 장치는 서로서로 기준 위치 장치로서 이용이 되도록 설정된다. 감시 장치는 제어 장치로 지정될 것이다.
그 밖에도 동일 구역 안에서 두 가지 또는 그 이상의 마스터 장치 사이에 일어나는 간섭이 가능하고, 부호 분할 다중 접속 (CDMA) 등과 같은 시간 분할에 의한 다중화를 이용함으로써 위치 추적 장치는 마스터 장치 및 슬레이브 장치와는 다른 주파수 채널을 지정하는 데 적합하다.
제어 장치의 경우에 있어서 마스터 장치 및 슬레이브 장치 그리고 모든 관련 정보의 위치 추적은 실시간으로 이동 통신 네트워크의 토폴로지를 역동적으로 분석하는 제어 장치 또는 감시 장치로서 지정된 한 개 또는 여러 개의 감시 장치에서 이루어지는 검색 기술에 의해 전달될 수 있다.
마스터 장치는 데이터 신호를 처리하기 위한 프로세서 하나를 포함하는 한 개의 송수신 장치, 인코더 회로 하나 및 송신기 하나를 포함하는 한 개의 송신기 부분, 인코더 회로 하나 및 수신기 하나를 포함하는 한 개의 수신기 부분, 한 개의 안테나 그리고 한 개의 거리 측정 장치일 수 있다. 장치는 마찬가지로 키보드 하나, 프로세서의 음성 활성화에 유용한 마이크 하나, 화면 하나, 스피커 하나 그리고 정보 및 기준점을 입력할 수 있도록 하는 '단계' 버튼 하나를 포함하고 있다. 화면은 다른 마스터 장치 및 '슬레이브' 장치에 관하여 마스터 장치의 관련 위치 추적을 표시할 수 있도록 한다.
마스터 장치 및 슬레이브 장치는 목표물을 효과적으로 추적할 수 있도록 서로 다른 주파수 또는 대역에서 작동을 할 수 있고 위치 추적 시스템은 마스터 장치 및 슬레이브 장치의 사용을 결정할 수 있도록 서로 다른 주파수에서 작동을 할 수 있다. 목표물의 위치 추적을 할 수 있도록 슬레이브 장치 쪽을 향한 마스터 장치 의 전송을 위하여 하나의 주파수 (150 MHz)가 이용되고 반대 방향으로 마스터 장치 쪽을 향한 슬레이브 장치의 전송에 있어서는 다른 하나의 주파수 (460 MHz)가 이용되며, 무선 주파수의 변경은 위치 추적의 모호성을 해결하는 데 도움을 주고 정확하게 이루어지도록 한다.
마스터 장치는 송신 및 수신의 동시 작동이 이루어지도록 설정이 되어 있다. 다른 실행 형식에 있어서 GHz, 적외선, 마이크로파 및 초음파의 무선 주파수가 사용될 수 있다.
시간 및 거리의 측정은 슬레이브 장치에 대한 범위 신호의 진달 및 반대 방향으로 그것이 수신되는 것 그리고 시간 주기를 통해 이루어진다. 마스터 장치는 약한 소비 모드에서 유지되는 슬레이브 장치를 '자극'할 수 있도록 설정된 제어 시퀀스를 내보낸다. 슬레이브 장치는 확산 시간 확인을 실시하고 '지연 요인'을 마스터 장치에 전송하며, 마스터 장치 역시 확산 시간 확인을 실시한다.
마스터 장치는 반응 범위 신호를 수신받고, 범위 신호의 전송 시간의 값, 반응 범위 신호의 수신 시간 및 슬레이브 장치와 마스터 장치가 계산한 오류 수정의 상수 값을 사용하며, 이는 이 두 장치 사이의 거리를 계산하기 위한 것이다.
그러한 장치는 목표물의 위치를 확정하도록 할 수 있을 시에는 상대적으로 복잡하고 사용을 하기가 어렵다. 그 밖에도 이것은 선행 기술을 사용하지 않고 있다. 다른 한 편으로는 이것이 여러 가지 송신기를 사용하고 있기 때문에 그러한 송신기들이 삼각 측량에 이용된다.
그렇기 때문에 이 같은 두 가지 상기 장치는 가상적 삼각 측량의 도움으로 목표물의 위치 포착이 가능하도록 하지만 사용을 하기가 상대적으로 복잡하거나 존재하지 않는 수단이 필요해지게 된다.
이와 같은 단점을 해소하기 위하여 본 발명은 고정되어 있거나 이동 중인 물체 또는 사람의 위치를 추적할 수 있도록 하는 시스템으로서, 위치 추적 대상인 사람/물체에 장착되도록 고안된 위치 추적 대상 장치 하나를 최소한 포함하고, 무선 주파수 통신 수단을 최소한 포함하고, 마찬가지로 상기 위치 추적 대상 장치의 통신 수단과 통신을 구축하는 데 적합하도록 무선 주파수에 의한 통신 장치를 포함하는 타입이며, 상기 위치 추적 장치가 그 밖에도 최소한 각도 측정 수단, 상기 위치 추적 대상 장치 및 상기 위치 추적 장치 사이의 거리를 측정하도록 위치 추적 대상 장치의 통신 수단으로부터 상기 위치 추적 장치의 통신 수단을 통하여 수신받은 신호의 처리 수단 그리고 위치 추적 장치의 서로 다른 세 가지 지리적 및 시간적 위치에서 적어도 세 쌍의 측정으로부터 '방향' 벡터를 계산하는 데 알맞은 계산 수단을 포함하며, 각 측정 쌍은 각도 그리고 위치 추적 장치와 위치 추적 대상 장치 사이에 계산된 거리로 구성되고, 이 각도는 제 1 및 제 2 지리적 및 시간적 위치 사이에서 위치 추적 장치가 커버한 거리를 나타내는 직선과 더불어 지구 자북(magnetic North)으로 이루어지는 것이며, 제 1 지리적 및 시간적 위치는 위치 추적 장치가 켜지는 위치 또는 좌표 원점이라는 것을 특징으로 하는 시스템을 제안하는 데 그 목적이 있다.
따라서 아주 유리한 방식을 통하여, 마찬가지로 항법 수단으로 부를 수 있는 계산 수단은 측정된 각도 및 계산된 거리로부터 위치 추적 장치와 다른 세 가지 지리적 및 시간적 위치에 따라서 비동시적인 측정 방법을 에뮬레이션할 수 있도록 하여, 상기 '방향' 벡터를 생성할 수 있도록 한다.
알려져 있는 바와 같이 전통적인 삼각 측량 방법에서는 위치 추적을 받게 될 사람 및 물체 사이의 거리 그리고 세 개 기준점의 동시 측정을 통하여 특히 사람 및 물체 (목표물)의 위치를 알고자 하며, 이 경우에 지리적 위치는 각각 알려져 있다.
본 발명에 따른 시스템에서 제안하는 것은 가상적 삼각 측량 시스템으로서 지상 자기 기준 장치에 바탕을 두고 있으며, 그렇기 때문에 각각의 지리적 위치가 알려져 있는 여러 가지 기준점으로부터 동시 특정을 할 필요가 없어지게 된다. 이에 따라 위치 추적 장치가 켜지는 위치에 해당하고 좌표 [0,0]으로서 정의되는 원점으로부터 원점 좌표 [0,0]에 대하여 형성되는 각도의 간단한 측정은 자기 센서의 도움으로 계산을 통하여 제 2 원의 중심 좌표 그 다음에 제 3 원둘레를 측정할 수 있도록 하며, 다른 좌표에 대한 것은 목표물의 위치를 포착할 수 있도록 하기 위한 것이다.
무선 주파수 장치 및 수학적 알고리즘을 통하여 휴대용 위치 추적 장치 (위치 표시 장치) 및 위치 추적 대상 사람/물체 (목표물) 사이의 거리를 계산할 수 있게 된다. 그럼에도 불구하고 위치 추적 대상 사람 또는 물체가 어느 방향에 있는지는 파악을 할 수 없다.
앞서 기술한 내용은 중심이 위치 추적 장치 또는 위치 표시 장치가 존재하는 지점인 원둘레를 통하여 도식으로 나타낼 수 있으며, 목표물 (위치 추적 대상 장치) 및 위치 추적 장치 사이의 거리는 원둘레의 반지름 (d)이고, 위치 추적 대상 사람 또는 물체는 원둘레 C 위에서 어느 곳이든 위치할 수 있다.
그 다음에 다음과 같은 가정이 이루어진다: 원둘레 C의 중심은 데카르트 좌표계의 원점에 존재하고 기준계의 X 축 (횡좌표)은 지구 자북과 일치한다.
그 다음에 위치 표시 장치는 현재 측정 점과 위치 파악 대상 사람/사물 사이의 거리를 나타내는 제 2 거리 (d1) 측정이 이루어지는 다른 임의의 점까지 이동을 한다. 제 2 측정 점 및 거리 d1에 대한 정보를 이용하여, C1이라고 지칭되는 제 2 원둘레의 방정식을 생성할 수 있게 되며, 이 경우에 반지름은 dl 값이고 중심은 제 2 측정이 이루어지는 점이다. 원둘레 C1에 결합된 원둘레 C를 나타냄으로써 관찰할 수 있는 것은 위치 추적 대상 사람/물체가 위치할 수 있는 두 개의 차단 점이 존재한다는 것이다. 그렇기 때문에 제 3 점으로부터 제 3 측정이 필요하게 되고, 이는 위치 추적 대상 사람/물체 및 위치 추적 장치 사이에 나타나는 새로운 거리 (d2)를 표시하게 되며, 제 3 점의 정보에 덧붙여 제 3 원둘레 (C2)의 방정식을 생성할 수 있게 되고, 이 경우에 거리 d2는 반지름이고 이 거리의 중심은 제 3 측정이 이루어진 제 3 점이 된다. 다른 둘에 결합된 제 3 원둘레를 그리면서 관찰을 할 수 있는 사실은 원둘레 C, C1, C2가 서로 가로막히는 점은 위치 추적 대상 사람/사물이 위치하는 장소라는 것이다.
각각의 세 가지 원둘레 (C, C1, C2)의 반지름이 측정 시점에 위치 추적 장치가 위치하는 여러 개의 점 (원둘레의 각각의 중심) 및 위치 추적 대상 사람/물체 사이의 거리에서 나온다는 것이 지적된 바 있다. 그렇기 때문에 이와 같은 원둘레를 생성하기 위하여 이들 점을 서로에 대하여 위치시킬 필요가 있다.
따라서 위치 추적 장치가 켜져 있을 때에 점은 좌표 [0.0]의 원점으로서 정의가 된다. 그렇기 때문에 그 다음에 이 점이 생성되며, 원은 자기 센서가 있을 필요가 없다.
그렇지만 제 2 원둘레 그리고 그 다음에 제 3 원둘레의 중심의 좌표를 알기 위해서, 위치 추적 장치가 자북과 이루는 각도를 측정할 수 있도록 자기 나침반과 같은 자기 센서가 사용되는 경우가 있는데, 이때는 상기 위치 추적 장치가 제 1 원의 중심으로부터 제 2 원의 중심에 해당되는 제 2 측정 점까지 그리고 제 2 원의 중심에서 제 3 원의 중심에 해당되는 제 3 측정 점까지 이동된다. 그렇기 때문에 이 각도는 제 1 원이 생성되는 동안에는 존재하지 않는다.
추가적으로 확실하게 규정을 내릴 수 있는 사실은 시스템을 작동시킬 때 (원둘레 C의 중심) 제 1 측정 점은 기준계의 원점에 위치하고 이에 따라 0,0 좌표 점을 대표한다는 것이다. 그럼에도 불구하고 (C1 및 C2 원둘레의 중심) 다른 측정 점의 좌표는 정의되어 있지 않다.
그렇기 때문에 휴대용 장치 (위치 표시 장치)를 작동시킬 때, 우리는 전자 나침반을 통하여 지구 자북에 대한 각도를 측정하였다. 이 각도는 위치 추적 시스템의 계산을 위하여 시작 좌표를 생성할 수 있도록 사용된다. 기본적으로 이 시작 좌표는 데카르트 아핀 좌표계에 있으며, 좌표 [0,0]은 X 및 Y이고, 지구 자북은 횡좌표의 축이다.
위치 추적 대상 시스템의 탐지 거리 및 이 점으로부터 수학적으로 생성을 할 수 있는 것은 위치 추적 대상 물체가 위치하게 될 원둘레이다.
위치 표시 장치를 보유한 사람은 이동을 한다. 이러한 이동이 이루어지면 그 사람의 이동은 직선에 있는 것으로 간주되고 자기 센서 및 거리 측정의 도움을 통하여 제 2 원둘레가 생성된다. 자기 센서는 이 시점에 실제적으로 이 각도를 측정하게 되고, 사람이 원점으로부터 커버한 거리를 나타내는 직선과 더불어 지구 자북으로 이루어지는 각도를 기준으로 삼으며, 그 다음에 제 2 원둘레가 생성된다.
표시 장치를 통해서 상기 방향 벡터를 보여 주기 위하여 제 3 원둘레 및 마지막 원둘레의 생성에 있어서 이와 똑같은 원리가 되풀이된다.
그렇기 때문에 제 2 원둘레 및 제 3 원둘레의 좌표를 계산하기 위하여 전자 나침반, 지상 자기 장치 및 추가 기준계를 이용한다.
앞서 명시되어 있는 바와 같이 그리고 시스템에 대한 이해를 촉진하기 위하여, 자북이 기준계의 X 축 (횡좌표)와 일치가 되도록 하였다. 그 밖에도 전자 나침반의 도움을 받아 계의 원점으로부터 (원둘레 C의 중심) 원둘레 C1의 중심까지 취해진 방향을 나타내는 각도 (θ)가 기록되는데, 자북에 대한 것으로서 이는 또한 기준계의 X축이다. 이 각도 (θ)는 지구 자북과 더불어 사람이 원점으로부터 커버한 거리를 나타내는 직선을 이루는 것이다.
다시 말해, 단순히 삼각 관계를 이용함으로써, 각도 (θ)의 값에 결합되어 원둘레 C1의 중심의 좌표를 계산할 수 있도록 하는 원둘레 C1의 중심과 원둘레 C의 중심 사이의 거리가 계산되는 것이다. 원둘레 C2의 좌표를 계산하기 위하여 이와 비슷한 과정이 사용되고, 각도 (θ2)가 기록이 되는데 이 각도는 원둘레 C1의 중심으로부터 원둘레 C2의 중심까지 취해진 거리, 그리고 원둘레 C1의 중심 및 원둘레 C2의 중심 사이의 거리를 나타낸다.
유리한 방식으로 위치 추적 장치는 그 밖에도 시스템 사용자가 따라야 할 상기 '방향' 벡터가 스크린 위에 시각화될 수 있도록 하고 사용자에 대하여 추적 대상 물체가 어느 방향에 위치하는지를 나타내는 표시 수단을 포함하고 있다.
발명에 따라 장치 안에 적용이 되는 삼각 측량 원칙의 에뮬레이션은 발명에 따른 시스템의 항법 수단에 의하여 실행되고, 유리한 방식으로 주기적으로 이루어지며 이는 이어지는 서로 다른 방향 변화를 정확히 나타내기 위한 것이다.
위치 추적 장치는 마찬가지로 키보드와 같은 데이터 입력 수단을 포함하고 있으며 이는 상기 장치의 사용에 안정성을 보장하는 것으로서, 사용자는 특히 허가 받은 사용자에 의한 상기 시스템의 사용을 보장할 수 있도록 하는 식별 코드를 입력할 수 있다.
그 밖에도 위치 추적 대상 장치 안에 갖추어진 무선 주파수 통신 수단은 위치 추적 장치 쪽으로 무선 주파수에 의해 전송될 인식 또는 승인용 특정 코드를 포함하며, 이는 사용자가 찾는 물체/사람이 바로 그러한 해당 대상이 되도록 확실히 하기 위한 것이다.
발명에 따른 시스템 안에서 사용되는 무선 주파수 통신 수단은 가능한 모든 주파수에서 작동을 하는 무선 주파수 송신기/수신기이다. 예를 들어 1 Watt (+ 30 dBm)의 송신 전력에서 산업용, 과학용, 의료용 등의 미리 정한 자유로운 무선 주파수 대역을 사용할 수 있다.
선호되는 것으로는 사용되는 주파수 대역이 여러 가지 값으로 분할되는 것인데, 이는 어떠한 이유에서든지 통신 수단 사이의 통신이 중단되어야 하거나 충분하지 못한 경우에 자동적으로 그리고 역동적으로 주파수 변화를 허가할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이 같은 변화 또는 주파수 도약 (대개의 경우에 hopping이라고 불림)은 주파수 도약의 최솟값 및 최댓값에 의하여 정의된 주파수 대역 안에서 실행할 수 있도록 하는 방법이다. 그러한 방법은 두 가지 장치 사이에서 후자가 약하거나 심하게 교란된다 하더라도 신호를 복구할 수 있도록 한다.
발명에 따른 시스템은 다음과 같은 원리에 의거하여 작동한다:
위치 추적 대상 장치의 무선 주파수 통신 수단은 수신 시에 대기 상태에 있으며 휴면 상태라고 불리기도 한다. 이 상태에서 상기 수단은 도달하는 모든 주파수를 계속적으로 수신하게 된다. 그렇기 때문에 위치 추적 대상 상기 장치는 제작자에 의해서든 사용자에 의해서든 미리 정해진 신호 및 주파수에서 '다시 작동'을 해야 한다. 위치 추적 대상 장치는 이 수신 휴면 상태에서 아주 적은 전력만 소비한다.
사용자는 자신이 갖고 있는 위치 추적 장치를 작동시킨 다음에 보안 키보드를 통하여 자신의 식별 코드를 입력한다.
식별 코드가 확인이 된 다음에는 미리 정해진 주파수와 연결된 웨이크-업(wake-up) 신호가 위치 추적 장치, 다시 말해 발신기의 무선 주파수 통신 수단으로부터 위치 추적 대상 장치, 다시 말해 수신기의 무선 주파수 통신 수단 쪽으로 발신된다. 이러한 웨이크-업 신호는 수신기가 휴면 상태에서 정상 수신 상태로 옮겨갈 수 있도록 하기 위한 기능이다.
위치 추적 대상 장치가 '다시 켜지게'된 다음에 이것은 단 하나의 유일한 주파수에 바탕을 두어 정상 수신 상태로 들어가게 된다. 장치는 이 상태를 통해 그것의 송수신기에 있는 모든 수신 및 송신 기능을 활성화시킬 수 있다.
이것은 위치 추적 장치에서 나온 보유자 신호를 감지하기 위하여 위치 추적 장치에 의해 송신된 서로 다른 신호를 수신받으며, 전자 구성 요소로 이루어진 내부 시계 기능인 시계 (타이머) 신호를 시작하는데 이는 계산 과정에 리듬을 부여할 수 있다. 이 타이머 신호는 카운트다운을 생성하며, 그것의 종료 시에는 프로그램 기능이 활성화 또는 비활성화된다.
그렇기 때문에 이　카운트다운 종료 시에 위치 추적 대상 장치가 보유자 신호를 수신받지 못한 경우에는 좀 더 일반적으로 '호핑(hopping)' 이라고 불리는 '주파수 도약' 상태로 넘어가게 되는데, 이는 제안된 여러 가지 가청 주파수를 검토하고자 하는 것으로서, 다른 주파수에서 이 신호를 성공적으로 포착하기 위한 것이다.
보유자 신호가 포착이 된 다음에 위치 추적 대상 장치는 송신 상태로 들어가게 되고 위치 추적 장치 쪽으로 수신 확인 신호를 송신한다. 이 수신 확인 신호는 위치 추적 대상 장치의 식별 코드를 포함하며, 이는 수신받은 신호가 예정된 그 신호이고 다른 시스템 (인증)에 속하는 다른 위치 추적 대상 장치로부터 나온 신호가 아니라는 사실을 수신 상태로 들어간 위치 추적 장치가 확실히 할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이 코드는 위치 추적 장치에 전송될 수 있도록 변조되는 것이 더 선호되며, 위치 추적 장치는 변조를 해제하고 전송된 데이터의 수신을 시작할 수 있다.
이렇게 하여 위치 추적 대상 장치 및 위치 추적 장치의 무선 주파수 통신 수단의 인증 및 식별 절차가 종료되며, 통신 수단은 상호적으로 포착된다. 그 다음에 통신은 두 개의 송신기/수신기 사이에서 이루어진다.
수신받은 신호의 처리 수단은 위치 추적 대상 장치 및 위치 추적 장치 사이의 거리에서 측정된 값을 계산하기 위하여 작동이 된다. 두 개의 무선 주파수 통신 수단 사이의 거리의 측정은 계속적인 방식으로 처리 수단에 의해 실시간으로 이루어진다.
제 1 측정 모드에 따라서 RTOA (round trip time of arrivai) 방식을 이용하게 되는데, 이것은 전파가 송신기에서 수신기로 간 다음에 다시 되돌아오는 데 걸리는 시간을 알 수 있도록 하기 위한 것이다. 그렇기 때문에 빛의 속도를 기준으로 하여 코드의 송신 및 그 수산 사이의 시간으로부터 위치 추적 장치 및 위치 추적 대상 장치 사이에 측정된 거리를 계산할 수 있다. 이 시간은 전자 처리 시간을 포함한다. 유리한 것으로서, 그러한 측정 모드는 두 개의 송신기/수신기 사이에 동기화가 필요하지 않게 된다.
제 2 측정 모드에 따라서 측정 장치는 또한 위치 추적 대상 장치로부터 수신받은 전파 신호의 세기를 측정할 수 있으며 RSSI (radio signal strength indicator, 전파 신호 세기 표시기) 방식이라고 불린다. 수신받은 신호에 대한 이 같은 측정은 거의 순간적인 방식으로 계산을 하는 대수 계산을 통하여 위치 추적 장치 및 위치 추적 대상 장치 사이의 거리 그리고 두 개의 무선 주파수 송신기/수신기 사이의 거리를 계산할 수 있도록 한다.
그렇지만 예를 들어 건물 내부의 경우와 같이 발명에 따른 시스템이 사용되고 있는 환경을 고려해 볼 때, 거리를 측정하기 위해 이러한 제 2 모드를 사용할 경우에 실시되는 측정으로 인한 무시할 수 없는 교란을 염두에 둘 필요가 있다 (가우스 잡음, 백색 잡음 및 열 잡음, 고주파 신호 포화, 파장의 '페이딩[fading]' 현상 등).
그 밖에도 위치 추적 장치의 송신기 및 수신기에 의해 수신 받아야 하는 데이터는 예측이 되는 것이 아니고 아주 약한 정도로 포착을 할 수 있는 것인데, 왜냐하면 그 데이터는 여러 가지 환경적 장애물, 파이프, 열 재킷, 차량, 강화 콘크리트 벽 등에 대한 전파의 다중 반사, 회절 또는 굴절에 의하여 변형이 되기 때문이다.
또한 유리한 방식으로 신호 처리 수단은 수신받은 신호의 수준을 예측할 수 있도록 하는 뉴럴 네트워크 (인공 지능)에 바탕을 두고 있는 계산 수단을 포함하고 있으며, 모두 퍼지 논리의 방법과 연관 지어 잡음을 제거함으로써 이루어지고, 상기 계산 수단은 신호를 여과하고 잡음을 제거하며 효과적인 방식으로 두 개의 송신기/수신기 사이의 거리를 측정하기 위한 것이다.
이 같은 '컴퓨터화된' 계산 수단은 두 개의 송신기/수신기 사이의 거리에서 계산된 평균을 제공한다.
앞서 설명한 방법 가운데 한 가지 또는 다른 한 가지에 의하여 계산된 이 같은 거리 평균이 적용된 다음에, 그 평균은 전자 나침반 등과 같은 각도 계산 수단이 그것과 연관되어 있는 자북과 더불어 각도를 계산할 때까지 기억된다. 장치의 작동을 시작할 때 이 각도는 '존재하지 않거나' 또는 자북과 혼동이 되며, 그것은 0과 같다. 이것이 실행이 된 다음에, 계산된 거리 값은 초기화된 항법 또는 계산 수단에 전달된다.
데카르트 좌표계 및 계산된 거리를 통해 앞서 볼 수 있었듯이, 전기 나침반에 의하여 생성된 각도, 연관된 측정의 쌍으로부터, 이들 계산 수단은 특히 알고리즘과 같은 위치 측정 수단을 포함하고 있다.
이들 위치 측정 수단은 제 1 원둘레의 형태로 위치 도식을 생성하고, 이 경우에 중심은 각도가 되는데, 그 값은 [0,0] 및 반지름에 고정되어 있으며, 무선 주파수 통신 수단 사이의 측정된 거리이다.
실제적으로 각도는 다른 지리적 기준 없이 작동 중인 시스템에 있어서 사용자가 위치하는 점을 나타내고, 거리의 측정은 어떤 것이 이 점과 물체 사이에서 계산된 거리인지 나타내는데, 위치 추적 대상 장치가 어디에 있는지 알 수 없기 때문에 원둘레를 생성하게 되며, 이 경우에 중심은 나침반에 의하여 측정된 각도 및 두 개의 송신기/수신기 사이의 거리이다.
이 제 1 원이 생성된 다음에, 위치 추적 장치가 장착되어 있는 사용자는 새로이 이동을 한다. 위치 추적 정치의 이 같은 임시적 및 지리적인 이동은 송신기 겸 수신기들 사이의 거리에 있어서 변화 및 나침반의 각도의 변화를 불러일으킨다. 항법 수단은 그 다음에 제 2 원을 생성하는데, 이 경우에 중심은 원점 [0,0]에 대하여 새로운 각도이고 반지름은 새로이 계산된 거리이다. 사용자의 제 1 위치 및 사용자의 제 2 위치 사이에서 사용자의 지리적 및 일시적인 이동의 거리가 적다는 것을 염두에 두어, 계산은 제 2 원 및 제 3 원이 두 개의 점에서 교차되도록 실시된다. 이 같은 두 개의 점 가운데 하나는 물체가 위치하고 있는 장소를 나타내는 것이다. 그 다음에 이와 똑같은 방식으로, 자북 및 제 3 위치에 해당하는 제 3 점의 중심 및 제 2 원의 사이에서 궤도에 의하여 형성되는 각도로부터 제 3 원이 생성되는데, 사용자는 언제나 이동을 하고, 제 3 원은 다른 두 개의 원과 이 두 개의 점 가운데 하나에서 교차를 하며, 이에 따라 위치 추적 장치의 화면 위에 상기 방향 벡터가 표시될 수 있으며, 이 벡터는 세 개의 원의 교차점 및 제 3 원의 중심 사이에서 정의된다. 그렇기 때문에 방향 벡터를 생성하기 위하여 적어도 세 개의 서로 다른 측정 쌍을 가질 필요가 있다.
이에 따라서, 항법 수단은 이 계산 단계를 적어도 세 번 되풀이하여 세 개의 원둘레가 생성될 수 있도록 하는데, 이 경우에 마지막 원의 교차점은 제 3 원의 중심으로 사용자가 따라야 할 방향의 상기 벡터를 정의 내린다.
이 같은 계산 및 데이터 처리 과정을 통하여, 사용자는 계속적으로 이동을 할 수 있고 각도 및 거리를 규칙적으로 계속 변경시킬 수 있다. 단지 방향 벡터만 위치 추적 장치의 표시 화면에 표시가 된다.
무선 주파수 통신 수단이 더 이상 기능을 할 수 없을 경우에는, 이 상태에 대한 신호 전달 메시지가 화면 위에 표시가 되어 사용자가 인식을 할 수 있도록 하며, 그렇게 하여 통신이 복구될 때까지 이동을 실시할 필요 및 신호 손실이 나타나게 된다.
신호 처리 수단 및 항법 수단은 앞서 나온 결과를 염두에 두지 않는 새로운 계산으로 되돌아가게 된다.
아주 유리한 방식으로, 위치 추적 장치 및 특히 그것이 포함하는 항법 수단은 시점 t에서 측정 쌍의 적어도 세 개의 값, 다시 말해 시스템의 송신기 겸 수신기들 사이에서 측정된 각도/거리로부터, 위치 추적 장치의 표시 화면 위에 방향 벡터, 위치 추적 대상 장치에 접근을 하기 위하여 따라야 하는 방향을 가리키는 화살표를 표시하도록 할 수 있다. 이와 같은 사실을 통하여 사용자의 이동으로 인해서 위치 추적 대상 장치에 접근을 하기 위하여 언제든지 따라야 하는 방향이 실시간으로 갱신되는 것을 확실히 하게 된다.
유리한 방식으로, 발명에 따른 시스템의 위치 추적 장치는 여러 가지 위치 추적 대상 장치와 함께 작동을 할 수 있다. 그렇기 때문에 단일한 하나의 포착 영역 안에서 여러 가지 물체의 위치를 추적할 수 있지만 이 같은 위치 추적은 동시적인 방식으로 이루어질 수 없다.
그렇기 때문에 각각의 위치 추적 대상 장치는 자체적인 식별 코드를 부여받게 되며 위치 추적 대상 장치 세트의 식별 코드의 집합은 위치 추적 장치 안에 기억된다. 따라서 사용자는 위치 추적을 하고자 하는 위치 추적 대상 장치의 식별 코드를 선택하는 것만으로 충분하며 위치 추적 장치는 이 위치 추적 대상 장치를 정확하고 포착하고 위치 추적을 하게 된다.
발명에 따른 물체/사람 위치 추적 시스템은 여러 가지 장점을 보여 준다. 그렇기 때문에 시스템이 작동되도록 하기 위하여 위치 추적 장치가 위치하는 장소를 결정할 필요가 없다. 작동 범위에 있어서 매우 흥미로운데, 내부로는 100 미터 이상 그리고 외부로는 1000 미터 이상의 거리에서 위치 추적을 할 수 있기 때문이다. 그렇기 때문에 발명에 따른 시스템은 내부뿐만 아니라 외부에서도 작동을 한다.
그 밖에도 위치 추적의 정확성에 있어서도 매우 흥미로운데, 왜냐하면 앞서 언급한 모든 범위의 거리에 있어서 오차가 7 미터와 같거나 더 낮기 때문이다.
이와 마찬가지로, 발명에 따른 시스템은 위치 추적 대상 장치가 움직이고 있다 하더라도 기능을 할 수 있는 장점도 역시 나타낸다.
아주 유리한 방식 외에도, 위치 추적 장치는 가능한 경우에 정체가 아주 줄어든 것을 나타내기 때문에 사용자게 쉽게 휴대를 할 수 있도록 한다. 이와 마찬가지로 이 위치 추적 장치는 휴대 전화 통신 장치, 랩톱 컴퓨터, 개인용 정보 단말기 (PDA) 및 다른 유사한 모든 장비 등과 같은 전자 장비 영역에 통합될 수 있다.
아주 유리한 방식으로, 발명에 따른 시스템은 극도로 오염된 전자기 환경 및 무선 환경에서 효과적인 방식으로 사용이 될 수 있고 기능을 할 수 있다.
그러한 위치 추적 시스템은 내부 또는 외부 주차장에 있는 차량을 감지 또는 위치 추적하는 데 유리하게 사용될 수 있다. 마찬가지로 건물, 열려 있거나 닫혀 있는 주요한 공간 안에 있는 사람, 특히 공원, 슈퍼마켓 및 사람들이 아주 많이 붐비는 다른 공공 장소에 있는 어린이를 감시 또는 위치 추적하는 데도 사용하는 것을 생각해 볼 수 있다.
물론, 예를 들어 창고 안에 있는 상품의 위치를 추적할 수 있도록 하는 것과 같이 산업적으로 응용을 하는 것도 마찬가지로 생각해 볼 수 있다.
시스템은 자율적이기 때문에 사용자 측으로부터 보조가 필요하지 않다.
본 발명은 고정 또는 이동 중인 물체 또는 사람의 위치 측정 방법에 관한 것으로서, 위치 추적 대상 장치를 위치 추적 대상 상기 물체/사람에 대하여 설치하는 것이며, 상기 장치는 적어도 수신 시 (휴면) 작동 모드에서 무선 주파수 통신 수단을 포함하고, 송신기 모드에 있는 무선 주파수 통신 수단을 포함하는 위치 추적 장치를 작동시키고, 위치 추적 대상 장치의 무선 주파수 통신 수단 쪽으로 위치 추적 장치로부터 웨이크-업 신호를 보내며, 이것은 위치 추적 대상 장치 조립체를 활성화하는 정상 수신 모드로 지나가는 이 웨이크-업 신호를 수신받으며, 카운트다운을 시작하는 시간 계산기를 초기화하고, 수신 상태에 있는 상기 위치 추적 대상 장치에 있어서, 위치 추적 장치로부터 휴대자 신호를 송신하며, 만약 이 카운트다운 종료 시에 위치 추적 대상 장치가 휴대자 신호를 수신받지 못했으면, 상기 위치 추적 대상 장치는 제안된 여러 가지 가청 주파수를 검색하기 위하여 주파수 도약 (hopping) 상태로 넘어가게 되며, 다른 주파수에서 이 휴대자 신호를 포착하기 위하여, 휴대자 신호가 포착된 다음에는, 상기 위치 추적 대상 장치가 송신 모드로 넘어가게 되고, 위치 추적 장치 쪽으로 수신 확인 신호가 송신되며, 위치 추적 장치 및 위치 추적 대상 장치 사이의 거리의 계산 값을 측정하기 위하여 위치 추적 대상 장치로부터 나오고 위치 추적 장치에 의하여 수신받은 신호를 처리하며, 거리의 계산 값을 기억하고, 자북과 더불어 각도를 측정하는데, 이 각도는 계산 거리와 관련 있는 자북과 더불어 각각의 측정 위치 사이에서 위치 추적 장치의 궤도에 의하여 형성된 것이며, 기억된 계산 거리 그리고 전자 나침반에 의하여 생성된 이 각도로부터 계산 수단의 도움으로 위치를 측정하는데, 이는 원둘레의 형태로 위치 도식을 생성하고 이 경우에 중심은 각도를 통하여 측정이 되고, 반지름은 위치 측정 장치 및 위치 측정 대상 장치 사이의 거리이며, 사용자의 서로 다른 세 개의 위치에서 이 위치 측정 수단의 계산 단계를 최소한 세 번 되풀이하여 마지막 원의 교차점이 세 반째 원의 중심을 이용하여 사용자를 따르게 될 방향의 상기 벡터를 정의하는 세 개의 원둘레가 생성되며, 위치 추적 장치의 표시 수단 위에 방향 벡터를 표시한다.
무선 주파수 통신 수단들 사이에서 교환되는 신호의 처리는 RTOA 방식 또는 RSSI 방식을 통하여 유리하게 이루어질 수 있으며 이 둘은 모두 앞에서 이미 언급한 바 있다.
RSSI 방법의 경우에, 신호 처리 수단은 수신받은 신호의 수준을 예측할 수 있도록 하는 뉴럴 네트워크 (인공 지능)에 바탕을 두고 있는 계산 수단을 포함하고 있으며, 모두 퍼지 논리의 방법과 연관 지어 잡음을 제거함으로써 이루어지고, 이는 신호를 여과하고 잡음을 제거하며 효과적인 방식으로 두 개의 송신기/수신기 사이의 거리를 측정하기 위한 것이다.
이제 다음과 같은 도면에 관하여 더 상세하게 발명을 설명할 것이다:
도 1은 발명에 따른 시스템의 도식화된 표시이다;
도 2는 블록으로 그린 도표 형태로 발명에 따른 시스템을 나타낸다;
도 3은 따라야 할 방향의 결정에 이르기 위한 측정의 처리를 도표 형태로 나타낸다;
도 4는 발명에 따른 시스템의 화면 표시 장치의 모습을 나타낸다;
도 5는 r2 > r1일 경우에 지리적 위치 추적 도해법을 나타낸다; 그리고
도 6은 r1 > r2일 경우에 지리적 위치 추적 도해법을 나타낸다.
위치 추적 시스템은 상기 고정 위치 추적 대상 장치(1) 그리고 상기 이동 위치 추적 장치(2)를 포함하고 있으며, 이 장치들 사이에 통신이 이루어지도록 하는 데 적합한 무선 주파수 통신 수단을 각각 보유하고 있다.
고정 위치 추적 대상 장치(1)는 예를 들어 차량(3) 안에 설치가 되고, 다른 한 편으로 이동 위치 추적 장치(2)는 차량(3)을 사용하는 사람(4)이 휴대를 한다.
사용자(4)의 무선 주파수 통신 수단은 이동 RF 모듈이라 불리고 위치 추적 대상 장치(1)의 무선 주파수 통신 수단은 고정 RF 모듈이라 불린다.
그 밖에도 위치 추적 장치(2)는 위치 추적 대상 장치(1)의 고정 RF 모듈로부터 상기 위치 추적 장치(2)의 이동 RF 모듈에 의하여 수신받은 신호의 계산 및 처리 수단(11)을 포함하고 있다. 이미 언급되어 있는 거리 측정 방식 가운데 하나 또는 다른 하나에 따른 측정 알고리즘과 같은 이 계산 및 처리 수단(11)은 실시간으로 계속적인 방식으로 상기 고정 위치 추적 대상 장치(1) 및 상기 이동 위치 추 적 장치(2) 사이의 거리를 측정할 수 있도록 한다. 그 다음에 거리 데이터는 두 개의 RF 모듈 사이의 거리에서 계산된 평균으로 처리 및 포맷이 이루어진다.
두 개의 고정 및 이동 RF 모듈은 발명에 따른 시스템의 통신 모듈인 계산 및 처리 수단(11)과 더불어 집합을 형성한다.
이동 위치 추적 장치(2)는 그 밖에도 자북 및 위치 추적 장치(2)에 의하여 형성된 각도를 언제든지 알 수 있도록 하는 전자 나침반(10)으로 구성된 각도의 측정 수단을 최소한 포함하고 있어야 한다. 되도록이면 전자 나침반(10)은 시스템 작동이 시작되자마자 자북과 각도를 이루는 데 이용되는 지구 자기 변이를 포착할 수 있도록 하는, 홀 효과 센서로 구성이 된다. 작동이 시작되는 시점에 이 '각도'는 원점을 생성하기 위하여 시스템에 의하여 [0, 0]에 고정된다.
통신 모듈에서 나온 거리와 관련 있는 데이터 및 전자 나침반(10)에서 나온 연관 각도와 관련 있는 데이터는 그 다음에 위치 추적 장치(2)에 장착되어 있는 항법 모듈(12)에 전송이 이루어진다.
이 항법 모듈은 상기 위치 추적 장치(2)의 서로 다른 세 가지 지리적 및 시간적 위치에서 적어도 세 쌍의 측정으로부터 상기 '방향' 벡터를 계산하는 데 알맞은 계산 수단을 포함하며, 각 측정 쌍은 각도(θ) 그리고 위치 추적 장치와 위치 추적 대상 장치 사이에 계산된 거리(d)로 구성되고, 제 1 원둘레(C)의 생성의 경우는 제외되는데, 왜냐하면 각도가 횡좌표의 축 및 자북과 일치하므로 작동이 시작될 때 각도가 존재하지 않고 값이 0으로 나타나기 때문이다.
그렇기 때문에 시스템의 작동 시작에 해당하는 시점(t)에는 자북에 대하여 각도를 측정하지 않고, 그 대신에 두 개의 고정 및 이동 RF 모듈 사이의 거리(d)를 측정하며, 시점(t1)에 사용자(4)는 이동을 하며, 그 다음에 이동 궤도 및 자북 사이의 각도에 해당하는 각도(θ)에 대한 측정 및 두 개의 RF 모듈 사이의 새로운 거리(d1)에 대한 측정이 이루어진다.
항법 모듈 계산 수단(12)은 시점(t)에 위치 추적 장치의 위치를 파악할 수 있도록 하며, 이 위치는 중심의 원(C)에 의하여 나타나는 작동 시작의 원점이고 반지름의 경우는 거리(d)이다. 시점(t1)의 경우와 마찬가지로 반지름(d1)의 새로운 원(C1)이 생성된다.
도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 원(C 및 C1)은 두 개의 점 A 및 B에서 교차하고, 이 두 개의 점 A, B 가운데 하나가 위치 추적 대상 장치(1)가 위치하는 장소를 나타낸다.
그 다음에 t2 시점에 제 3 원(C2)가 만들어지게 되는데 C1 및 C2 사이의 궤도 그리고 자북 사이의 각도를 나타내는 각도(θ2) 및 거리(d2)를 갖게 된다. 그 다음에 이 제 3 원(C2)는 위치 추적 대상 장치(1)의 위치에 해당하는 유일한 점(B)에서만 두 개의 원과 교차하게 된다. 그렇기 때문에, 원(C2)로부터 점(B) 쪽으로 가는 방향은 위치 추적 장치(1) 쪽으로 따라야 할 방향이다.
각도(φ)에 따른 방향 벡터(v)는 그 다음에 위치 추적 장치(2)의 LCD 스크린과 같은 표시 스크린(13) 위에 표시된다 (도 4 참조).
그렇기 때문에 유리한 방식으로 적어도 세 개의 측정 쌍으로부터 (RF 모듈들 사이의 각도/거리), 고정 장치(1) 쪽으로 향하기 위하여 위치 추적 장치(2)를 장착하고 있는 사용자(4)의 방향을 표시할 수 있다.
그렇기 때문에, 따라야 할 방향을 식별하기 위해서 위치 추적 장치(2)를 이용하여 공간을 검색할 필요가 없으며 이 방향은 위치 추적 장치(2)의 스크린(13) 위에 직접 표시된다.
본 발명에 따른 시스템의 사용을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 각각의 세 가지 원둘레 (C, C1, C2)의 반지름이 측정 시점에 위치 추적 장치가 위치하는 여러 개의 점 (원둘레의 각각의 중심) 및 위치 추적 대상 사람/물체 사이의 거리에서 나온다는 것이 지적된 바 있다. 그렇기 때문에 이와 같은 원둘레를 생성하기 위하여 이들 점을 서로에 대하여 위치시킬 필요가 있다.
추가적으로 확실하게 규정을 내릴 수 있는 사실은 시스템을 작동시킬 때 (원둘레 C의 중심) 제 1 측정 점은 기준계의 원점에 위치하고 이에 따라 0,0 좌표 점을 대표한다는 것이다. 그럼에도 불구하고 (C1 및 C2 원둘레의 중심) 다른 측정 점의 좌표는 정의되어 있지 않다.
그렇기 때문에 휴대용 시스템 (위치 추적 장치) 작동을 시작할 때, 우리는 지구 자북에 대하여 각도를 측정하였다. 이 각도는 기준으로 삼지 않은 것으로서 0으로 나타나며 위치 추적 시스템의 계산을 위한 시작 좌표를 생성하는 데 사용된다. 초기 설정에 따라, 이 시작 좌표들은 데카르트 아핀 좌표계 안에 있으며, 좌표 [0,0]은 X 및 Y이고, 지구 자북은 횡 좌표의 축이다.
위치 추적 대상 시스템의 포착 거리 및 이 점으로부터 수학적으로 생성을 할 수 있는 것은 위치 추적 대상 물체가 위치하게 될 원둘레이다.
위치 추적 장치를 갖고 있는 사람은 이동을 한다. 그러한 이동이 이루어진 다음에, 사람의 이동은 직선으로 되어 있다고 여겨지며 자기 센서 및 거리 측정의 도움을 통하여 제 2 원둘레가 생성된다. 자기 센서는 사실상 이 시점에서 이 각도를 계산하게 되는데, 이는 사람에 의하여 원점으로부터 지나간 거리를 나타내는 직선과 더불어 자북이 이루는 각도를 기준으로 삼음으로써 이루어지며, 그 다음에 제 2 원둘레가 생성된다.
표시 장치를 통해서 상기 방향 벡터를 보여 주기 위하여 제 3 원둘레 및 마지막 원둘레의 생성에 있어서 이와 똑같은 원리가 되풀이된다.
그렇기 때문에 제 2 원둘레 및 제 3 원둘레의 좌표를 계산하기 위하여 전자 나침반, 지상 자기 장치 및 추가 기준계를 이용한다.
앞서 명시되어 있는 바와 같이 그리고 시스템에 대한 이해를 촉진하기 위하여, 자북이 기준계의 X 축 (횡좌표)와 일치가 되도록 하였다. 그 밖에도 전자 나침반의 도움을 받아 계의 원점으로부터 (원둘레 C의 중심) 원둘레(C1)의 중심까지 취해진 방향을 나타내는 각도(θ)가 기록되는데, 자북에 대한 것으로서 이는 또한 기준계의 X축이다. 이 각도(θ)는 지구 자북과 더불어 사람이 원점으로부터 커버한 거리를 나타내는 직선을 이루는 것이다.
다시 말해, 단순히 삼각 관계를 이용함으로써, 각도(θ)의 값에 결합되어 원둘레(C1)의 중심의 좌표를 계산할 수 있도록 하는 원둘레(C1)의 중심과 원둘레(C)의 중심 사이의 거리가 계산되는 것이다. 원둘레(C2)의 좌표를 계산하기 위하여 이와 비슷한 과정이 사용되고, 각도(θ2)가 기록이 되는데 이 각도는 원둘레(C1)의 중심으로부터 원둘레(C2)의 중심까지 취해진 거리, 그리고 원둘레(C1)의 중심 및 원둘레(C2)의 중심 사이의 거리를 나타낸다.
원둘레(C, C1 및 C2)의 중심 사이의 거리에 대한 계산에 관해서 볼 때, 부가계로서 앞서 이미 언급된 바와 같은 동심원을 이용하도록 하는 풀이도 역시 존재한다. 예를 들어, 반지름(r1)의 원둘레(C1) 및 반지름(r2)의 원둘레(C2)가 이용된다. 반지름(r1 및 r2)는 무선 주파수 시스템에 의하여 계산되며, 이는 포착할 사람/물체 및 위치 추적 장치 사이의 포착 거리를 정할 수 있도록 한다. 시스템은 횡좌표의 축이 마찬가지로 지구 자북에 해당하는 데카르트 좌표계 안에서 이루어진다. 목적은 원둘레(C1 및 C2) 사이의 거리 <<x>>, 다시 말해 반지름(r1 및 r2) 사이의 차이를 구하는 것이다.
그렇기 때문에 두 개의 특정 사례가 존재한다:
x, r1 및 r2는 양의 실수 집합에 속하며, 다음과 같이 가정한다:
r2 > r1인 경우 (도 5): 위치 추적 대상 사람/물체는 데카르트 좌표계의 원점에 위치한다. 위치 추적 장치는 데카르트 좌표계의 원점의 r1에서 일정한 거리로 떨어져서 원둘레(C1)의 어느 부분에 위치한다.
계산은 다음과 같은 방식으로 이루어진다. 지구 자북과 일치하는 횡좌표의 기준 축 위에 위치 추적 장치가 있고 지구 자북이 원둘레(C2) 위에서 이동한다고 가정한다. 전자 나침반을 이용하여, 지구 자북에 대하여 위치 추적 장치가 생성한 각도를 측정할 수 있다 (각도 θ). r1, r2 및 θ의 값을 알게 되면, C2 및 C1 사이의 거리를 알 수 있게 된다. 사실, 반지름 r1, r2 및 θ에 따라, r1이 정확히 횡좌표의 축 위에 위치하는 삼각형을 형성하고, r2는 원둘레 C2 위에서 위치 추적 장치의 이동에 의하여 형성된 횡좌표 (지구 자북)의 축에 대하여 하나의 각도를 형성한다. 이 삼각형으로부터, <<x>> 값을 알 수 있도록 하는 방정식, 다시 말해 원둘레 C1 및 C2 사이의 거리를 정의할 수 있게 된다.
최종 방정식을 통하여 r1, r2 및 θ에 따라서 'x' 값을 알 수 있게 된다.
Figure 112009045979850-PCT00001
최종 풀이는 다음과 같다:
Figure 112009045979850-PCT00002
r1 > r2인 경우 (도 6): 위치 추적 장치의 위치 및 위치 추적 대상 사람/물체의 위치 그 다음에 다음과 같이 작동을 공식으로 나타낼 수 있다. 제 1 경우의 기하학적 좌표계를 다시 취하고, r1이 r2보다 확실히 더 높다고 가정하는 것을 통하여 위치 추적 대상 사람/물체 및 위치 추적 장치의 위치를 보존함으로써, 다음과 같이 작동을 공식으로 나타낼 수 있다:
횡좌표의 기준 축으로부터 (지구 자북과 일치함), 원둘레 C1에서 나와 C2 좌표의 축과 교차하는 선분이 그려진다.
선분이 그려지는 곳은 별로 중요하지 않다. 그렇지만 설명에 있어서 분명하게 해 두기 위하여, 횡좌표의 음수 축으로부터 그려진다 (지구 자북의 축). 이 선분은 그것의 극대점에서 C2 좌표의 축과 교차한다 (Y 축은 양수이며 X 축은 0이다). 전자 나침반을 이용하여 횡좌표의 축과 (X 및 자북) 이 선분을 이루는 각도 θ를 알 수 있다. 이 선분은 두 개의 점에서 원둘레(C2)와 교차할 수 있다는 것이 관찰되는데, 다시 말해 하나는 양수이고 (먼 교차점) 하나는 음수인 (가까운 교차점), 'x' 계산에 대한 두 개의 풀이가 나온다.
그렇지만 원둘레 C1 및 C2 사이에서 가장 가까운 교차점만 의미가 있다.
만들어진 (직각) 삼각형은 다음과 같은 특징을 지닌다:
빗변은 제 1 교차점까지 (가장 가까움) <<x>> 값인 것으로 정의된다. 사용자의 낮은 이동 속도로 인하여 가장 가까운 제 1 교차점만 취해지게 된다고 가정할 수 있다. 횡좌표는 r1에 대응하고 좌표는 r2에 대응한다. 그렇기 때문에 다음과 같은 공식으로부터 'x' 값을 계산할 수 있다.
Figure 112009045979850-PCT00003
풀이는 다음과 같다:
Figure 112009045979850-PCT00004
단지 정수해만 고려된다.
그 밖에도 본 발명에 따른 시스템은 키가 장착된 키보드(14)와 같은 사용자 식별 데이터 입력 수단이 갖추어진 안전 모듈을 포함하고 있다. 이 키보드(14)는 상기 장치의 사용에 안전성을 부여할 수 있도록 하는데, 왜냐하면 알맞은 식별 코드를 보유하고 있는 사용자만 본 발명에 따른 시스템을 사용할 권한이 있기 때문이다.
그 밖에도 안전 모듈은 이와 마찬가지로 위치 추적 대상 장치가 '다시 깨어난' 다음에 그것으로부터 특정 인식 코드의 위치 추적 장치를 향한 발신 수단을 포함하고 있다. 그렇기 때문에 위치 추적 장치는 위치 추적 대상 장치를 그 자체인 것처럼 인증할 수 있다.
본 발명은 물론 설명한 실시예에만 국한되지 않고 청구항을 통하여 정의되는 모든 개량형을 포괄한다.

Claims (15)

  1. 고정되어 있거나 이동 중인 물체(3)/사람의 위치를 추적하기 위한 시스템으로서,
    상기 시스템은 위치 추적 대상인 상기 물체(3)/사람에 장착되도록 고안된 적어도 하나의 위치 추적 대상 장치(1)를 포함하고, 적어도 무선 주파수 통신 수단 및 하나의 위치 추적 장치(2)를 포함하고, 또한 상기 위치 추적 대상 장치(1)의 통신 수단과 통신을 설정할 수 있는 무선 주파수 통신 수단을 포함하는 타입이며, 상기 위치 추적 장치(2)는 적어도 각도 측정 수단(10), 상기 위치 추적 대상 장치(1)와 상기 위치 추적 장치(2) 사이의 거리(d)를 측정하도록 상기 위치 추적 대상 장치(1)의 상기 통신 수단으로부터 상기 위치 추적 장치(2)의 통신 수단에 의해 수신된 신호들을 처리하기 위한 수단 그리고 상기 위치 추적 장치(2)의 서로 다른 세 가지 지리적 및 시간적 위치들을 가진 적어도 세 쌍의 측정들로부터 방향 벡터를 계산할 수 있는 계산 수단을 포함하며, 상기 각각의 측정들의 쌍은 각도(θ) 그리고 상기 위치 추적 장치(2)와 상기 위치 추적 대상 장치(1) 사이의 계산된 거리를 포함하고, 상기 각도(θ)는 제 1 및 제 2 지리적 및 시간적 위치들 사이에서 또는 제 2 및 제 3 지리적 및 시간적 위치들 사이에서 상기 위치 추적 장치에 의해 커버되는 거리를 나타내는 직선과 지구 자북(magnetic North)에 의해 정의되며, 제 1 지리적 및 시간적 위치는 상기 위치 추적 장치가 스위치 온 되는 위치 또는 좌표 원점 [0,0]인,
    물체/사람 위치를 추적하기 위한 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 위치 추적 장치(2)가 스크린(5) 위에 상기 방향 벡터를 표시할 수 있도록 하는 표시 수단을 더 포함하는,
    물체/사람 위치를 추적하기 위한 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 위치 추적 장치(2)가 특히 사용자의 식별 코드 입력을 가능하게 하는 키보드와 같은 입력 수단도 더 포함하는,
    물체/사람 위치를 추적하기 위한 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무선 주파수 통신 수단이 무선 주파수 송신기/수신기인,
    물체/사람 위치를 추적하기 위한 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 위치 추적 대상 장치(1) 안에 예정된 무선 통신 수단이 위치 추적 장치(1) 쪽으로 무선 주파수에 의하여 전송 가능한 특정 인증 코드를 포함하는,
    물체/사람 위치를 추적하기 위한 시스템.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 위치 추적 장치 및 상기 위치 추적 대 상 장치 사이의 거리에 대한 계산 값을 측정하도록 수신된 신호의 처리 수단이 지속적으로 그리고 실시간으로 상기 무선 주파수 통신 수단들 사이의 거리를 측정하는,
    물체/사람 위치를 추적하기 위한 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 수신된 신호 처리 수단이 거리(d)를 측정하기 위하여 RTOA (round trip time of arrival) 방법을 이용하는 데 적합한,
    물체/사람 위치를 추적하기 위한 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 수신된 신호 처리 수단이 거리(d)를 계산하기 위하여 수신받은 세기의 측정을 통하여 RSSI (radio signal strengh indicator) 방법을 이용하는 데 적합한,
    물체/사람 위치를 추적하기 위한 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 신호 처리 수단이 수신받은 신호의 수준을 예측할 수 있는 뉴럴 네트워크 (인공 지능)에 바탕을 두고 있는 계산 수단을 더 포함하며, 상기 계산 수단은 모두 퍼지 논리의 방법과 연관 지어 잡음을 제거함으로써 이루어지고, 상기 계산 수단은 신호를 여과하고 잡음을 제거하며 효과적인 방식으로 두 개의 송신기/수신기 사이의 거리를 측정하기 위한 것인,
    물체/사람 위치를 추적하기 위한 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추적 대상 장치(1)가 가청 주파수를 변경하도록 하는 데 적합한 수단 그리고 시간 계산기를 더 포함하는,
    물체/사람 위치를 추적하기 위한 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방향 벡터를 계산하는 데 적합한 계산 수단이 특히 연관된 계산 거리 및 각도로부터 위치의 측정 수단을 포함하고 있으며, 상기 위치 측정 수단은 원둘레의 형태로 위치 도식을 생성하고, 이 경우에 중심은 각도를 통하여 측정이 되고, 반지름은 위치 측정 장치 및 위치 측정 대상 장치 사이의 거리이며, 상기 위치 측정 수단의 계산 단계는 최소한 세 번 이용이 되어, 교차점이 마지막 원의 중심으로부터 상기 방향 벡터가 되는 세 개의 원둘레를 생성하게 되는,
    물체/사람 위치를 추적하기 위한 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 위치 측정 장치 및 상기 위치 측정 대상 장치의 통신 수단이 더 이상 통신을 하지 않을 때 상기 위치 측정 장치가 스크린 위에 신호 전송 메시지를 송신하는 수단을 포함하는,
    물체/사람 위치를 추적하기 위한 시스템.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각도 측정 수단이 상기 위치 추적 장치에 의하여 원점으로부터 제 2 측정 위치까지 커버된 거리 또는 자북 및 제 2와 제 3 위치 사이에 커버된 거리를 나타내는 직선에 의하여 형성된 각도(θ)를 언제나 알 수 있도록 하는 전자 나침반(10)으로 구성되는,
    물체/사람 위치를 추적하기 위한 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 전자 나침반(10)이 시스템 작동이 시작되자마자 자북과 각도를 이루는 데 이용되는 지구 자기 변이를 포착할 수 있도록 하는, 홀 효과가 있는 센서로 구성이 되는,
    물체/사람 위치를 추적하기 위한 시스템.
  15. 고정 또는 이동 중인 물체 또는 사람의 위치 측정 방법으로서,
    위치 추적 대상 장치가 위치 추적 대상 물체/사람에 대하여 설치되며, 상기 위치 추적 대상 장치는 적어도 수신 시 (휴면) 작동 모드에서 무선 주파수 통신 수단을 포함하고,
    송신기 모드에 있는 무선 주파수 통신 수단을 포함하는 위치 추적 장치를 작동시키고, 상기 위치 추적 장치로부터 상기 위치 추적 대상 장치의 무선 주파수 통신 수단 쪽으로 웨이크-업(wake-up) 신호를 보내며, 상기 위치 추적 대상 장치의 무선 주파수 통신 수단이 위치 추적 대상 장치 조립체를 활성화하는 정상 수신 모드로 옮겨가게 하는 상기 웨이크-업 신호를 수신받으며, 카운트다운을 시작하는 시 간 계산기를 초기화하고, 수신 상태에 있는 상기 위치 추적 대상 장치에서, 상기 위치 추적 장치로부터 휴대자 신호를 송신하며, 만약 이 카운트다운 종료 시에 상기 위치 추적 대상 장치가 휴대자 신호를 수신받지 못했으면 상기 위치 추적 대상 장치는 제안된 여러 가지 가청 주파수를 검색하기 위하여 주파수 도약 (hopping) 상태로 넘어가게 되며, 다른 주파수에서 이 휴대자 신호를 포착하기 위하여 휴대자 신호가 포착된 다음에는 상기 위치 추적 대상 장치가 송신 모드로 넘어가게 되고, 상기 상기 위치 추적 장치 쪽으로 수신 확인 신호가 송신되며, 상기 위치 추적 장치 및 상기 위치 추적 대상 장치 사이의 거리의 계산 값을 측정하기 위하여 상기 위치 추적 대상 장치로부터 나오고 위치 추적 장치에 의하여 수신받은 신호를 처리하며, 거리의 계산 값을 기억하고, 자북과 함께 각도를 측정하며 ― 상기 각도는 계산 거리와 관련 있는 자북과 함께 각각의 측정 위치 사이에서 위치 추적 장치의 궤도에 의하여 형성됨 ―, 계산 수단의 도움으로 기억된 계산 거리 그리고 전자 나침반에 의하여 생성된 상기 각도로부터 위치를 측정하며 ― 상기 위치 측정은 원둘레의 형태로 위치 도식을 생성하고 이 경우에 중심은 상기 각도를 통하여 측정이 되고, 반지름은 위치 측정 장치 및 위치 측정 대상 장치 사이의 거리임 ―, 사용자의 서로 다른 세 개의 위치에서 위치 측정 수단의 계산 단계를 최소한 세 번 되풀이하여 마지막 원의 교차점이 세 번째 원의 중심을 이용하여 사용자를 따르게 될 방향의 상기 벡터를 정의하는 세 개의 원둘레가 생성되며, 위치 추적 장치의 표시 수단 위에 방향의 벡터를 표시하는,
    고정 또는 이동 중인 물체 또는 사람의 위치 측정 방법.
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