KR20100016638A - 이동 물체의 위치 판단 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 베이스 유닛 및 최소한 하나의 모바일 유닛을 포함하되, 각각의 상기 모바일 유닛 및 베이스 유닛은 초음파 신호를 전송하고 수신하도록 동작할 수 있으며, 상기 모바일 유닛은 상기 베이스 유닛의 전송 상태에 따라 미리 결정된 신호를 전송하며, 상기 베이스 유닛은 상기 모바일 유닛에서 상기 베이스 유닛으로 통과하는데 걸린 상기 신호의 시간을 판단하여 상기 모바일 유닛과 상기 베이스 유닛 간의 거리를 계산하는 초음파 위치 판단 시스템을 제공한다.
베이스 유닛, 모바일 유닛

Description

이동 물체의 위치 판단{MOBILE OBJECT POSITION DETERMINATION}
본 발명은 정지 베이스(static base)와 이동 물체(mobile object) 간의 통신 및/또는 이동 물체 통신의 존재 및/또는 위치의 판단에 관한 것이다. 특히, 비록 한정적일 필요가 없더라도, 본 발명은 초음파의 사용에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 간략하게 도시한 개략도이다. 본 실시예는 모바일 태그(2, mobile tag)와 판단될 베이스 유닛(4)의 분리를 가능하게 한다. 비록 단순화를 위하여 한 개의 태그만을 도시하였으나, 본 발명에 따른 시스템은 전형적으로 각각 완전히 독립적으로 이동할 수 있는 복수의 태그를 포함할 수 있다.
먼저, 베이스 유닛(base unit)의 송신기(6, transmitter)는 미리 정해진 초음파 패턴을 송신한다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 다양한 패턴이 적용될 수 있지만, 한 개의 태그만을 적용한 본 시스템에서는 연속적인 전송 동작에서의 단순한 끊김(break)을 예로 들어 설명할 수 있다.
태그(2)의 수신기(8)가 신호를 수신하는 경우 (또는, 수신을 중단하는 경우), 태그(2) 내의 전자 제어기는 상기 태그의 송신기(10)를 경유하여 회신 신호(reply signal)를 생성하게 된다. 회신 신호는 베이스 유닛(4)의 수신기(12)에 수신된다. 따라서, 베이스 유닛(4)은 이것이 송신한 신호가 태그(2)에 의해 수신되고 처리되는데 걸린 시간 및 그 회신을 받는데 걸린 시간을 측정할 수 있다.
베이스 유닛은 다음과 같이 거리(d)를 판단할 수 있다.
공기 중에서 소리(v)의 속도는 다음과 같은 수식에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112009070585097-PCT00001
여기서, T C 는 섭씨 온도이다. 또한, 소리(v)는 다음과 같은 수식에 의해 나타낼 수 있다.
Figure 112009070585097-PCT00002
여기서, l은 시간 t 0 과 t 1 두 점 사이를 이동한 신호의 미터 단위의 거리(범위)를 나타낸다. 거리 l은 수식 1과 2를 사용하여 계산될 수 있다.
Figure 112009070585097-PCT00003
초음파 태그(2) 및 베이스 유닛(4)의 분리는 감지기에서 베이스 유닛과 태그의 회신 도착 간의 비행 시간(time of flight, TOF)을 측정하여 (즉, 위의 수식3에서 시간 t 1 을 측정하여) 알 수 있다. 가장 단순한 경우에는, 신호는 태그(2)로 이동해서 그 회신이 베이스 유닛(4)으로 되돌아 와야 하기 때문에 둘 사이의 거리 d는 측정된 거리에 두 배인 것으로 가정할 수 있다. 태그(2)에서 신호를 감지하고 그 회신의 전송을 위해 필요한 처리 지연시간을 감안하여 이를 보정할 필요가 있는데, (예를 들면, 상기 태그가 베이스 유닛으로부터 알려진 거리에 있는 경우, 그 비행시간(TOF)을 측정함으로써) 보정할 수 있다.
본 개략도는 본 발명의 또 다른 실시예들의 기초가 되는 원리를 설명하고 있다. 태그(2) 및 베이스 유닛(4) 각각에서, 송신기와 수신기는 도면 도시의 목적을 위해 서로 분리된 형태로 도시되어 있는데, 실제로 둘은 분리될 수도 있지만, 균일하게 동일한 변환기(transducer)로 적용될 수 도 있다.
도 2를 참조하여, 태그(2)를 위한 수신 회로의 예가 설명되고 있다. 상기 수신회로는 송신 및 수신 모드에서 모두 동작할 수 있는 초음파 변환기(14)를 포함한다. 스위치(16)는 두 모드의 동작을 위해 상기 변환기를 전환하는데 사용된다. 스위치(16)는 마이크로 컨트롤러(18)에 의해 제어된다. 송신 모드에 있는 경우, 마이크로 컨트롤러(18)는 초음파 변환기(14)가 신호를 생성할 수 있도록 이를 구동하기 위해 드라이버(20)에 신호를 보낸다. 스위치(16)가 수신 모드에 있는 경우, 초음파 변환기(14)로부터의 출력은 증폭기(22, amplifier)로 공급되며, 증폭기(22)는 신호를 이진법(binary) 1 또는 0으로 변환하기 위해 비교기(24)로 공급한다. 이는 다시 마이크로 컨트롤러(18)로 공급된다.
간단한 실시예에서, 태그는 베이스 유닛으로부터의 전송 중 간격(gap)을 감지하면, 반응 신호를 전송한다(즉, 채널이 개방될 때까지 기다린다). 이는 복수의 태그 간의 전송 충돌을 방지하도록 초음파 태그를 위해 제안된 기능과 유사하지만, 여기서는 다른 목적으로 사용된다.
이런 사용에서, 태그는 일반적으로 이것이 수신하는 전송상황을 모니터할 수 있는 수신 모드에서 대기 상태(stand-by)로 있게 된다. 초음파 변환기(14)가 예를 들어, 상기 베이스 유닛으로부터 적당한 주파수대의 신호를 감지할 수만 있다면, 태그는 수신 모드를 유지하게 된다. 그러나, 만약 전송 중의 끊김이 감지되는 경우, 마이크로 컨트롤러(18)는 전송 모드로 전환하기 위한 신호를 스위치(16)에 보내며, 초음파 변환기(14)에 의해 수신될 회신 신호를 생성하기 위해 드라이버(20)에 또 다른 신호를 보내게 된다. 상기 마이크로 컨트롤러는 전송 중에 끊김이 감지되자 마자 (비록 원래의 짧은 지연은 피할 수 없더라도), 또는 미리 결정된 계획적 지연 이후에, 반응 신호를 시작하도록 프로그램될 수 있다.
또 다른 가능성은 베이스 유닛으로부터 구체적 신호를 기다리는 것이다. 도 3에는 이런 루틴(routine)의 일 예가 도시되어 있으며, 이하에서 설명된다.
태그는 24에서 배터리 수준을 측정함으로써 메인 루프(main loop)를 시작하며, 이는 태그의 메시지로 베이스 유닛에 보고될 수 있다. 그 후, 태그가 26에서 초음파를 청취하는 단계를 시작하는 제 2 루프에 진입하게 된다. 만약 초음파가 감지되면, 이것이 미리 정의된 주파수 간격 내에 있는지 판단하기 위해 28에서 비교를 하게 된다. 만약 감지되면, 30에서 주파수 리프(leap)의 개수를 세게 된다.
태그가 전송 중 끊김을 감지하는 경우(즉, 초음파가 더 이상 감지되지 않는 경우), 베이스 요청 신호(base request signal)를 표시하기 위해 32에서 충분한 수의 주파수 리프가 감지되었는지를 판단한다. 만약 충분한 수가 감지되는 경우, 34에서 반응 메시지가 전송된다. 이런 메시지는 (또는 그 전송 시기는) 태그를 식별하며, 단계 24에서 판단한 배터리 상태에 관한 정보도 포함하고 있다.
만약 베이스 요청을 표시하기 위한 주파수 리프의 개수가 불충분하게 감지되는 경우, 태그는 초음파를 청취하는 준비 상태인 단계 26으로 복귀하게 된다.
만약 베이스 요청 메시지가 감지되지 않더라도, (단계 36에서) 마지막 메시지가 전송되었으므로 임계값 시간(threshold time)이 지나간 경우, 어째든 메시지(34)는 전송된다.
시스템의 어느 타입에서든 초음파 메시지는 배터리의 상태에 관한 정보, 유효한 요청이 감지되었는지에 관한 정보 (즉, 타임 아웃(timeout) 메시지인지 아닌지에 관한 정보), 그리고 태그가 동작하는지 아닌지에 관한 정보를 포함한다.
위에 상술한 동작의 제1모드에 따르면, 베이스 유닛은 미리 정해진 기간 동안 연속된 초음파 신호를 전송하게 되며, 이로 인해 태그는 전송을 할 수 없으며 준비 상태에 머물게 된다. 그런 다음, 베이스 유닛은 태그가 베이스 유닛에 의해 수신하게 되는 초음파 메시지를 전송할 수 있도록 잠시 동안 전송을 멈춘다. 태그로부터 상기 메시지를 수신 받은 후, 베이스 유닛은 다시 전송을 시작할 수 있다.
도 4는 한 개의 태그를 가진 본 실시예의 도식을 간략히 나타낸 도면이다. 베이스 유닛은 시간 t 0 까지 초음파 소음(ultrasound noise, 연속된 반복 메시지)을 전송한다. 이때, "라인(line)"은 개방되며, 일단 이것이 태그에 의해 감지되면, 시간 t 1 에서 태그는 초음파 메시지 반응(ultrasound message response)을 전송하기 시작한다. 상기 메시지는 시간 t 2 에서 베이스 유닛에 의해 수신된다. 그런 다음, 상기 베이스 유닛은 짧은 지연이 있은 후, 시간 t wait 에서 전송을 다시 명령하게 된다. 따라서, 상술한 구성은 모바일 초음파 송신기 태그의 단순한 주기적 수집(polling)을 가능하게 한다. 이로 인해, 베이스 유닛은 태그의 (미리 판단된) 전송 지연을 고려하여 시간 차이 t 2 - t 1 로부터 비행 시간을 계산할 수 있다. 이것으로부터, 베이스 유닛에서 태그까지의 거리는 계산될 수 있다. 이는 많은 다양한 응용에 적용될 수 있다. 예를 들면, 이는 태그가 미리 정해진 범위 내에 있는 경우, 전등을 전환하거나 문을 열 때와 같은 동작을 개시하기 위한 간단한 근접 감지기(proximity detector)에 사용될 수 있다.
도 4를 참조하여 상술한 본 실시예의 확장예는, 각각의 태그가 반응하기 전에 서로 다르게 미리 설정된 기간t x 을 기다리도록 각 태그를 프로그래밍함으로써, 복수의 태그를 수용할 수 있도록 구성될 수 있다. 이는 도 5에 도시되어 있다. 그 결과, 시간 t 0 에서 베이스 유닛이 전송을 멈춘 후, 제1태그는 시간 t 1 에서 메시지를 전송하게 된다. 제2태그는 시간 t 1 + t 2 에서 메시지를 전송한다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 제1태그 및 제2태그 간의 전송 t 2 에서의 지연은 충돌을 피하기 위해서 제1태그가 전송하는 시간보다 길다. 도 5는 일단 각각의 태그가 반응한 후에 전송을 재개하는 베이스 유닛을 도시하고 있지만, 이런 순서(sequence)가 반드시 필수적이지는 않다. 예를 들면, 이런 일련의 순서는 각 베이스 전송 끊김 후, 몇 번이라도 또는 심지어 계속적으로 반복될 수 있다. 베이스 유닛은 이런 일련의 과정 동안 이런 순서를 일시 중단시키고 다시 시작하도록 전송을 재개할 수 있다.
전송 중 간격의 단순한 기다림(waiting)에 대한 대안은 특정 베이스 요청 메시지를 식별하는 태그를 위해 예를 들어 도 3에 상술한 태그 수신기 루틴(tag receiver routine)을 사용할 수 있다. 베이스 요청 메시지는 예를 들어 긴 메시지 (예를 들면, 복수의 메시지가 넌스탑(non-stop)으로 전송)될 수 있다. 각 시간을 증가시키는 카운터(counter)를 통합함으로써, 유효 주파수가 감지되며(도 3의 단계 30 참조), 태그는 베이스 요청에 비해 낮은 카운트(count)에 상응하는 표준 초음파 메시지(standard ultrasound message)로부터 베이스 요청을 구별할 수 있게 된다.
다른 대안으로, 태그는 수신한 초음파 신호의 주파수의 예측값을 계산할 수 있다. 즉, 요청은 하나 (또는 그 이상)의 주파수를 사용하여 메시지를 전송함으로써 생성될 수 있다. 태그는 (주어진 주파수 대역에서) 주어진 주파수를 가진 메시지에만 반응할 수 있다. 도 6은 하나의 태그만을 사용한 일 예를 도시하고 있다.
도 7은 복수의 태그를 수용하는 방법을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 각각의 태그는 베이스 요청에 반응하기 전에 주어진 기간 t x 을 기다리도록 프로그램될 수 있다. 따라서, 이는 도 5를 참조하여 설명한 실시예와 유사하다.
복수의 태그를 수용하는 또 다른 방법으로는 서로 다른 태그에 서로 다른 주파수를 부여하는 것이다. 이에 따라, 한번에 하나씩, 베이스 유닛은 각각의 태그로부터 반응을 요청하는 서로 다른 메시지를 전송할 수 있다. 이는 도 8에 도시되어 있다. 본 방법의 장점은 정기적 기다림(periodical waiting)을 생략할 수 있다는 것이다. 이런 기다림은 각 태그의 동작 주파수가 조금씩 상이함에 따른 시간의 부정확성을 야기할 수 있다.
상술한 바람직한 실시예에서는, 동작의 모든 모드(mode)를 위해 태그는 전송을 위한 조건이 갖추어지는 즉시 전송을 시작한다. 이는 일반적으로 누화(cross-talk)를 방지하기 위해 전송하기 전, 랜덤 시간(random time)을 기다리는 기존의 태그의 동작 방식과 대조된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 태그들은 별도의 분리된 허용 전송 슬롯 또는 서로 다른 요청 신호를 가지고 있기 때문에 랜덤 기다림(random wait)은 불필요해진다.
베이스 유닛을 위한 초음파 변환기를 제공할 수 있는 간단하면서도 저비용의 방법은 예를 들어 유선을 통해 태그와 통신하도록 설정된 베이스 유닛에 결속된 일반 태그를 사용하는 것이다. 베이스 유닛은 상기 태그의 마이크로 컨트롤러에 적당한 신호를 전송함으로써 간단히 초음파 메시지 요청의 전송을 촉진할 수 있다. 이에 따라, 베이스 유닛은 언제 초음파 메시지 요청이 전송되었는지를 알 수 있다. 반응이 도착하게 되면, 요청과 회신(reply) 간의 시간 차이에 의해 비행 시간이 직접 제공된다. 바람직하게는, 베이스 유닛은 태그 반응의 정확한 도착 시간 측정을 위하여 측면 감지를 사용할 수 있다.
또 다른 방법은 베이스 유닛이 태그 요청을 청취하도록 하는 것을 포함한다. 이에 따라, 베이스 유닛과 그 태그 간의 물리적 연결은 필요하지 않다. 이는 요청 전에 베이스 태그가 (알려진 ID를 가진) 표준 초음파 메시지를 전송하도록 함으로써 이루어질 수 있다. 만약 베이스 감지기 및 그 변환기 태그 간의 거리를 알 수 있다면, 베이스 태그 메시지의 도착과 그 수신된 반응 간의 시간을 통해서 그 비행 시간을 알 수 있다. 본 방법은 최소한 두 개의 초음파 메시지 감지가 행해져야 함으로 부정확도에 영향을 받을 수 있다.
높은 정확성을 가진 유사한 방법은 베이스 태그의 변환기를 베이스 채널 중의 하나에 직접 연결함으로써 획득될 수 있다.
베이스 유닛 및 태그 간의 통신을 위한 전형적인 프로토콜(protocol)은 7 비트 ID를 가진 12 비트 프로토콜이다. 2 비트 상태(움직임 및 배터리) 및 3 비트 CRC (cyclic redundancy check) 오류 검사는 음향 트랜스폰더 시스템(acoustic transponder system)에서의 사용을 위해 제안될 수 있다. 바람직하게는, 감지기는 도착한 태그 반응의 정확한 타임 스탬프(time-stamp)를 얻기 위해서 측면 감지를 사용한다. 측면 감지는 제 1 비트가 0으로 설정됨으로써 ID 범위가 1 내지 31로 제한되는 것을 요구한다.
12 비트 프로토콜은 필수적이지 않다. 예를 들어 다른 구현예에서는 28 비트 프로토콜이 사용될 수 있다. 이도 역시 단순한 예에 불과하다. 적절하다면, 다른 프로토콜이 사용될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 태그에는 주어진 시간 내에 베이스 요청이 감지되지 않는 경우, "타임 아웃(time-out)" 모드가 제공될 수 있다. 비록 요청이 감지되지 않더라도, 태그는 메시지를 전송할 수 있다. 예를 들면, 태그는 메시지를 전송할 때 다른 식별값을 사용할 수 있다.
실험예
본 발명에 따라 형성된 태그를 포함하는 실험 장치에서는, 서로 다른 주파수에서 초음파를 전송하는 태그 수신기 회로의 감도를 테스트하였다. 마이크로 컨트롤러로부터 감지된 주파수를 직접 읽음으로써 예비 테스트를 수행하였다. 또한, 감지 신호의 주파수 범위를 나타내기 위해 3개의 간격으로 범위를 나누고, 각각의 간격은 3개의 가능한 색에 상응하도록 하는 발광 다이오드(LED)를 사용하였다. 청취 회로(listening circuitry)는 최소한 12미터까지 초음파 주파수를 구별할 수 있음을 관찰하였다.
태그는 도 3에 설정된 "요청 대기(Wait for Request)" 루틴과 함께 프로그램 되었다. 이런 루틴은 (제한된 주파수 내에서) 유효한 주파수 리프의 개수를 세고, 유효한 주파수 리프의 수가 특정 임계값 아래에 있는 동안 실행될 수 있다. 이에 따라, 상기 태그가 회신하기 위해 충분한 리프를 기록할 때까지 다수의 주파수를 전송함으로써 베이스-태그에 의해 요청 신호가 생성될 수 있다. 멀티 태그 시스템에서, 각각의 태그는 특정 주파수 대역 내의 리프를 청취할 수 있다. 이에 따라, 서로 다른 요청 신호를 생성할 수 있다. 본 실험은 2개의 다른 길이를 가진 서로 다른 4개의 주파수 쌍을 사용하였다. 이에 따라, 8개의 서로 다른 요청이 생성될 수 있다.
두 번째 방법은 태그가 특정 주파수를 청취하고 이 주파수에서의 신호의 길이를 기록하도록 하는 단계를 포함한다. 8개의 주파수를 사용하여, 각각의 태그는 8개의 태그 시스템에서 고유의 주파수를 청취할 수 있다. 테스트를 통해, 본 방법이 주파수 리프 감지 방식보다 더 민감함을 알 수 있었지만, 반향(echo effect)이 발생되는 문제가 있었다.
실험 중에, 태그가 두 기법 중 하나를 사용하여 서로 다른 초음파 주파수를 완전히 구별할 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 두 기법을 조합한 형태로도 사용될 수 있다.
또한, 타이밍을 확인하고, 청취 루틴(listening routine)에 의해 유발되는 태그에서의 전송중의 고유의 지연을 판단하기 위한 테스트가 수행되었다. 테스트는 LabView 와 함께 텍사스 인스트루먼츠(Texas Instruments)의 DaqPad 툴을 사용하여 수행하였다. 신호는 베이스-태그 전류(base-tag current)를 유발하고, 반응 태그 옆에 위치한 마이크로폰을 이용하여 음압(sound pressure)을 측정하여서 잡았다. 도 9에서는, 베이스 태그 전류(102) 대비 반응 태그로부터의 음압(104)이 비교 도시되어 있다.
테스트는 상수 오프셋(constant offset)을 판단하기 위해서, 요청 태그를 직접 향하는 반응 태그의 서로 다른 거리 (0.5 내지 6 미터)를 위해 수행되었다. 도 10에 도시된 바와 같이, 이런 오프셋은 선형 회귀(linear regression)을 이용하여 계산된다. 수식 3에 t 0 =18.2 ms 수치를 대입하여, 거리를 평가할 수 있다.
위의 실험을 통해 TOF 측정을 이용하여 거리를 평가할 수 있음을 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 물체 위치 감지 시스템을 간략하게 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실제 모바일 유닛의 구성요소를 나타낸 개략도.
도 3은 모바일 유닛의 동작의 일부를 간략히 설명한 흐름도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시스템의 동작을 나타낸 타이밍 다이어그램(timing diagram).
도 5 내지 도 8은 다양한 실시예를 나타낸 타이밍 다이어그램.
도 9는 테스트 시스템 내의 반응 태그로부터의 소리 압력 대비 베이스 태그 전류를 출력한 도면.
도 10은 태그의 시간 지연을 판단하기 위해 실시예에서 얻은 송신과 수신간의 시간 차이 대비 송신기와 수신기 간의 거리를 나타낸 그래프.
본 발명의 제 1 측면에 따르면, 베이스 유닛 및 최소한 하나의 모바일 유닛을 포함하되, 각각의 상기 모바일 유닛 및 베이스 유닛은 초음파 신호를 전송하고 수신하도록 동작할 수 있으며, 상기 모바일 유닛은 상기 베이스 유닛의 전송 상태에 따라 미리 결정된 신호를 전송하며, 상기 베이스 유닛은 상기 모바일 유닛에서 상기 베이스 유닛으로 통과하는데 걸린 상기 신호의 시간을 판단하여 상기 모바일 유닛과 상기 베이스 유닛 간의 거리를 계산하는 초음파 위치 판단 시스템이 제공된다.
본 발명의 제 2 측면에 따르면, 베이스 유닛 및 최소한 하나의 모바일 유닛을 포함하되, 상기 모바일 유닛은 상기 베이스 유닛으로부터의 신호에 반응하여 초음파 신호를 전송하며, 상기 베이스 유닛은 상기 모바일 유닛에서 상기 베이스 유닛으로 통과하는데 걸린 상기 초음파 신호의 시간을 판단하여 상기 모바일 유닛과 상기 베이스 유닛 간의 거리를 계산하는 초음파 위치 판단 시스템이 제공된다.
본 출원인은 하나 또는 그 이상의 모바일 유닛의 위치에 관한 (특히, 건물 내의 방과 같은 작은 범위 내에서의) 정보를 판단할 수 있는 베이스 유닛을 포함하는 시스템의 바람직한 형태를 발견하였다. 이것에 관한 많은 가능한 응용이 있을 수 있다. 본 출원인에 의해 구상될 수 있는, 가능하며 제한되지 않는 하나의 실시예는 텔레비전 고객 데이터를 자동으로 기록할 수 있도록 텔레비전 수상기가 있는 집의 방 내의 복수의 태그의 어느 하나의 존재를 판단하기 위한 시스템일 수 있다.
바람직하게는, 상기 시스템은 서로 독립적으로 이동할 수 있는 복수의 모바일 유닛을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 각각의 모바일 유닛은 하나의 초음파 송신기(ultrasound transmitter)만을 가지고 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 상기 모바일 유닛으로부터 통과하는데 걸린 상기 초음파 신호의 시간은 상기 베이스 유닛으로부터 상시 모바일 유닛으로 전송되는 상기 신호의 집합 시간(aggregate time) 및 상기 모바일 유닛으로부터 수 신되는 반응의 집합 시간으로부터 계산된다. 만약 베이스 유닛에서 신호의 수신과 그 회신의 전송 간의 지연을 알고 있다면, 총 시간은 상기 신호 및 그 회신의 전파 시간의 합이 된다. 여기서, 상기 신호들은 동일한 종류 (즉, 둘 다 초음파 신호)이며, 각각의 전파 시간은 동일하다고 생각할 수 있으며, 따라서 그 평균이 계산될 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 상기 베이스 유닛에서 상기 모바일 유닛으로의 요청 신호는 (예를 들면, 전자기 스펙트럼의 신호를 사용하여) 그 회신보다 상당히 빠를 수 있으며, 그 결과 이것의 전파 시간은 무시할 수 있을 정도이다. 하지만, 역시 다른 가능성도 존재할 수 있다. 예를 들면, 요청의 수신 및 반응의 전송 사이에서 상기 모바일 유닛과 베이스 유닛 간의 움직임을 고려할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 상기 모바일 유닛은 상기 베이스 유닛에 의한 전송 간의 끊김(break)을 감지하여 그 이후에 전송할 수 있다. 이는 송신기 간의 충돌을 피하기 위한 것과 유사한 방식으로, 어떤 송신기가 다른 송신기가 벌써 전송 중인 것을 감지하는 경우, 상기 송신기는 전송하지 않는 식으로 구현될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따라 베이스 유닛과 모바일 유닛 간의 거리를 측정할 수 있기 위해서, 상기 모바일 유닛이 신호를 전송할 때의 시간을 (예를 들면, 상기 베이스에 의한 전송 간의 중단이 있은 후 이를 미리 정해진 시간으로 만듦으로써) 알 필요가 있다.
위에 상술한 것처럼, 본 발명의 따른 시스템은 단지 하나의 모바일 유닛 또는 복수로 작동할 수 있다. 시스템이 복수의 모바일 유닛을 가지는 경우, 각각의 모바일 유닛은 그 신호를 베이스 유닛에 전송하기 전에 베이스 유닛에 의한 전송의 중단으로부터 고유의 지연(delay)을 부여 받게 된다. 이는 모바일 유닛들이 신호를 동시에 전송하는 것을 방지하기 위한 조치로, 이로 인해 각 모바일 유닛에서 식별 정보를 전송할 필요가 없어진다. 하지만, 이는 필수적인 사항은 아니다.
여러 실시예에서, 모바일 유닛은 베이스 유닛으로부터 특정한 신호(예를 들면, 특정 주파수, 또는 전송의 주파수 또는 순서의 변화)를 감지한다. 하나의 모바일 유닛 또는 복수의 모바일 유닛이 사용될 수 있다. 복수의 모바일 유닛은 베이스 유닛으로부터 동일한 특정 신호에 반응하거나 서로 다른 신호들에 반응할 수 있다. 만약 복수의 모바일 유닛이 동일한 신호에 반응하는 경우, 서로 다른 타임 슬롯(timeslot)에서 반응하도록 설정될 수 있지만, 이는 필수적인 것은 아니다. 예를 들면, 복수의 모바일 유닛은 미리 설정되지 않은 순서에 반응하는 대신, 식별 번호를 포함할 수 있으며, 또는 하나 또는 그 이상의 반응은 확산 스펙트럼 신호(spread spectrum signal)를 포함함으로써 충돌 회피(collision avoidance)가 필수적으로 요구되지 않는다.
바람직하게는, 복수의 모바일 유닛을 포함하는 시스템의 모바일 유닛은 베이스 유닛으로부터의 전송과 다른 모바일 유닛으로부터의 전송을 구별할 수 있다. 이런 구별을 제공하기 위해서, 예를 들어 전송 지속 기간, 전송 패턴, 주파수, 또는 코드(code) 중의 하나 또는 그 조합이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 위치의 판단(determination of position)은 정확성에 대해 어떠한 제한을 암시하기 위한 것이 아니다. 예를 들면, 위치의 판단은 1차, 2차 또는 3차원에서의 좌표이거나, 모바일 유닛이 하나 또는 그 이상의 영역에 있는지를 간단히 판단할 수 있다. 가장 간단하게는, 위치의 판단은 모바일 유닛이 베이스 유닛의 미리 설정된 거리 내에 있는지 아닌지로 간단히 판단할 수 있다.
본 발명의 제 3 측면에 따르면, 베이스 유닛 및 최소한 하나의 모바일 유닛을 포함하되, 상기 모바일 유닛은 상기 베이스 유닛으로부터의 신호에 반응하여 초음파 신호를 전송하며, 상기 베이스 유닛은 상기 모바일 유닛에서 상기 베이스 유닛으로 통과하는데 걸린 상기 초음파 신호의 시간을 판단하여 상기 모바일 유닛이 상기 베이스 유닛으로부터 미리 설정된 거리 내에 있는지를 판단하는 초음파 위치 판단 시스템이 제공된다.
본 발명의 이전 측면들과 마찬가지로, 상기 시스템은 서로 독립적으로 이동할 수 있는 복수의 모바일 유닛을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 각각의 모바일 유닛은 하나의 초음파 송신기만을 가지고 있다.
본 발명의 제 4 측면에 따르면, 신호를 모바일 유닛에 전송하는 베이스 유닛으로서, 신호를 하나 또는 그 이상의 모바일 유닛에 전송하는 송신기 및 상기 하나 또는 그 이상의 모바일 유닛으로부터 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신기를 포함하되, 상기 모바일 유닛에서 상기 베이스 유닛으로 통과하는데 걸린 상기 초음파 신호의 시간을 판단하는 상기 베이스 유닛이 제공된다.
바람직하게는, 상기 베이스 유닛은 한번에 단 하나의 모바일 유닛으로부터 초음파 신호만을 수신하고 처리할 수 있다. 본 발명의 제 5 측면에 따르면, 베이스 유닛으로부터 요청 신호를 수신하는 수신기 및 상기 요청 신호의 수령으로부터 미리 설정된 시간 후에 상기 베이스 유닛에 초음파 신호를 전송하는 초음파 송신기를 포함하는 모바일 유닛이 제공된다.
상기 모바일 유닛으로부터의 상기 초음파 신호는 단지 상기 베이스 유닛으로부터 상기 모바일 유닛까지의 거리를 판단하기 위해서 사용될 수 있다. 하지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 예를 들면, 상기 신호는 식별 또는 상태 정보와 같은 다른 정보를 포함할 수 있다. 상기 상태 정보는 움직임 상태 또는 이력, 또는 배터리 상태를 포함할 수 있다. 실제로 어떠한 다른 정보도 상기 신호에 포함될 수 있다. 균일하게 서로 다른 시간에 이와 같은 서로 다른 정보가 추가적으로 또는 선택적으로 전송될 수 있다.
또한, 상기 모바일 유닛은 이하에서 상세한 설명에서 "태그(tag)" 로 인용된다. 이런 태그는 편리하고 바람직하게는 상기 초음파 송신기, 수신기 및 그 관련 처리방법을 포함하는 자급식 장치(self-contained device)의 형태로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 상기 태그는 자체 전원 공급 장치(예를 들면, 배터리)를 포함할 수 있다. 그러나, 이런 구성의 어떠한 것도 반드시 필수적이지는 않다. 예를 들면, 태그는 보다 큰 물체 또는 장치의 필수적 부분일 수 있다. 따라서, "태그" 및 "모바일 유닛"은 상호 교환적인 관계임을 이해할 수 있다.
일반적으로 초음파는 정상적인 인간의 청력 범위 이상의 주파수를 가진 어떠한 매체(예를 들면, 공기) 내의 세로 압력파(longitudinal pressure wave)를 의미하는 것으로 이해할 수 있다. 비록 본 발명의 실시예에서는 30 내지 50 kHz 사이의 주파수가 사용되고 있지만, 이것은 일반적으로 20 kHz 이상으로 이해할 수 있다.

Claims (19)

  1. 베이스 유닛; 및
    최소한 하나의 모바일 유닛을 포함하되,
    각각의 상기 모바일 유닛 및 베이스 유닛은 초음파 신호를 전송하고 수신하도록 동작할 수 있으며, 상기 모바일 유닛은 상기 베이스 유닛의 전송 상태에 따라 미리 결정된 신호를 전송하며, 상기 베이스 유닛은 상기 모바일 유닛에서 상기 베이스 유닛으로 통과하는데 걸린 상기 신호의 시간을 판단하여 상기 모바일 유닛과 상기 베이스 유닛 간의 거리를 계산하는 초음파 위치 판단 시스템.
  2. 베이스 유닛; 및
    최소한 하나의 모바일 유닛을 포함하되,
    상기 모바일 유닛은 상기 베이스 유닛으로부터의 신호에 반응하여 초음파 신호를 전송하며, 상기 베이스 유닛은 상기 모바일 유닛에서 상기 베이스 유닛으로 통과하는데 걸린 상기 초음파 신호의 시간을 판단하여 상기 모바일 유닛과 상기 베이스 유닛 간의 거리를 계산하는 초음파 위치 판단 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항의 초음파 위치 판단 시스템에 있어서,
    상기 모바일 유닛으로부터 통과하는데 걸린 상기 초음파 신호의 시간은 상기 베이스 유닛으로부터 상시 모바일 유닛으로 전송되는 상기 신호의 집합 시간(aggregate time) 및 상기 모바일 유닛으로부터 수신되는 집합 시간으로부터 계산되는 초음파 위치 판단 시스템.
  4. 전술한 항들 중 어느 하나의 항의 초음파 위치 판단 시스템에 있어서,
    상기 모바일 유닛은 상기 베이스 유닛에 의한 전송 간의 끊김(break)을 감지하여 그 이후에 전송하는 초음파 위치 판단 시스템.
  5. 제4항의 초음파 위치 판단 시스템에 있어서,
    상기 시스템은 복수의 모바일 유닛을 가지되,
    상기 베이스 유닛에 신호를 전송하기 전에, 상기 베이스 유닛에 의한 전송의 중단으로부터 고유의 지연(unique delay)이 각각의 모바일 유닛에 부여되는 초음파 위치 판단 시스템.
  6. 전술한 항들 중 어느 하나의 항의 초음파 위치 판단 시스템에 있어서,
    상기 모바일 유닛은 전송을 하기 위한 조건이 갖춰지자 마자 전송하는 초음 파 위치 판단 시스템.
  7. 전술한 항들 중 어느 하나의 항의 초음파 위치 판단 시스템에 있어서,
    상기 각각의 모바일 유닛은 상기 베이스 유닛으로부터 특정한 신호를 감지하는 초음파 위치 판단 시스템.
  8. 제7항의 초음파 위치 판단 시스템에 있어서,
    복수의 모바일 유닛을 포함하되,
    각각의 모바일 유닛은 서로 다른 타임 슬롯(timeslot)에서 상기 베이스 유닛으로부터의 동일한 신호에 반응하는 초음파 위치 판단 시스템.
  9. 제7항의 초음파 위치 판단 시스템에 있어서,
    복수의 모바일 유닛을 포함하되,
    각각의 모바일 유닛은 상기 베이스 유닛으로부터 다른 신호에 반응하는 초음파 위치 판단 시스템.
  10. 전술한 항들 중 어느 하나의 항의 초음파 위치 판단 시스템에 있어서,
    복수의 모바일 유닛을 포함하되,
    상기 모바일 유닛들은 상기 베이스로부터의 전송과 다른 모바일 유닛으로부터의 전송을 구별할 수 있는 초음파 위치 판단 시스템.
  11. 베이스 유닛; 및
    최소한 하나의 모바일 유닛을 포함하되,
    상기 모바일 유닛은 상기 베이스 유닛으로부터의 신호에 반응하여 초음파 신호를 전송하며, 상기 베이스 유닛은 상기 모바일 유닛에서 상기 베이스 유닛으로 통과하는데 걸린 상기 초음파 신호의 시간을 판단하여 상기 모바일 유닛이 상기 베이스 유닛으로부터 미리 설정된 거리 내에 있는지를 판단하는 초음파 위치 판단 시스템.
  12. 전술한 항들 중 어느 하나의 항의 초음파 위치 판단 시스템에 있어서,
    서로 독립적으로 이동할 수 있는 복수의 모바일 유닛을 포함하는 초음파 위치 판단 시스템.
  13. 전술한 항들 중 어느 하나의 항의 초음파 위치 판단 시스템에 있어서,
    상기 각각의 모바일 유닛은 하나의 초음파 송신기만을 가지는 초음파 위치 판단 시스템.
  14. 신호를 모바일 유닛에 전송하는 베이스 유닛으로서,
    신호를 하나 또는 그 이상의 모바일 유닛에 전송하는 송신기; 및
    상기 하나 또는 그 이상의 모바일 유닛으로부터 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신기를 포함하되,
    상기 모바일 유닛에서 상기 베이스 유닛으로 통과하는데 걸린 상기 초음파 신호의 시간을 판단하는 베이스 유닛.
  15. 제14항의 베이스 유닛에 있어서,
    한번에 단 하나의 모바일 유닛으로부터 초음파 신호를 수신하고 처리하는 베이스 유닛.
  16. 베이스 유닛으로부터 요청 신호를 수신하는 수신기; 및
    상기 요청 신호의 수령으로부터 미리 설정된 시간 후에 상기 베이스 유닛에 초음파 신호를 전송하는 초음파 송신기를 포함하는 모바일 유닛.
  17. 제16항의 모바일 유닛에 있어서,
    상기 모바일 유닛은 초음파 송신기, 수신기 및 그 관련 처리방법을 포함하는 자급식 장치(self-contained device)인 모바일 유닛.
  18. 제16항 또는 제17항의 모바일 유닛에 있어서,
    상기 모바일 유닛은 자체 전원 공급 장치를 더 포함하는 모바일 유닛.
  19. 전술한 항들 중 어느 하나의 항의 시스템, 베이스 유닛 또는 모바일 유닛에 있어서,
    상기 초음파 신호는 30 내지 50 kHz 사이의 주파수를 가지는 시스템, 베이스 유닛 또는 모바일 유닛.
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