KR20110012584A - 초음파 기반 3차원 위치 추정 장치 및 방법 - Google Patents

초음파 기반 3차원 위치 추정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

초음파 기반 3차원 위치 추정 장치 및 방법은 2개의 초음파 발신부와 초음파 수신부 각각의 거리들과 초음파 수신부에서 초음파를 수신하는 방향각들을 이용해서 3차원 위치를 추정할 수 있다.
또한, 초음파 기반 3차원 위치 추정 장치 및 방법은 초음파 수신부가 고정거리에서 움직이는 경우, 고정거리와 초음파 수신부에서 초음파를 수신하는 방향각들을 이용해서 초음파 수신부의 상하좌우 위치를 추정할 수 있다.
Figure P1020090070366
초음파, 3차원 위치, 위치 추정, TOF

Description

초음파 기반 3차원 위치 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING POSITION BY ULTRASONIC SIGNAL}
하기에서 설명하는 것은, 3차원 위치 추정 장치 및 방법에 관한 것으로, 초음파를 기반으로 하여 3차원 위치를 추정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
이동하는 물체/대상의 3차원 위치를 측정 및 추정하는 방법 중의 하나는 초음파(ultrasound)를 이용하는 것이다. 초음파는 공기 중에서 음속(약 340m/s)으로 진행하여 초음파가 발신부로부터 수신부까지 도달한 비행시간(TOF: Time of Flight)을 측정하면 거리를 계산할 수 있다. 초음파의 TOF를 이용한 거리 측정이 1mm 정밀도를 가지기 위해서는 수신부의 샘플링 주파수(sampling frequency)가 약 340kHz 이상만 되면 가능하다. 그러나, IR(Infrared), UWB(ultra-wideband), RF(radio frequency) 등과 같이 광원/전자기파의 경우 초음파와 같은 정밀도를 내기 위해서 약 300GHz 정도의 샘플링 주파수가 요구되어 높은 시스템 사양이 필요하다. 때문에, 저가형 모션 센싱 또는 비교적 낮은 정밀도가 요구되는 모션 센싱의 응용 분야에서는 초음파 기반 거리 측정 방법이 효과적인 수단이 된다. 그리고, 초 음파 기반 거리 측정 방법을 이용하여 3차원 위치/방향을 추정하게 된다.
일반적으로, 3차원 위치 추정 장치는 대상의 3차원 위치 추정을 위해서 3개 이상의 초음파 발신부로부터 대상까지의 거리 정보를 가지고 삼각 측량 방법을 이용하여 대상의 3차원 위치를 계산해 낼 수 있다. 하지만,
3차원 위치 추정 장치는 초음파 발신부가 여러 개 있을 경우 초음파의 신호간 간섭으로 동시에 초음파를 발신할 수 없다. 따라서, 3차원 위치 추정 장치는 초음파 발신부가 여러 개 있을 경우 초음파를 순차적으로 발신한다.
때문에, 3차원 위치를 추정하기 위해 3개 이상의 초음파 발신부로부터 수집된 거리 정보를 얻기 위해서는 많은 시간이 소요되어 특히나 움직임이 많은 물체의 위치를 추정하고자 할 경우 오차가 커진다.
예를 들면 초음파는 3m 정도의 거리를 이동하는 데 약 0.01초가 걸린다. 따라서, 3m 정도에 위치 측정 대상이 존재하면 3차원 위치 측정 장치는 3개 이상의 초음파 신호를 순차적 발신해야 하기 때문에 적어도 0.03초 이상이 소요 된다.
각 초음파 발신부로부터의 순차적 발신에 따른 동적 위치 추정의 오차를 해결하기 위해 발신부마다 다른 주파수를 사용하고 초음파 수신부에서 필터를 사용하는 방법을 사용할 수 있다. 그러나, 압전 소자의 특성으로 인해 발신 주파수의 수가 제한되어 있다. 또한, 주파수 간 간격이 좁으면 필터를 사용하더라도 간섭 효과를 배제하기 어렵다는 단점이 있다. 따라서 필터를 이용해서 초음파를 수신하는 방법은 3개를 초과하는 다수의 초음파 발신부를 가지는 3차원 위치 추정 장치에서는 일반적으로 사용되지 않는다. 또한 삼각 측량시 위치 계산 오차를 줄이기 위해서는 초음파 발신부간의 거리가 멀어야 하므로, 다수의 초음파 발신부가 필요한 경우는 시스템 또한 커지고 단가 또한 증가하게 된다.
3차원 위치 추정 장치는, 초음파 수신부로 수신된 초음파들 각각의 비행시간들과 상기 초음파들 각각의 수신세기들을 측정하는 측정부와, 상기 비행시간들에 대응하는 거리들을 계산하고, 상기 초음파들 각각에 대한 상기 초음파 수신부의 방향각들을 계산하는 계산부 및 상기 거리들과 상기 방향각들을 이용해서 상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정하는 추정부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 초음파들을 시간차를 두고 순차적으로 발신하는 초음파 발신부들을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 초음파들을 서로 다른 주파수로 동시에 발신하는 초음파 발신부들을 더 포함하고, 상기 초음파 수신부는 서로 다른 주파수로 동시에 발신된 초음파들을 수신한 후, 주파수 필터를 통해 수신된 초음파들을 분리할 수 있다.
이때, 상기 계산부는, 상기 거리들과 상기 수신세기들과 초음파의 지향 방향에 따라 수신 세기가 달라지는 초음파 특성을 이용해서 상기 방향각들을 계산할 수 있다.
이때, 상기 추정부는, 상기 거리들과 상기 방향각들에 대응하는 상기 초음파 수신부의 3차원 위치가 2개 추정되면 기설정한 영역 내의 3차원 위치를 상기 초 음파 수신부의 3차원 위치로 추정할 수 있다.
3차원 위치 추정 장치는, 초음파 수신부로 수신된 초음파들 각각의 수신세기들을 측정하는 측정부와, 상기 초음파들 각각에 대한 상기 초음파 수신부의 방향각들을 계산하는 계산부 및 기설정된 고정거리들과 상기 방향각들을 이용해서 상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정하는 추정부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 초음파들을 시간차를 두고 순차적으로 발신하는 초음파 발신부들을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 초음파들을 서로 다른 주파수로 동시에 발신하는 초음파 발신부들을 더 포함하고, 상기 초음파 수신부는 서로 다른 주파수로 동시에 발신된 초음파들을 수신한 후, 주파수 필터를 통해 수신된 초음파들을 분리할 수 있다.
이때, 상기 계산부는, 상기 고정거리와 상기 수신세기들과 초음파의 지향 방향에 따라 수신 세기가 달라지는 초음파 특성을 이용해서 상기 방향각들을 계산할 수 있다.
이때, 상기 추정부는, 상기 고정거리와 상기 방향각들에 대응하는 상기 초음파 수신부의 3차원 위치가 2개 추정되면 기설정한 영역 내의 3차원 위치를 상기 초음파 수신부의 3차원 위치로 추정할 수 있다.
이때, 상기 추정부는, 상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 상기 고정거리 상에서 기준점을 기준으로 상하좌우 중 어디에 위치하는지를 추정할 수 있다.
이때, 위치 추정 전에 일정 거리에서 상하좌우로 움직이는 정해진 동작을 반복해서 상기 초음파의 지향성 및 거리에 따른 초음파 세기에 대한 관계식을 위치 추정 전에 측정하거나 또는 실시간으로 보정하고, 상기 관계식을 이용해서 상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정할 수 있다.
3차원 위치 추정 방법은, 초음파 수신부로 수신된 초음파들 각각의 비행시간들과 상기 초음파들 각각의 수신세기들을 측정하는 단계와, 상기 비행시간들에 대응하는 거리들을 계산하는 단계와, 상기 초음파들 각각에 대한 상기 초음파 수신부의 방향각들을 계산하는 단계 및 상기 거리들과 상기 방향각들을 이용해서 상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 방향각들을 계산하는 단계는, 상기 거리들과 상기 수신세기들과 초음파의 지향 방향에 따라 수신 세기가 달라지는 초음파 특성을 이용해서 상기 방향각들을 계산할 수 있다.
이때, 상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정하는 단계는, 상기 거리들과 상기 방향각들에 대응하는 상기 초음파 수신부의 3차원 위치가 2개 추정되면 기설정한 영역 내의 3차원 위치를 상기 초음파 수신부의 3차원 위치로 추정할 수 있다.
3차원 위치 추정 방법은, 초음파 수신부로 수신된 초음파들 각각의 수신세기들을 측정하는 단계와, 상기 초음파들 각각에 대한 상기 초음파 수신부의 방향각들을 계산하는 단계 및 기설정된 고정거리들과 상기 방향각들을 이용해서 상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 방향각들을 계산하는 단계는, 상기 고정거리와 상기 수신세기들과 초음파의 지향 방향에 따라 수신 세기가 달라지는 초음파 특성을 이용해서 상기 방향각들을 계산할 수 있다.
이때, 상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정하는 단계는, 상기 고정거리와 상기 방향각들에 대응하는 상기 초음파 수신부의 3차원 위치가 2개 추정되면 기설정한 영역 내의 3차원 위치를 상기 초음파 수신부의 3차원 위치로 추정할 수 있다.
이때, 상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정하는 단계는, 상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 상기 고정거리 상에서 기준점을 기준으로 상하좌우 중 어디에 위치하는지를 추정할 수 있다.
이때, 위치 추정 전에 일정 거리에서 상하좌우로 움직이는 정해진 동작을 반복해서 상기 초음파의 지향성 및 거리에 따른 초음파 세기에 대한 관계식을 위치 추정 전에 측정하거나 또는 실시간으로 보정하는 단계를 더 포함하고, 상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정하는 단계는 상기 관계식을 이용해서 상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정할 수 있다.
3차원 위치 추정 장치는 2개의 거리들과 2개의 방향각들로 3차원 위치를 추정할 수 있다. 따라서, 초음파 발신부의 수를 줄일 수 있다. 그리고 초음파 발신부의 수가 줄어듦에 따라 3차원 위치 추정 장치의 크기를 줄일 수 있고, 초음파 발신부의 샘플링 율(Sampling Rate)을 높일 수 있어 보다 정확한 위치 추정이 가능해 진다.
이하, 제안되는 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
제안되는 실시 예는 2개의 초음파 발신부로부터 초음파 수신부까지의 거리들과 방향각들을 계산하고, 거리들과 방향각들을 이용해서 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 제안되는 실시 예에 따른 3차원 위치 추정 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면 3차원 위치 추정 장치는 3차원 위치 추정부(130) 및 제어부(140)를 포함한다.
도 1의 설명에서 제1 초음파 발신부(112, 114)와 초음파 수신부(120)는 서로 분리된 장치로 구성된다. 이때, 3차원 위치 추정 장치는 제1 초음파 발신부(112, 114) 또는 초음파 수신부(120) 중 어느 하나를 포함하는 장치로 구성될 수도 있다. 그리고, 3차원 위치 추정 장치는 제1 초음파 발신부(112, 114) 또는 초음파 수신부(120)와는 별개로 독립된 장치로 구성될 수도 있다.
제1 초음파 발신부(112)와 제2 초음파 발신부(114)는 제어부(140)의 제어에 따라 초음파를 발신한다. 초음파 수신부(120)는 제1 초음파 발신부(112)와 제2 초음파 발신부(114)로부터 발신되는 초음파를 수신한다. 이때, 제1 초음파 발신부(112)와 제2 초음파 발신부(114)는는 초음파를 시간차를 두고 순차적으로 발신할 수도 있고 서로 다른 주파수를 가지고 동시에 발신할 수도 있다. 초음파 수신부(120)는 서로 다른 주파수의 초음파들이 동시에 수신되면 주파수 필터를 통해 각각의 상기 초음파들로 분리해서 수신한다.
제어부(140)는 제안하는 3차원 위치 추정 장치의 전반적인 동작을 제어한 다. 또한, 제어부(140)는 초음파 발신부(112, 114)들의 초음파 발신을 제어하고, 초음파 측정부(132)로 초음파 발신 시간을 송신한다.
3차원 위치 추정부(130)는 측정부(132), 계산부(134) 및 추정부(136)를 포함한다. 측정부(132)는 초음파 수신부(120)에서 수신하는 초음파들 각각의 비행시간(TOF: Time of Flight)들과 초음파들 각각의 수신세기들을 측정한다.
계산부(134)는 비행시간들을 이용해서 초음파들을 발신한 각 초음파 발신부(112, 114)들과 초음파 수신부 간의 거리들을 계산하고, 거리들과 수신세기들과 초음파의 지향 방향에 따라 수신 세기가 달라지는 초음파 특성을 이용해서 초음파 수신부(120)의 방향각들을 계산한다. 이때, 초음파의 지향 방향에 따라 수신 세기가 달라지는 특성은 아래 도 2와 같이 표현할 수 있다.
도 2는 정해진 거리에서 초음파 신호의 지향 방향에 대응하는 수신각도인 방향각에 따라 초음파의 수신 세기가 달라지는 초음파 특성을 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면 초음파는 정해진 거리에서 초음파 신호의 지향 방향에 대응하는 초음파 수신부의 수신각도인 방향각에 따라 초음파의 수신 세기가 달라지는 특성을 가진다. 이하 설명에서 초음파의 지향 방향에 따라 수신 세기가 달라지는 초음파 특성을 지향성이라 한다.
계산부(134)는 초음파 수신부(120)의 방향각들의 계산을 도 3과 같은 방법을 통해 계산한다.
도 3은 초음파의 특성에 따른 거리 및 각도와 초음파의 수신 세기 간의 관계를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면 초음파 발신 방향으로 일정한 거리에 있는 초음파 세기 I 1 은 <수학식 1>과 같이 거리의 제곱에 반비례하는 크기를 가진다 또한 초음파 수신부(120)의 초음파 세기는 I 2 는 <수학식 1>과 같이 지향성 함수를 이용해서 구할 수 있다.
Figure 112009047044226-PAT00001
여기서, I 1 은 초음파 발신 방향으로 일정한 거리에 있는 초음파 세기이고, I 2 는 초음파 수신부에서 측정되는 초음파 세기이고, k는 실험에 의해 결정되는 비례상수이고, d는 초음파 발신부로부터I 1 을 측정한 위치까지의 거리이고, f()는 지향성을 나타내는 함수이고, θ는 초음파 발신 방향에 대응하는 초음파 수신부의 수신각도인 방향각이다.
초음파 발신 방향으로 일정한 거리에 대한 초음파 신호의 세기 I 1 는 사전에 확인된 정보이다. 그리고, 3차원 위치 추정 장치에서 초음파 발신방향으로의 세기를 측정할 수 있으면, 거리 d는 사전에 계산한 정보를 통해 확인될 수 있다. 초음파의 비행시간(TOF: Time of Flight)에 의해서 측정할 수 있는 초음파 수신부까지의 거리는 r로 표현된다. 그리고, d=r*cosθ 의 관계를 가지므로 θ는 <수학식 2>와 같이 I 1 과 r로 나타낼 수 있다.
Figure 112009047044226-PAT00002
여기서, θ는 초음파 발신 방향에 대응하는 초음파 수신부의 수신각도인 방향각이고, I 1 은 초음파 발신 방향으로 일정한 거리에 있는 초음파 세기이고, k는 실험에 의해 결정되는 비례상수이고, r 은 초음파 수신부까지의 거리이다.
초음파 수신부에서 측정된 신호의 세기를 I 2 라고 할 때, 방향각(θ)은 <수학식 3>과 같이 지향성에 의해 I 1 과 θ의 함수로 나타낼 수 있으므로 방정식을 연립하여 풀면 구할 수 있다.
Figure 112009047044226-PAT00003
여기서, I 1 은 초음파 발신 방향으로 일정한 거리에 있는 초음파 세기이고, I 2 는 초음파 수신부에서 측정되는 초음파 세기이고, k는 실험에 의해 결정되는 비례상수이고, d는 초음파 발신부로부터I 1 을 측정한 위치까지의 거리이고, f()는 지향성을 나타내는 함수이고, θ는 초음파 발신 방향에 대응하는 초음파 수신부의 수신각도인 방향각이고, r 은 초음파 수신부까지의 거리이다.
추정부(136)는 계산부(134)를 통해 계산한 거리들과 방향각들을 이용해서 도 4와 같이 초음파 수신부(120)의 3차원 위치를 추정한다.
도 4는 제안되는 실시 예에 따라 3차원 위치를 추정하는 예를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면 추정부(136)는 초음파 발신부(112, 114)로부터 초음파 수신부(120)로의 2개의 거리들과 초음파 수신부(120)의 수신 각도인 2개의 방향각을 이용해서 대응하는 조건인 3차원 위치를 추정한다.
하지만, 초음파의 지향성에 의해 세기는 좌우 대칭의 형태를 가지므로, 추정부(136)는 아래 도 5와 같이 3차원 위치를 2개로 추정할 수도 있다.
도 5는 제안되는 실시 예에 따라 3차원 위치를 추정하는 다른 예를 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면 두 개의 원이 교차하는 3차원 위치가 2 곳 임을 확인 할 수 있다.
2개의 3차원 위치가 감지되는 문제를 해결하기 위해서 초음파 발신부(112, 114)의 방향을 측정 범위 항상 위쪽만을 향하거나 항상 아래쪽만을 향하도록 하여 측정영역을 기설정해서 해결한다.
따라서, 추정부(136)는 3차원 위치가 2개 추정되면 기설정한 영역 내의 차원 위치를 선택한다.
한편, 제안되는 실시 예에 따른 3차원 위치 추정 장치가 휴대용 단말기와 같은 소형기기에 장착될 수 있다. 이 경우 소형기기의 특성상 초음파 발신부(112, 114)와 초음파 수신부(120) 간의 거리가 비행시간을 이용해서 거리를 측정할 정도로 충분한 거리가 아니다.
따라서, 초음파 수신부(120)가 기설정한 거리범위인 고정거리 내에서 움직 이는 경우로 한정해서 초음파 수신부(120)의 위치를 추정할 수 있다.
측정부(132)는 고정거리에 위치하는 초음파 수신부(120)에서 초음파들을 수신하면, 초음파들 각각의 수신세기들을 측정한다.
계산부(134)는 고정 거리와 수신세기들과 초음파의 지향 방향에 따라 수신 세기가 달라지는 초음파 특성을 이용해서 초음파 수신부(120)의 방향각들을 계산한다.
추정부(136)는 계산부(134)를 통해 계산한 거리들과 방향각들을 이용해서 초음파 수신부(120)의 위치를 추정한다.
추정부(136)는 위치 추정 전에 일정 거리에서 상하좌우로 움직이는 정해진 동작을 반복해서 상기 초음파의 지향성 및 거리에 따른 초음파 세기에 대한 관계식을 위치 추정 전에 측정하거나 또는 실시간으로 보정하고, 관계식을 이용해서 초음파 수신부(120)의 3차원 위치를 추정한다.
이때, 추정부(136)는 고정거리가 기설정한 거리범위를 가짐으로 정확한 3차원 위치를 추정하는 것이 아닌 고정거리 상에서 기설정한 기준점을 기준으로 해서 초음파 수신부(120)가 상하좌우 중 어디에 위치하는 지를 추정한다.
한편 도 1에서 제안되는 실시 예는 2개의 추적 발신부를 통해 3차원 위치를 추정하고 있지만 2개 이상이 추적 발신부를 통해서도 같은 방법으로 3차원 위치를 추정할 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성된 초음파를 기반으로 해서 3차원 위치를 추정하는 방법을 아래에서 도면을 참조하여 설명한다.
도 6은 제안되는 실시 예에 따라 3차원 위치를 추정하는 과정을 도시한 흐름도이다. 도 6을 참조하면 제안되는 실시 예에 따른 3차원 위치 추정 장치는 610단계에서 3차원 위치 추정 이벤트의 발생을 감지하면, 612단계에서 2개의 초음파 발신부를 통해 초음파를 발신한다. 그리고, 제안되는 장치는 614단계에서 초음파 수신부를 통해 2개의 초음파 수신한다.
그리고, 제안되는 장치는 616단계에서 수신한 초음파들의 비행시간(TOF)과 수신세기 측정한다.
그리고, 제안되는 장치는 618단계에서 비행시간을 이용해서 각 초음파 발신부와 초음파 수신부의 거리를 계산한다. 그리고, 제안되는 장치는 620단계에서 계산한 거리들과 수신세기들과 초음파의 지향 방향에 따라 수신 세기가 달라지는 초음파 특성을 이용해서 초음파 수신부의 방향각들을 계산한다.
그리고, 제안되는 장치는 622단계에서 각 초음파 발신부들에서 초음파 수신부로의 거리들과 방향각들을 이용해서 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정한다. 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정할 때, 거리들과 방향각들에 대응하는 초음파 수신부의 3차원 위치가 2개 추정되면 기설정한 영역 내의 3차원 위치를 초음파 수신부의 3차원 위치로 추정한다.
도 7은 제안되는 실시 예에 따라 고정된 거리에서 움직이는 초음파 수신부 의 위치를 추정하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 7을 참조하면 제안되는 실시 예에 따른 3차원 위치 추정 장치는 710단계에서 고정거리의 방향 추정 이벤트의 발생을 감지하면, 712단계에서 2개의 초음파 발신부를 통해 초음파를 발신한다. 그리고, 제안되는 장치는 714단계에서 초음파 수신부를 통해 2개의 초음파 수신한다.
그리고, 제안되는 장치는 716단계에서 수신한 초음파들의 수신세기를 측정한다. 그리고, 제안되는 장치는 718단계에서 고정거리와 수신세기들과 초음파의 지향 방향에 따라 수신 세기가 달라지는 초음파 특성을 이용해서 초음파 수신부의 방향각들을 계산한다.
그리고, 제안되는 장치는 720단계에서 각 초음파 발신부에서 초음파 수신부로의 고정 거리와 방향각들을 이용해서 초음파 수신부의 위치를 추정한다. 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정할 때, 거리들과 방향각들에 대응하는 초음파 수신부의 3차원 위치가 2개 추정되면 기설정한 영역 내의 3차원 위치를 초음파 수신부의 3차원 위치로 추정한다.
상기한 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능 한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 제안되는 실시 예에 따른 3차원 위치 추정 장치의 구성을 도시한 도면,
도 2는 정해진 거리에서 초음파 신호의 지향 방향에 대응하는 수신각도인 방향각에 따라 초음파의 수신 세기가 달라지는 초음파 특성을 도시한 도면,
도 3은 초음파의 특성에 따른 거리 및 각도와 초음파의 수신 세기 간의 관계를 도시한 도면,
도 4는 제안되는 실시 예에 따라 3차원 위치를 추정하는 예를 도시한 도면,
도 5는 제안되는 실시 예에 따라 3차원 위치를 추정하는 다른 예를 도시한 도면,
도 6은 제안되는 실시 예에 따라 3차원 위치를 추정하는 과정을 도시한 흐름도 및,
도 7은 제안되는 실시 예에 따라 고정된 거리에서 움직이는 초음파 수신부의 위치를 추정하는 과정을 도시한 흐름도이다.

Claims (20)

  1. 초음파 수신부로 수신된 초음파들 각각의 비행시간들과 상기 초음파들 각각의 수신세기들을 측정하는 측정부;
    상기 비행시간들에 대응하는 거리들을 계산하고, 상기 초음파들 각각에 대한 상기 초음파 수신부의 방향각들을 계산하는 계산부; 및
    상기 거리들과 상기 방향각들을 이용해서 상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정하는 추정부를 포함하는
    3차원 위치 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초음파들을 시간차를 두고 순차적으로 발신하는 초음파 발신부들을 더 포함하는,
    3차원 위치 추정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 초음파들을 서로 다른 주파수로 동시에 발신하는 초음파 발신부들을 더 포함하고,
    상기 초음파 수신부는 서로 다른 주파수로 동시에 발신된 초음파들을 수신한 후, 주파수 필터를 통해 수신된 초음파들을 분리하는,
    3차원 위치 추정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 계산부는,
    상기 거리들과 상기 수신세기들과 초음파의 지향 방향에 따라 수신 세기가 달라지는 초음파 특성을 이용해서 상기 방향각들을 계산하는
    3차원 위치 추정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 추정부는,
    상기 거리들과 상기 방향각들에 대응하는 상기 초음파 수신부의 3차원 위치가 2개 추정되면 기설정한 영역 내의 3차원 위치를 상기 초음파 수신부의 3차원 위치로 추정하는
    3차원 위치 추정 장치.
  6. 초음파 수신부로 수신된 초음파들 각각의 수신세기들을 측정하는 측정부;
    상기 초음파들 각각에 대한 상기 초음파 수신부의 방향각들을 계산하는 계산부; 및
    기설정된 고정거리들과 상기 방향각들을 이용해서 상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정하는 추정부를 포함하는
    3차원 위치 추정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 초음파들을 시간차를 두고 순차적으로 발신하는 초음파 발신부들을 더 포함하는,
    3차원 위치 추정 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 초음파들을 서로 다른 주파수로 동시에 발신하는 초음파 발신부들을 더 포함하고,
    상기 초음파 수신부는 서로 다른 주파수로 동시에 발신된 초음파들을 수신한 후, 주파수 필터를 통해 수신된 초음파들을 분리하는,
    3차원 위치 추정 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 계산부는,
    상기 고정거리와 상기 수신세기들과 초음파의 지향 방향에 따라 수신 세기가 달라지는 초음파 특성을 이용해서 상기 방향각들을 계산하는
    3차원 위치 추정 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 추정부는,
    상기 고정거리와 상기 방향각들에 대응하는 상기 초음파 수신부의 3차원 위치가 2개 추정되면 기설정한 영역 내의 3차원 위치를 상기 초음파 수신부의 3차원 위치로 추정하는
    3차원 위치 추정 장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 추정부는,
    상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 상기 고정거리 상에서 기준점을 기준으 로 상하좌우 중 어디에 위치하는지를 추정하는
    3차원 위치 추정 장치.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 추정부는,
    위치 추정 전에 일정 거리에서 상하좌우로 움직이는 정해진 동작을 반복해서 상기 초음파의 지향성 및 거리에 따른 초음파 세기에 대한 관계식을 위치 추정 전에 측정하거나 또는 실시간으로 보정하고, 상기 관계식을 이용해서 상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정하는
    3차원 위치 추정 장치.
  13. 초음파 수신부로 수신된 초음파들 각각의 비행시간들과 상기 초음파들 각각의 수신세기들을 측정하는 단계;
    상기 비행시간들에 대응하는 거리들을 계산하는 단계;
    상기 초음파들 각각에 대한 상기 초음파 수신부의 방향각들을 계산하는 단계; 및
    상기 거리들과 상기 방향각들을 이용해서 상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정하는 단계를 포함하는
    3차원 위치 추정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 방향각들을 계산하는 단계는,
    상기 거리들과 상기 수신세기들과 초음파의 지향 방향에 따라 수신 세기가 달라지는 초음파 특성을 이용해서 상기 방향각들을 계산하는
    3차원 위치 추정 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정하는 단계는,
    상기 거리들과 상기 방향각들에 대응하는 상기 초음파 수신부의 3차원 위치가 2개 추정되면 기설정한 영역 내의 3차원 위치를 상기 초음파 수신부의 3차원 위치로 추정하는
    3차원 위치 추정 방법.
  16. 초음파 수신부로 수신된 초음파들 각각의 수신세기들을 측정하는 단계;
    상기 초음파들 각각에 대한 상기 초음파 수신부의 방향각들을 계산하는 단 계; 및
    기설정된 고정거리들과 상기 방향각들을 이용해서 상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정하는 단계를 포함하는
    3차원 위치 추정 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 방향각들을 계산하는 단계는,
    상기 고정거리와 상기 수신세기들과 초음파의 지향 방향에 따라 수신 세기가 달라지는 초음파 특성을 이용해서 상기 방향각들을 계산하는
    3차원 위치 추정 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정하는 단계는,
    상기 고정거리와 상기 방향각들에 대응하는 상기 초음파 수신부의 3차원 위치가 2개 추정되면 기설정한 영역 내의 3차원 위치를 상기 초음파 수신부의 3차원 위치로 추정하는
    3차원 위치 추정 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정하는 단계는,
    상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 상기 고정거리 상에서 기준점을 기준으로 상하좌우 중 어디에 위치하는지를 추정하는
    3차원 위치 추정 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    위치 추정 전에 일정 거리에서 상하좌우로 움직이는 정해진 동작을 반복해서 상기 초음파의 지향성 및 거리에 따른 초음파 세기에 대한 관계식을 위치 추정 전에 측정하거나 또는 실시간으로 보정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정하는 단계는 상기 관계식을 이용해서 상기 초음파 수신부의 3차원 위치를 추정하는
    3차원 위치 추정 방법.
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