KR20140055493A - 추측 항법을 이용한 단말기의 위치 추정 장치 및 방법 - Google Patents

추측 항법을 이용한 단말기의 위치 추정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

단말기의 위치 추정 장치는 단말기의 확정적 위치 정보를 획득한 후, 상기 단말기의 확정적 위치 정보가 설정된 시간 동안 획득되지 않는 경우 최종적으로 획득된 확정적 위치 정보를 이용하여 상기 단말기의 추측 항법적 위치를 추정하며, 인접 단말기의 추측 항법적 위치 정보의 신뢰도가 단말기의 추측 항법적 신뢰도보다 높은 경우에, 인접 단말기의 측위 관련 정보와 단말기의 확정적 위치 정보 및 단말기의 추측 항법적 위치 정보를 복합적으로 결합하여 단말기의 결합적 위치 정보를 추정한다.

Description

추측 항법을 이용한 단말기의 위치 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING LOCATION OF TERMINAL USING DEAD RECKONING}
본 발명은 추측 항법을 이용한 단말기의 위치 추정 장치 및 방법이다.
추측 항법은 주로 GPS(Global Positioning System)와 같은 확정적 위치 정보 제공 서비스가 제공되지 않는 환경에서도 가속도 센서, 지자기 센서, 자이로 센서 등의 관성 센서 및 부가 정보를 이용하여 사용자의 이동 거리와 이동 방향을 추정하여 최종적으로 획득한 확정적 위치로부터의 상대적인 위치 변화를 추정하여 사용자의 위치를 추정하는 기술이다.
그러나 추측 항법 기술은 일반적으로 센서의 성능이나 여러 주변 요인에 의하여 성능이 저하되어 단말기의 정확한 위치를 측위하기 어렵다는 단점이 있으며 최종적으로 획득한 확정적 위치로부터 진행된 추측 항법의 이동 거리와 이동 경로 형태에 따라 오차가 누적되어 위치의 정확도가 감소된다는 단점이 있다. 또한 하나의 단말기가 획득 가능한 측위 자원 정보 및 추측 항법 관련 정보가 제한적임에 따라 적용 가능 측위 방식이 한정되며, 각 측위 방식에 따른 최소 필요 요건을 불만족할 시 측위 기능을 수행하지 못함에 따라 사용자에 대한 측위 서비스가 제한된다는 한계점을 지닌다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 측위 서비스의 활용도와 신뢰도를 높일 수 있는 추측 항법을 이용한 단말기의 위치 추정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 단말기의 위치 추정 장치가 제공된다. 상기 위치 추정 장치는 위치 정보 획득부, 추측 항법부, 그리고 위치 추정 및 보정부를 포함한다. 상기 위치 정보 획득부는 상기 단말기의 확정적 위치 정보를 획득한다. 상기 추측 항법부는 상기 위치 정보 획득부에 의해 최종적으로 획득된 확정적 위치 정보를 이용하여 상기 단말기의 추측 항법적 위치를 추정한다. 그리고 상기 위치 추정 및 보정부는 인접 단말기의 측위 관련 정보와 상기 단말기의 확정적 위치 정보 및 상기 단말기의 추측 항법적 위치 정보를 복합적으로 결합하여 상기 단말기의 위치를 추정한다.
상기 위치 추정 및 보정부는 상대적으로 추측 항법적 위치 정보의 신뢰도가 높은 인접 단말기의 측위 관련 정보를 상기 단말기의 위치 추정에 사용한다.
상기 위치 추정 및 보정부는 상기 확정적 위치 정보에 대한 신뢰도를 나타내는 확정적 위치 정보 가중치를 이용하여 상기 단말기의 추측 항법적 위치 정보의 신뢰도를 나타내는 추측 항법 위치 정보 가중치를 계산할 수 있다.
상기 확정적 위치 정보 가중치는 측위 자원 특성 및 인자, 확률적 특성을 이용하여 계산될 수 있다.
상기 추측 항법 위치 정보 가중치는 상기 확정적 위치 정보 가중치, 상기 단말기의 추측 항법적 위치 정보 및 이동 특성을 이용하여 계산될 수 있다.
상기 위치 추정 장치는 상기 인접 단말기를 검색하고, 상기 인접 단말기와 측위 관련 정보를 교환하는 정보 교환부를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 측위 관련 정보는 확정적 위치 정보, 추측 항법적 위치 정보, 확정적 위치 정보 가중치 및 추측 항법 위치 정보 가중치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 위치 추정 및 보정부는 상기 단말기가 다른 단말기의 인접 단말기인 경우, 결합적 위치 추정이 적용 가능한지 판단하고, 상기 정보 교환부는 상기 결합적 위치 추정이 적용 가능한 것으로 판단되는 경우에 상기 단말기의 측위 관련 정보의 일부를 상기 다른 단말기로 전송할 수 있다.
상기 위치 추정 및 보정부는 상기 단말기의 위치를 추정한 후 결합적 위치 보정 횟수를 증가시킬 수 있다.
상기 위치 추정 및 보정부는 주변 측위 자원 정보를 수집하고, 상기 주변 측위 자원 정보를 상기 단말기의 위치 추정에 이용할 수 있다.
상기 위치 추정 및 보정부는 상기 주변 측위 자원 정보로부터 상기 단말기와 상기 인접 단말기간의 거리를 추정하고, 추정한 거리를 이용하여 상기 단말기의 위치를 추정할 수 있으며, 상기 주변 측위 자원 정보는 RSSI(Received Signal Strength Indication) 정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 따르면, 단말기의 위치 추정 장치에서 상기 단말기의 위치를 추정하는 방법이 제공된다. 위치 추정 방법은 상기 단말기의 확정적 위치 정보를 획득하는 단계, 최종적으로 획득된 확정적 위치 정보를 이용하여 상기 단말기의 추측 항법적 위치를 추정하는 단계, 인접 단말기와 상기 단말기의 추측 항법적 위치 정보 및 상기 추측 항법적 위치 정보의 신뢰도를 교환하는 단계, 그리고 상기 인접 단말기의 추측 항법적 위치 정보의 신뢰도가 상기 단말기의 추측 항법적 신뢰도보다 높은 경우에, 상기 인접 단말기의 측위 관련 정보와 상기 단말기의 확정적 위치 정보 및 상기 단말기의 추측 항법적 위치 정보를 복합적으로 결합하여 상기 단말기의 위치를 추정하는 단계를 포함한다.
상기 위치 추정 방법은 상기 인접 단말기의 추측 항법적 위치 정보의 신뢰도가 상기 단말기의 추측 항법적 신뢰도보다 낮은 경우에, 상기 추측 항법적 위치를 상기 단말기의 위치로 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 추측 항법적 위치를 추정하는 단계는 상기 확정적 위치 정보의 획득에 사용된 측위 자원의 특성 및 인자, 확률적 특성을 이용하여 상기 확정적 위치 정보의 신뢰도를 나타내는 확정적 위치 정보 가중치를 계산하는 단계, 그리고 상기 확정적 위치 정보 가중치와 상기 단말기의 추측 항법적 위치 정보 및 이동 특성을 이용하여 상기 단말기의 추측 항법적 위치 정보의 신뢰도를 나타내는 추측 항법 위치 정보 가중치를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단말기의 위치를 추정하는 단계에서, 상기 추측 항법 위치 정보 가중치가 높을 때 신뢰도가 높은 것으로 판단할 수 있다.
상기 위치 추정 방법은 상기 인접 단말기의 추측 항법적 위치 정보의 신뢰도가 상기 단말기의 추측 항법적 신뢰도보다 낮은 경우에 상기 단말기의 측위 관련 정보를 상기 인접 단말기로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단말기의 위치를 추정하는 단계는 상기 단말기의 결합적 위치 보정 횟수를 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 위치 추정 방법은 상기 단말기의 결합적 위치 보정 횟수가 설정된 임계 값을 초과하는 경우, 상기 추측 항법적 위치 정보를 상기 단말기의 위치로 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 추측 항법 단말기가 추측 항법 기능을 수행 중 다른 추측 항법 단말기와 결합적 측위 과정을 수행함으로써, 기존 단편적인 측위 방식에서 활용 가능한 측위 자원 및 인자의 요건이 부족할 때 이를 활용하지 못하던 한계를 극복함과 동시에 높은 정밀도의 위치 정보를 공유토록 함으로써 측위 서비스의 활용도와 정확도를 높이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 추측 항법을 이용한 단말기의 위치 추정 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 추측 항법을 이용한 단말기의 위치 추정 장치의 위치 추정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 결합적 위치 정보를 추정하고 추측 항법 위치 정보를 보정하는 방법의 일 예를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 추측 항법을 이용한 단말기의 위치 추정 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 추측 항법을 이용한 단말기의 위치 추정 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 위치 추정 장치(100)는 추측 항법부(110), 정보 교환부(120), 위치 정보 획득부(130), 위치 추정 및 보정부(140) 및 제어부(150)를 포함한다. 단말기(도시하지 않음)는 이러한 위치 추정 장치(100)를 포함하며, 단말기에는 차량에 부착된 단말기, 이동통신 단말기 등이 포함될 수 있다.
추측 항법부(110)는 단말기가 보유하고 있는 각종 센서를 이용하여 추측 항법으로 단말기의 위치를 추정한다. 각종 센서에는 예를 들면, 가속도 센서, 지자기 센서, 자이로 센서 등의 관성 센서가 포함될 수 있다.
추측 항법부(110)는 설정 조건을 만족하는 경우에 추측 항법 기능을 활성화시키며, 추측 항법 기능이 활성화된 경우, 단말기가 보유하고 있는 각종 센서를 이용하여 GPS와 같은 장치를 통해서 최종적으로 확보한 확정적 위치 정보로부터 단말기의 상대적인 이동 방향 및 상대적인 이동 거리를 추정한다. 이때 설정 조건은 예를 들어 GPS와 같은 장치에서 위치 정보를 일정 시간 이상 획득하지 못하는 조건으로 설정될 수 있다.
정보 교환부(120)는 인접한 단말기를 검색하며, 만일 인접 단말기가 존재하는 경우 인접 단말기와 결합적 위치 추정에 필요한 정보를 교환하고, 교환된 인접 단말기의 정보가 결합적 위치 추정에 적합한 것인지를 검증한다. 정보 교환부(120)는 인접 단말기의 정보가 결합적 위치 추정에 적합한 경우 인접 단말기의 정보를 위치 추정 및 보정부(140)로 전달한다. 결합적 위치 추정에 필요한 정보에는 추측 항법에 의해 추정된 위치 정보, 위치 정보 획득부(130)에 의해 수집된 확정적 위치 정보 등이 포함될 수 있다.
위치정보 획득부(130)는 다양한 측위 자원에 대한 정보와 해당 측위 자원에 기반하여 단말기의 확정적 위치 정보를 수집한다. 측위 자원과 방식에는 GPS와 같은 위성항법시스템을 이용한 위치 측위, 통신망을 이용한 위치 측위 또는 와이파이(Wi-Fi)나 센서 네트워크와 같은 자원들을 이용한 위치 측위 및 근접 태그(Tag) 방식의 위치 측위 등이 포함될 수 있다.
위치 추정 및 보정부(140)는 정보 교환부(120)를 통해 수신한 인접 단말기의 정보와 위치정보 획득부(130)에서 수집한 단말기의 확정적 위치 정보 및 추측 항법부(100)에서 추정한 단말기의 위치 정보를 복합적으로 결합하여 단말기의 위치 정보를 추정한다. 여기서, 위치 추정 및 보정부(140)에 의해 추정된 위치 정보와 추측 항법부(110)에 의해 추정된 위치 정보를 구분하기 위해, 위치 추정 및 보정부(140)에 의해 추정된 위치 정보를 결합적 위치 정보라 하고, 추측 항법부(110)에서 추정한 단말기의 위치 정보를 추측 항법 위치 정보라 한다.
위치 추정 및 보정부(140)는 추정된 결합적 위치 정보를 이용하여 추측 항법 위치 정보를 검증하고 보정한다.
제어부(150)는 단말기의 위치 추정을 위해 추측 항법부(110), 정보 교환부(120), 위치 정보 획득부(130) 및 위치 추정부(140)를 제어하는 역할을 수행한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 추측 항법을 이용한 단말기의 위치 추정 장치의 위치 추정 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 2에서, 가중치 정보는 각 위치 정보의 오차 범위에 반비례하는 것으로 가정하였다.
도 2를 참고하면, 단말기(M1, M2)의 위치정보 획득부(130)는 각각 확정적 위치 정보를 획득한다(S202, S204). 단말기(M1, M2)는 획득한 확정적 위치 정보에 대한 측위 자원 특성 및 인자, 확률적 특성을 고려하여 확정적 위치 정보 가중치를 계산한다(S206, 208).
한편, 확정적 위치 정보를 일정 시간 이상 획득하지 못하는 경우, 단말기(M1, M2)는 각각 추측 항법 기능을 활성화시킨다.
단말기(M1, M2)는 각각 추측 항법 기능이 활성화되면(S210, S212), 최종적으로 확보한 확정적 위치 정보를 이용하여 추측 항법 위치를 추정한다(S214, S216).
단말기(M1, M2)는 확정적 위치 정보 가중치를 이용하여 추측 항법 위치 정보에 대한 추측 항법 위치 정보 가중치(Wm1, Wm2)를 계산한다(S218, S220). 추측 항법 위치 정보 가중치는 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, Wo는 확정적 위치 정보 가중치를 나타낸다. l은 추측 항법에 의해 추정된 이동 거리를 나타내고, Wl은 단위 거리에 대한 가중치를 나타낸다. nt는 좌, 우 회전 수이고, Wt는 좌, 우 회전에 대한 가중치를 나타낸다. nu는 180도 회전 수이고, Wu는 180도 회전에 대한 가중치를 나타낸다. nv는 수직 이동 수이고, Wv는 수직 이동에 대한 가중치를 나타낸다.
다음, 단말기(M1, M2)는 각각 인접 단말기의 존재 여부를 검색한다. 이제부터는 설명의 편의를 위해 단말기(M1)를 기준으로 설명한다.
단말기(M1)는 인접 단말기를 검색하기 위해서 검색 메시지를 브로드캐스팅한다(S222). 단말기(M1)의 인접 지역에 단말기(M2)가 존재하면, 단말기(M2)는 브로드캐스팅되는 검색 메시지를 수신할 수 있다(S224). 검색 메시지에는 단말기(M1)의 추측 항법 위치 정보 및 단말기(M1)의 추측 항법 위치 정보 가중치가 포함될 수 있다.
인접 단말기(M2)는 단말기(M1)로부터 수신한 검색 메시지를 참조하여 결합적 위치 추정이 적용 가능한지 판단한다(S226). 인접 단말기(M2)는 다음의 수학식 2 에서 수학식 4의 조건을 모두 만족하는 경우에 결합적 위치 추정이 적용 가능한 것으로 판단할 수 있다. 이때, 인접 단말기(M2)는 결합적 위치 추정이 적용 가능하지 않은 것으로 판단되는 경우, 결합적 위치 추정을 수행하지 않고, 인접 단말기(M2)의 추측 항법 위치를 인접 단말기(M2)의 위치로 결정할 수 있다.
인접 단말기(M2)는 자신의 결합적 위치 보정 횟수가 기 설정된 임계 값 이하이고, 단말기(M1)와의 추정 거리 차가 기 설정된 임계값 이하이며, 단말기(M1)의 추측 항법 위치 정보 가중치와 단말기(M2)의 추측 항법 위치 정보 가중치 사이의 관계가 수학식 4의 설정 조건을 만족하는 경우에 결합적 위치 추정이 적용 가능한 것으로 판단할 수 있다.
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
여기서, Posi는 i번째 단말기의 위치를 나타내고, Posthr은 결합적 위치 정보의 추정을 위한 거리의 임계 값을 나타낸다. Nc는 인접 단말기(M2)의 결합적 위치 보정 횟수를 나타내며, Nthr은 결합적 위치 추정 횟수에 대한 임계 값을 나타낸다. Wmi는 i번째 단말기가 갖는 추측 항법 가중치 값을 나타내고, Ws_thr은 가중치 합산의 임계 값을 나타내며, Wd_thr은 가중치 차이의 임계 값을 나타낸다.
인접 단말기(M2)는 결합적 위치 추정이 적용 가능한 것으로 판단되면, 검색 메시지에 대한 응답 메시지를 단말기(M1)로 전송하고(S228), 결합적 위치 추정이 적용 가능하지 않은 것으로 판단되면 검색 메시지를 무시하고 단독으로 추측 항법 기능을 계속적으로 수행한다. 도 2a에서는 설명의 편의상 인접 단말기 중 단말기(M2)가 결합적 위치 추정이 적용 가능한 것으로 도시하였다.
단말기(M1)와 인접 단말기(M2)는 각각 일정 시간 지연 후 스캐닝을 통해 단말기간 거리 측정에 활용할 수 있는 Wi-Fi AP와 같은 주변 측위 자원 정보를 획득한다(S230, S232). 단말기(M1)와 인접 단말기(M2)는 획득한 주변 측위 자원 정보 중에서 설정된 우선 순위에 따라 기 설정된 개수만큼의 주변 측위 자원 정보를 선택한다. 예를 들면, 획득한 주변 측위 자원 정보 중에서 RSSI가 큰 5개의 주변 측위 자원 정보만 선택될 수 있다. 선택된 주변 측위 자원 정보는 상호 교환되어 추측 항법 위치 정보의 보정에 사용될 수 있다.
단말기(M1)와 인접 단말기(M2)는 각각 주변 측위 자원 정보를 수집하고 나면, 추측 항법 위치 정보 가중치를 서로 비교하여 두 단말기(M1, M2) 중 추측 항법 위치 정보 가중치가 큰 단말기를 판단한다(S234, S236). 여기서, 가중치 정보는 각 위치 정보의 오차 범위에 반비례하는 것으로 가정하였으므로, 추측 항법 위치 정보 가중치가 크다는 것은 추측 항법 위치 정보의 신뢰도(또는 정확도)가 높다는 것을 의미한다.
추측 항법 위치 정보의 신뢰도가 높은 것으로 판단된 단말기는 상대적으로 추측 항법 위치 정보의 신뢰도가 낮은 단말기의 보조적 확정 위치 정보 제공자로서의 역할을 수행한다.
단말기(M1)의 추측 항법 위치 정보 가중치(Wm1)가 인접 단말기(M2)의 추측 항법 위치 정보 가중치(Wm2)보다 큰 경우(S234), 단말기(M1)는 단말기(M1)의 확정적 위치 정보와 확정적 위치 정보 가중치, 단말기(M1)의 추측 항법 위치 정보 및 추측 항법 위치 정보 가중치, 그리고 선택된 주변 측위 자원 정보를 인접 단말기(M2)로 전송한다(S240). 그리고 단말기(M1)는 결합적 위치 추정을 종료한다(S248). 이 경우, 단말기(M1)는 단말기(M1)의 추측 항법 위치를 단말기(M1)의 위치로 결정할 수 있다.
인접 단말기(M2)는 단말기(M1)로부터 수신한 단말기(M1)의 확정적 위치 정보와 확정적 위치 정보 가중치, 단말기(M1)의 추측 항법 위치 정보 및 추측 항법 위치 정보 가중치, 그리고 선택된 주변 측위 자원 정보를 수신하면(S240), 수신한 인접 단말기(M2)의 측위 관련 정보를 이용하여 결합적 위치 정보를 추정함으로써(S242), 인접 단말기(M2)의 위치를 검증하고 보정한다.
인접 단말기(M2)는 결합적 위치 정보를 추정하고 나면, 결합적 위치 보정 횟수를 1 증가시키고(S243), 결합적 위치 추정 동작을 종료한다(S246).
한편, 단말기(M1)의 추측 항법 위치 정보 가중치가 인접 단말기(M2)의 추측 항법 위치 정보 가중치 이하이면(S234), 단말기(M1)는 단말기(M1)의 측위 관련 정보를 인접 단말기(M2)로 전송하지 않는다.
대신 단말기(M1)의 추측 항법 위치 정보 가중치가 인접 단말기(M2)의 추측 항법 위치 정보 가중치보다 작으면(S236), 인접 단말기(M2)는 인접 단말기(M2)의 확정적 위치 정보와 확정적 위치 정보 가중치, 인접 단말기(M2)의 추측 항법 위치 정보 및 추측 항법 위치 정보 가중치, 그리고 주변 측위 자원 정보를 단말기(M1)로 전송한다(S250). 단말기(M1)는 추측 항법 위치 정보 가중치가 큰 인접 단말기(M2)로부터 인접 단말기(M2)의 측위 관련 정보를 수신하면(S252), 인접 단말기(M2)의 측위 관련 정보를 이용하여 결합적 위치 정보를 추정하고(S254), 결합적 위치 보정 횟수를 1 증가시킨 후(S256), 결합적 위치 추정 동작을 종료한다(S248).
그러면, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 결합적 위치 정보를 추정하는 방법을 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 결합적 위치 정보를 추정하는 방법의 일 예를 나타낸 도면이다.
추측 항법을 시작하거나 추측 항법을 수행 중인 단말기가 추측 항법에 활용할 확정적 위치 정보를 획득하여 기점 위치로 활용할 경우, 그 기점 위치 추정의 정확도는 측위 자원의 종류와 환경에 크게 영향을 받게 된다. 따라서 기점 위치의 획득 시 단말기는 해당 기점 위치의 위치 정보와 기점 위치 측정에 활용된 측위 자원의 종류 및 주변 인자, 그리고 그 확률적 특성 등을 고려하여 확정 위치 정보의 신뢰도를 반영하는 확정적 위치 정보 가중치를 계산한다.
이후 단말기는 확정적 위치 정보를 기점 위치로 추측 항법을 통하여 단말기의 상대적인 위치 변화를 추정하는 기능을 수행한다. 이때 단말기는 사용되는 관련 센서와 알고리즘의 성능에 의해 추측 항법의 정확도에 영향을 받는다. 특히 추측 항법의 정확도는 단말기가 이동한 거리에 일정 수준으로 비례하여 감소하게 되며, 더욱이 좌, 우 회전 및 180도 전환 등의 방향 전환과 수직 이동 등과 같은 특이한 형태의 이동이 발생한 경우, 추측 항법의 정확도는 급속히 감소하는 경향을 나타낸다. 따라서 단말기는 이동 거리에 대한 오차 증가 및 특이 이동이 발생한 것으로 추정된 경우 이를 반영하는 추측 항법 위치 정보 가중치를 계산한다.
도 3에서는 단말기(M1)의 경우 기점 위치(A1)을 시작점으로 하여 특이 이동이 없이 직선 이동을 수행하였으며 단말기(M2)의 경우 기점 위치(A2)를 시작점으로 하여 수 차례의 특이 이동을 수행한 경우를 예시하였다. 도 3과 같은 경우 단말기(M1)의 추측 항법이 높은 신뢰도를 갖고 일정 수준의 신뢰도를 갖는 오차 범위가 좁다고 추정할 수 있으나 이에 비하여 단말기(M2)의 경우 추측 항법이 상대적으로 낮은 신뢰도를 갖고 있으며 일정 수준의 신뢰도를 갖는 오차 범위가 넓다고 추정할 수 있다.
이후 상대적으로 낮은 신뢰도의 추측 항법을 수행중인 단말기(M2)는 인접 단말기(M1)의 측위 관련 정보를 수집한다. 인접 단말기(M1)의 측위 관련 정보를 수집한 단말기(M2)는 각 기점 위치(A1, A2)의 추정 신뢰도 및 기점 위치 오차의 확률적 특성을 활용하여 도래각(Angel of Arrival) 측위 방식에 적용함으로써 단말기(M2)의 실제 도달 가능 범위를 결정할 수 있다. 이는 기점 위치(A1, A2)로부터 인접 단말기(M1)에 이르는 가능 영역의 범위가 기점 위치(A1, A2)의 오차 범위와 같다는 것을 의미한다.
그 다음, 단말기(M2)는 인접 단말기(M1)로부터 수신한 주변 측위 자원 정보와 단말기(M2)에서 측정한 동일한 주변 측위 자원 정보를 이용하여 단말기(M2)와 인접 단말기(M1)간의 거리를 측정한다. 이때 주변 측위 자원 정보로는 RSSI(Received Signal Strength Indication) 정보가 사용될 수 있으며, 상대적으로 높은 신뢰도를 갖는 단말기의 추측 항법 위치를 또 다른 확정적 위치로 활용하게 된다.
RSSI 방식을 이용하는 경우, 이상적인 자유공간에서 경로손실 모델은 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00005
여기서, Pr은 수신 전력, Pt는 송신 전력, G는 안테나 이득, λ는 전파의 파장, d는 두 단말기 사이의 거리를 의미한다.
따라서 추측 항법을 수행하는 두 단말기(M1, M2)에서 측량한 동일한 하나의 주변 측위 자원 정보를 이용하여 두 단말기(M1, M2)간의 측정 값의 변화치를 계산하면 두 단말기(M1, M2)간의 거리를 추정할 수 있다. 이때 단말기(M1, M2)간의 추정 거리는 주변 측위 자원과 단말기의 배치 형태에 따라 크게 영향을 받는데, 만일 도 3과 같은 배치를 이루는 경우, 주변 측위 자원(R1)의 신호가 갖는 경로 손실의 변화 값이 가장 두드러지게 나타남을 알 수 있다. 따라서 기 설정된 개수만큼의 주변 측위 자원 정보에 대하여 RSSI 모델을 적용할 시 가장 수신 강도의 변화가 큰 값을 두 단말기(M1, M2)를 잇는 가상의 직선경로와 가장 근접한 직선 경로상에 위치하는 배치로 가정하고, 이를 활용하여 단말기(M1, M2)간의 거리를 추정한다. 이때 단말기(M1, M2)간의 추정 거리가 설정된 오차 임계 값 내에 존재한다고 판단될 경우, 추측 항법의 신뢰도가 높은 단말기(M1)의 추측 항법 위치를 보조적인 확정 위치로 가정하여 이를 기반 위치로 하고 단말기(M1, M2)간의 거리 차이(d12)만큼 떨어진 위치에 단말기(M2)가 있음을 가정할 수 있다. 즉, 단말기(M2)는 추측 항법의 정확도가 높은 단말기(M1)의 추측 항법 위치를 보조적인 확정 위치로 하고 단말기(M1, M2)간의 거리 차이(d12)만큼 떨어진 위치를 단말기(M2)의 위치로 추정할 수 있다. 이때 단말기(M1, M2)간의 거리 차이(d12)는 수학식 6과 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00006
여기서, β는 추측 항법에 의한 두 단말기(M1, M2)간 거리와 보정 기법에 의한 추정 거리에 대한 가중치, dest는 상기 방법을 통한 두 단말기(M1, M2)간 추정 거리,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
는 각각 추정 거리가 적용 가능한 범위를 산정하기 위한 최대 및 최소 임계 값을 나타낸다.
이후 결합적 위치 추정을 수행한 단말기(M2)는 해당 단말기의 추측 항법 정보 가중치를 기 설정된 조건에 따라 조정하고, 결합적 위치 보정 횟수를 1 증가시킨 후 결합적 위치 추정 및 보정 과정을 종료한다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (18)

  1. 단말기의 위치 추정 장치로서,
    상기 단말기의 확정적 위치 정보를 획득하는 위치 정보 획득부,
    상기 위치 정보 획득부에 의해 최종적으로 획득된 확정적 위치 정보를 이용하여 상기 단말기의 추측 항법적 위치를 추정하는 추측 항법부, 그리고
    인접 단말기의 측위 관련 정보와 상기 단말기의 확정적 위치 정보 및 상기 단말기의 추측 항법적 위치 정보를 복합적으로 결합하여 상기 단말기의 위치를 추정하는 위치 추정 및 보정부
    를 포함하는 위치 추정 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 위치 추정 및 보정부는 상대적으로 추측 항법적 위치 정보의 신뢰도가 높은 인접 단말기의 측위 관련 정보를 상기 단말기의 위치 추정에 사용하는 위치 추정 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 위치 추정 및 보정부는 상기 확정적 위치 정보에 대한 신뢰도를 나타내는 확정적 위치 정보 가중치를 이용하여 상기 단말기의 추측 항법적 위치 정보의 신뢰도를 나타내는 추측 항법 위치 정보 가중치를 계산하는 위치 추정 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 확정적 위치 정보 가중치는 측위 자원 특성 및 인자, 확률적 특성을 이용하여 계산되는 위치 추정 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 추측 항법 위치 정보 가중치는 상기 확정적 위치 정보 가중치, 상기 단말기의 추측 항법적 위치 정보 및 이동 특성을 이용하여 계산되는 위치 추정 장치.
  6. 제3항에서,
    상기 인접 단말기를 검색하고, 상기 인접 단말기와 측위 관련 정보를 교환하는 정보 교환부
    를 더 포함하며,
    상기 측위 관련 정보는 확정적 위치 정보, 추측 항법적 위치 정보, 확정적 위치 정보 가중치 및 추측 항법 위치 정보 가중치 중 적어도 하나를 포함하는 위치 추정 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 위치 추정 및 보정부는 상기 단말기가 다른 단말기의 인접 단말기인 경우, 결합적 위치 추정이 적용 가능한지 판단하고,
    상기 정보 교환부는 상기 결합적 위치 추정이 적용 가능한 것으로 판단되는 경우에, 상기 단말기의 측위 관련 정보의 일부를 상기 다른 단말기로 전송하는 위치 추정 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 위치 추정 및 보정부는 상기 단말기의 위치를 추정한 후 결합적 위치 보정 횟수를 증가시키는 위치 추정 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 위치 추정 및 보정부는 주변 측위 자원 정보를 수집하고, 상기 주변 측위 자원 정보를 상기 단말기의 위치 추정에 이용하는 위치 추정 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 위치 추정 및 보정부는 상기 주변 측위 자원 정보로부터 상기 단말기와 상기 인접 단말기간의 거리를 추정하고, 추정한 거리를 이용하여 상기 단말기의 위치를 추정하며,
    상기 주변 측위 자원 정보는 RSSI(Received Signal Strength Indication) 정보를 포함하는 위치 추정 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 위치 정보 획득부는 위성항법시스템을 이용한 측위 방식, 통신망을 이용한 측위 방식, 와이파이(Wi-Fi)나 센서 네트워크와 같은 자원들을 이용한 측위 방식, 근접 태그 방식 중 적어도 하나를 이용하여 상기 단말기의 확정적 위치 정보를 획득하는 위치 추정 장치.
  12. 단말기의 위치 추정 장치에서 상기 단말기의 위치를 추정하는 방법으로서,
    상기 단말기의 확정적 위치 정보를 획득하는 단계,
    최종적으로 획득된 확정적 위치 정보를 이용하여 상기 단말기의 추측 항법적 위치를 추정하는 단계,
    인접 단말기와 상기 단말기의 추측 항법적 위치 정보 및 상기 추측 항법적 위치 정보의 신뢰도를 교환하는 단계, 그리고
    상기 인접 단말기의 추측 항법적 위치 정보의 신뢰도가 상기 단말기의 추측 항법적 신뢰도보다 높은 경우에, 상기 인접 단말기의 측위 관련 정보와 상기 단말기의 확정적 위치 정보 및 상기 단말기의 추측 항법적 위치 정보를 복합적으로 결합하여 상기 단말기의 위치를 추정하는 단계
    를 포함하는 위치 추정 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 인접 단말기의 추측 항법적 위치 정보의 신뢰도가 상기 단말기의 추측 항법적 신뢰도보다 낮은 경우에, 상기 추측 항법적 위치를 상기 단말기의 위치로 추정하는 단계
    를 더 포함하는 위치 추정 방법.
  14. 제12항에서,
    상기 추측 항법적 위치를 추정하는 단계는
    상기 확정적 위치 정보의 획득에 사용된 측위 자원의 특성 및 인자, 확률적 특성을 이용하여 상기 확정적 위치 정보의 신뢰도를 나타내는 확정적 위치 정보 가중치를 계산하는 단계, 그리고
    상기 확정적 위치 정보 가중치와 상기 단말기의 추측 항법적 위치 정보 및 이동 특성을 이용하여 상기 단말기의 추측 항법적 위치 정보의 신뢰도를 나타내는 추측 항법 위치 정보 가중치를 계산하는 단계를 포함하는 위치 추정 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 단말기의 위치를 추정하는 단계에서, 상기 추측 항법 위치 정보 가중치가 높을 때 신뢰도가 높은 것으로 판단하는 위치 추정 방법.
  16. 제12항에서,
    상기 인접 단말기의 추측 항법적 위치 정보의 신뢰도가 상기 단말기의 추측 항법적 신뢰도보다 낮은 경우에, 상기 단말기의 측위 관련 정보를 상기 인접 단말기로 전송하는 단계
    를 더 포함하는 위치 추정 방법.
  17. 제12항에서,
    상기 단말기의 위치를 추정하는 단계는 상기 단말기의 결합적 위치 보정 횟수를 증가시키는 단계를 포함하는 위치 추정 방법.
  18. 제17항에서,
    상기 단말기의 결합적 위치 보정 횟수가 설정된 임계 값을 초과하는 경우, 상기 추측 항법적 위치를 상기 단말기의 위치로 추정하는 단계
    를 더 포함하는 위치 추정 방법.
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