KR20140090746A - 위치 확인 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20140090746A
KR20140090746A KR1020130002726A KR20130002726A KR20140090746A KR 20140090746 A KR20140090746 A KR 20140090746A KR 1020130002726 A KR1020130002726 A KR 1020130002726A KR 20130002726 A KR20130002726 A KR 20130002726A KR 20140090746 A KR20140090746 A KR 20140090746A
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Abstract

위치 확인 시스템 및 방법이 개시된다. 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하는 복수의 감시 장치와 네트워크를 통해 통신하며 상기 위치 확인 대상물의 위치를 연산하는 위치 연산 장치는, 상기 복수의 감시 장치로부터 수신된 시간 영역의 감지 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 신호 처리부, 상기 주파수 영역 신호로 변환된 감지 신호들 간의 위상을 비교하여 상기 복수의 감시 장치 사이의 위상차를 계산하고, 상기 위상차로부터 상기 복수의 감시 장치 사이의 신호도달 시간차를 연산하는 신호 연산부 및 상기 신호도달 시간차 및 상기 복수의 감시 장치의 위치를 이용하여 상기 위치 확인 대상물의 위치를 추정하는 위치 연산부를 포함할 수 있다.

Description

위치 확인 시스템 및 방법{Location detection system and method}
본 발명은 위치 확인 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 위치에 기반한 다양한 서비스를 제공받고자 하는 사용자의 요구가 증대함에 따라 위치 기반 서비스(LBS, Location Based Service)가 다양한 형태로 개발되고 있다.
일반적으로 이동 통신 단말이나 방송용 차량 등과 같은 이동하는 물체의 위치를 측정하기 위한 위치 확인 기술(LDT, Location Detection Technology)로는, 신호의 방위각을 이용하는 셀 아이디(Cell ID) 기법, 도래각(AOA, Angle Of Arrival) 기법, 신호발생원과 수집장치 간의 전파 전달 시간을 측정하여 신호발생원의 위치를 구하는 도달지연시간(TOA, Time Of Arrival) 기법, 둘 이상의 신호발생원으로부터의 전파 도달 시간차를 이용하는 상대지연시간(TDOA, Time Difference Of Arrival) 기법, A-GPS(Assisted-Global Positioning System) 기법 등이 알려져 있다.
이러한 기법들 중 A-GPS 기법이 가장 좋은 정확도를 가지기 때문에 위치 확인 기술(LDT)로 가장 많이 사용되지만, 최소 4개의 GPS 위성이 필요하므로 4개의 위성 확보가 되지 않는 음영지역에서는 원하는 서비스의 요구사항이나 사용자가 확보할 수 있는 기지국의 개수 등에 따라서 상대지연시간(TDOA) 기법 또는 셀 아이디 기법 등을 추가로 활용하는 하이브리드 GPS 기술이 사용된다.
그러나, 이동 중인 신호발생원의 위치를 확인하기 위하여 도달지연시간(TOA) 기법이나 상대지연시간(TDOA) 기법을 사용할 경우, 수집장치는 신호발생원으로부터 수신된 신호를 동시에 수신 및 처리하기 어렵기 때문에 신호발생원이 고속으로 이동할 경우에는 감지 위치의 오차 이외에도, 3개의 위치로부터 거리를 측정하여야 하나 이들을 동시에 처리하지 못함으로 인하여 측정시간이 같지 않아 이러한 측정시간의 차이에 의하여 이동 중인 신호발생원의 위치가 변하게 되어 오차가 더욱 가중되는 문제점이 있었다.
또한, 신호발생원의 위치를 확인하기 위하여 도달지연시간(TOA) 기법이나 상대지연시간(TDOA) 기법을 사용할 경우에 미리 특정된 신호를 수신하여 위치를 확인하게 됨으로써 미리 특정된 신호가 소정의 개수를 충족시키지 못하는 경우 신호발생원의 위치를 확인할 수 없다는 문제점이 있었다.
상기 방법들은 이미 거리를 측정할 수 있는 기준 신호(예를 들어, 마크 등)를 준비하여 비교해야 하기 때문에, 기준 신호의 준비가 어려운 상황에서 임의의 신호발생원의 위치를 찾고자 할 때 기준점을 찾기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 한국공개특허공보 제2007-0006726호에는 원 신호(임펄스)를 재구성하여 위치를 측정하는 방법이 개시되어 있으나, 원 신호를 재구성해야 하는 번거로움이 있었으며, 이로 인해 연산량이 많아지고 시스템이 방대해짐으로써 속도가 느려지는 문제점이 있었다.
한국공개특허공보 제2007-0006726호
본 발명은 GPS 위성의 음영지역에서도 고속으로 이동 중인 신호발생원에 의해 발생된 신호의 발생위치를 확인할 수 있는 위치 확인 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 신호발생원의 신호가 미리 특정된 신호가 아닌 경우에도 위치 확인 가능한 최소한의 조건을 충족하는 경우 신호발생원으로부터 발생된 신호를 이용하여 신호발생원의 위치를 확인할 수 있는 위치 확인 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하여 그 위치를 연산하는 위치 확인 시스템에 있어서, 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하여 시간 영역의 감지 신호를 생성하는 복수의 감시 장치; 및 상기 복수의 감시 장치로부터 수신된 상기 감지 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 신호 처리부와, 주파수별 위상을 비교하여 상기 복수의 감시 장치 사이의 위상차를 계산하고, 상기 위상차로부터 상기 복수의 감시 장치 사이의 신호도달 시간차를 연산하는 신호 연산부와, 상기 신호도달 시간차 및 상기 복수의 감시 장치의 위치를 이용하여 상기 위치 확인 대상물의 위치를 추정하는 위치 연산부를 포함하는 위치 연산 장치를 포함하는 위치 확인 시스템이 제공된다.
상기 신호 처리부는 수집 시간이 동일한 상기 시간 영역의 감지 신호를 주파수별로 분리하고, 주파수별 위상 측정을 수행하여 상기 주파수 영역 신호로 변환할 수 있다.
상기 신호 처리부는 고속 퓨리에 변환(FFT)을 통해 수집 시간이 동일한 상기 시간 영역의 감지 신호를 상기 주파수 영역 신호로 변환할 수 있다.
상기 신호 연산부는 상기 주파수 영역 신호로 변환된 감지 신호들 간의 데이터 일치율이 소정 비율 이상인 주파수 대역을 선정하여 그 위상을 비교함으로써 상기 위상차를 계산할 수 있다.
상기 신호 연산부는 상기 위상차와 선정된 주파수 대역 간의 상관관계로부터 상기 신호도달 시간차를 연산할 수 있다.
상기 복수의 감시 장치 각각은 타 감시 장치 혹은 상기 위치 연산 장치에서 전송된 위치 확인 개시 명령에 의해 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호 감지를 개시할 수 있다.
상기 위치 연산부는 상기 신호도달 시간차 및 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호의 진행 속도를 이용하여 상기 위치 확인 대상물과 상기 복수의 감시 장치까지의 거리차를 계산하고, 상기 거리차를 이용하여 상기 복수의 감시 장치의 위치를 초점으로 하는 쌍곡선을 복수 개 구한 후 그 교점을 상기 위치 확인 대상물의 위치로 추정할 수 있다.
한편 본 발명의 다른 측면에 따르면, 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하여 그 위치를 연산하는 위치 확인 시스템에 있어서, 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하여 시간 영역의 감지 신호를 생성하고, 상기 감지 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 복수의 감시 장치; 및 상기 복수의 감시 장치로부터 상기 주파수 영역 신호를 수신하여 주파수별 위상을 비교하여 상기 복수의 감시 장치 사이의 위상차를 계산하고, 상기 위상차로부터 상기 복수의 감시 장치 사이의 신호도달 시간차를 연산하는 신호 연산부와, 상기 신호도달 시간차 및 상기 복수의 감시 장치의 위치를 이용하여 상기 위치 확인 대상물의 위치를 추정하는 위치 연산부를 포함하는 위치 연산 장치를 포함하는 위치 확인 시스템이 제공된다.
상기 복수의 감시 장치는 수집 시간이 동일한 상기 시간 영역의 감지 신호를 상기 주파수 영역 신호로 변환하되, 상기 주파수 영역 신호는 상기 감지 신호에 포함된 주파수, 주파수별 위상 및 주파수별 신호크기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 신호 연산부는 상기 주파수 영역 신호로 변환된 감지 신호들 간의 데이터 일치율이 소정 비율 이상인 주파수 대역을 선정하여 그 위상을 비교함으로써 상기 위상차를 계산할 수 있다.
상기 신호 연산부는 상기 위상차와 선정된 주파수 대역 간의 상관관계로부터 상기 신호도달 시간차를 연산할 수 있다.
상기 복수의 감시 장치 각각은 타 감시 장치 혹은 상기 위치 연산 장치에서 전송된 위치 확인 개시 명령에 의해 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호 감지를 개시할 수 있다.
상기 위치 연산부는 상기 신호도달 시간차 및 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호의 진행 속도를 이용하여 상기 위치 확인 대상물과 상기 복수의 감시 장치까지의 거리차를 계산하고, 상기 거리차를 이용하여 상기 복수의 감시 장치의 위치를 초점으로 하는 쌍곡선을 복수 개 구한 후 그 교점을 상기 위치 확인 대상물의 위치로 추정할 수 있다.
한편 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하여 그 위치를 연산하는 위치 확인 시스템에 있어서, 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하여 기준주파수 및 기준위상을 포함하는 기준신호를 출력하는 제1 감시 장치; 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하고 상기 기준신호와 비교한 결과 상기 제1 감시 장치와의 위상차를 계산하는 복수의 제2 감시 장치; 및 상기 위상차로부터 상기 제1 감시 장치와 상기 복수의 제2 감시 장치 사이의 신호도달 시간차를 계산하는 신호 연산부와, 상기 신호도달 시간차 및 상기 제1 감시 장치와 상기 복수의 제2 감시 장치의 위치를 이용하여 상기 위치 확인 대상물의 위치를 추정하는 위치 연산부를 포함하는 위치 연산 장치를 포함하는 위치 연산 시스템이 제공된다.
상기 제1 감시 장치 및 상기 복수의 제2 감시 장치는 수집 시간이 동일한 시간 영역의 감지 신호를 주파수 영역으로 변환하여 상기 기준신호 및 상기 위상차를 각각 출력 및 계산할 수 있다.
상기 신호 연산부는 상기 위상차와 상기 기준주파수 간의 상관관계로부터 상기 신호도달 시간차를 연산할 수 있다.
상기 제1 감시 장치 및 상기 복수의 제2 감시 장치 각각은 타 감시 장치 혹은 상기 위치 연산 장치에서 전송된 위치 확인 개시 명령에 의해 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호 감지를 개시할 수 있다.
상기 위치 연산부는 상기 신호도달 시간차 및 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호의 진행 속도를 이용하여 상기 위치 확인 대상물과 상기 제1 감시 장치까지의 거리 및 상기 위치 확인 대상물과 상기 복수의 제2 감시 장치 중 어느 하나까지의 거리의 차를 계산하고, 상기 거리의 차를 이용하여 상기 제1 감시 장치 및 상기 복수의 제2 감시 장치 중 어느 하나의 위치를 초점으로 하는 쌍곡선을 복수 개 구한 후 그 교점을 상기 위치 확인 대상물의 위치로 추정할 수 있다.
상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호는 진동, 소리, 빛, 열, 전기신호 및 전파 중 적어도 하나일 수 있다.
한편 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하는 복수의 감시 장치와 네트워크를 통해 통신하는 위치 연산 장치에서의 상기 위치 확인 대상물의 위치를 연산하는 방법 및 이를 수행하는 프로그램이 기재된 기록매체가 제공된다.
일 실시예에 따른 위치 연산 방법은, (a) 상기 복수의 감시 장치로부터 수신된 시간 영역의 감지 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계; (b) 상기 주파수 영역 신호로 변환된 감지 신호들 간의 위상을 비교하여 상기 복수의 감시 장치 사이의 위상차를 계산하는 단계; (c) 상기 위상차로부터 상기 복수의 감시 장치 사이의 신호도달 시간차를 연산하는 단계; 및 (d) 상기 신호도달 시간차 및 상기 복수의 감시 장치의 위치를 이용하여 상기 위치 확인 대상물의 위치를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계 (a)는, 수집 시간이 동일한 상기 시간 영역의 감지 신호를 주파수별로 분리하는 단계와, 주파수별 위상 측정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계 (a)는 고속 퓨리에 변환(FFT)을 통해 수집 시간이 동일한 상기 시간 영역의 감지 신호를 상기 주파수 영역 신호로 변환할 수 있다.
상기 단계 (b)는 상기 주파수 영역 신호로 변환된 감지 신호들 간의 데이터 일치율이 소정 비율 이상인 주파수 대역에 대하여 위상을 비교하여 상기 위상차를 계산할 수 있다.
상기 단계 (c)는 상기 위상차와 선정된 주파수 대역 간의 상관관계로부터 상기 신호도달 시간차를 연산할 수 있다.
상기 단계 (d)는, 상기 신호도달 시간차 및 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호의 진행 속도를 이용하여 상기 위치 확인 대상물과 상기 복수의 감시 장치까지의 거리차를 계산하는 단계와, 상기 거리차 및 상기 복수의 감시 장치의 위치를 초점으로 하는 쌍곡선을 구하는 단계와, 상기 쌍곡선을 복수 개 구한 후 그 교점을 상기 위치 확인 대상물의 위치로 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 위치 연산 방법은, (a) 상기 복수의 감시 장치로부터 주파수 영역 신호로 변환된 감지 신호들 간의 위상을 비교하여 상기 복수의 감시 장치 사이의 위상차를 계산하는 단계; (b) 상기 위상차로부터 상기 복수의 감시 장치 사이의 신호도달 시간차를 연산하는 단계; 및 (c) 상기 신호도달 시간차 및 상기 복수의 감시 장치의 위치를 이용하여 상기 위치 확인 대상물의 위치를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계 (a) 이전에, 상기 복수의 감시 장치 각각에서, (i) 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하는 단계; (ii) 상기 감지된 신호 중 수집 시간이 동일한 감지 신호를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환하여 상기 주파수 영역 신호를 생성하는 단계를 선수행할 수 있다.
상기 단계 (a)는 상기 주파수 영역 신호로 변환된 감지 신호들 간의 데이터 일치율이 소정 비율 이상인 주파수 대역에 대하여 위상을 비교하여 상기 위상차를 계산할 수 있다.
상기 단계 (b)는 상기 위상차와 선정된 주파수 대역 간의 상관관계로부터 상기 신호도달 시간차를 연산할 수 있다.
상기 단계 (c)는, 상기 신호도달 시간차 및 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호의 진행 속도를 이용하여 상기 위치 확인 대상물과 상기 복수의 감시 장치까지의 거리차를 계산하는 단계와, 상기 거리차 및 상기 복수의 감시 장치의 위치를 초점으로 하는 쌍곡선을 구하는 단계와, 상기 쌍곡선을 복수 개 구한 후 그 교점을 상기 위치 확인 대상물의 위치로 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
한편 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 위치 연산 시스템에서 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하여 상기 위치 확인 대상물의 위치를 연산하는 방법 및 이를 수행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체가 제공된다.
일 실시예에 따른 위치 연산 방법은, (a) 제1 감시 장치에서 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하여 기준주파수 및 기준위상을 포함하는 기준신호를 생성하는 단계; (b) 복수의 제2 감시 장치에서 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하고, 상기 기준신호와 비교한 결과 상기 제1 감시 장치와의 위상차를 계산하는 단계; (c) 위치 연산 장치에서 상기 위상차로부터 상기 제1 감시 장치와 상기 복수의 제2 감시 장치 사이의 신호도달 시간차를 연산하는 단계; 및 (c) 상기 신호도달 시간차 및 상기 제1 감시 장치와 상기 복수의 제2 감시 장치의 위치를 이용하여 상기 위치 확인 대상물의 위치를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계 (a)는, (a1) 상기 제1 감시 장치에서 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하여 시간 영역의 감지 신호를 생성하는 단계; (a2) 시간 영역의 상기 감지 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계; 및 (a3) 상기 주파수 영역 신호 중 기준이 되는 상기 기준주파수를 선정하고, 상기 기준주파수에서의 위상을 기준위상으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계 (b)는, (b1) 상기 복수의 제2 감시 장치에서 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하여 감지 신호를 생성하는 단계; (b2) 시간 영역의 상기 감지 신호를 제2 주파수 영역 신호로 변환하는 단계; 및 (b3) 상기 제1 감시 장치로부터 전송된 상기 기준신호와 상기 제2 주파수 영역 신호의 주파수별 위상을 비교하여 상기 제1 감시 장치와의 위상차를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계 (c)는 상기 위상차와 기준주파수 간의 상관관계로부터 상기 신호도달 시간차를 연산할 수 있다.
상기 단계 (d)는, 상기 신호도달 시간차 및 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호의 진행 속도를 이용하여 상기 위치 확인 대상물과 상기 제1 감시 장치까지의 거리 및 상기 위치 확인 대상물과 상기 복수의 제2 감시 장치 중 어느 하나까지의 거리의 차를 계산하는 단계와, 상기 거리의 차를 이용하고, 상기 제1 감시 장치의 위치를 일 초점으로 하고 상기 복수의 제2 감시 장치 중 어느 하나의 위치를 다른 초점으로 하는 쌍곡선을 구하는 단계와, 서로 다른 제2 감시 장치에 대하여 상기 쌍곡선을 복수 개 구한 후 그 교점을 상기 위치 확인 대상물의 위치로 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, GPS 위성의 음영지역에서도 고속으로 이동 중인 신호발생원에 의해 발생된 신호의 발생위치를 확인할 수 있는 효과가 있다.
또한, 신호발생원의 신호가 미리 특정된 신호가 아닌 경우에도 위치 확인 가능한 최소한의 조건을 충족하는 경우 신호발생원으로부터 발생된 신호를 이용하여 신호발생원의 위치를 확인할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 확인 시스템을 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 감시 장치 및 위치 연산 장치의 구성 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 확인 시스템에서의 위치 확인 방법을 나타낸 예시도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 감시 장치 및 위치 연산 장치의 구성 블록도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 감시 장치 및 위치 연산 장치의 구성 블록도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 확인 방법의 순서도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위치 확인 방법의 순서도,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위치 확인 방법의 순서도.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 확인 시스템을 나타낸 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위치 확인 시스템은 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 서로 다른 장소에 설치된 복수의 감시 장치에서 감지한 후 이들을 수집하여 주파수 영역에서 구한 위상차에 기초하여 복수의 감시 장치 간의 신호도달 시간차를 연산하고, 이를 이용하여 위치 확인 대상물의 위치를 높은 정확도로 연산하는 것을 특징으로 한다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 위치 확인 시스템(1)은 위치 확인 대상물(10)에 의해 발생된 신호를 감지하고 이를 소정 포맷의 데이터로 변환하는 복수의 감시 장치(100a, 100b, 100n, 이하 '100'으로 통칭함) 및 이들 데이터를 취합하여 위치 확인 대상물(10)의 위치를 최종적으로 연산하는 위치 연산 장치(200)를 포함한다.
복수의 감시 장치(100) 서로 간에 그리고 각 감시 장치(100)와 위치 연산 장치(200) 간에는 유선망 및/또는 무선망으로 연결되어 있어, 임의의 감시 장치(100)에서 감지한 신호의 원 데이터, 중간 처리된 신호 및 최종 복조된 데이터 중 하나를 타 감시 장치(100) 혹은 위치 연산 장치(200)에서 전송받아 처리할 수 있다.
감시 장치(100)는 임의의 위치 확인 대상물(10)에 의해 발생된 신호를 수신하고, 필요에 따라 수신된 신호를 증폭 및/또는 디지털 변환하거나 소정의 신호 처리를 수행한 후 위치 연산 장치(200) 혹은 타 감시 장치(100)로 전송한다.
또한, 감시 장치(100)는 타 감시 장치(100) 혹은 위치 확인 장치(200)에서 전송된 위치 확인 개시 명령, 수집된 기준주파수 및 위상 데이터 등을 전송받을 수 있다.
감시 장치(100)에서 전송하는 신호에는 감시 장치(100)에서 위치 확인 대상물(10)에 의해 발생된 것으로 감지한 감지 신호 혹은 이를 중간 처리 또는 최종 복조한 신호 이외에 감시 장치(100)의 식별 정보 및/또는 위치 정보가 포함될 수 있다.
감시 장치(100)는 미리 지정된 장소에 설치되는 고정형 장치 또는 자유로이 그 위치가 변경 가능한 이동형 장치일 수 있으며, 혹은 고정형과 이동형을 혼용하여 구성될 수도 있다.
임의의 위치 확인 대상물(10)에 의해 발생되는 신호는 진동, 소리, 빛, 열, 전기신호 및 전파 중 적어도 하나일 수 있으며, 감시 장치(100)에서는 이들 신호의 수신을 위한 일부의 하드웨어 요소를 추가 혹은 변경함으로써 신호 감지가 가능하다.
본 실시예에서 위치 확인 시스템(1)은 그 위치가 서로 다른 적어도 셋 이상의 감시 장치(100)를 포함할 수 있으며, 감시 장치(100)의 수는 필요에 따라 가변될 수 있다.
위치 연산 장치(200)는 복수의 감시 장치(100)에서의 감지 신호를 수집하고, 감지 신호에 대해서 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환하여 소정 주파수 대역에서의 위상차를 연산하며, 이에 기초하여 복수의 감시 장치(100) 간의 신호도달 시간차를 연산한다. 또는 위치 연산 장치(200)는 복수의 감시 장치(100)에서 미리 연산된 주파수별 위상 데이터를 전송받거나 기준주파수 및 복수의 감시 장치(100) 간의 위상차 데이터를 전송받고 이에 기초하여 복수의 감시 장치(100) 간의 신호도달 시간차를 연산할 수도 있다.
그리고 위치 연산 장치(200)는 복수의 감시 장치(100) 사이의 신호도달 시간차 및 각 감시 장치(100)의 위치를 이용하여 위치 확인 대상물(10)의 예상 위치를 추정할 수 있다.
본 실시예에서 임의의 위치 확인 대상물(10)은 직접 신호를 발생하는 신호발생원일 수 있다. 또는 위치 확인 대상물(10)은 직접 신호를 발생하는 대신에 별도의 신호발생원(20)에서 발생한 신호(예를 들어, 음파, 광 등)를 반사한 반사 신호를 통해 자신의 위치 확인이 가능하도록 할 수도 있다.
이하 감시 장치(100) 및 위치 연산 장치(200)에 포함되는 구성요소 및 그 기능에 대하여 관련 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 감시 장치 및 위치 연산 장치의 구성 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 확인 시스템에서의 위치 확인 방법을 나타낸 예시도이다.
도 2를 참조하면, 감시 장치(100a~100n, 이하 '100'으로 통칭함)는 n(임의의 자연수)개가 서로 다른 위치에 위치하고 있으며, 감시 장치(100) 서로 간 및 위치 연산 장치(200a)와는 유선망 및 무선망 중 적어도 하나의 통신망을 통해 신호 송수신을 수행한다.
감시 장치(100)는 신호 감지부(110)를 포함하며, 필요에 따라 증폭부(120), 아날로그/디지털 변환부(130), 위상 파라미터 측정부(140) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
신호 감지부(110)는 임의의 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지한다. 신호 감지부(110)에서 감지하는 신호는 위치 확인 대상물에 따라 결정되며, 진동, 소리, 빛, 열, 전기신호 및 전파 중 적어도 하나일 수 있다. 예를 들어, 신호 감지부(110)는 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호가 불꽃과 같은 광 신호인 경우에는 광 감지 기능을 가지는 포토 센서(photo sensor), 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호가 전파 송신기에서 송신하는 전파인 경우에는 해당 전파의 수신 기능을 가지는 전파 수신기, 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호가 소리인 경우에는 마이크로폰, 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호가 접속 불량, 접촉 불량 등에 의해 발생하는 열 잡음 혹은 신호 잡음인 경우 이를 감지하는 PIC 등일 수 있다.
신호 감지부(110)는 임의의 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하면, 타 감시 장치(100)에 위치 확인 개시 명령을 전송하여 동일한 위치 확인 대상물의 위치 확인을 위한 신호 감지가 이루어지도록 할 수 있다.
또는 신호 감지부(110)는 타 감시 장치(100) 혹은 후술할 위치 연산 장치(200a)에서 전송된 위치 확인 개시 명령에 따라 신호 감지를 시작하거나 메모리(미도시)에 기 저장된 감지 신호를 독출할 수도 있다. 여기서, 감지 신호는 그 수집 시간에 상응하여 감시 장치(100)에 구비된 메모리에 저장되어 있을 수 있다. 수신한 위치 확인 개시 명령에 수집 시간이 포함된 경우, 해당 수집 시간에 상응하는 감지 신호가 독출되어 위치 연산에 활용되도록 할 수 있다.
증폭부(120)는 신호 감지부(110)에 수신된 감지 신호의 크기를 소정 이득(gain) 만큼 증폭한다. 증폭된 신호는 후단의 아날로그/디지털 변환부(130)에 의해 디지털 신호로 변환될 수 있다.
증폭부(120)는 무선 신호(예를 들어, RF 신호)에 해당하여 RF 대역을 가지는 감지 신호와 기저대역(Baseband) 신호의 중간에 위치하는 중간주파수(Intermediate Frequency)를 사용하는 중간주파수 증폭기일 수 있다. 중간주파수 증폭의 경우 중간주파수를 사용함으로써 다소 낮은 주파수 대역에서 주파수별로 나누어서 증폭하여 감시 장치(100)를 안정화시키고 낮은 주파수에서 변복조를 수행하여 회로를 간단히 하고 제품 단가를 절약할 수도 있다.
여기서, 신호 증폭 이후 증폭된 신호에 포함된 잡음을 제거하기 위한 잡음 제거부(미도시)가 증폭부(120)와 아날로그/디지털 변환부(130) 사이에 개재될 수 있다.
또한, 증폭된 신호를 복호화하는 복호화부(미도시)가 증폭부(120)와 아날로그/디지털 변환부(130) 사이 혹은 아날로그/디지털 변환부(130) 후단에 배치될 수도 있다.
즉, 감시 장치(100)는 원 데이터, 중간주파수 신호 및 최종 복조된 신호 중 적어도 하나를 위치 연산 장치(200a)로 전송할 수 있다.
본 실시예에 따른 감시 장치(100)에는 감지 신호의 위상에 영향을 미치는 위상 파라미터를 측정하는 위상 파라미터 측정부(140)가 포함될 수 있다.
후술할 위치 연산 장치(200a)에서 감지 신호를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환한 후 주파수 대역별 위상을 이용하여 위치 연산을 수행하는 바, 위상에 영향을 미칠 수 있는 파라미터인 신호 감지부(110)의 위상 특성, 신호 감지부(110)의 물리적 특성(예를 들어, 길이 등), 증폭부(120)의 위상 특성, 아날로그/디지털 변환부(130)의 개시 시간, 위치 확인 개시 명령에 대한 감시 장치(100)의 응답 시간 등이 위상 파라미터로 측정되고, 감지 신호의 위상 보정을 위해 위치 연산 장치(200a)로 전송될 수 있다.
위치 연산 장치(200a)는 복수의 감시 장치(100)로부터 유선망 및/또는 무선망을 통해 감지 신호를 수신하고, 감지 신호에 대하여 소정의 신호 처리 및 연산을 수행함으로써 위치 확인 대상물의 위치를 추정한다. 복수의 감시 장치(100)로부터 수신하는 감지 신호는 디지털 변환된 데이터 신호인 것을 가정하여 설명하지만, 복수의 감시 장치(100)로부터 전송되는 감지 신호가 아날로그 신호일 수도 있음은 물론이다.
복수의 감시 장치(100)로부터 전송되는 신호에는 감지 신호 이외에 감시 장치(100)의 식별 정보 및 위치 정보 중 적어도 하나가 포함된다.
여기서, 감지 신호는 수집된 시간이 동일한 것으로 가정한다. 이를 위해 위치 확인 개시 명령에는 위치 확인 대상물에 대한 신호 감지 명령과 함께 수집 시간에 대한 정보가 함께 포함되어 있을 수 있다. 즉, 감시 장치(100) 각각은 위치 확인 개시 명령에 포함된 수집 시간에 기초하여 해당 수집 시간에 감지된 신호를 전송함으로써 동일한 시간에 수집된 감지 신호가 위치 연산 장치(200a)에서 비교되도록 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 위치 연산 장치(200a)는 신호 처리부(210), 신호 연산부(220), 위치 연산부(230)를 포함한다.
신호 처리부(210)는 감시 장치(100)에서 전송한 감지 신호를 주파수 영역으로 변환한다. 즉, 감지 신호를 주파수 분리하여 주파수별 위상을 측정한다. 여기서, 신호 처리(주파수 영역으로의 변환)는 각 감시 장치(100)에서 전송된 감지 신호 중에서 수집 시간이 동일한 감지 신호에 대해서 수행될 수 있다.
일 예로, 신호 처리부(210)는 감지 신호를 동일 주파수별로 분리하는 대역통과필터부와 분리된 신호의 주파수별 위상을 측정하는 위상 측정부를 포함할 수 있다.
다른 예로, 신호 처리부(210)는 별도의 하드웨어에 의해 주파수 분리 및 위상 측정이 별도로 수행되는 것이 아니라, 감지 신호를 고속 퓨리에 변환(FFT)함으로써 주파수별 위상으로 변환할 수 있다.
여기서, 고속 퓨리에 변환(FFT, Fast Fourier Transform)이란 연속 자료를 다른 차원의 연속 자료로 변환시키는 방법으로서, 시간계열 자료를 주파수계열 자료로 혹은 주파수계열 자료를 시간계열 자료로 변환하는 것이 가능하며, 시간에 따라 측정한 신호의 주파수 특성을 분석하거나 주파수 자료의 시간적 특성을 분석하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 고속 퓨리에 변환을 통해 각 채널의 주파수 특성(예를 들어, 감시 장치(100)의 특성)에 의한 시간차를 용이하게 도출할 수 있도록 한다.
신호 연산부(220)는 신호 처리부(210)에서 처리한 신호(즉, 주파수 영역으로 변환된 신호)에 대하여 복수의 감시 장치(100)에 대응되는 위상차를 계산하고, 이로부터 복수의 감시 장치(100) 간의 신호도달 시간차를 연산한다.
신호 처리부(210)에서 처리한 신호는 주파수 영역에서의 감지 신호로서, 신호 연산부(220)는 서로 다른 위치에 있는 복수의 감시 장치(100) 각각에 대응되는 주파수 영역에서의 감지 신호의 위상을 비교하여 그 위상차를 구할 수 있다.
위상차를 계산함에 있어, 위상을 비교하기 위한 주파수 대역(즉, 기준주파수)이 미리 정해져 있을 수 있다. 혹은 주파수 영역에서의 감지 신호의 스펙트럼을 분석하여 각 신호의 데이터가 소정 비율 이상으로 일치하는 주파수 대역이 있는지 검사하고, 소정 비율 이상의 데이터 일치율을 나타내는 주파수 대역이 있는 경우 해당 주파수 대역을 기준주파수로 설정하여 위상을 비교함으로써 이루어질 수 있다.
여기서, 위상차는 복수의 감시 장치(100) 간의 상관관계에 의해 계산되는 값으로서, 위치 확인 대상물과 감시 장치(100) 사이의 거리 차에 연관된 데이터이다.
위상차의 계산에 앞서 감시 장치(100)에서 측정된 위상 파라미터를 이용한 감지 신호의 위상 보정이 선수행될 수 있다. 이를 위해 위치 연산 장치(200)는 감시 장치(100)로부터 위상 파라미터를 감지 신호와 함께 혹은 별도로 전송받을 수 있다.
위상차가 계산되면, 하기의 수학식 1에 따라 위치 확인 대상물에서 복수의 감시 장치(100) 각각에까지 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호의 도달 시간차를 연산할 수 있다.
[수학식 1]
Δt = (θ1-θ2)/f
여기서, Δt는 신호도달 시간차, θ1은 제1 채널(제1 감시 장치)의 위상, θ2는 제2 채널(제2 감시 장치)의 위상, f는 위상 비교를 위해 선정된 주파수 대역을 의미한다.
일반적으로 제1 감시 장치 및 제2 감시 장치에서의 감지 신호는 신호의 진행 거리가 다름에서 발생하는 감쇠와 다른 경로에서 발생하는 잡음으로 인하여 그 파형이 완전히 일치하지 않을 수 있어, 실제 두 개의 파형이 얼마나 지연되었는지를 비교하기가 어렵다.
따라서, 종래 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호가 제1 감시 장치 및 제2 감시 장치에 도달하는 시간차는 기준시각을 동기화하고 특정 신호가 제1 감시 장치 및 제2 감시 장치에서 감지되는 시간을 직접 측정하여 비교함으로써 측정될 수 있었다. 이 경우, 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호는 시간차를 측정하기 위한 특정 신호여야 하며, 도달시간의 비교를 위해서는 기준시각 동기화가 필요한 문제점이 있었다.
하지만, 본 실시예에 따르면, 신호의 종류가 특정될 필요가 없이 동일한 수집 시간을 가지는 임의의 종류의 신호에 대해서도 주파수 영역으로 변환한 후 선정된 주파수 대역에서의 위상을 비교하여 위상차를 구하고 이에 기초하여 신호도달 시간차를 연산할 수 있다.
또한, 잡음으로 인한 요인 역시 백색잡음이 아닌 특정 잡음은 모든 주파수에 포함되지는 않기 때문에, 주파수 분리된 신호들 중에서 잡음이 적거나 없는 최적 주파수를 기준주파수로 선정하여 그 위상차를 비교함으로써 그 정확도를 향상시킬 수도 있다.
여기서, 기준주파수를 선정함에 있어서 각각의 주파수로 분리하여 계산된 값들은 소정의 필터(예를 들어, 평균, 최소, 최대 등)를 통해 유용한 값만을 필터링하여 이용할 수 있을 것이다.
위치 연산부(230)는 신호 연산부(220)에서 연산된 복수의 감시 장치(100) 사이의 신호도달 시간차 및 각 감시 장치(100)의 위치 정보를 이용하여 위치 확인 대상물의 위치를 연산한다.
감시 장치(100)의 위치 정보는 감시 장치(100)로부터 별도 전송되거나 감지 신호와 함께 전송될 수 있다. 또는 감시 장치(100)의 위치가 예를 들어 룩업테이블 형태로 메모리(미도시)에 미리 저장되어 있어, 감지 신호와 함께 전송된 감시 장치(100)의 식별 정보에 상응하는 위치 정보를 검색하여 획득할 수도 있다.
신호 연산부(220)에서 연산된 신호도달 시간차에 상응하는 쌍곡선을 위치 확인 대상물의 예상 위치로 볼 수 있다. 여기서, 신호도달 시간차가 계산된 두 감시 장치(100)의 위치 좌표는 쌍곡선의 초점이 된다.
본 실시예에서 쌍곡선은 두 정점으로부터 거리의 차가 일정한 점의 집합으로서, 2차원적인 쌍곡선 이외에 3차원적인 쌍곡면까지 포함한다. 여기서, 두 정점이 쌍곡선의 초점, 즉 신호도달 시간차가 계산된 두 감시 장치(100)의 위치 좌표에 해당한다. 그리고 거리의 차는 신호도달 시간차로부터 계산되는 값으로서, 신호도달 시간차에 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호의 진행 속도를 곱한 값일 수 있다.
도 3을 참조하면, 감시 장치가 a, b, c에 위치하고 있는 경우가 예시되어 있다.
a와 b 사이에 연산된 신호도달 시간차(Δt1)로부터 거리차(d1=|da-db1|)를 추정할 수 있으며, a와 b의 위치 좌표 및 거리차(d1)로부터 제1 쌍곡선(h1)을 구할 수 있다. 또한, b와 c 사이에 연상된 신호도달 시간차(Δt2)로부터 거리차(d2=|dc-db2|)를 추정할 수 있으며, b와 c의 위치 좌표 및 거리차(d2)로부터 제2 쌍곡선(h2)을 구할 수 있다.
제1 쌍곡선(h1)과 제2 쌍곡선(h2)이 구해지면, 이들의 교점(P1)이 바로 위치 확인 대상물의 예상 위치로 추정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 감시 장치 및 위치 연산 장치의 구성 블록도이다.
본 실시예에 따른 위치 확인 시스템에서는 감시 장치(101a~101b, 이하 '101'로 통칭함)에서 위치 확인 대상물에 대한 감지 신호에 대하여 주파수 영역 신호로 변환하는 신호 처리(예를 들어, FFT 처리)를 완료한 후 그 신호 처리 결과물인 주파수, 위상, 신호크기 등의 신호 처리 데이터를 위치 연산 장치(200)로 전송한다. 위치 연산 장치(200b)에서는 복수의 감시 장치(101)에서 전송된 신호 처리 데이터를 이용하여 서로 다른 위치에 있는 감시 장치(101)들 간의 위상차를 계산하고 이로부터 신호도달 시간차를 연산하며, 감시 장치(101)들의 위치를 이용하여 위치 확인 대상물의 위치를 추정한다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 감시 장치(101)는 도 2에 도시된 감시 장치(100)와 비교할 때 신호 처리부(151)가 추가되어 있으며, 본 실시예에 따른 위치 연산 장치(200b)는 도 2에 도시된 위치 연산 장치(200a)와 비교할 때 신호 처리부(210)가 생략되어 있다. 기타 구성요소(신호 감지부(111), 증폭부(121), 아날로그/디지털 변환부(131), 위상 파라미터 측정부(141), 신호 연산부(221), 위치 연산부(231))는 도 2에 도시된 구성요소(신호 감지부(110), 증폭부(120), 아날로그/디지털 변환부(130), 위상 파라미터 측정부(140), 신호 연산부(220), 위치 연산부(230))와 동일하거나 유사한 기능을 수행하는 바, 이하 도 2에 도시된 일 실시예와 비교할 때의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
감시 장치(101)는 신호 처리부(151)를 더 포함하고 있다. 신호 처리부(151)는 신호 감지부(111)에서 감지한 감지 신호를 주파수 분리하여 주파수별 위상을 측정한다. 여기서, 신호 처리부(151)는 각 감시 장치(101)에서 전송된 감지 신호 중에서 수집 시간이 동일한 감지 신호에 대해서 신호 처리를 수행할 수 있다.
신호 처리부(151)는 대역통과필터부와 위상 측정부를 포함하는 구조를 가지거나 고속 퓨리에 변환(FFT)이 가능한 모듈일 수 있다.
신호 처리부(151)에서의 신호 처리에 의해, 감지 신호는 주파수 영역 신호로 변환되며, 보다 상세하게는 신호 처리부(151)에서는 분리된 주파수, 주파수별 위상, 주파수별 신호크기 등을 포함하는 신호 처리 데이터가 생성되어 위치 연산 장치(200b)로 전송될 수 있다. 여기서, 신호 처리 데이터 중 유의미한 데이터에 해당하는 기준주파수 및 기준주파수에서의 위상 데이터 만이 위치 연산 장치(200b)로 전송되도록 하여 데이터 전송량을 절감할 수도 있다.
또한, 신호 처리 데이터와 함께 감시 장치(101)를 식별하기 위한 식별정보 및/또는 위치 정보가 함께 전송될 수 있다.
본 실시예에 따른 위치 연산 장치(200b)는 감시 장치(101)에서 이미 신호 처리된 신호 처리 데이터가 전송되기 때문에 도 2에 도시된 것과 같은 신호 처리부(210)가 불필요하여 생략되어 있다.
신호 연산부(221)는 서로 다른 위치에 있는 복수의 감시 장치(101)에서 전송된 신호 처리 데이터에 대하여 기준주파수에서의 위상을 비교하여 그 위상차를 구하고, 기준주파수와의 관계로부터 복수의 감시 장치(101) 간의 신호도달 시간차를 연산한다. 이에 대해서는 앞서 수학식 1을 참조하여 상세히 설명하였는 바 여기서는 그 설명을 생략한다.
위치 연산부(231)는 신호 연산부(221)에서 연산된 복수의 감시 장치(101) 사이의 신호도달 시간차 및 각 감시 장치(101)의 위치 정보를 이용하여 위치 확인 대상물의 위치를 연산한다.
감시 장치(101)의 위치 정보는 감시 장치(101)로부터 별도 전송되거나 신호 처리 데이터와 함께 전송될 수 있다. 또는 감시 장치(101)의 위치가 예를 들어 룩업테이블 형태로 메모리(미도시)에 미리 저장되어 있어, 신호 처리 데이터와 함께 전송된 감시 장치(101)의 식별 정보에 상응하는 위치 정보를 검색하여 획득할 수도 있다.
위치 연산부(231)에서의 위치 연산은 쌍곡선의 특성을 이용하여 이루어질 수 있으며, 이에 대해서는 앞서 도 3을 참조하여 상세히 설명하였는 바 여기서는 그 설명을 생략한다.
본 실시예에 따른 위치 확인 시스템에서는 신호 처리 데이터, 즉 FFT 처리 결과만이 전송되므로 전송 데이터량을 절감하고, 데이터 전송률 및 전송정확도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 감시 장치 및 위치 연산 장치의 구성 블록도이다.
본 실시예에 따른 위치 확인 시스템에서는 감시 장치(102a~102n, 이하 '102'로 통칭함)에서 위치 확인 대상물에 대한 감지 신호에 대하여 주파수 영역 신호로 변환하는 신호 처리(예를 들어, FFT 처리)를 완료한 후 어느 하나의 감시 장치에서 전송된 신호 처리 데이터를 기준 데이터로 하여 해당 감시 장치와의 위상차를 연산한 후 위치 연산 장치(200c)로 전송한다. 위치 연산 장치(200c)에서는 복수의 감시 장치(102)에서 전송된 위상차로부터 신호도달 시간차를 연산하며, 감시 장치(102)들의 위치를 이용하여 위치 확인 대상물의 위치를 추정한다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 감시 장치(102)는 도 2에 도시된 감시 장치(100)와 비교할 때 신호 처리부(152), 기준신호 전송부(162) 및/또는 신호 연산부(172)가 추가되었으며, 본 실시예에 따른 위치 연산 장치(200c)는 도 2에 도시된 위치 연산 장치(200a)와 비교할 때 신호 처리부(210)가 생략되어 있다. 기타 구성요소(신호 감지부(112), 증폭부(122), 아날로그/디지털 변환부(132), 위상 파라미터 측정부(142), 위치 연산부(232))는 도 2에 도시된 구성요소(신호 감지부(110), 증폭부(120), 아날로그/디지털 변환부(130), 위상 파라미터 측정부(140), 위치 연산부(230))와 동일하거나 유사한 기능을 수행하는 바, 이하 도 2에 도시된 일 실시예와 비교할 때의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
본 실시예에서는 발명의 이해 및 설명의 편의를 위해 제1 감시 장치(102a)가 타 감시 장치(제2 감시 장치(102b)~제n 감시 장치(102n))로 위상차 계산의 기준이 되는 기준신호를 전송하는 것으로 가정한다. 여기서, 기준신호를 전송하는 감시 장치는 미리 결정되어 있거나 사용자의 선택에 의해 결정될 수 있다.
제1 감시 장치(102a)는 신호 처리부(152) 및 기준신호 전송부(162)를 더 포함하고 있다.
신호 처리부(152)는 신호 감지부(112)에서 감지한 감지 신호를 주파수 분리하여 주파수별 위상을 측정한다. 여기서, 신호 처리부(152)는 각 감시 장치(102)에서 전송된 감지 신호 중에서 수집 시간이 동일한 감지 신호에 대해서 신호 처리를 수행할 수 있다.
신호 처리부(152)는 대역통과필터부와 위상 측정부를 포함하는 구조를 가지거나 고속 퓨리에 변환이 가능한 모듈일 수 있다.
신호 처리부(152)에서의 신호 처리에 의해, 감지 신호는 주파수 영역 신호로 변환되며, 보다 상세하게는 신호 처리부(152)에서는 분리된 주파수, 주파수별 위상, 주파수별 신호크기 등을 포함하는 신호 처리 데이터가 생성된다.
기준신호 전송부(162)는 신호 처리부(152)에서 생성된 신호 처리 데이터 중 유의미한 데이터에 해당하는 기준주파수 및 기준위상(제1 감시 장치(102a)에서 감지한 감지 신호의 기준주파수에서의 위상)을 기준신호로 하여 타 감시 장치(102b~102n) 및/또는 위치 연산 장치(200c)로 전송한다.
타 감시 장치(102b~102n)는 신호 연산부(172)를 포함하고 있어 기준신호 전송부(162)에 의해 전송된 기준신호와 자신의 신호 처리부(152)에 의해 처리된 신호 처리 데이터를 비교하고 위상차를 계산할 수 있다.
신호 처리부(152)에 의해 처리된 신호 처리 데이터에는 해당 감시 장치에서 감지한 감지 신호에 포함되어 있는 각종 주파수 및 주파수별 위상이 포함되어 있으며, 그 중에서 기준신호에 포함되어 있는 기준주파수에 상응하는 주파수별 위상을 독출하여 기준신호에 포함되어 있는 기준위상과 비교함으로써 기준주파수에서의 위상차를 계산할 수 있다.
계산된 위상차는 위치 연산 장치(200c)로 전송될 수 있으며, 타 실시예에 비교할 때 매우 적은 양의 데이터만을 전송하게 되어 전송 대역폭을 절감하면서 데이터 전송률 및 전송정확도를 높일 수 있다.
본 실시예에 따른 위치 연산 장치(200c)는 감시 장치(102)에서 이미 신호 처리된 이후 계산된 위상차에 대한 위상차 데이터가 전송되기 때문에 도 2에 도시된 것과 같은 신호 처리부(210)가 불필요하여 생략되어 있으며, 도 5에 도시된 신호 연산부(222)의 기능이 도 4에 도시된 신호 연산부(221)의 기능과는 다소 차이가 있다.
위치 연산 장치(200c)의 신호 연산부(222)는 제1 감시 장치(102a)에서 수신된 기준신호에 근거하여 위치 계산의 기준이 되는 감시 장치를 식별한다.
그리고 신호 연산부(222)는 타 감시 장치(102b~102n)로부터 수신된 제1 감시 장치(102a)와의 관계에 따른 위상차 데이터를 이용하여 제1 감시 장치(102a)와 타 감시 장치(102b~102n) 사이의 신호도달 시간차를 계산한다. 신호도달 시간차의 계산에 대해서는 앞서 수학식 1을 참조하여 상세히 설명하였는 바 여기서는 그 설명을 생략한다.
위치 연산부(232)는 신호 연산부(222)에서 연산된 제1 감시 장치(102a)와 타 감시 장치(102b~102n) 사이의 신호도달 시간차 및 각 감시 장치(102a~102n)의 위치 정보를 이용하여 위치 확인 대상물의 위치를 연산한다.
감시 장치(102)의 위치 정보는 감시 장치(102)로부터 별도 전송되거나 기준신호 혹은 위상차 데이터와 함께 전송될 수 있다. 또는 감시 장치(102)의 위치가 예를 들어 룩업테이블 형태로 메모리(미도시)에 미리 저장되어 있어, 기준신호 혹은 위상차 데이터와 함께 전송된 감시 장치(102)의 식별 정보에 상응하는 위치 정보를 검색하여 획득할 수도 있다.
위치 연산부(232)에서의 위치 연산은 쌍곡선의 특성을 이용하여 이루어질 수 있으며, 이에 대해서는 앞서 도 3을 참조하여 상세히 설명하였는 바 여기서는 그 설명을 생략한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 확인 방법의 순서도이다. 도 6의 각 단계들은 도 2에 도시된 위치 확인 시스템의 각 구성요소에서 수행될 수 있다.
우선 위치 연산 장치(200a)에서 각 감시 장치(100a, 100b)로 혹은 임의의 감시 장치(100a 혹은 100b)에서 타 감시 장치(100b 혹은 100a)로 위치 확인 개시 명령을 전송함으로써 위치 확인 과정이 개시될 수 있다.
단계 S310 및 단계 S312에서 제1 감시 장치(100a) 및 제2 감시 장치(100b)는 임의의 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지한다. 본 실시예에서 신호를 감지하는 감시 장치의 수는 셋 이상일 수 있으며, 각 감시 장치의 위치는 서로 다른 좌표를 가질 수 있다.
필요에 따라 감지 신호는 용이한 신호 처리를 위해 소정 이득만큼 증폭되고, 아날로그/디지털 변환될 수 있다.
또한, 감시 장치는 장치 특성에 종속되는 위상 파라미터를 측정할 수도 있다. 위상 파라미터는 신호 감지부의 위상 특성, 신호 감지부의 길이, 증폭부의 위상 특성, 아날로그/디지털 변환부의 개시 시간, 감시 장치의 응답 시간 등이 위상 파라미터로 측정되고, 감지 신호의 위상 보정을 위해 위치 연산 장치(200a)로 전송될 수 있다.
단계 S320 및 단계 S322에서 제1 감시 장치(100a) 및 제2 감시 장치(100b)는 위치 연산 장치(200a)로 감지 신호를 전송한다. 전송되는 감지 신호는 원 데이터 자체, 중간주파수 처리된 신호 혹은 최종 복조된 신호 중 어느 하나일 수 있다.
단계 S330에서 위치 연산 장치(200a)는 감시 장치(100)로부터 감지 신호를 수신하고, 신호 처리부(210)는 이를 주파수 영역 신호로 변환한다. 감지 신호는 감시 장치(100)의 식별 정보 및 위치 정보 중 적어도 하나와 함께 전송될 수 있다.
감지 신호의 경우 시간 영역 신호로서, 주파수 분리 및 주파수별 위상 측정을 통해 주파수 영역 신호로 변환되거나 고속 퓨리에 변환에 의해 주파수 영역 신호로 변환될 수 있다.
단계 S340에서 신호 연산부(220)는 주파수 영역 신호로 변환된 감지 신호들 간의 위상을 비교함으로써 복수의 감시 장치(100a, 100b) 사이의 위상차를 계산한다.
여기서, 위상 파라미터를 이용한 위상 보정 단계가 선수행될 수 있다.
또한, 위상차의 계산을 위한 주파수 대역의 선정 단계가 선수행될 수 있다. 예를 들어, 임의의 주파수 대역에서 두 감지 신호의 데이터가 소정 비율 이상 일치하는 경우에 그 주파수 대역을 위상차 계산을 위한 기준주파수로 선정할 수 있다.
단계 S350에서 신호 연산부(220)는 단계 S340에서 계산된 위상차 및 기준주파수를 이용하여 복수의 감시 장치 사이의 신호도달 시간차를 연산한다. 신호도달 시간차의 연산에 대해서는 앞서 수학식 1을 참조하여 설명한 바 있다.
단계 S360에서 위치 연산부(230)는 단계 S350에서 연산된 신호도달 시간차를 이용하여 위치 확인 대상물의 예상 위치를 추정한다. 예상 위치의 추정에는 쌍곡선이 이용될 수 있으며, 이 경우 각 감시 장치의 위치 정보가 추가적으로 이용될 수 있다.
즉, 신호도달 시간차로부터 위치 확인 대상물과 복수의 감시 장치 각각까지의 거리차를 계산하고, 복수의 감시 장치 각각의 위치를 두 초점으로 하는 쌍곡선을 구하되, 이러한 쌍곡선을 두 개 이상 구하여 찾은 교점을 위치 확인 대상물의 위치로 추정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위치 확인 방법의 순서도이다. 도 7의 각 단계들은 도 4에 도시된 위치 확인 시스템의 각 구성요소에서 수행될 수 있다.
우선 위치 연산 장치(200b)에서 각 감시 장치(101a, 101b)로 혹은 임의의 감시 장치(101a 혹은 101b)에서 타 감시 장치(101b 혹은 101a)로 위치 확인 개시 명령을 전송함으로써 위치 확인 과정이 개시될 수 있다.
단계 S410 및 단계 S412에서 제1 감시 장치(101a) 및 제2 감시 장치(101b)는 임의의 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지한다. 본 실시예에서 신호를 감지하는 감시 장치의 수는 셋 이상일 수 있으며, 각 감시 장치의 위치는 서로 다른 좌표를 가질 수 있다.
필요에 따라 감지 신호는 용이한 신호 처리를 위해 소정 이득만큼 증폭되고, 아날로그/디지털 변환될 수 있다.
단계 S420 및 단계 S422에서 제1 감시 장치(101a) 및 제2 감시 장치(101b)는 감지 신호를 주파수 영역 신호로 변환한다. 감지 신호의 경우 시간 영역 신호로서, 주파수 분리 및 주파수별 위상 측정을 통해 주파수 영역 신호로 변환되거나 고속 퓨리에 변환에 의해 주파수 영역 신호로 변환될 수 있다.
여기서, 감시 장치의 장치 특성에 종속되는 위상 파라미터를 이용한 위상 보정 단계가 선수행될 수 있다. 위상 파라미터는 신호 감지부의 위상 특성, 신호 감지부의 길이, 증폭부의 위상 특성, 아날로그/디지털 변환부의 개시 시간, 감시 장치의 응답 시간 등일 수 있다.
단계 S430 및 단계 S432에서 제1 감시 장치(101a) 및 제2 감시 장치(101b)는 위치 연산 장치(200b)로 신호 처리 데이터, 즉 주파수 영역 신호를 전송한다. 신호 처리 데이터는 감시 장치(101a, 101b)의 식별 정보 및 위치 정보 중 적어도 하나와 함께 전송될 수 있다.
단계 S440에서 신호 연산부(221)는 주파수 영역 신호로 변환된 감지 신호들 간의 위상을 비교함으로써 복수의 감시 장치(101a, 101b) 사이의 위상차를 계산한다.
또한, 위상차의 계산을 위한 주파수 대역의 선정 단계가 선수행될 수 있다. 예를 들어, 임의의 주파수 대역에서 두 감지 신호의 데이터가 소정 비율 이상 일치하는 경우에 그 주파수 대역을 위상차 계산을 위한 기준주파수로 선정할 수 있다.
단계 S450에서 신호 연산부(221)는 단계 S440에서 계산된 위상차 및 기준주파수를 이용하여 복수의 감시 장치 사이의 신호도달 시간차를 연산한다. 신호도달 시간차의 연산에 대해서는 앞서 수학식 1을 참조하여 설명한 바 있다.
단계 S460에서 위치 연산부(231)는 단계 S450에서 연산된 신호도달 시간차를 이용하여 위치 확인 대상물의 예상 위치를 추정한다. 예상 위치의 추정에는 쌍곡선이 이용될 수 있으며, 이 경우 각 감시 장치의 위치 정보가 추가적으로 이용될 수 있다.
즉, 신호도달 시간차로부터 위치 확인 대상물과 복수의 감시 장치 각각까지의 거리차를 계산하고, 복수의 감시 장치 각각의 위치를 두 초점으로 하는 쌍곡선을 구하되, 이러한 쌍곡선을 두 개 이상 구하여 찾은 교점을 위치 확인 대상물의 위치로 추정할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위치 확인 방법의 순서도이다. 도 8의 각 단계들은 도 5에 도시된 위치 확인 시스템의 각 구성요소에서 수행될 수 있다.
우선 위치 연산 장치(200c)에서 각 감시 장치(102a, 102b)로 혹은 임의의 감시 장치(102a 혹은 102b)에서 타 감시 장치(102b 혹은 102a)로 위치 확인 개시 명령을 전송함으로써 위치 확인 과정이 개시될 수 있다.
단계 S510 및 단계 S512에서 제1 감시 장치(102a) 및 제2 감시 장치(102b)는 임의의 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지한다. 본 실시예에서 신호를 감지하는 감시 장치의 수는 셋 이상일 수 있으며, 각 감시 장치의 위치는 서로 다른 좌표를 가질 수 있다.
필요에 따라 감지 신호는 용이한 신호 처리를 위해 소정 이득만큼 증폭되고, 아날로그/디지털 변환될 수 있다.
단계 S520 및 단계 S522에서 제1 감시 장치(102a) 및 제2 감시 장치(102b)는 감지 신호를 주파수 영역 신호로 변환한다. 감지 신호의 경우 시간 영역 신호로서, 주파수 분리 및 주파수별 위상 측정을 통해 주파수 영역 신호로 변환되거나 고속 퓨리에 변환에 의해 주파수 영역 신호로 변환될 수 있다.
여기서, 감시 장치의 장치 특성에 종속되는 위상 파라미터를 이용한 위상 보정 단계가 선수행될 수 있다. 위상 파라미터는 신호 감지부의 위상 특성, 신호 감지부의 길이, 증폭부의 위상 특성, 아날로그/디지털 변환부의 개시 시간, 감시 장치의 응답 시간 등일 수 있다.
복수의 감시 장치 중 어느 하나가 자신의 신호 처리 데이터, 즉 주파수 영역으로의 변환을 통해 획득한 유의미한 주파수를 기준주파수로 정하고, 기준주파수에서의 위상을 기준위상으로 하여 기준주파수 및 기준위상을 포함하는 기준신호를 타 감시 장치 및 위치 연산 장치(200c)로 전송할 수 있다. 본 실시예에서는 단계 S530 및 S535에서 제1 감시 장치(102a)가 제2 감시 장치(102b) 및 위치 연산 장치(200c)로 기준신호를 전송한다. 여기서, 단계 S535에서의 기준신호는 제1 감시 장치(102a)의 식별 정보 및 위치 정보 중 적어도 하나와 함께 전송될 수 있다.
단계 S540에서 제2 감시 장치(102b)는 자신의 신호 처리 데이터와 제1 감시 장치(102a)에서 전송된 기준신호를 비교하여 기준주파수에서의 위상차를 계산한다. 여기서, 계산된 위상차는 제1 감시 장치(102a)와 제2 감시 장치(102b) 사이의 위상차가 된다.
단계 S545에서 제2 감시 장치(102b)는 계산된 위상차 데이터를 위치 연산 장치(200c)로 전송한다. 위상차 데이터는 제2 감시 장치(102b)의 식별 정보 및 위치 정보 중 적어도 하나와 함께 전송될 수 있다.
단계 S550에서 신호 연산부(222)는 단계 S535에서 전송된 기준신호에 포함된 기준주파수 및 단계 S545에서 전송된 위상차 데이터를 이용하여 제1 감시 장치(102a)와 타 감시 장치(도면에서는 제2 감시 장치(102b)) 사이의 신호도달 시간차를 연산한다. 신호도달 시간차의 연산에 대해서는 앞서 수학식 1을 참조하여 설명한 바 있다.
단계 S560에서 위치 연산부(232)는 단계 S550에서 연산된 신호도달 시간차를 이용하여 위치 확인 대상물의 예상 위치를 추정한다. 예상 위치의 추정에는 쌍곡선이 이용될 수 있으며, 이 경우 각 감시 장치의 위치 정보가 추가적으로 이용될 수 있다.
즉, 신호도달 시간차로부터 위치 확인 대상물과 복수의 감시 장치 각각까지의 거리차를 계산하고, 복수의 감시 장치 각각의 위치를 두 초점으로 하는 쌍곡선을 구하되, 이러한 쌍곡선을 두 개 이상 구하여 찾은 교점을 위치 확인 대상물의 위치로 추정할 수 있다.
도 6 내지 도 8 중 하나를 참조하여 설명한 위치 확인 방법은 디지털 처리 장치(위치 확인 시스템)에 내장되거나 설치된 프로그램 등에 의해 시계열적 순서에 따른 자동화된 절차로 수행될 수도 있음은 당연하다. 상기 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 디지털 처리 장치가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 디지털 처리 장치에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 상기 방법을 구현한다. 상기 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체 및 캐리어 웨이브 매체를 포함한다.
본 실시예에 따른 위치 확인 시스템 및 위치 확인 방법은 다음과 같은 경우에 사용될 수 있다.
제1 실시예로 3곳 이상의 위치에 설치된 포토 센서를 구비한 망원경이 로켓 혹은 포탄에서 발생되는 엔진 불꽃을 감지하고, 전술한 위치 확인 방법에 따라 연산함으로써 로켓의 현재 위치 및 그 경로를 파악하여 로켓 혹은 포탄 추적이 가능하다.
제2 실시예로 이동형 장치에 설치된 송신기에서 전송하는 전파를 수신기에서 수신하고, 전술한 위치 확인 방법에 따라 연산함으로써 송신기가 설치된 이동형 장치(예를 들어, 스텔스 비행기 등)의 위치 파악이 가능하다.
제3 실시예로 특정 송신원에서 발신된 신호가 비행체에 반사된 이후 그 반사신호를 수신기에서 수신하고, 전술한 위치 확인 방법에 따라 연산함으로써 비행체의 위치 파악이 가능하다.
제4 실시예로 서로 다른 위치에 복수의 마이크로폰이 설치되어 있고, 사람의 발자국 소리 혹은 새의 소리 등을 감지함으로써 현재 복도 혹은 회랑에서 사람의 위치 혹은 새의 위치를 파악할 수도 있다.
제5 실시예로 상수도, 가스관, 송유관 등의 누출(누수)가 있는 경우 배관을 따라 이격되어 설치된 마이크로폰 혹은 진동센서를 통해 누출 소리 혹은 그에 따른 충격이나 진동을 감지함으로써 누출 지점을 파악하고 신속한 보수가 이루어지도록 할 수 있다.
제6 실시예로 전선 혹은 케이블에서 불안전한 접속이 이루어지고 있거나 선로가 부식된 경우 이로 인한 열 잡음 혹은 신호 잡음이 발생할 때 전선 혹은 케이블을 따라 이격되어 설치된 PIC를 통해 이를 감지함으로써 접촉 불량 지점이나 부식 지점을 용이하게 찾을 수 있다.
또한, 대상물이 복수 개가 존재하는 경우, 복수의 대상물을 분리하여 적용시킴으로써 특정 대상물에 대한 확인이 가능하다. 대상물이 서로 다른 소리를 내는 2종류의 새인 경우, 각 새소리의 위상차를 이용하여 각 주파수별 위상으로부터 위상차를 계산하고 이로부터 2종류의 소리로 분리함으로써 잡음이 제거된(즉, 한 종류의 새소리가 제거된) 일 종류의 새소리만을 분리해 낼 수 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 위치 확인 시스템 10: 위치 확인 대상물
20: 신호 발생원
100a, 100b, 100n, 101a, 101b, 101n, 102a, 102b, 102n: 감시 장치
200a, 200b, 200c: 위치 연산 장치
110, 111, 112: 신호 감지부
120, 121, 122: 증폭부
130, 131, 132: ADC(아날로그/디지털 변환부)
140, 141, 142: 위상 파라미터 측정부
151, 152: 신호 처리부 162: 기준신호 전송부
172: 신호 연산부
210: 신호 처리부 220, 221, 222: 신호 연산부
230, 231, 232: 위치 연산부

Claims (39)

  1. 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하여 그 위치를 연산하는 위치 확인 시스템에 있어서,
    상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하여 시간 영역의 감지 신호를 생성하는 복수의 감시 장치; 및
    상기 복수의 감시 장치로부터 수신된 상기 감지 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 신호 처리부와, 주파수별 위상을 비교하여 상기 복수의 감시 장치 사이의 위상차를 계산하고, 상기 위상차로부터 상기 복수의 감시 장치 사이의 신호도달 시간차를 연산하는 신호 연산부와, 상기 신호도달 시간차 및 상기 복수의 감시 장치의 위치를 이용하여 상기 위치 확인 대상물의 위치를 추정하는 위치 연산부를 포함하는 위치 연산 장치를 포함하는 위치 확인 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리부는 수집 시간이 동일한 상기 시간 영역의 감지 신호를 주파수별로 분리하고, 주파수별 위상 측정을 수행하여 상기 주파수 영역 신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리부는 고속 퓨리에 변환(FFT)을 통해 수집 시간이 동일한 상기 시간 영역의 감지 신호를 상기 주파수 영역 신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 신호 연산부는 상기 주파수 영역 신호로 변환된 감지 신호들 간의 데이터 일치율이 소정 비율 이상인 주파수 대역을 선정하여 그 위상을 비교함으로써 상기 위상차를 계산하는 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 신호 연산부는 상기 위상차와 선정된 주파수 대역 간의 상관관계로부터 상기 신호도달 시간차를 연산하는 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 감시 장치 각각은 타 감시 장치 혹은 상기 위치 연산 장치에서 전송된 위치 확인 개시 명령에 의해 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호 감지를 개시하는 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 위치 연산부는 상기 신호도달 시간차 및 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호의 진행 속도를 이용하여 상기 위치 확인 대상물과 상기 복수의 감시 장치까지의 거리차를 계산하고, 상기 거리차를 이용하여 상기 복수의 감시 장치의 위치를 초점으로 하는 쌍곡선을 복수 개 구한 후 그 교점을 상기 위치 확인 대상물의 위치로 추정하는 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
  8. 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하여 그 위치를 연산하는 위치 확인 시스템에 있어서,
    상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하여 시간 영역의 감지 신호를 생성하고, 상기 감지 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 복수의 감시 장치; 및
    상기 복수의 감시 장치로부터 상기 주파수 영역 신호를 수신하여 주파수별 위상을 비교하여 상기 복수의 감시 장치 사이의 위상차를 계산하고, 상기 위상차로부터 상기 복수의 감시 장치 사이의 신호도달 시간차를 연산하는 신호 연산부와, 상기 신호도달 시간차 및 상기 복수의 감시 장치의 위치를 이용하여 상기 위치 확인 대상물의 위치를 추정하는 위치 연산부를 포함하는 위치 연산 장치를 포함하는 위치 확인 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 감시 장치는 수집 시간이 동일한 상기 시간 영역의 감지 신호를 상기 주파수 영역 신호로 변환하되,
    상기 주파수 영역 신호는 상기 감지 신호에 포함된 주파수, 주파수별 위상 및 주파수별 신호크기 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 신호 연산부는 상기 주파수 영역 신호로 변환된 감지 신호들 간의 데이터 일치율이 소정 비율 이상인 주파수 대역을 선정하여 그 위상을 비교함으로써 상기 위상차를 계산하는 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 신호 연산부는 상기 위상차와 선정된 주파수 대역 간의 상관관계로부터 상기 신호도달 시간차를 연산하는 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 감시 장치 각각은 타 감시 장치 혹은 상기 위치 연산 장치에서 전송된 위치 확인 개시 명령에 의해 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호 감지를 개시하는 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 위치 연산부는 상기 신호도달 시간차 및 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호의 진행 속도를 이용하여 상기 위치 확인 대상물과 상기 복수의 감시 장치까지의 거리차를 계산하고, 상기 거리차를 이용하여 상기 복수의 감시 장치의 위치를 초점으로 하는 쌍곡선을 복수 개 구한 후 그 교점을 상기 위치 확인 대상물의 위치로 추정하는 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
  14. 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하여 그 위치를 연산하는 위치 확인 시스템에 있어서,
    상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하여 기준주파수 및 기준위상을 포함하는 기준신호를 출력하는 제1 감시 장치;
    상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하고 상기 기준신호와 비교한 결과 상기 제1 감시 장치와의 위상차를 계산하는 복수의 제2 감시 장치; 및
    상기 위상차로부터 상기 제1 감시 장치와 상기 복수의 제2 감시 장치 사이의 신호도달 시간차를 계산하는 신호 연산부와, 상기 신호도달 시간차 및 상기 제1 감시 장치와 상기 복수의 제2 감시 장치의 위치를 이용하여 상기 위치 확인 대상물의 위치를 추정하는 위치 연산부를 포함하는 위치 연산 장치를 포함하는 위치 연산 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 감시 장치 및 상기 복수의 제2 감시 장치는 수집 시간이 동일한 시간 영역의 감지 신호를 주파수 영역으로 변환하여 상기 기준신호 및 상기 위상차를 각각 출력 및 계산하는 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 신호 연산부는 상기 위상차와 상기 기준주파수 간의 상관관계로부터 상기 신호도달 시간차를 연산하는 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제1 감시 장치 및 상기 복수의 제2 감시 장치 각각은 타 감시 장치 혹은 상기 위치 연산 장치에서 전송된 위치 확인 개시 명령에 의해 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호 감지를 개시하는 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 위치 연산부는 상기 신호도달 시간차 및 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호의 진행 속도를 이용하여 상기 위치 확인 대상물과 상기 제1 감시 장치까지의 거리 및 상기 위치 확인 대상물과 상기 복수의 제2 감시 장치 중 어느 하나까지의 거리의 차를 계산하고, 상기 거리의 차를 이용하여 상기 제1 감시 장치 및 상기 복수의 제2 감시 장치 중 어느 하나의 위치를 초점으로 하는 쌍곡선을 복수 개 구한 후 그 교점을 상기 위치 확인 대상물의 위치로 추정하는 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
  19. 제1항, 제8항 및 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호는 진동, 소리, 빛, 열, 전기신호 및 전파 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
  20. 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하는 복수의 감시 장치와 네트워크를 통해 통신하는 위치 연산 장치에서의 상기 위치 확인 대상물의 위치를 연산하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 복수의 감시 장치로부터 수신된 시간 영역의 감지 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계;
    (b) 상기 주파수 영역 신호로 변환된 감지 신호들 간의 위상을 비교하여 상기 복수의 감시 장치 사이의 위상차를 계산하는 단계;
    (c) 상기 위상차로부터 상기 복수의 감시 장치 사이의 신호도달 시간차를 연산하는 단계; 및
    (d) 상기 신호도달 시간차 및 상기 복수의 감시 장치의 위치를 이용하여 상기 위치 확인 대상물의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 위치 연산 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 단계 (a)는, 수집 시간이 동일한 상기 시간 영역의 감지 신호를 주파수별로 분리하는 단계와, 주파수별 위상 측정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 연산 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 단계 (a)는 고속 퓨리에 변환(FFT)을 통해 수집 시간이 동일한 상기 시간 영역의 감지 신호를 상기 주파수 영역 신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 위치 연산 방법.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 단계 (b)는 상기 주파수 영역 신호로 변환된 감지 신호들 간의 데이터 일치율이 소정 비율 이상인 주파수 대역에 대하여 위상을 비교하여 상기 위상차를 계산하는 것을 특징으로 하는 위치 연산 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 단계 (c)는 상기 위상차와 선정된 주파수 대역 간의 상관관계로부터 상기 신호도달 시간차를 연산하는 것을 특징으로 하는 위치 연산 방법.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 단계 (d)는,
    상기 신호도달 시간차 및 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호의 진행 속도를 이용하여 상기 위치 확인 대상물과 상기 복수의 감시 장치까지의 거리차를 계산하는 단계와,
    상기 거리차 및 상기 복수의 감시 장치의 위치를 초점으로 하는 쌍곡선을 구하는 단계와,
    상기 쌍곡선을 복수 개 구한 후 그 교점을 상기 위치 확인 대상물의 위치로 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 연산 방법.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호는 진동, 소리, 빛, 열, 전기신호 및 전파 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 위치 연산 방법.
  27. 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하는 복수의 감시 장치와 네트워크를 통해 통신하는 위치 연산 장치에서의 상기 위치 확인 대상물의 위치를 연산하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 복수의 감시 장치로부터 주파수 영역 신호로 변환된 감지 신호들 간의 위상을 비교하여 상기 복수의 감시 장치 사이의 위상차를 계산하는 단계;
    (b) 상기 위상차로부터 상기 복수의 감시 장치 사이의 신호도달 시간차를 연산하는 단계; 및
    (c) 상기 신호도달 시간차 및 상기 복수의 감시 장치의 위치를 이용하여 상기 위치 확인 대상물의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 위치 연산 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 단계 (a) 이전에, 상기 복수의 감시 장치 각각에서,
    (i) 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하는 단계;
    (ii) 상기 감지된 신호 중 수집 시간이 동일한 감지 신호를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환하여 상기 주파수 영역 신호를 생성하는 단계를 선수행하는 것을 특징으로 하는 위치 연산 방법.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 단계 (a)는 상기 주파수 영역 신호로 변환된 감지 신호들 간의 데이터 일치율이 소정 비율 이상인 주파수 대역에 대하여 위상을 비교하여 상기 위상차를 계산하는 것을 특징으로 하는 위치 연산 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 단계 (b)는 상기 위상차와 선정된 주파수 대역 간의 상관관계로부터 상기 신호도달 시간차를 연산하는 것을 특징으로 하는 위치 연산 방법.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 단계 (c)는,
    상기 신호도달 시간차 및 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호의 진행 속도를 이용하여 상기 위치 확인 대상물과 상기 복수의 감시 장치까지의 거리차를 계산하는 단계와,
    상기 거리차 및 상기 복수의 감시 장치의 위치를 초점으로 하는 쌍곡선을 구하는 단계와,
    상기 쌍곡선을 복수 개 구한 후 그 교점을 상기 위치 확인 대상물의 위치로 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 연산 방법.
  32. 제27항에 있어서,
    상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호는 진동, 소리, 빛, 열, 전기신호 및 전파 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 위치 연산 방법.
  33. 위치 연산 시스템에서 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하여 상기 위치 확인 대상물의 위치를 연산하는 방법에 있어서,
    (a) 제1 감시 장치에서 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하여 기준주파수 및 기준위상을 포함하는 기준신호를 생성하는 단계;
    (b) 복수의 제2 감시 장치에서 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하고, 상기 기준신호와 비교한 결과 상기 제1 감시 장치와의 위상차를 계산하는 단계;
    (c) 위치 연산 장치에서 상기 위상차로부터 상기 제1 감시 장치와 상기 복수의 제2 감시 장치 사이의 신호도달 시간차를 연산하는 단계; 및
    (c) 상기 신호도달 시간차 및 상기 제1 감시 장치와 상기 복수의 제2 감시 장치의 위치를 이용하여 상기 위치 확인 대상물의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 위치 연산 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 단계 (a)는,
    (a1) 상기 제1 감시 장치에서 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하여 시간 영역의 감지 신호를 생성하는 단계;
    (a2) 시간 영역의 상기 감지 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계; 및
    (a3) 상기 주파수 영역 신호 중 기준이 되는 상기 기준주파수를 선정하고, 상기 기준주파수에서의 위상을 기준위상으로 설정하는 단계를 포함하는 위치 연산 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 단계 (b)는,
    (b1) 상기 복수의 제2 감시 장치에서 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호를 감지하여 감지 신호를 생성하는 단계;
    (b2) 시간 영역의 상기 감지 신호를 제2 주파수 영역 신호로 변환하는 단계; 및
    (b3) 상기 제1 감시 장치로부터 전송된 상기 기준신호와 상기 제2 주파수 영역 신호의 주파수별 위상을 비교하여 상기 제1 감시 장치와의 위상차를 계산하는 단계를 포함하는 위치 연산 방법.
  36. 제33항에 있어서,
    상기 단계 (c)는 상기 위상차와 기준주파수 간의 상관관계로부터 상기 신호도달 시간차를 연산하는 것을 특징으로 하는 위치 연산 방법.
  37. 제33항에 있어서,
    상기 단계 (d)는,
    상기 신호도달 시간차 및 상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호의 진행 속도를 이용하여 상기 위치 확인 대상물과 상기 제1 감시 장치까지의 거리 및 상기 위치 확인 대상물과 상기 복수의 제2 감시 장치 중 어느 하나까지의 거리의 차를 계산하는 단계와,
    상기 거리의 차를 이용하고, 상기 제1 감시 장치의 위치를 일 초점으로 하고 상기 복수의 제2 감시 장치 중 어느 하나의 위치를 다른 초점으로 하는 쌍곡선을 구하는 단계와,
    서로 다른 제2 감시 장치에 대하여 상기 쌍곡선을 복수 개 구한 후 그 교점을 상기 위치 확인 대상물의 위치로 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 연산 방법.
  38. 제33항에 있어서,
    상기 위치 확인 대상물에 의해 발생된 신호는 진동, 소리, 빛, 열, 전기신호 및 전파 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 위치 연산 방법.
  39. 제20항 내지 제38항 중 어느 한 항에 기재된 위치 연산 방법을 수행하기 위하여 디지털 처리 장치에 의해 판독될 수 있는 프로그램을 기록한 기록매체.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101594740B1 (ko) * 2015-09-08 2016-02-26 김종길 충돌물체 좌표산정용 디스플레이 시스템 및 그 구동방법
KR20160131851A (ko) 2015-05-08 2016-11-16 삼성전기주식회사 전자기기 및 위치 감지 시스템
KR101687714B1 (ko) * 2015-07-21 2016-12-19 국방과학연구소 위치 탐색 제어 장치 및 그의 제어방법
KR101689628B1 (ko) * 2015-07-30 2016-12-26 국방과학연구소 고정 신호원의 위치 추정 장치 및 방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110245546A (zh) * 2018-12-06 2019-09-17 浙江大华技术股份有限公司 一种目标跟踪系统、方法及存储介质

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06138218A (ja) * 1992-10-29 1994-05-20 Nissan Motor Co Ltd 距離測定装置
JPH08188102A (ja) * 1995-01-09 1996-07-23 Koyo Seiko Co Ltd 超音波式距離測定装置
JP2000035474A (ja) * 1998-07-17 2000-02-02 Fujitsu Ltd 音源位置検出装置
JP3739078B2 (ja) * 2000-07-26 2006-01-25 総務大臣 電波源の位置検出システム
KR101419846B1 (ko) * 2009-08-12 2014-07-17 이흥수 위상차를 이용한 위치확인 시스템 및 방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160131851A (ko) 2015-05-08 2016-11-16 삼성전기주식회사 전자기기 및 위치 감지 시스템
KR101687714B1 (ko) * 2015-07-21 2016-12-19 국방과학연구소 위치 탐색 제어 장치 및 그의 제어방법
KR101689628B1 (ko) * 2015-07-30 2016-12-26 국방과학연구소 고정 신호원의 위치 추정 장치 및 방법
KR101594740B1 (ko) * 2015-09-08 2016-02-26 김종길 충돌물체 좌표산정용 디스플레이 시스템 및 그 구동방법
WO2017043740A1 (ko) * 2015-09-08 2017-03-16 김종길 충돌물체 좌표산정용 디스플레이 시스템 및 그 구동방법

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