KR20150009390A - 비콘별 주파수를 이용한 이동체의 위치 인식 시스템 및 위치 인식 방법 - Google Patents

비콘별 주파수를 이용한 이동체의 위치 인식 시스템 및 위치 인식 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 비콘으로부터 동시에 발송되는 신호에 의해 각 비콘과의 거리를 산출하여 이동체의 위치를 확인하며, 위치 확인을 위해 비콘을 순차적으로 호출하지 않으므로, 빠른 위치 확인 및 복수 이동체의 동시 위치 확인이 가능하도록 한 이동체의 위치 인식 시스템 및 위치 인식 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 이동체의 위치 인식 시스템은 주기적으로 비콘신호를 송출하며 서로 이격되어 설치되는 복수의 비콘; 및 복수의 상기 비콘으로부터 수신되는 비콘신호의 도달시간을 산출하고, 미리 입력된 복수의 상기 비콘에 대한 좌표정보와 상기 도달시간을 이용하여 현재 위치를 산출하는 이동체;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

비콘별 주파수를 이용한 이동체의 위치 인식 시스템 및 위치 인식 방법{Positioning System And Positioning Method Using Frequencies Dedicated To Beacons}
본 발명은 이동체의 위치 인식 시스템 및 위치 인식 방법에 관한 것으로 특히, 복수의 비콘으로부터 동시에 발송되는 신호에 의해 각 비콘과의 거리를 산출하여 이동체의 위치를 확인하며, 위치 확인에 따른 비콘 및 주파수 점유를 방지하여, 빠른 위치 확인 및 복수 이동체의 동시 위치 확인이 가능하도록 한 이동체의 위치 인식 시스템 및 위치 인식 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이동체의 위치 확인을 위해서는 GPS(Global Positioning System)가 이용된다. GPS는 알려진 바와 같이 위성궤도에 존재하는 위성들로부터 주기적으로 방출되는 신호를 수신하고, 수신된 신호를 계산에 이용하여 자신의 위치를 검출하게 된다.
이러한 GPS 시스템은 차량, 보행자의 네비게이션 장치에 이용되어 차량, 보행자의 이동을 네비게이션을 통해 표현하는 용도로 많이 이용되고 있다. 구체적으로 네비게이션 또는 GPS 단말을 소지한 사용자에 대해 현재위치 정보를 제공함으로써 이를 통해 경로, 목적지, 주변의 위치 정보의 획득 및 이용이 가능하게 하는 형태로 일반인들에게 이용되고 있다.
이와 달리 이러한 GPS 시스템 및 이를 이용한 위치 인식 방법은 리모트 컨트롤과 같은 원격 제어 분야에도 이용되고 있다.
기존의 원격 제어 시스템은 카메라를 이동체에 설치하고, 원거리에서 카메라를 통해 촬영되는 영상을 조작자가 확인하여 이동체의 이동 방향을 제어하는 방법이 주로 이용되었다. 그리고, 비교적 최근에는 촬영장치와 GPS 장치를 함께 설치하여 영상에 의한 조작과 GPS에 의한 이동체의 위치확인을 병행하는 방법이나, GPS 신호에 의해 이동체의 위치를 확인하고 원격으로 영상 확인 없이 제어하는 방법이 주로 이용되고 있다. 이로 인해 최근에는 저렴한 비용으로 구성이 가능하며, 용이하게 위치를 산출할 수 있는 GPS의 이용이 많아지고 있다.
하지만, 이러한 GPS 신호의 경우 실내에서는 수신이 안되는 경우가 대부분이기 때문에 실내의 이동체 제어에는 GPS와 다른 별도의 신호 수단을 이용하여 GPS를 대신하게 된다.
구체적으로, 실내의 이동체 제어를 위해서는 실내의 여러 곳에 신호 발생을 위한 복수의 비콘을 설치하고, 이러한 비콘들을 이용하여 이동체의 위치를 확인하도록 하고 있다. 그러나, 이동체가 비콘들을 통해 위치를 확인하는 기존의 방법은 여러 가지 문제점을 가지고 있다.
구체적으로, 이동체의 위치 확인을 위한 지연시간이 길며, 복수의 이동체가 동일한 비콘들을 이용하여 위치를 확인하는 경우 지연시간이 더욱 길어지며 이로 인해, 이동체의 연속적인 위치 확인이 곤란해지는 문제점이 있다. 좀 더 상세히 설명하면, 기존의 실내 비콘을 이용한 위치 확인 방법은 우선 실내에 복수의 비콘이 이격되어 설치된다. 그리고, 이동체가 위치 확인을 위해 복수의 비콘 중 어느 하나를 호출하며, 호출된 비콘이 응답신호를 보내게 된다. 이동체는 호출에 따른 응답신호를 전송하는 비콘의 응답신호 전달에 소요되는 시간을 계측하여 호출된 비콘과의 거리를 산출하게 된다. 그리고, 이와 같은 방법으로 복수의 비콘 각각에 대한 거리를 산출하고, 산출된 거리들을 이용하여 자신의 위치를 계산하여 확인하게 된다.
이러한 실내 비콘을 이용한 위치 확인 방법은 각 비콘과의 통신을 통해 거리를 계산하기 때문에 복수의 비콘 모두와 통신이 이루어져야 거리 산출이 가능하다. 또한 단일 주파수를 이용함으로 인해 이동체가 하나의 비콘과 통신을 수행하는 동안 다른 비콘들은 침묵 상태를 유지 또는 통신 불가 상태가 되어야 한다. 이로 인해 종래의 실내 비콘을 이용한 위치 확인 방법은 통신에 소요되는 시간이 긴 단점과 이로 인해 연속적인 위치 확인 어려운 문제점이 있다. 더욱이 복수의 이동체가 동시에 존재하는 경우 이러한 지연시간이 더욱 길어지며, 지연시간에 의한 문제점이 더욱 심화되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 복수의 비콘으로부터 동시에 발송되는 신호에 의해 각 비콘과의 거리를 산출하여 이동체의 위치를 확인하며, 위치 확인에 따른 비콘 및 주파수 점유를 방지하여, 빠른 위치 확인 및 복수 이동체의 동시 위치 확인이 가능하도록 한 이동체의 위치 인식 시스템 및 위치 인식 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이동체의 위치 인식 시스템은 주기적으로 비콘신호를 송출하며 서로 이격되어 설치되는 복수의 비콘; 및 복수의 상기 비콘으로부터 수신되는 비콘신호의 도달시간을 산출하고, 미리 입력된 복수의 상기 비콘에 대한 좌표정보와 상기 도달시간을 이용하여 현재 위치를 산출하는 이동체;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
복수의 상기 비콘은 서로 동기되어 동일한 시점에 상기 비콘신호를 송출하는 것을 특징으로 한다.
복수의 상기 비콘은 각각 서로 다른 주파수, 서로 다른 주파수 대역 또는 동일한 주파수 대역의 서로 다른 채널 중 어느 하나를 이용하여 상기 비콘신호를 송출하는 것을 특징으로 한다.
상기 이동체는 상기 도달시간의 산출을 위해 복수의 상기 비콘으로부터 각각 송출되는 상기 비콘신호 중 어느 하나가 수신되는 시점에 제일 먼저 수신된 상기 비콘신호와 나머지 상기 비콘신호의 수신에 소요되는 수신시간 차를 산출하는 타이머를 구동시키는 것을 특징으로 한다.
상기 타이머는 상기 비콘신호별로 상기 수신시간 차를 산출하기 위해 상기 비콘신호 각각에 대응되게 복수로 구성되고, 상기 이동체는 복수의 상기 비콘으로부터 각각 송출되는 상기 비콘신호를 수신하는 경우 수신된 상기 비콘신호에 대응되는 상기 타이머의 구동을 중지시키는 것을 특징으로 한다.
상기 이동체는 제일 먼저 수신된 상기 비콘신호를 송출한 상기 비콘과의 거리를 기준으로 상기 수신시간 차에 따라 나머지 상기 비콘과의 거리를 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 비콘별 주파수를 이용한 이동체의 위치 인식 방법은 복수의 비콘으로부터 주기적으로 송출되는 비콘신호들을 이동체가 수신하는 신호 수신 감지단계; 상기 이동체가 수신되는 상기 비콘신호들의 수신시간차를 산출하는 단계; 상기 이동체가 상기 수신시간차 및 미리 입력된 복수의 상기 비콘 각각의 좌표에 의해 상기 이동체 자신과 복수의 상기 비콘 각각과의 거리를 산출하는 단계; 및 상기 이동체가 상기 비콘과의 거리에 따라 자신의 위치를 산출하고, 산출된 위치를 포함하는 위치정보를 작성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 수신 감지단계 또는 상기 수신시간차 산출 단계는 상기 이동체가 상기 비콘신호들 중 가장 먼저 수신된 비콘신호의 수신 시점에 상기 비콘신호들 각각에 대응되도록 복수로 구성되는 타이머를 구동시키는 단계; 상기 비콘신호들 중 나머지 비콘신호들의 수신 시 상기 이동체가 수신된 상기 비콘신호에 대응되는 타이머의 구동을 중지시키는 단계; 상기 이동체가 상기 타이머에 의해 계측된 시간값에 의해 가장 먼저 수신된 상기 비콘신호와의 수신시간차를 산출하는 단계; 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
복수의 상기 비콘은 서로 동기되어 동일한 시점에 상기 비콘신호들을 송출하며, 상기 비콘신호들은 각각 서로 다른 주파수, 서로 다른 주파수 대역 또는 동일한 주파수 대역의 다른 채널 중 어느 하나를 이용하여 송출되는 것을 특징으로 한다.
상기 이동체와 상기 비콘 간의 거리를 산출하는 단계는 위치를 산출하기 위해 필요한 개수의 상기 수신시간 차를 산출되면, 상기 이동체가 산출된 상기 수신시간 차를 이용하여 자신의 위치를 산출하는 단계를 포함하여 구성되며, 제일 먼저 수신된 상기 비콘신호를 송출한 상기 비콘과의 거리를 기준으로 상기 수신시간 차에 따라 나머지 상기 비콘과의 거리를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이동체의 위치 인식 시스템 및 위치 인식 방법은 복수의 비콘으로부터 동시에 발송되는 신호에 의해 각 비콘과의 거리를 산출하여 이동체의 위치를 확인하며, 위치 확인에 따른 비콘 및 주파수 점유를 방지하여, 빠른 위치 확인 및 복수 이동체의 동시 위치 확인이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 이동체 위치 인식 시스템의 구성을 도시한 구성 예시도.
도 2는 본 발명의 이동체 위치 인식 방법을 설명하기 위한 예시도.
도 3은 이동체 인식 과정을 설명하기 위한 순서도.
도 4는 도 3의 신호감지를 설명하기 위한 참조도.
도 5는 도 3의 타이머 구동 단계를 설명하기 위한 참조도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 이동체 위치 인식 시스템의 구성을 도시한 구성 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이동체 위치 인식 시스템은 복수의 비콘(20), 이동체(50) 및 제어장치(70)를 포함하여 구성된다.
비콘(20)은 주기적으로 위치확인을 위한 비콘신호를 송출한다. 이 비콘(20)은 3개 또는 4개 이상의 복수로 구성되고, 서로 이격되어 설치된다. 특히, 비콘(20)은 이동체(50)가 이동할 수 있는 위치에서 최소 3개 또는 4개 이상의 신호가 수신될 수 있도록 구성된다. 이 비콘(20)은 도 1에 도시된 바와 같이 실내(10)의 벽, 기둥과 같은 실내 구조물에 임의로 설치되고, 각 비콘(20)의 위치(또는 좌표)는 미리 산출되어 이동체(50) 또는 제어장치(70)에 저장된다.
이러한 비콘(20)은 각각 다른 주파수 또는 주파수 대역 또는 동일 주파수 대역의 다른 채널을 통해 비콘신호를 송출한다. 여기서, 비콘신호가 송출되는 주파수 또는 주파수 대역 또는 다른 채널은 각 비콘(20)에서 송출되는 비콘신호 간의 간섭, 왜곡, 중첩에 의한 충돌이 발생하지 않는 것을 의미하며, 이동체(50)에서 각 신호를 수신하여 구분할 수 있음을 의미한다. 특히, 각 비콘(20)은 상호 간에 동기화되어 동일한 시점에 비콘신호를 실내(10)에 방출(또는 브로드캐스팅, Broadcasting)하게 된다.
비콘(20)은 이동체가 각 비콘(20)을 구분할 수 있도록 서로 다른 주파수로 비콘신호를 송출한다. 여기서, 비콘(20)은 비콘아이디를 비콘신호에 포함시켜 송출하며, 비콘아이디에 부가하여 발송시간을 기록하여 비콘신호를 송신할 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 이때 비콘신호에 포함되는 발송시간은 실내에서 회절, 반사 등에 의해 이동체(50)에 수신되는 신호를 구분하기 위한 정보로 이용될 수 있다.
이동체(50)는 비콘신호를 수신하여 자신의 위치정보를 산출하고 이를 제어장치(70)에 전달하며, 제어장치(70)로부터 전달되는 제어 명령에 따라 이동하게 된다. 이러한 이동체(50)는 비콘(20)들로부터 동시에 발송되는 비콘(20) 신호를 도달 순서에 따라 수신하고, 각 비콘(20)과 자신간의 거리를 산출하여, 산출된 비콘 거리정보로 위치정보를 계산하게 된다.
이를 위해 이동체(50)는 서로 다른 주파수, 주파수 대역 또는 채널로 발신되는 비콘 신호를 수신하기 위한 수신수단을 포함하여 구성된다. 이동체(50)는 각 주파수 또는 채널에 의해 비콘(20)을 구분할 수 있으나, 비콘(20)이 비콘신호에 포함시켜 전달하는 비콘 아이디에 의해 각 비콘을 구분할 수 있으며, 이를 통해 비콘신호의 도달 시간 차이를 인지하고, 도달 시간 차이에 의해 비콘 거리 정보를 산출하게 된다. 그리고, 이동체(50)는 산출된 비콘 거리 정보와 미리 입력된 각 비콘(20)의 위치를 이용하여 자신의 위치를 산출하게 된다.
또한, 이 과정에서 이동체(50)는 비콘신호에 포함된 발송시간을 확인하여 이전에 발송되어 뒤늦게 수신된 비콘신호에 의해 거리 산출 및 위치정보 산출에 오차가 발생하는 것을 방지하게 된다.
한편 이동체(50)는 비콘신호로부터 자신의 위치정보가 산출되면, 산출된 위치정보를 실시간으로 제어장치(70)에 전달하게 되고, 제어장치(70)로부터 전달되는 제어명령에 따라 이동, 회전 또는 동작을 수행하게 된다.
제어장치(70)는 입력 인터페이스, 출력부, 통신부를 포함하여 구성되고, 이동체(50)로부터 위치정보를 수신하여 출력부를 통해 출력하여 표시한다. 또한, 제어장치(70)는 입력 인터페이스를 통해 입력되는 사용자의 제어명령을 이동체(50)에 전달하게 된다.
도 2는 본 발명의 이동체 위치 인식 방법을 설명하기 위한 예시도이고, 도 3은 이동체 인식 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 이동체의 위치 인식 과정은 이동체(50, m) 주위에 배치되는 비콘(20, B0, B1, B2, B3)들로부터 발신되는 비콘신호를 이동체(50,m)가 수신하고, 각 비콘(20, B0, B1, B2, B3)과 이동체(50, m) 간의 거리를 산출함으로써 이루어진다.
특히, 각 비콘(20, B0, B1, B2, B3)과 이동체(50, m) 간의 거리는 처음으로 수신되는 비콘신호(B0)와 이후에 수신되는 비콘신호(B1, B2, B3)간의 시간 차에 의해 산출되는 상대적인 거리를 통해 산출된다.
구체적으로 도 2에서와 같이 이동체(50, m)의 위치정보는 이동체의 위치좌표(xm, ym, zm)로 표현된다. 그리고, 각 비콘(20, B0, B1, B2, B3)은 각각의 위치에 따른 좌표값을 가지며 이 비콘위치는 미리 이동체(50, m) 또는 제어장치(70)에 저장된다. 이때 제1비콘(B0)의 좌표는(x0, y0, z0), 제2비콘(B1)의 좌표는 (x1,y1, z1), 제3비콘(b2)의 좌표는 (x2, y2, z2), 제4비콘(B3)의 좌표는 (x3, y3, z3)로 나타낼 수 있다.
이동체(50, m)가 실내에 진입하면, 서로 동기화된 비콘((20, B0, B1, B2, B3)들에 의해 주기적으로 비콘신호가 송출된다. 이동체(50, m)는 위치에 따라 비콘(20, B0, B1, B2, B3)들 중 어느 하나로부터의 비콘신호를 먼저 수신하고, 나머지 비콘(20, B0, B1, B2, B3) 신호를 순차적으로 수신하게 된다.
이때, 이동체(50, m)는 첫 비콘신호가 수신되면 타이머를 동작하게 되고, 순차적으로 수신되는 비콘신호의 주파수에 의해 해당 타이머의 구동이 중지되고 첫 수신 비콘신호와의 수신시간 차를 산출하게 된다. 그리고, 이동체(50, m)는 구동이 중지된 타이머의 개수 또는 발송시간 또는 비콘신호가 수신된 주파수 또는 다음 주기의 비콘신호 수신이 되는지에 따라 이동체(50, m)가 위치 계산에 필요한 모든 비콘신호를 수신했는지 판단하게 되며, 모든 비콘신호가 수신되면, 이동체의 위치를 계산한다. 상기 타이머들에 기록된 수신시간 차와 각 비콘(20, B0, B1, B2, B3)의 위치에 의해 비콘(20, B0, B1, B2, B3)들 각각과 이동체(50, m) 간의 거리를 산출하여 이동체(50, m)의 위치를 산출하게 된다.
그리고, 수신시간 차와 각 비콘(20, B0, B1, B2, B3)의 위치에 의해 비콘(20, B0, B1, B2, B3)들 각각과 이동체(50, m) 간의 거리를 산출하여 이동체(50, m)의 위치를 산출하게 된다.
하기에서 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다. 하기의 설명에 있어서, 설명의 편의를 위해 비콘(20, B0, B1, B2, B3)은 제1비콘(B0) 내지 제4비콘(B3)에 의해 비콘신호를 수신하고, 비콘신호가 제1비콘(B0) 내지 제4비콘(B3)의 비콘신호가 순차적으로 수신되는 것으로 가정한다. 아울러, 편의상 제1비콘(B0)으로부터 수신는 비콘신호를 제1비콘신호, 제2비콘(B1)으로부터 수신되는 비콘신호를 제2비콘신호, 제3비콘(B2) 및 제4비콘(B3)으로부터 수신되는 비콘신호를 각각 제3 및 제4비콘신호로 지칭하기로 한다.
이동체(50, m)는 제1비콘신호가 수신되면 타이머를 구동시키게 된다. 그리고, 제1비콘신호의 수신 이후 순차적으로 수신되는 제2, 제3 및 제4비콘 신호의 수신까지 소요되는 시간을 각각 산출하여서 수신시간 차를 산출한다.
이동체(50, m)는 제1비콘(B0)까지의 거리를 모르는 상태이기 때문에 이 수신시간 차에 의해서 비콘(20, B0, B1, B2, B3)의 상대적 거리를 산출하게 된다.
수신시간 차(Tn : 여기서 n은 수신된 신호의 순서)는 순차적인 수신에 따라 T1, T2, T3로 정의되며 각각 제1비콘신호 수신 이후 제2비콘신호 수신까지의 시간(T1), 제1비콘신호 수신 이후 제3비콘신호 수신까지의 시간(T2) 및 제1비콘신호 수신 이후 제4비콘신호 수신까지 시간(T3)이다.
또한, 제1 내지 제4비콘(B0, B1, B2, B3)와 이동체 간의 거리를 각각 d0, d1, d2, d3라 할 때 d1, d2, d3까지의 거리는 d0에 관한 식으로 정의 되며 하기의 수학식 1 내지 3과 같이 정리된다.'
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
이며, 여기서 C는 빛의 속도를 나타내는 상수이다.
전술한 바와 같이 제2 내지 제3비콘(B1 내지 B3)까지의 거리는 제1비콘(B0)까지의 거리 즉, 제1비콘신호의 발송으로부터 도달에 걸린 시간을 알지 못하기 때문에 제1비콘(B0)까지의 거리(d0)에 대한 상대적인 거리로 정리된다.
여기서, 앞서 비콘신호에 발송시간이 포함되어 전달될 수 있음을 언급한 바 있다. 비콘신호에 발송시간이 포함되는 경우 발송시간을 이용하여 d0 내지 d3를 용이하게 산출할 수 있으나, 이를 위해서는 이동체(50)와 비콘(20) 간의 시간 동기화가 선행되어야 한다. 그렇지 않은 경우 발송시간은 단순히 비콘신호의 올바른 전송여부를 판단하기 위한 정보로만 이용되는 것으로 간주하고 설명을 진행하기로 한다.
한편, 이동체(50, m)의 좌표와 각 비콘(20, B0, B1, B2, B3간의 거리는 하기의 수학식 4 내지 7을 통해 정의된다.
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
또한, 수학식 4 내지 7을 통해 정리된 비콘거리(d0 내지 d3)를 수학식 1 내지 3에 적용하기 위해 제1비콘거리(d0)에 대한 제2 내지 제4비콘거리를 수학식 8과 같이 산출하게 된다.
Figure pat00008
K02=d02 - d22, K03=d02 - d32 및 K04=d02 - d32를 산출하게 되며, 수학식 9와 같이 정리될 수 있다.
Figure pat00009
Figure pat00010
여기서 Ti 는 i번째 비콘신호의 수신에 소요된 시간이다.
수학식 1 내지 3과 수학식 10을 이용하면 수학식 11을 얻을 수 있다.
Figure pat00011
이 수학식 11을 수학식 4 내지 7에 적용하면 수학식 12와 같다
Figure pat00012
수학식 4에서 수학식 12를 빼면 수학식 13과 같다
Figure pat00013
Figure pat00014
라 하면, 수학식 13은 수학식 14와 같이 정리된다.
Figure pat00015
이를 매트릭스 형태로 정리하면 수학식 15와 같아진다.
Figure pat00016
그리고 이를 다시 정리하면 수학식 16으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00017
이와 같은 수학식 1 내지 16을 통해 이동체(m, 50)의 위치에 대한 좌표값(xm, ym, zm)을 산출할 수 있게 된다.
이러한 이동체(m, 50)의 위치를 산출할 때 이동체(m, 50)가 평면에 위치하여 이동하는 경우 최소 3개의 비콘(20)으로부터 비콘신호를 수신해야 하고, 이동체(m, 50)의 공간 좌표를 구하는 경우 최소 4개의 비콘(20)으로부터 비콘신호를 수신해야 한다.
이와 같은 이동체의 위치 인식 과정은 도 3 내지 도 5와 같다. 도 4는 도 3의 신호감지를 설명하기 위한 예시도이고, 도 5는 도 3의 타이머 구동 단계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 이동체의 위치 인식 시스템을 이용한 위치 인식 방법은 비콘신호 수신 감지 단계, 수신시간 산출 단계 및 거리 및 위치 산출 단계를 포함하여 구성된다. 여기서 비콘신호 수신 감지 단계는 최초 도달 신호 감지 단계(S10)를 포함하여 구성되고, 수신시간 산출 단계는 타이머 구동 단계(S20), 수신 비콘 타이머 구동 중지 단계(S30), 수신신호 수 판단단계(S40)을 포함하여 구성되며, 거리 및 위치 산출단계는 거리 편차 계산 단계(S50) 및 위치정보 산출 단계(S60)를 포함하여 구성된다.
비콘신호 수신 감지 단계는 이동체(50)가 복수의 비콘으로부터 주기적으로 송출되는 신호를 수신하여 감지하는 단계이며, 최초 도달 신호 감지 단계(S10)를 포함하여 구성된다. 특히, 이 비콘신호 수신 감지 단계는 복수의 비콘들로부터 송출되는 신호가 거리차로 인해 순차적으로 이동체(50)에 전달되며, 이와 같이 순차적으로 전달되는 신호 중 가장 먼저 도착하는 신호를 이동체(50)가 감지하는 단계이다.
수신시간 산출 단계는 이동체(50)가 수신되는 비콘신호들 즉, 복수의 비콘들로부터 동시에 송출되어 이동체(50)에 도달되는 시간이 상이한 비콘신호들의 수신 시간차를 산출하는 단계이다. 이동체(50)는 복수의 비콘들로부터 전달되는 비콘신호들의 도달시간 차이와 미리 저장된 각 비콘들의 위치 좌표를 이용하여 비콘과 이동체(50)간의 거리를 산출하고, 비콘과 이동체(50) 간의 거리들을 이용하여 자신의 현재위치를 결정하게 된다. 특히, 도달시간 차이는 주기적으로 송출되는 비콘신호 송출주기의 각 주기에서 처음으로 도달하는 비콘 신호를 기준으로 나머지 비콘 신호의 도착시간을 카운트하여 상대적인 거리를 산출하고, 이를 상술한 수학식에 대입하여 현재 위치를 판단하게 된다. 이를 위해 수신시간 산출단계는 타이머 구동 단계(S20), 수신 비콘 타이머 구동중지 단계(S30), 수신신호 수 판단단계(S40)를 포함하여 구성된다.
타이머 구동 단계(S20)는 비콘신호들 중 첫 신호가 수신됨에 따라 이동체(50)가 처음 수신된 비콘신호와 나머지 비콘신호들 간의 수신 시간 차를 산출하기 위해 타이머를 구동시키는 단계이다. 이때, 타이머는 각 비콘신호에 대응되어 복수로 구성되고, 복수의 타이머가 동시에 구동된다. 도 4를 참조하면, 4개의 비콘신호(f0 내지 f3) 중 어느 하나가 수신되면 타이머의 구동이 시작된다.
수신 비콘 타이머 구동 중지 단계(S30)는 복수의 타이머가 구동되는 상황에서 나머지 비콘신호들이 수신됨에 따라 각 비콘신호에 대응되는 타이머를 수신 순서에 따라 구동중지 시키는 단계이다. 이때, 구동이 중지된 타이머에 의해 계측된 시간은 처음 수신된 비콘 신호와 각 비콘신호의 수신시간 차가 된다. 도 5를 참조하면, 각 비콘신호(f0 내지 f3)에 대응되도록 복수의 타이머(Timer0 내지 Timer3)가 구성되며, 타이머가 구동되는 상황에서 각 비콘신호(f0 내지 f3)가 수신됨에 따라 타이머(Timer0 내지 Timer3)가 구동을 중지하게 된다.
수신신호 수 판단단계(S40)는 이동체(50)가 비콘신호들이 수신됨에 따라 수신된 비콘신호들의 수 즉, 산출된 비콘신호의 수신시간 차가 이동체(50)의 위치를 판단하기에 충분한지 판단하는 단계이다. 구체적으로 이동체(50)가 평면에서 이동하는 경우 최소 3개의 비콘신호, 상하 높이차를 가지는 지형에서 이동하는 경우 최소 4개의 비콘신호를 필요로 하며, 보정을 위해서는 1~2개의 비콘 신호를 필요로 할 수 있다. 때문에 이동체(50)는 비콘신호가 위치산출을 위한 최소 수만큼 수신이 됐는지를 판단하게 된다. 그리고 판단결과에 따라 나머지 비콘신호를 더 수신하거나, 거리 및 위치 산출단계를 진행하게 된다.
거리 및 위치 산출단계는 타이머에 의해 계측된 비콘신호들의 수신 시간 차에 따라 비콘들과 이동체(50) 간의 거리를 산출하고, 비콘들과 이동체(50)간의 거리에 의해 현재 위치를 산출하는 단계이다. 이를 위해 거리 및 위치 산출 단계는 거리 편차 계산단계(S50) 및 위치 정보 산출단계(S60)를 포함하여 구성된다.
거리 편차 계산 단계(S50)는 위치 산출을 위한 충분한 수의 비콘신호가 수신되고, 이에 따라 수신 시간 차를 획득하면, 이동체(50)가 수신 시간 차를 이용하여 비콘들 각각과 이동체(50) 간의 거리를 산출하게 된다. 이때 각 비콘들과 이동체(50) 간의 거리는 처음 수신된 비콘 신호의 발신 비콘의 거리를 기준으로 상대적인 거리로 산출된다.
위치 정보 산출단계(S60)는 비콘과 이동체(50) 간의 거리가 산출되면, 이동체(50)는 비콘과의 거리와 비콘들의 위치 좌표를 전술한 수학식에 대입하여 현재 위치에 대한 좌표를 산출하게 된다.
이러한 현재 위치 산출은 비콘 신호의 송출 주기 단위로 실행될 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
10 : 실내
20 : 비콘
50 : 이동체
70 : 제어장치

Claims (10)

  1. 주기적으로 비콘신호를 송출하며 서로 이격되어 설치되는 복수의 비콘; 및
    복수의 상기 비콘으로부터 수신되는 비콘신호의 도달시간을 산출하고, 미리 입력된 복수의 상기 비콘에 대한 좌표정보와 상기 도달시간을 이용하여 현재 위치를 산출하는 이동체;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치 인식 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    복수의 상기 비콘은 서로 동기되어 동일한 시점에 상기 비콘신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치 인식 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    복수의 상기 비콘은
    각각 서로 다른 주파수, 서로 다른 주파수 대역 또는 동일한 주파수 대역의 서로 다른 채널 중 어느 하나를 이용하여 상기 비콘신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치 인식 시스템.
  4. 제 1 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동체는 상기 도달시간의 산출을 위해
    복수의 상기 비콘으로부터 각각 송출되는 상기 비콘신호 중 어느 하나가 수신되는 시점에
    제일 먼저 수신된 상기 비콘신호와 나머지 상기 비콘신호의 수신에 소요되는 수신시간 차를 산출하는 타이머를 구동시키는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치 인식 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 타이머는 상기 비콘신호별로 상기 수신시간 차를 산출하기 위해 상기 비콘신호 각각에 대응되게 복수로 구성되고,
    상기 이동체는
    복수의 상기 비콘으로부터 각각 송출되는 상기 비콘신호를 수신하는 경우 수신된 상기 비콘신호에 대응되는 상기 타이머의 구동을 중지시키는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치 인식 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 이동체는
    제일 먼저 수신된 상기 비콘신호를 송출한 상기 비콘과의 거리를 기준으로 상기 수신시간 차에 따라 나머지 상기 비콘과의 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 이동체의 위치 인식 시스템.
  7. 복수의 비콘으로부터 주기적으로 송출되는 비콘신호들을 이동체가 수신하는 신호 수신 감지단계;
    상기 이동체가 수신되는 상기 비콘신호들의 수신시간차를 산출하는 단계;
    상기 이동체가 상기 수신시간차 및 미리 입력된 복수의 상기 비콘 각각의 좌표에 의해 상기 이동체 자신과 복수의 상기 비콘 각각과의 거리를 산출하는 단계; 및
    상기 이동체가 상기 비콘과의 거리에 따라 자신의 위치를 산출하고, 산출된 위치를 포함하는 위치정보를 작성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이동체 위치 확인 시스템을 이용한 위치 확인 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 수신 감지단계 또는 상기 수신시간차 산출 단계는
    상기 이동체가 상기 비콘신호들 중 가장 먼저 수신된 비콘신호의 수신 시점에 상기 비콘신호들 각각에 대응되도록 복수로 구성되는 타이머를 구동시키는 단계;
    상기 비콘신호들 중 나머지 비콘신호들의 수신 시 상기 이동체가 수신된 상기 비콘신호에 대응되는 타이머의 구동을 중지시키는 단계;
    상기 이동체가 상기 타이머에 의해 계측된 시간값에 의해 가장 먼저 수신된 상기 비콘신호와의 수신시간차를 산출하는 단계; 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이동체 위치 확인 시스템을 이용한 위치 확인 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    복수의 상기 비콘은 서로 동기되어 동일한 시점에 상기 비콘신호들을 송출하며,
    상기 비콘신호들은 각각 서로 다른 주파수, 서로 다른 주파수 대역 또는 동일한 주파수 대역의 다른 채널 중 어느 하나를 이용하여 송출되는 것을 특징으로 하는 이동체 위치 확인 시스템을 이용한 위치 확인 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 이동체와 상기 비콘 간의 거리를 산출하는 단계는
    위치를 산출하기 위해 필요한 개수의 상기 수신시간 차를 산출되면, 상기 이동체가 산출된 상기 수신시간 차를 이용하여 자신의 위치를 산출하는 단계를 포함하여 구성되며,
    제일 먼저 수신된 상기 비콘신호를 송출한 상기 비콘과의 거리를 기준으로 상기 수신시간 차에 따라 나머지 상기 비콘과의 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 이동체 위치 확인 시스템을 이용한 위치 확인 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20230079991A (ko) * 2021-11-29 2023-06-07 한국전자기술연구원 다중 주파수의 다중 비콘을 이용한 자차 실내 측위 시스템 및 방법
WO2024008823A1 (de) * 2022-07-05 2024-01-11 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg System, verfahren, computerprogramm und computerlesbares medium

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