KR20150101377A - 태그를 이용한 측위 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20150101377A
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이문식
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한국전자통신연구원
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Abstract

측위 장치는 서비스 구역 내부에 위치된 시각 동기화된 복수의 태그로부터 위치 신호를 수신하고, 각 태그로부터 수신된 위치 신호와 저장되어 있는 상기 복수의 태그의 고유 코드들을 상관하여 상기 위치 신호를 송출한 태그를 식별하고 해당 태그의 신호 도달 시간을 계산하며, 식별된 셋 이상의 태그의 좌표 정보와 신호 도달 시간을 이용하여 측위 장치의 위치를 산출한다.

Description

태그를 이용한 측위 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING POSITION USING TAGS}
본 발명은 태그를 이용한 측위 장치 및 방법에 관한 것이다.
실내외에서 위치 정보를 이용한 서비스가 다양하게 있다. 또한 위치에 관련된 서비스 수요는 계속 증가할 것이다. 이때 위치 좌표의 해상도가 정밀해야 더욱 다양한 서비스가 가능하며, 위치 좌표 산출에 걸리는 시간이 빨라야 다양한 서비스가 가능하다.
현재 활용되고 있는 대표적인 측위 기술로는 GPS(Global Positioning System) 위성을 이용하는 방법이 있다. GPS 위성이 보내는 위성 신호에는 위성의 위치와 위성의 전파 발송 시간이 포함된다. GPS 위성을 이용한 측위 시스템은 3개 이상의 위성으로부터 수신한 위성 신호의 데이터를 이용하여 측정 대상의 위치 좌표를 산출한다. 이러한 위치 인식 시스템은 GPS 위성의 위성 신호를 수신 가능한 곳에서 이용 가능하다.
또 다른 측위 기술로 이동통신 기지국에서 수신되는 신호를 이용하는 방법도 있다. 이 방법은 신호의 입사각(Angle Of Arrival, AOA), 신호의 도달시간(Time Of Arrival: TOA), 신호의 도달 시간차(Time Difference Of Arrival, TDOA) 등과 같은 기술을 이용하여 측정 대상의 위치를 계산한다.
GPS 위성이 보내는 위성 신호는 전달 거리가 멀고 무선구간 채널의 흔들림으로 인해서, 값을 그대로 사용하는 것이 아니라 평균값을 사용한다. 또한 GPS 위성을 이용한 상용제품의 식별 해상도가 수십 m 이상이라서, 높은 수준의 정밀도를 획득하기가 어렵다. 또한 이동통신 기지국을 이용하는 방법은 지상 장애물로 인한 다중경로 효과 및 지상 이동체로 인해서 정밀도나 신뢰도가 떨어진다
따라서 GPS 위성이나 이동통신 기지국을 이용하는 기존의 측위 기술은 위치 파악에 걸리는 시간이 빨라야 하는 경우나 이동하는 측정 대상의 정밀 위치를 요구하는 경우에 활용이 곤란한 경우가 많다.
본 발명이 해결하려는 과제는 빠르고 정밀한 위치 정보를 제공할 수 있는 태그를 이용한 측위 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 서비스 구역 내부에서 측위 장치의 측위 방법이 제공된다. 측위 방법은 상기 서비스 구역 내부에 위치된 시각 동기화된 복수의 태그로부터 위치 신호를 수신하는 단계, 각 태그로부터 수신된 위치 신호와 저장되어 있는 상기 복수의 태그의 고유 코드들을 상관하여 상기 위치 신호를 송출한 태그를 식별하고 해당 태그의 신호 도달 시간을 계산하는 단계, 그리고 식별된 셋 이상의 태그의 좌표 정보와 신호 도달 시간을 이용하여 상기 측위 장치의 위치를 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 서비스 구역에 위치 신호를 제공하는 태그를 설치함으로써, 빠르고 정밀한 위치 좌표를 산출할 수 있다. 빠르고 정밀한 위치 좌표 산출을 통해서 무인 경비 기술이나 물류 시설, 자동 청소 로봇 등 다양한 위치 기반 서비스에 활용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 위치 인식 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 측위 장치의 위치 산출 방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 동기화 지원 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 측위 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 태그를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 동기화 지원 장치의 동기화 방법을 나타낸 흐름도이다.
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 태그를 이용한 측위 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 위치 인식 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 위치 인식 시스템은 3개 이상의 태그 예를 들면, 태그(110, 120, 130), 동기화 지원 장치(200) 및 측위 장치(300)를 포함한다.
복수의 태그(110, 120, 130)는 소정의 서비스 구역 내에 고정 설치된다. 태그(110, 120, 130)는 각각 고유의 의사 랜덤 잡음(Pseudo Random Noise, PRN) 코드와 위치 좌표를 가진다.
태그(110, 120, 130)는 각각 태그(110, 120, 130)의 위치 좌표 정보와 신호 전송 시간을 포함한 위치 신호를 자신의 PRN 코드에 실어 송출한다.
태그(110, 120, 130)는 위치에 따라서 동일 그룹으로 분류될 수 있고 서로 다른 그룹으로 분류될 수 있다. 서비스 구역 내의 동일 그룹의 태그는 시각 동기화(time synchronization)되어 동작하며, 같은 주파수 대역에서 위치 신호를 송출한다. 예를 들어, 태그(110, 120, 130)가 동일한 그룹으로 분류된 경우, 동일 그룹의 태그(110, 120, 130)는 시각 동기화되어 있으며 같은 주파수 대역에서 PRN 코드로 확산된 위치 신호를 송출한다.
태그(110, 120, 130)의 위치 신호는 무선 경로로 전달되기 때문에 실내의 다중무선경로로 인한 잡음영향이 많을 수 있다. 따라서 태그(110, 120, 130)는 파장이 짧은 10GHz이상의 마이크로 웨이브대역을 사용하거나 밀리미터파를 사용하여 위치 신호를 송출할 수 있다.
태그(110, 120, 130)는 내장된 배터리로 전력을 공급하는 능동형 태그일 수 있다. 태그(110, 120, 130)는 자기 공명 방식(magnetic resonance)이나 자기 결합 방식(magnetic coupling)의 무선 전력 전달을 통해 배터리를 충전시킬 수 있다.
동기화 지원 장치(200)는 서비스 구역 내에 설치된 태그(110, 120, 130)의 상대 좌표 및 PRN 코드를 저장 및 관리한다. 서비스 구역 내에 설치된 태그(110, 120, 130)의 상대 좌표 및 PRN 코드는 태그(110, 120, 130)의 설치자가 동기화 지원 장치(200)에 등록될 수 있다.
또한 동기화 지원 장치(200)는 태그(110, 120, 130)의 시각 동기화를 제공한다. 동기화 지원 장치(200)는 자신의 절대 좌표를 중심으로 각 태그(110, 120, 130)가 설치된 위치의 상대 좌표를 인지하고, 이 상대 좌표를 이용하여 태그(110, 120, 130)를 동기화한다. 동기화 지원 장치(200)는 태그(110, 120, 130)의 상대 좌표를 이용하여 태그(110, 120, 130)를 적어도 하나의 그룹으로 분류하고, 동일 그룹 내 태그들을 시각 동기화할 수 있다.
측위 장치(300)는 서비스를 제공받는 사용자가 소지하는 단말로서, 러더에 해당한다. 측위 장치(300)는 서비스 구역 내에 설치된 태그(110, 120, 130)의 PRN 코드를 동기화 지원 장치(200)로부터 제공 받아 저장한다.
측위 장치(300)는 태그(110, 120, 130)로부터 위치 신호를 수신하면, 수신된 신호와 저장하고 있는 PRN 코드들을 상관하고, 상관 값을 통해 태그(110, 120, 130)의 PRN 코드를 식별하고, 식별된 태그(110, 120, 130)로부터 송출된 위치 신호의 신호 도달 시간을 측정한다.
측위 장치(300)는 태그(110, 120, 130)로부터 수신한 위치 신호로부터 태그(110, 120, 130)의 위치 좌표를 획득하고, 태그(110, 120, 130)의 위치 좌표와 태그(110, 120, 130)의 신호 도달 시간을 이용하여 측위 장치(300)의 위치를 산출한다. 태그(110, 120, 130)의 신호 도달 시간은 태그(110, 120, 130)에서 송출된 위치 신호가 측위 장치(300)까지 도달하는 데 걸리는 시간을 의미한다.
이와 같이, 측위 장치(300)는 서비스 구역 내 고정된 위치에 설치된 3개 이상의 태그(110, 120, 130)의 위치 좌표와 신호 도달 시간을 이용하여, 위치를 산출함으로써, 전달 거리가 먼 GPS 위성을 이용하는 방법이나 지상 장애물로 인한 다중경로 효과 및 지상 이동체로 인해서 정밀도나 신뢰도가 낮은 이동통신 기지국을 이용하는 방법에 비해 빠르고 정밀한 위치를 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 측위 장치의 위치 산출 방법을 나타낸 도면이다.
도 2를 참고하면, 태그(110, 120, 130)는 각각 태그(110, 120, 130)의 위치 좌표와 신호 전송 시간을 포함한 위치 신호를 태그(110, 120, 130)의 PRN 코드에 실어 송출한다.
측위 장치(300)는 태그(110, 120, 130)로부터 위치 신호를 수신한다.
측위 장치(300)는 각 태그(110, 120, 130)로부터 수신한 위치 신호와 저장하고 있는 PRN 코드들을 상관하여, 위치 신호를 송출한 태그(110, 120, 130)의 PRN 코드를 식별하고 신호 수신 시간을 산출한다. 예를 들어, 측위 장치(300)는 태그(110)로부터 수신한 위치 신호와 저장하고 있는 PRN 코드들을 상관하여 상관 값을 계산한다. 측위 장치(300)는 상관 값이 최대가 되는 PRN 코드를 태그(110)의 PRN 코드로 식별하고, 상관 값이 최대가 될 때의 시각을 태그(110)의 신호 수신 시간으로 사용한다.
측위 장치(300)는 식별된 각 태그(110, 120, 130)의 PRN 코드를 이용하여 태그(110, 120, 130)의 위치 좌표 정보와 신호 전송 시간을 계산한다.
측위 장치(300)는 태그(110, 120, 130)의 신호 전송 시간과 태그(110, 120, 130)로부터 위치 신호를 수신한 신호 수신 시간의 차를 이용하여 태그(110, 120, 130)의 신호 도달 시간을 측정할 수 있다.
측위 장치(300)는 수학식 1을 토대로, 태그(110, 120, 130)의 위치 좌표와 태그(110, 120, 130)의 신호 도달 시간을 이용하여 태그(110, 120, 130)와 측위 장치(300)간 거리를 추정하고, 태그(110, 120, 130)와 측위 장치(300)간 거리를 이용하여 측위 장치(300)의 위치를 측정할 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서,
Figure pat00002
,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
는 각각 태그(110, 120, 130)의 위치이고,
Figure pat00005
는 측정하려는 측위 장치(300)의 위치이며,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
는 각각 태그(110, 120, 130)의 신호 도달 시간을 나타내며,
Figure pat00009
는 측위 장치(300)의 시계 오차를 나타낸다. C는 전파 속도를 나타낸다.
이때 측위 장치(300)는 태그(110, 120, 130)의 위치 좌표를 알고 있으므로,
Figure pat00010
에 관계 없이 측위 장치(300)의 위치를 산출할 수 있다.
또한 측위 장치(300)는 직각으로 배열된 3개의 태그(110, 120, 130)로부터 제공된 위치 신호의 위치 좌표를 이용하여, 방향선-X와 방향선-Y도 추정할 수 있다. 즉, 측위 장치(300)는 직각으로 배열된 3개의 태그(110, 120, 130)로부터 제공된 위치 신호의 위치 좌표를 이용함으로써, X축과 Y축으로 이루어진 평면에서의 측위 장치(300)의 위치를 간단하게 계산할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 동기화 지원 장치를 나타낸 도면이다.
도 3을 참고하면, 동기화 지원 장치(200)는 안테나(210), 고주파 변환부(220), 변조 및 복조부(230), PRN 코드 처리부(240), 제어부(250) 및 메모리부(260)를 포함한다.
안테나(210)는 무선 신호를 송수신한다.
고주파 변환부(220)는 송신 및 수신되는 무선 신호를 저주파 전기 신호로 변환한다.
변조 및 복조부(230)는 송신할 데이터를 반송파에 실어 변조하고, 반송파로 변조된 데이터를 복조한다. 송신할 데이터는 예를 들면, 태그(110, 120, 130)의 시각 동기화를 위한 시각 정보일 수 있다. 또한 송신할 데이터는 예를 들면, 태그(110, 120, 130)의 PRN 코드 정보일 수 있다.
PRN 코드 처리부(240)는 태그(110, 120, 130) 각각에 할당하는 고유의 PRN 코드를 생성하고, 태그(110, 120, 130)의 PRN 코드를 메모리부(260)에 저장한다.
제어부(250)는 태그(110, 120, 130)의 상대 좌표를 입력 받아 메모리부(260)에 저장한다. 제어부(250)는 태그(110, 120, 130)의 상대 좌표 및 PRN 코드 정보를 관리한다. 제어부(250)는 측위 장치(300)의 요청에 따라서 태그(110, 120, 130)의 PRN 코드를 측위 장치(300)로 제공할 수 있다. 제어부(250)는 태그(110, 120, 130)의 상대 좌표를 토대로 동일 그룹의 태그를 동기화한다. 제어부(250)는 동일 그룹의 태그를 동기화하기 위해 태그(110, 120, 130)의 상대 좌표를 토대로 시각 정보를 포함한 동기 신호를 생성하고, 동기 신호를 태그(110, 120, 130)로 전송할 수 있다.
메모리부(260)는 태그(110, 120, 130)의 상대 좌표 및 PRN 코드를 저장한다.
도 4는 도 1에 도시된 측위 장치를 나타낸 도면이다.
도 4를 참고하면, 측위 장치(300)는 안테나(310), 고주파 변환부(320), 변조 및 복조부(330), PRN 코드 처리부(340), 제어부(350) 및 메모리부(360)를 포함한다.
안테나(310)는 서비스 구역 내부의 무선 신호를 수신한다.
고주파 변환부(320)는 송신 및 수신되는 무선 신호를 저주파 전기 신호로 변환한다.
변조 및 복조부(330)는 송신할 데이터를 반송파에 실어 변조하고 반송파로 변조된 신호를 복조한다. 반송파로 변조된 신호는 태그(110, 120, 130)의 위치 신호를 포함한다.
PRN 코드 처리부(340)는 서비스 구역 내부에 설치된 태그(110, 120, 130)의 PRN 코드를 동기화 지원 장치(200)로부터 제공 받아 메모리부(360)에 저장한다. 또한 PRN 코드 처리부(340)는 복조된 태그(110, 120, 130)의 위치 신호와 메모리부(360)에 저장된 PRN 코드들을 상관하고, 상관 결과를 제어부(350)로 전달한다.
제어부(350)는 복조된 태그(110, 120, 130)의 위치 신호와 메모리부(360)에 저장된 PRN 코드들의 상관 결과를 토대로 위치 신호를 송출한 태그를 식별하고, 식별된 태그의 식별된 PRN 코드를 이용하여 위치 좌표와 신호 전송 시간을 계산하고, 신호 도달 시간을 측정한다. 신호 도달 시간은 도 2에서 설명한 방법을 토대로 측정될 수 있다. 제어부(350)는 식별된 태그의 위치 좌표를 동기화 지원 장치(200)로 전달하고, 동기화 지원 장치(200)로부터 서비스에 필요한 위치 좌표를 제공 받을 수 있다. 즉 동기화 지원 장치(200)가 태그의 위치 좌표를 토대로 서비스에 필요한 위치 좌표 값을 계산하고, 이를 측위 장치(300)로 제공해줌으로써, 측위 장치(300)의 연산 부담을 줄일 수 있다.
제어부(350)는 식별된 태그의 위치 좌표와 신호 도달 시간을 메모리부(360)에 저장한다. 제어부(350)는 식별된 셋 이상의 태그의 신호 도달 시간과 위치 좌표를 이용하여 측위 장치(300)의 위치를 산출한다. 이렇게 산출된 위치 데이터는 위치 기반 서비스에 이용된다.
메모리부(360)는 서비스 구역내부에 설치된 태그(110, 120, 130)의 PRN 코드를 저장한다. 또한 메모리부(360)는 식별된 태그의 위치 좌표 정보와 신호 도달 시간을 저장한다.
도 5는 도 1에 도시된 태그를 나타낸 도면이다. 도 5에서는 편의상 도 1에 도시된 태그(110, 120, 130) 중 하나의 태그(110)만을 도시하였으며, 태그(120, 130)는 태그(110)와 동일 또는 유사하게 구성될 수 있다.
도 5를 참고하면, 태그(110)는 안테나(111), 고주파 변환부(112), 변조 및 복조부(113), PRN 코드 처리부(114), 제어부(115), 메모리부(116) 및 정밀 시계(timer)(117)를 포함한다.
안테나(111)는 무선 신호를 송수신한다.
고주파 변환부(112)는 송신 및 수신되는 무선 신호를 저주파 전기 신호로 변환한다.
변조 및 복조부(113)는 송신할 데이터를 반송파에 실어 변조하고, 반송파로 변조된 신호를 복조한다. 변조 및 복조부(113)는 위치 좌표 정보와 신호 전송 시간을 포함한 위치 신호를 PRN 코드로 확산한 후에 반송파에 실어 변조할 수 있다. 변조 및 복조부(113)는 동기화 지원 장치(200)로부터의 동기 신호를 복조할 수 있다.
PRN 코드 처리부(114)는 태그(110)의 PRN 코드를 메모리부(116)에 저장한다.
제어부(115)는 태그(110)의 위치 좌표 정보와 신호 전송 시간을 포함하는 위치 신호를 생성하고, 위치 신호의 송출을 제어한다. 신호 전송 시간은 정밀 시계(117)를 이용하여 생성된다.
제어부(115)는 동기화 지원 장치(200)로부터의 동기 신호의 시각 정보에 따라 정밀 시계(117)를 조정한다.
메모리부(116)는 태그(110)의 위치 좌표와 PRN 코드를 저장한다.
정밀 시계(117)는 태그(110) 내에 내장되어 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 동기화 지원 장치의 동기화 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참고하면, 동기화 지원 장치(200)는 동기화를 위해 태그(110, 120, 130)를 호출한다(S610).
동기화 지원 장치(200)는 태그(110, 120, 130)의 상대 좌표를 고려하여 동기 신호를 각각 생성한다(S620). 동기 신호는 동기화 지원 장치(200)의 시각 정보를 포함할 수 있다.
동기화 지원 장치(200)는 생성된 태그(110, 120, 130)의 동기 신호를 태그(110, 120, 130)로 각각 전송한다(S630).
태그(110, 120, 130)는 동기 신호를 수신하면, 동기 신호의 시각 정보에 따라서 정밀 시계를 조정한다.
이와 같이 하여, 서비스 구역 내 모든 태그(110, 120, 130)는 시각 동기화되어 동작하게 된다.
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 (1)

  1. 서비스 구역 내부에서 측위 장치의 측위 방법으로서,
    상기 서비스 구역 내부에 위치된 시각 동기화된 복수의 태그로부터 위치 신호를 수신하는 단계,
    각 태그로부터 수신된 위치 신호와 저장되어 있는 상기 복수의 태그의 고유 코드들을 상관하여 상기 위치 신호를 송출한 태그를 식별하고 해당 태그의 신호 도달 시간을 계산하는 단계, 그리고
    식별된 셋 이상의 태그의 좌표 정보와 신호 도달 시간을 이용하여 상기 측위 장치의 위치를 산출하는 단계
    를 포함하는 측위 방법.
KR1020150012381A 2014-02-26 2015-01-26 태그를 이용한 측위 장치 및 방법 KR20150101377A (ko)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113466786A (zh) * 2020-03-31 2021-10-01 阿里巴巴集团控股有限公司 一种定位方法、装置和系统
US11194976B2 (en) * 2018-03-29 2021-12-07 Sato Holdings Kabushiki Kaisha Position locating system, position locating method, and non-transitory computer-readable medium

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