KR20160061050A - 다중위치 기반 실시간 측위방법 및 장치 - Google Patents

다중위치 기반 실시간 측위방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

다중위치 기반 실시간 측위방법 및 장치를 개시한다.
실시간 측위장치에서 획득한 TDoA 값에 대한 전처리를 수행하여 소정의 ToA 값을 추출하고, 추출된 ToA 값을 이용하여 설정된 제1 측위 후보세트에 복수의 제2 측위 후보세트를 설정하여 측위 결과정보를 산출하는 다중위치 기반 실시간 측위방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

다중위치 기반 실시간 측위방법 및 장치{Method and Apparatus for Locating for Real-Time Based on Multiple Positioning}
본 실시예는 다중위치를 기반으로 실시간 측위를 수행하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
초 광대역 무선 통신(UWB: Ultra Wide Band)은 캐리어를 사용하지 않고 나노-초 이하의 짧은 펄스를 사용하는 특징을 갖는 근거리 무선 통신 기술이다. 연속적인 에너지의 전송이 없기 때문에 초저전력 통신이 가능하며, 이에 따라 센서 네트워크나, 높은 해상도를 가지는 무선 측위 시스템에서 사용 가능성이 증가하고 있다. 근래에 FCC(Federal Communications Commission)에서 초광대역 통신의 사용을 허가하고, 국내에서도 2006년에 초광대역의 주파수 사용을 허가함에 따라서 이에 관련한 연구가 활발히 진행되고 있다. 국내에서는 이에 관하여 저전력 초광대역 통신 방식 및 칩셋 구현에 관한 연구가 진행되고 있다. 이 중 UWB 무선 측위 시스템은 수십 미터의 범위를 가지면서 30cm 이하까지의 해상도를 지원하는 것을 실용화 목표로 하여 현재 많은 연구 개발이 진행 중이며, 이러한 측위 기술은 IEEE 802.15.4a에서 표준으로도 채택되었다. 이러한 무선 측위 시스템은 센서 네트워크에서 센서(sensor)(또는 태그(tag))의 위치 추적에 유용하게 사용될 수 있다.
기존의 무선 측위 알고리즘 중 TDoA(Time Difference of Arrival) 방식이 있다. 실시간 측위 시스템(Real Time Location System, 이하 'RTLS'라 칭함)에서 TDoA 방식은 RAP(RTLS Access Point) 사이에 동기화가 되어 있다는 가정 하에 태그가 송신한 펄스가 각 RAP에 도착하는 시간의 차이를 측정한다. 펄스가 각 RAP에 도착하는 시간차를 이용하면 RAP들을 초점으로 하는 쌍곡선을 그릴 수 있게 되고 이 쌍곡선들의 교점을 찾으면 태그의 위치를 계산할 수 있다.
본 실시예는 실시간 측위장치에서 획득한 TDoA 값에 대한 전처리를 수행하여 소정의 ToA 값을 추출하고, 추출된 ToA 값을 이용하여 설정된 제1 측위 후보세트에 복수의 제2 측위 후보세트를 설정하여 측위 결과정보를 산출하는 다중위치 기반 실시간 측위방법 및 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 복수 개의 AP(Access Point)로부터 태그 장치의 블링크(Blink) 신호에 대한 도달시간값(ToA: Time of Arrival)을 획득하는 통신부; 상기 도달시간값에 근거하여 기 설정된 개수의 도달시간 차이값(TDoA: Time Difference of Arrival)을 산출하는 도달시간 처리부; 상기 도달시간 차이값을 기반으로 기 설정된 개수의 AP를 갖는 제1 측위 후보세트를 설정하는 제1 세트 설정부; 상기 제1 측위 후보세트 내에 복수의 제2 측위 후보세트를 추가로 설정하는 제2 세트 설정부; 및 상기 제2 측위 후보세트에 근거하여 상기 태그 장치에 대한 측위 결과정보를 생성하는 측위부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 측위장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 복수 개의 AP(Access Point)로부터 태그 장치의 블링크(Blink) 신호에 대한 도달시간값(ToA: Time of Arrival)을 획득하는 통신과정; 상기 도달시간값에 근거하여 기 설정된 개수의 도달시간 차이값(TDoA: Time Difference of Arrival)을 산출하는 도달시간 처리과정; 상기 도달시간 차이값을 기반으로 기 설정된 개수의 AP를 갖는 제1 측위 후보세트를 설정하는 제1 세트 설정과정; 상기 제1 측위 후보세트 내에 복수의 제2 측위 후보세트를 추가로 설정하는 제2 세트 설정과정; 및 상기 제2 측위 후보세트에 근거하여 상기 태그 장치에 대한 측위 결과정보를 생성하는 측위과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 측위방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 실시간 측위장치에서 측위 후보세트를 설정하고, 각각의 측위 후보세트에 대한 추정 위치값 중 하나의 측위 결과정보를 산출함으로써, 측위 결과의 정확도를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 실시간 측위장치에서 하나의 측위 후보세트에서 복수의 측위 후보세트를 추가로 설정함으로써, 더 정확한 측위 결과를 산출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 실시간 측위 시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 실시간 측위장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 실시간 측위방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 실시간 측위장치에서 측위 후보세트를 필터링하는 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 실시예에 따른 실시간 측위장치에서 측위 후보세트를 선정하는 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6a 내지 도 6e는 본 실시예에 따른 측위 후보세트 내에서 복수의 측위 후보세트를 추가로 설정하는 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 실시예에 따른 실시간 측위장치에서 측위 결과정보를 결정하는 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 실시간 측위 시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
본 실시예에 따른 실시간 측위 시스템(RTLS: Real Time Location System)은 태그(110), RAP(RTLS Access Point, 130) 및 실시간 측위장치(RTLS 서버, 140)를 포함한다. 여기서, RAP(130)는 주 RAP(120), 보조 RAP(131, 132, 134 및 136)을 포함한다. 도 1에 도시된 실시간 측위 시스템은 일 실시예에 따른 것으로서, 도 1에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 실시간 측위 시스템에 포함된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
실시간 측위 시스템에서 주 RAP(120)는 주기적으로 클럭 동기화 신호를 브로드캐스트(Broadcast) 한다.
주 RAP(120)의 주변에 위치한 보조 RAP(131, 132, 134 및 136)들은 주 RAP(120)로부터 클럭 동기화 신호를 수신하여 보조 RAP(131, 132, 134 및 136) 각각의 클럭을 수신된 주 RAP(120)의 클럭과 동일하게 보정할 수 있는 보정 파라미터를 생성 또는 갱신한다.
복수의 RAP(130)가 위치한 영역 내에 태그 장치(110)가 진입하여 복수의 RAP(130)의 전체 또는 일부로 블링크 신호(Blink Packet)을 전송한다. 여기서, 태그 장치(110)는 브로트캐스트 방식으로 블링크 신호를 전송한다.
주 RAP(120)가 태그 장치(110)로부터 블링크 신호를 수신한 경우, 주 RAP(120)는 수신된 블링크 신호의 도달시간에 대한 도달 시간값을 그대로 실시간 측위장치(140)로 전송한다.
보조 RAP(131, 132, 134 및 136) 중 어느 하나가 태그 장치(110)로부터 블링크 신호를 수신한 경우, 보조 RAP(131, 132, 134 및 136)는 수신된 블링크 신호의 도달시간을 보정 파라미터를 이용하여 보정하고, 보정된 도달 시간에 대한 도달 시간값을 실시간 측위장치(140)로 전송한다.
실시간 측위장치(140)는 수신된 도달 시간값을 기반으로 도달 시간의 차이를 산출하여 태그 장치(110)의 위치에 대한 측위 결과정보를 산출한다.
이하, 실시간 측위 시스템에 포함된 각각의 구성요소에 대해 설명하도록 한다.
태그 장치(110)는 RAP(130)와 연동하여 근거리 통신 및 무선 통신을 이용하여 각종 데이터를 송수신할 수 있는 장치를 말하는 것이며, 태그(Tag)를 포함하는 태블릿 PC(Tablet PC), 랩톱(Laptop), 개인용 컴퓨터(PC: Personal Computer), 스마트폰(Smart Phone), 개인휴대용 정보단말기(PDA: Personal Digital Assistant) 및 무선 단말기(Wireless Terminal) 등 중 어느 하나일 수 있다. 즉, 태그 장치(110)는 RAP(130)와 연동하여 실시간 측위장치(140)와 데이터 통신을 수행하는 장치이며, RAP(130)를 경유하여 외부 장치 또는 실시간 측위장치(140)와 통신하기 위한 프로그램 또는 프로토콜을 저장하기 위한 메모리, 해당 프로그램을 실행하여 연산 및 제어하기 위한 마이크로프로세서 등을 구비하고 있는 장치를 의미한다.
태그 장치(110)는 초 광대역 무선 통신(UWB: Ultra Wide Band)를 이용하여 RAP(130)와 각종 데이터를 송수신하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 저전력 블루투스(BLE: Bluetooth Low Energy), 무선랜(WIFI), 무선 주파수(Radio Frequency), 적외선 통신(IrDA:Infrared Data Association), 지그비(Zigbee) 및 WPAN(Wireless Personal Area Networks) 등과 같은 무선통신을 이용하여 각종 데이터를 RAP(130)로 송수신할 수 있다면, 그 어떤 통신방식으로도 변경 가능하다.
주 RAP(120)는 주기적으로 각각의 보조 RAP(131, 132, 134 및 136)들에 동기화를 위해 클럭 동기화 신호를 전송한다. 주 RAP(120)는 태그 장치(110)로부터 블링크 신호를 수신하는 경우, 수신된 블링크 신호의 도달시간에 대한 도달 시간값(ToA: Time of Arrival)을 그대로 실시간 측위장치(140)로 전송한다.
도 1에서는 실시간 측위 시스템에서 하나의 주 RAP(120)가 존재하는 것으로 기재하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 주 RAP로 구현될 수도 있다.
보조 RAP(130, 132, 134 및 136)는 주 RAP(120)로부터 클럭 동기화를 위한 클럭 동기화 신호를 수신하여 주 RAP(120)의 클럭 신호에 동기화한다. 보조 RAP(130, 132, 134 및 136)는 클럭 동기화 신호를 수신하여 주 RAP(120)의 클럭 신호와 동일하게 보정할 수 있는 보정 파라미터를 생성한다. 보조 RAP(130, 132, 134 및 136)는 보정 파라미터를 이용하여 태그 장치(110)로부터 블링크 신호의 도달시간을 보정한다.
보조 RAP(130, 132, 134 및 136)는 주기적으로 주 RAP(120)의 클럭 신호를 수신하며 동기화의 필요성이 있는 경우, 기존에 설정한 보정 파라미터를 갱신하며, 갱신한 보정 파라미터를 이용하여 보조 RAP(130, 132, 134 및 136) 자신의 클럭 신호를 갱신한다.
보조 RAP(130, 132, 134 및 136)는 태그 장치(110)로부터 블링크 신호를 수신한 경우, 수신된 블링크 신호의 도달시간을 보정 파라미터를 이용하여 보정하고, 보정된 도달 시간에 대한 도달 시간값(ToA: Time of Arrival)을 실시간 측위장치(140)로 전송한다.
실시간 측위장치(140)는 RAP(주 RAP 및 보조 RAP 포함, 130)로부터 획득한 도달 시간값(이하, ToA 값으로 기재함)을 이용하여 산출된 도달 시간 차이값(이하, TDoA 값으로 기재함)의 전처리를 수행하고, 전처리가 수행된 기 설정된 개수의 ToA 값을 이용하여 복수의 측위 후보세트를 설정한다. 실시간 측위장치(140)는 복수의 측위 후보세트 중 하나의 제1 측위 후보세트를 선정하고, 제1 측위 후보세트에 복수의 제2 측위 후보세트를 설정한다.
실시간 측위장치(140)는 제2 측위 후보세트 각각에 대한 추정 위치값을 산출하고, 복수 개의 추정 위치값 중 기 저장된 이전 위치값과 가장 인접한 추정 위치값을 측위 결과정보로 결정한다. 실시간 측위장치(140)에서 측위 결과정보를 결정하는 동작에 대한 자세한 설명은 도 2에 기재하도록 한다.
도 2는 본 실시예에 따른 실시간 측위장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
본 실시예에 따른 실시간 측위장치(140)는 통신부(210), 신호 도달시간 처리부(220), 전처리부(230), 제1 세트 설정부(240), 제2 세트 설정부(242), 측위 처리부(250) 및 측위결과 결정부(260)를 포함한다. 도 2에 도시된 실시간 측위장치(140)는 일 실시예에 따른 것으로서, 도 2에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 실시간 측위장치(140)에 포함된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
통신부(210)는 기 설치된 주 RAP(120) 또는 보조 RAP(130, 132, 134 및 136)로부터 블링크 신호에 대한 도달 시간값(이하, ToA 값으로 기재함)을 수신한다. 다시 말해, 통신부(210)는 태그 장치(110)에서 송출된 블링크 신호가 소정의 RAP(주 RAP 및 보조 RAP 포함)로 수신된 시간에 대한 ToA 값을 소정의 RAP(주 RAP 및 보조 RAP 포함)로부터 획득한다. 여기서, 블링크 신호는 태그 장치(110)에서 기 설정된 주기로 송출하는 점멸신호를 의미하고, ToA 값은 태그 장치(110)에서 송출된 블링크 신호가 소정의 RAP(주 RAP 및 보조 RAP 포함)로 수신된 시간정보를 의미한다.
신호 도달시간 처리부(220)는 획득한 ToA 값을 이용하여 도달 시간 차이값(이하, TDoA 값으로 기재함)을 산출한다. 본 실시예에 따른 신호 도달시간 처리부(220)는 기 설정된 최소 개수 이상의 ToA 값을 획득한 경우, 획득한 ToA 값을 이용하여 TDoA 값을 산출한다. 여기서, 신호 도달시간 처리부(220)는 4 개의 RAP로부터 4 개의 이상의 ToA 값을 획득하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, TDoA 값은 복수의 RAP로부터 획득한 복수의 ToA 값 간의 차이를 의미하며, 신호 도달시간 처리부(220)는 n 개의 ToA 값을 이용하여 n-1 개의 TDoA 값을 산출할 수 있다.
예컨대, 통신부(210)에서 4 개이 ToA 값을 획득한 경우, 신호 도달시간 처리부(220)는 (제1 ToA 값 - 제2 ToA 값), (제1 ToA 값 - 제3 ToA 값) 및 (제1 ToA 값 - 제3 ToA 값) 과 같이 3 개의 TDoA 값을 산출한다.
전처리부(230)는 TDoA 값을 이용하여 측위를 수행하는데 있어서, 오류 및 문제발생을 감소시키고, 측위 정확도를 높이기 위한 전처리를 수행한다.
본 실시예에 따른 전처리부(230)는 TDoA 값의 유효성, 변동성, 이동평균 등을 검사하는 전처리를 수행한다. 여기서, TDoA 값의 유효성 검사는 TDoA 값이 두 RAP 간의 거리값을 초과하는지 여부를 체크하는 동작을 의미하고, TDoA 값의 변동성 검사는 직전의 TDoA 값 또는 이전 TDoA 값과 현재 TDoA 값을 비교하여 기준 변화율을 초과하는지 여부를 체크하는 동작을 의미한다. 또한, TDoA 값의 이동평균 검사는 특정시간 동안의 TDoA 값들의 이동평균을 산출하여 TDoA 값의 측정오차를 체크하는 동작을 의미한다.
전처리부(230)는 TDoA 값을 근거하여 거리로 변환한 거리 변환값을 두 RAP 간의 거리와 비교하여 TDoA 값의 유효성을 판단한다. 더 자세히 설명하자면, 전처리부(230)는 TDoA 값에 광속을 곱하여 산출된 거리 변환값(즉, '거리 = 시간*빛의 속도')이 TDoA 값과 관련된 두 RAP 간의 거리보다 작거나 같은 경우, 해당 TDoA 값이 유효한 것으로 판단한다. 한편, 전처리부(230)는 TDoA 값에 광속을 곱하여 산출된 거리 변환값이 두 RAP 간의 거리보다 큰 경우, 측정 오류로 판단하여 해당 TDoA 값을 제거하여 태그 장치(110)의 측위에 사용되지 않도록 필터링한다.
전처리부(230)는 기 설정된 시점별로 모든 RAP로부터 획득한 TDoA 값들의 이력을 관리하고, 기 설정된 기준 변화율과 획득한 TDoA 값을 비교하여 TDoA 값의 변동성을 판단한다.
전처리부(230)는 기 설정된 기준 변화율을 초과하는 TDoA 값이 존재하는 경우, 해당 TDoA 값을 측정 오류로 판단하여 해당 TDoA 값을 제거한다. 여기서, 전처리부(230)는 직전의 TDoA 값과 현재 TDoA 값을 비교하여 기준 변화율의 초과 여부를 확인하는 것이 바람직하다.
전처리부(230)는 기 설정된 시점별로 모든 RAP로부터 획득한 TDoA 값들의 이력을 관리하고, 특정 시간 동안의 TDoA 값들의 이동평균을 산출하여 TDoA 값의 이동평균의 변동을 판단한다. 여기서, 전처리부(230)는 측정 오류의 판단의 오차를 줄이기 위해 소정의 시간 이전 또는 소정의 시간 동안의 평균 TDoA 값과 현재 TDoA 값을 비교하여 TDoA 값의 이동평균의 변동을 판단한다.
제1 세트 설정부(240)는 TDoA 값을 기반으로 제1 측위 후보세트를 설정한다. 여기서, 제1 측위 후보세트를 설정하기 위한 TDoA 값은 기 설정된 개수 이상의 TDoA 값을 의미한다. 측위 후보세트를 설정하기 위한 TDoA 값은 전처리부(230)로부터 전처리를 수행한 TDoA 값일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 신호 도달시간 처리부(220)로부터 획득한 TDoA 값일 수 있다.
본 실시예에 따른 제1 세트 설정부(240)는 3 개의 TDoA 값을 기반으로 추출된 4 개의 ToA 값 각각에 해당하는 4 개의 RAP를 하나의 제1 측위 후보세트로 설정한다. 다시 말해, 제1 세트 설정부(240)는 적어도 3 개의 TDoA 값 즉, 적어도 4 개의 ToA 값을 이용하여 제1 측위 후보세트를 설정한다.
한편, 제1 세트 설정부(240)는 5 개 이상의 ToA 값을 획득한 경우, 4 개의 ToA 값씩 조합하여 복수의 측위 후보세트를 설정한다. 다시 말해, 제1 세트 설정부(240)는 5 개의 이상인 n(n > 5) 개의 ToA 값을 획득한 경우, nC4 와 같은 이산분포 확률을 이용하여 조합 가능한 복수의 측위 후보세트를 설정한다. 예를 들어, 측위 후보세트 설정부(240)는 6 개의 RAP에 대한 ToA 값을 획득하는 경우, 6C4의 이산분포 확률을 이용하여 산출된 15 개의 측위 후보세트를 설정한다.
제1 세트 설정부(240)는 복수의 측위 후보세트가 설정된 경우, 복수의 측위 후보세트 중 하나의 측위 후보세트를 제1 측위 후보세트로 선정한다.
제1 세트 설정부(240)는 복수의 측위 후보세트 각각에 대한 추정 위치값을 산출한다. 제1 세트 설정부(240)는 측위 후보세트에 대한 TDoA 값에 근거하여 측위 후보세트 내에 포함된 각각의 RAP에서 동일한 거리를 갖는 지점을 연결한 쌍곡선을 표시하고, 쌍곡선이 교차하는 지점의 좌표값을 각각의 측위 후보세트에 대한 추정 위치값으로 산출한다.
제1 세트 설정부(240)는 복수 개의 추정 위치값 중 하나의 추정 위치값를 결정하고, 결정된 추정 위치값에 대응하는 측위 후보세트를 제1 측위 후보세트로 선정한다.
제1 세트 설정부(240)는 복수의 측위 후보세트 각각에 대응하는 추정 위치값이 해당 측위 후보세트의 영역 내에 위치하는지 여부를 확인하고, 측위 후보세트의 영역 내에 위치하는 추정 위치값을 결정하여 제1 측위 후보세트로 선정한다. 여기서, 제1 세트 설정부(240)는 추정 위치값이 해당 측위 후보세트의 영역 내에 위치하는 경우, 우선 순위값을 부여할 수 있다.
제1 세트 설정부(240)는 두 개 또는 그 이상의 추정 위치값이 모두 각각의 측위 후보세트의 영역 내부에 위치하거나, 외부에 위치하여 동일한 조건인 경우, 각각의 측위 후보세트 내에 위치한 각각의 RAP(4 개의 RAP)와 추정 위치값 간의 거리의 편차를 산출하여 거리 편차가 최소인 측위 후보세트의 추정 위치값을 결정하고, 결정된 결정된 추정 위치값에 대응하는 측위 후보세트를 제1 측위 후보세트로 선정한다.
제1 세트 설정부(240)는 측위 후보세트에 대한 선형성 검사를 수행한다. 측위 후보세트 설정부(240)는 측위 후보세트에 포함된 4 개 ToA 값에 대한 RAP 중 RAP의 위치가 즉, 3 개의 RAP의 위치가 선형을 이루는 경우, 해당 측위 후보세트를 제거하여 태그 장치(110)의 측위에 사용되지 않도록 필터링한다. 여기서, 제1 세트 설정부(240)는 데이터베이스(미도시)에 기 저장된 RAP의 위치 좌표값을 기반으로 RAP의 위치가 선형 상에 위치하는지 판단할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 각각의 RAP의 전파 환경정보 또는 태그 장치(110)와의 위치차이를 이용하여 선형 상에 위치하는지 판단할 수도 있다.
제2 세트 설정부(242)는 제1 측위 후보세트 내에 제2 측위 후보세트를 추가로 설정한다. 본 실시예에 따른 제2 세트 설정부(242)는 기 설정된 개수의 RAP(130)를 포함하는 제1 측위 후보세트 내에서 기 설정된 개수보다 적거나 같은 개수의 RAP(130)를 포함하는 복수의 제2 측위 후보세트를 추가로 설정한다.
예를 들어, 제2 세트 설정부(242)는 4 개의 RAP(130)를 갖는 제1 측위 후보세트에 대해 4 개의 RAP(130)를 갖는 1 개의 측위 후보세트와 3 개의 RAP(130)를 갖는 4 개의 측위 후보세트를 포함하는 5 개의 제2 측위 후보세트를 추가로 설정한다.
제2 세트 설정부(242)는 제1 세트 설정부(242)에서 하나의 제1 측위 후보세트가 설정된 후 제1 측위 후보세트 내에서 제2 측위 후보세트를 설정하는 것으로 기재하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 전처리부(230)에서 전처리된 기 설정된 개수의 ToA 값을 획득하는 경우, 획득한 ToA 값에 대한 RAP(130)만을 이용하여 제2 측위 후보세트를 설정할 수도 있다.
측위 처리부(250)는 복수의 제2 측위 후보세트 각각에 대한 추정 위치값을 산출한다. 예를 들어, 4 개의 RAP(130)를 갖는 1 개의 측위 후보세트와 3 개의 RAP(130)를 갖는 4 개의 측위 후보세트를 포함하는 5 개의 제2 측위 후보세트에 대한 추정 위치값을 산출하는 경우, 측위 처리부(250)는 4 개의 RAP(130)에 대한 3 개의 TDoA 값에 근거하여 측위 후보세트 내에 포함된 각각의 RAP에서 동일한 거리를 갖는 지점을 연결한 쌍곡선을 표시하고, 쌍곡선이 교차하는 지점의 좌표값을 추정 위치값으로 산출한다. 또한, 측위 처리부(250)는 3 개의 RAP(130)에 대한 2 개의 TDoA 값에 근거하여 쌍곡선이 교차하는 지점이 존재하지 않으므로, 태그 장치(110)에 대해 기 설정된 높이에 대응하는 평면과 2 개의 TDoA 값에 의해 생성된 쌍곡선이 교차하는 지점을 추정 위치값으로 산출한다.
측위결과 결정부(260)는 복수 개의 추정 위치값 중 하나의 추정 위치값을 측위 결과정보로 결정한다. 측위결과 결정부(260)는 복수 개의 추정 위치값이 유사한 위치에 존재하는 경우 즉, 복수 개의 추정 위치값이 기 설정된 차이값 미만의 위치값인 경우, 복수 개의 추정 위치값을 기 저장된 이전 위치값(이전 측위 결과정보)과 비교하여 가장 인접한 추정 위치값을 측위 결과정보로 결정한다.
측위결과 결정부(260)는 복수 개의 추정 위치값 중 기 설정된 차이값 이상의 위치값을 갖는 추정 위치값이 존재하는 경우, 해당 추정 위치값을 제거한 후 기 저장된 이전 위치값(이전 측위 결과정보)과 비교하여 가장 인접한 추정 위치값을 측위 결과정보로 결정한다. 여기서, 가장 인접한 추정 위치값은 복수 개의 추정 위치값 중 기 저장된 이전 위치값과 거리가 가장 짧은 추정 위치값을 한다.
도 3은 본 실시예에 따른 실시간 측위방법을 설명하기 위한 순서도이다.
실시간 측위장치(140)는 복수의 RAP(130)로부터 ToA 값을 획득하고(S310), 획득한 ToA 값을 기반으로 TDoA 값을 산출한다(S320). 여기서, ToA 값은 태그 장치(110)에서 송출된 블링크 신호가 소정의 RAP(130)로 수신된 시간정보를 의미하고, TDoA 값은 RAP(130)로부터 획득한 복수의 ToA 값 간의 차이를 의미하며, 실시간 측위장치(140)는 n 개의 ToA 값을 이용하여 n-1 개의 TDoA 값을 산출할 수 있다.
실시간 측위장치(140)는 TDoA 값에 대한 전처리를 수행한다(S330). 실시간 측위장치(140)는 TDoA 값의 유효성, 변동성, 이동평균 등을 검사하는 전처리를 수행한다. 여기서, TDoA 값의 유효성 검사는 TDoA 값이 두 RAP 간의 거리값을 초과하는지 여부를 체크하는 동작을 의미하고, TDoA 값의 변동성 검사는 직전의 TDoA 값 또는 이전 TDoA 값과 현재 TDoA 값을 비교하여 기준 변화율을 초과하는지 여부를 체크하는 동작을 의미한다. 또한, TDoA 값의 이동평균 검사는 특정시간 동안의 TDoA 값들의 이동평균을 산출하여 TDoA 값의 측정오차를 체크하는 동작을 의미한다.
실시간 측위장치(140)는 전처리를 수행한 후 ToA 값이 기 설정된 개수 이상인지 여부를 확인한다(S340).
단계 S340를 확인한 결과, ToA 값이 기 설정된 개수 이상인 경우, 실시간 측위장치(140)는 기 설정된 개수의 ToA 값을 기반으로 제1 측위 후보세트를 설정한다(S350). 예를 들어, 실시간 측위장치(140)는 3 개의 TDoA 값을 기반으로 추출된 4 개의 ToA 값 각각에 해당하는 4 개의 RAP를 하나의 제1 측위 후보세트로 설정한다. 실시간 측위장치(140)는 5 개 이상의 ToA 값을 획득한 경우, 4 개의 ToA 값씩 조합하여 복수의 측위 후보세트를 설정하고, 복수의 측위 후보세트 각각의 추정 위치값을 이용하여 하나의 제1 측위 후보세트를 설정한다.
한편, 단계 S340를 확인한 결과, ToA 값이 기 설정된 개수 미만인 경우, 실시간 측위장치(140)는 ToA 값이 최소 개수인 경우에(S342), 최소 개수의 ToA 값을 이용하여 측위 결과정보를 산출한다(S344).
실시간 측위장치(140)는 제1 측위 후보세트 내에 제2 측위 후보세트를 추가로 설정한다(S360). 실시간 측위장치(140)는 기 설정된 개수의 RAP(130)를 포함하는 제1 측위 후보세트 내에서 기 설정된 개수보다 적거나 같은 개수의 RAP(130)를 포함하는 복수의 제2 측위 후보세트를 추가로 설정한다.
실시간 측위장치(140)는 복수의 제2 측위 후보세트 각각에 대한 추정 위치값을 산출하고(S370), 복수 개의 추정 위치값 중 하나의 추정 위치값을 태그 장치(110)에 대한 측위 결과정보로 결정한다.
도 3에서는 단계 S310 내지 단계 S380를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 3에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 단계 S310 내지 단계 S380 중 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 3은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 실시예에 따른 실시간 측위장치에서 측위 후보세트를 필터링하는 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
실시간 측위장치(140)는 설정된 측위 후보세트에 대한 선형성을 검사한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 AP(410), 제2 AP(420), 제3 AP(430) 및 제4 AP(440)를 포함하는 측위 후보세트에서 실시간 측위장치(140)는 제2 AP(420), 제3 AP(430) 및 제4 AP(440)과 같이 3 개의 AP가 선형 형태(450)를 이루는 경우, 해당 측위 후보세트를 제거하여 태그 장치(110)의 측위에 사용되지 않도록 필터링한다. 여기서, 실시간 측위장치(140)는 기 저장된 RAP의 위치 좌표값을 기반으로 RAP의 위치가 선형 상에 위치하는지 판단할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 실시예에 따른 실시간 측위장치에서 측위 후보세트를 선정하는 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 도 5a에 도시된 바와 같이, 실시간 측위장치(140)에서 서로 다른 조건의 두 개의 추정 위치값 중 하나의 추정 위치값을 측위 결과정보로 결정하는 동작에 대해 설명하도록 한다.
실시간 측위장치(140)는 AP1(502), AP2(504), AP5(508) 및 AP6(509)을 포함하는 제1 측위 후보세트(510)에 대한 제1 추정 위치값(512)를 산출하고, AP2(504), AP3(506), AP4(507) 및 AP5(508)를 포함하는 제2 측위 후보세트(520)에 대한 제2 추정 위치값(522)를 산출한다.
실시간 측위장치(140)는 제1 추정 위치값(512) 및 제2 추정 위치값(522)이 각각의 측위 후보세트의 영역 내에 위치하는지 여부를 확인하고, 제1 측위 후보세트(510)의 영역 내에 위치하는 제1 추정 위치값(512)에 우선 순위값을 부여한다. 한편, 실시간 측위장치(140)는 제2 측위 후보세트(520)의 영역 내에 위치하는 제2 추정 위치값(522)에 우선 순위값을 부여하지 않거나, 제1 추정 위치값(512)에 부여된 우선 순위값보다 작은 우선 순위값을 부여한다.
실시간 측위장치(140)는 제1 추정 위치값(512) 및 제2 추정 위치값(522)를 비교하여 우선 순위값이 높은 즉, 해당 측위 후보세트의 영역 내에 위치하는 제1 추정 위치값(512)을 측위 결과정보로 결정한다.
이하, 도 5b에 도시된 바와 같이, 실시간 측위장치(140)에서 동일한 조건의 두 개의 추정 위치값 중 하나의 추정 위치값을 측위 결과정보로 결정하는 동작에 대해 설명하도록 한다.
실시간 측위장치(140)는 AP1(502), AP2(504), AP5(508) 및 AP6(509)을 포함하는 제3 측위 후보세트(530)에 대한 제3 추정 위치값(532)를 산출하고, AP1(502), AP3(506), AP5(508) 및 AP6(509)을 포함하는 제4 측위 후보세트(540)에 대한 제4 추정 위치값(542)를 산출한다.
실시간 측위장치(140)는 제3 추정 위치값(532) 및 제4 추정 위치값(542)이 각각의 측위 후보세트의 영역 내에 위치하는 경우, 각각의 측위 후보세트에 포함된 AP와 추정 위치값 간의 거리 편차를 산출한다. 더 자세히 설명하자면, 실시간 측위장치(140)는 제3 추정 위치값(532)과 AP1(502), AP2(504), AP5(508) 및 AP6(509) 각각에 대한 거리의 거리 편차를 산출하고, 제4 추정 위치값(542)과 AP1(502), AP3(506), AP5(508) 및 AP6(509) 각각에 대한 거리의 거리 편차를 산출한다.
실시간 측위장치(140)는 산출된 2 개의 거리 편차 중 최소 거리 편차값을 갖는 제3 추정 위치값(532)을 측위 결과정보로 결정한다.
도 6a 내지 도 6e는 본 실시예에 따른 측위 후보세트 내에서 복수의 측위 후보세트를 추가로 설정하는 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
실시간 측위장치(140)는 제1 측위 후보세트 내에 제2 측위 후보세트를 추가로 설정한다. 더 자세히 설명하자면, 실시간 측위장치(140)는 기 설정된 개수의 RAP(130)를 포함하는 제1 측위 후보세트 내에서 기 설정된 개수보다 적거나 같은 개수의 RAP(130)를 포함하는 복수의 제2 측위 후보세트를 추가로 설정한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 실시간 측위장치(140)는 AP 1(610), AP 2(620), AP 3(630) 및 AP 4(640)를 갖는 1 개의 제2 측위 후보세트(650)를 설정한다. 여기서, 실시간 측위장치(140)는 4 개의 AP(610, 620, 630, 640)를 갖는 제2 측위 후보세트에 대한 제1 추정 위치값(652)을 산출한다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 실시간 측위장치(140)는 AP 1(610), AP 2(620), 및 AP 3(630)를 갖는 1 개의 제2 측위 후보세트(660)를 설정한다. 여기서, 실시간 측위장치(140)는 3 개의 AP(610, 620, 630)를 갖는 제2 측위 후보세트에 대한 제2 추정 위치값(662)을 산출한다.
도 6c에 도시된 바와 같이, 실시간 측위장치(140)는 AP 1(610), AP 2(620), 및 AP 4(640)를 갖는 1 개의 제2 측위 후보세트(670)를 설정한다. 여기서, 실시간 측위장치(140)는 3 개의 AP(610, 620, 640)를 갖는 제2 측위 후보세트에 대한 제3 추정 위치값(672)을 산출한다.
도 6d에 도시된 바와 같이, 실시간 측위장치(140)는 AP 1(610), AP 3(630), 및 AP 4(640)를 갖는 1 개의 제2 측위 후보세트(680)를 설정한다. 여기서, 실시간 측위장치(140)는 3 개의 AP(610, 630, 640)를 갖는 제2 측위 후보세트에 대한 제4 추정 위치값(682)을 산출한다.
도 6e에 도시된 바와 같이, 실시간 측위장치(140)는 AP 2(620), AP 3(630), 및 AP 4(640)를 갖는 1 개의 제2 측위 후보세트(690)를 설정한다. 여기서, 실시간 측위장치(140)는 3 개의 AP(620, 630, 640)를 갖는 제2 측위 후보세트에 대한 제5 추정 위치값(692)을 산출한다.
도 7a 및 도 7b는 본 실시예에 따른 실시간 측위장치에서 측위 결과정보를 결정하는 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
실시간 측위장치(140)는 복수의 제2 측위 후보세트 각각에 대한 추정 위치값 중 하나의 추정 위치값을 측위 결과정보로 결정한다.
도 7a 및 도 7b는 도 6a 내지 도 6e에 도시된 복수의 제2 측위 후보세트(650, 660, 670, 680, 690)를 결합한 도면이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 실시간 측위장치(140)는 복수 개의 추정 위치값(652, 662, 672, 682, 692)이 유사한 위치(710)에 존재하는 경우 즉, 복수 개의 추정 위치값이 기 설정된 차이값 미만의 위치값인 경우, 복수 개의 추정 위치값(652, 662, 672, 682, 692)을 기 저장된 이전 위치값과 비교하여 가장 인접한 추정 위치값(672)을 측위 결과정보(712)로 결정한다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 실시간 측위장치(140)는 복수 개의 추정 위치값(652, 662, 672, 682, 692) 중 기 설정된 차이값 이상의 위치값(730)을 갖는 추정 위치값(662)이 존재하는 경우, 해당 추정 위치값(662)을 제거한 복수 개의 추정 위치값(652, 672, 682, 692)을 기 저장된 이전 위치값과 비교하여 가장 인접한 추정 위치값(672)을 측위 결과정보(722)로 결정한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예는 실시간 측위분야에 적용되어, 측위 결과의 정확도를 높일 수 있는 효과를 발생하는 유용한 발명이다.
110: 태그 장치 120: 주 RAP
130: RAP 131 ~ 136: 보조 RAP
140: 실시간 측위장치
210: 통신부 220: 신호 도달시간 처리부
230: 전처리부 240: 제1 세트 설정부
242: 제1 세트 설정부 250: 측위 처리부
260: 측위결과 결정부

Claims (8)

  1. 복수 개의 AP(Access Point)로부터 태그 장치의 블링크(Blink) 신호에 대한 도달시간값(ToA: Time of Arrival)을 획득하는 통신부;
    상기 도달시간값에 근거하여 기 설정된 개수의 도달시간 차이값(TDoA: Time Difference of Arrival)을 산출하는 도달시간 처리부;
    상기 도달시간 차이값을 기반으로 기 설정된 개수의 AP를 갖는 제1 측위 후보세트를 설정하는 제1 세트 설정부;
    상기 제1 측위 후보세트 내에 복수의 제2 측위 후보세트를 추가로 설정하는 제2 세트 설정부; 및
    상기 제2 측위 후보세트에 근거하여 상기 태그 장치에 대한 측위 결과정보를 생성하는 측위부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 측위장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 세트 설정부는,
    상기 도달시간 차이값을 기반으로 복수 개의 측위 후보세트가 설정된 경우, 상기 복수 개의 측위 후보세트 각각에 대한 추정 위치값을 산출하고, 산출된 추정 위치값 중 하나의 추정 위치값을 결정하고, 결정된 상기 하나의 추정 위치값에 대응하는 측위 후보세트를 상기 제1 측위 후보세트로 설정하는 것을 특징으로 하는 실시간 측위장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 세트 설정부는,
    상기 제1 측위 후보세트 내에서 상기 제1 측위 후보세트에 포함된 기 설정된 개수보다 적거나 동일한 개수의 도달시간값을 이용하여 상기 복수의 제2 측위 후보세트 설정하는 것을 특징으로 하는 실시간 측위장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 세트 설정부는,
    4 개의 AP를 갖는 상기 제1 측위 후보세트 내에서 4 개의 AP를 갖는 1 개의 측위 후보세트 및 3 개의 AP를 갖는 4 개의 측위 후보세트를 포함하는 5 개의 상기 제2 측위 후보세트를 설정하는 것을 특징으로 하는 실시간 측위장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 측위부는,
    상기 복수의 제2 측위 후보세트 각각에 대한 복수 개의 추정 위치값을 산출하고, 상기 복수 개의 추정 위치값 중 적어도 하나의 추정 위치값을 상기 측위 결과정보로 결정하는 것을 특징으로 하는 실시간 측위장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 측위부는,
    상기 복수 개의 추정 위치값이 기 설정된 차이값 미만의 위치값인 경우, 상기 복수 개의 추정 위치값 각각을 기 저장된 이전 위치값과 비교하여 가장 인접한 추정 위치값을 상기 측위 결과정보로 결정하는 것을 특징으로 하는 실시간 측위장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 측위부는,
    상기 복수 개의 추정 위치값 중 기 설정된 차이값 이상의 위치값을 갖는 추정 위치값이 존재하는 경우, 해당 추정 위치값을 제거한 후 기 저장된 이전 위치값과 비교하여 가장 인접한 추정 위치값을 상기 측위 결과정보로 결정하는 것을 특징으로 하는 실시간 측위장치.
  8. 복수 개의 AP로부터 태그 장치의 블링크 신호에 대한 도달시간값(ToA)을 획득하는 통신과정;
    상기 도달시간값에 근거하여 기 설정된 개수의 도달시간 차이값(TDoA)을 산출하는 도달시간 처리과정;
    상기 도달시간 차이값을 기반으로 기 설정된 개수의 AP를 갖는 제1 측위 후보세트를 설정하는 제1 세트 설정과정;
    상기 제1 측위 후보세트 내에 복수의 제2 측위 후보세트를 추가로 설정하는 제2 세트 설정과정; 및
    상기 제2 측위 후보세트에 근거하여 상기 태그 장치에 대한 측위 결과정보를 생성하는 측위과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 측위방법.
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