KR20160094031A - 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템 - Google Patents

실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템 Download PDF

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KR20160094031A
KR20160094031A KR1020150015075A KR20150015075A KR20160094031A KR 20160094031 A KR20160094031 A KR 20160094031A KR 1020150015075 A KR1020150015075 A KR 1020150015075A KR 20150015075 A KR20150015075 A KR 20150015075A KR 20160094031 A KR20160094031 A KR 20160094031A
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성태경
임정민
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Abstract

본 발명은 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 측위의 대상인 태그(tag)(100)와, 다수 개의 앵커(anchor)(200)와, 상기 태그(100)와 앵커(200)를 관리하는 베이스 스테이션(base station)(300)으로 구성되는 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템에 있어서, 상기 태그(100)와 앵커(200) 간의 TWR(Two-Way Ranging) 거리 측정치를 획득하고, 획득한 거리 측정치에 포함되어 있는 이상점(outlier)을 검출하여, 이상점이 포함되어 있는 거리 측정치를 제거하는 다중경로 검출 및 제거부(400)를 더 포함하여 구성되며, 상기 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템은 상기 태그(100)에서 상기 베이스 스테이션(300)으로부터 전달받은 앵커 리스트에 따른 확인 응답 메시지(ACK 메시지)를 전송하고, 앵커 리스트에 포함되어 있는 다수 개의 앵커(200)의 거리 정보(ranging)에 따라 거리 측정치를 획득하고, 상기 다중경로 검출 및 제거부(400)에서 제거한 거리 측정치를 배제하고 최종 측위 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템에 관한 것이다.

Description

실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템 {Positioning system based wireless communication network under indoor multipath environment}
본 발명은 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 무선 통신망을 이용하여 측위를 수행하면서 거리 측정치에 포함되어 있는 이상점(outlier)을 효율적으로 검출하여 제거하며, 불필요한 트래픽 증가없이 측위 정확도 갱신율을 효과적으로 향상시킬 수 있는 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템에 관한 것이다.
최근 UAV(Unmanned Air Vehicle)의 기술 발전과 더불어 쿼드콥터와 같은 비행로봇이 대중화되고 있다. 또한 이들을 이용하여 택배, 식당주문, 비행로봇 공연 등과 같은 다양한 시장 발굴을 위한 노력이 계속되고 있다.
이들 비행로봇의 제어를 위해서는, 신뢰성이 높고 고정밀의 측위 기술이 필수적이다.
기존의 실내 로봇의 측위에 관련한 연구들은 주로 IR(Infra Red) 카메라를 이용하여 3차원 측위를 수행하고 있다.
IR 카메라를 이용하여, 15m 이하의 작은 워크스페이스 하에서 cm이하의 고정밀 측위가 가능하나, IR 카메라가 고가이며 Active IR 등을 이용하더라도 신호의 도달거리에 제한이 있다.
또한, 관성 센서는 쿼드콥터에 탑재되어 자세 제어에 사용되지만, 이를 이용하여 항법을 수행하면 오차누적이 발생하는 문제가 있다.
이러한 오차누적 및 측위영역 제한 문제를 해결하기 위하여 무선 측위를 이용할 수 있으며, 아직까지 이에 대한 연구는 미미한 실정이다.
무선측위 기술은 방식에 따라, 크게 OWR(One-Way Ranging)과 TWR(Two-Way Ranging)로 나눌 수 있다.
OWR 방식은 단말 A에서 B 혹은, 단말 B에서 A로 전파 시간을 측정하며 서로 동기화된 단말들로부터 OWR 거리 측정치를 이용하여 위치를 구할 수 있다.
허나, 단말간의 시각 동기를 위하여 인프라 구축에 많은 노력 및 비용이 소모되어 OWR 방식보다는 TWR 방식이 선호되고 있다.
TWR 방식은 단말 A에서 B로 그리고 단말 B에서 A로 전파 시간을 측정하며, 이는 RTT(Round-Trip Time)이라고 한다.
이 경우, OWR 방식과 다르게 단말이 동기화되어 있을 필요가 없으므로 비교적 저가로 시스템 구축이 가능하며, SDS(Symmetric Double-Sided)-TWR 방식을 사용하면 저가형 클럭에서 발생하는 상대 클럭 드리프트 오차를 효과적으로 제거할 수 있어 고정밀 측위가 가능한 장점이 있다.
일반적으로 SDS-TWR 방식을 사용하면, 0.1 ~ 0.7m 내외의 ranging 정확도를 가지며, 커버리지는 100 ~ 880m에 이른다.
이에 따라, 본 발명의 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템은 실내 다중경로 환경에서의 정밀 측위를 위한 TWR 방식의 무선측위 기술을 제안하며, 이 때, 기존의 TWR 무선 측위 방식은 무선 측정치를 서버에서 계산하는 원격측위 방식이나, 이에 따른 무선 트래픽을 감소시키고 외부 센서와의 융합을 통한 측위 갱신율을 높일 수 있도록 자가측위 방식을 제안한다.
또한, 다중경로 측정치가 포함된 이상점(outlier) 제거를 통하여, 무선측위의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한국 등록 특허 10-1040705호("무선 측위 시스템 및 측위 방법", 이하 선행기술 1)는 비교적 용이한 연산을 부가하여 측위 시스템의 하드웨어적인 자원을 늘리지 않더라도 측위 신뢰도 및 정밀도를 향상시키고, 측위 시스템의 성능 관찰 및 유지보수를 용이하게 수행할 수 있는 무선 측위 시스템 및 측위 방법을 개시하고 있다.
한국등록특허 제10-1040705호(등록일자 2011.06.03.)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 불편함을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 통신망을 이용하여 측위를 수행하면서 거리 측정치에 포함되어 있는 이상점(outlier)을 효율적으로 검출하여 제거하며, 불필요한 트래픽 증가없이 측위 정확도 갱신율을 효과적으로 향상할 수 있는 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템은, 측위의 대상인 태그(tag)(100)와, 다수 개의 앵커(anchor)(200)와, 상기 태그(100)와 앵커(200)를 관리하는 베이스 스테이션(base station)(300)으로 구성되는 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템에 있어서, 하기의 수식을 이용하여 상기 태그(100)와 앵커(200) 간의 TWR(Two-Way Ranging) 거리 측정치를 획득하고, 획득한 거리 측정치에 포함되어 있는 이상점(outlier)을 검출하여, 이상점이 포함되어 있는 거리 측정치를 제거하는 다중경로 검출 및 제거부(400)를 더 포함하여 구성되며, 상기 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템은 상기 태그(100)에서 상기 베이스 스테이션(300)으로부터 전달받은 앵커 리스트에 따른 확인 응답 메시지(ACK 메시지)를 전송하고, 앵커 리스트에 포함되어 있는 다수 개의 앵커(200)의 거리 정보(ranging)에 따라 거리 측정치를 획득하고, 상기 다중경로 검출 및 제거부(400)에서 제거한 거리 측정치를 배제하고 최종 측위 정보를 산출하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
는 I번째 거리 측정치의 다중경로 오차를 의미함.
여기서, 상기 다중경로 검출 및 제거부(400)는 획득한 거리 측정치에 다중경로 오차가 포함되어 있을 경우, 기설정된 측위 알고리즘을 이용하여 하기의 수식과 같이 위치 오차의 변위량을 산출하고, 다중경로 오차가 포함된 거리 측정치를 제외하고 측위 정보를 산출하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00003
여기서,
Figure pat00004
임.
더불어, 상기 다중경로 검출 및 제거부(400)는 획득한 거리 측정치 중 한 개의 측정치에 다중경로 오차가 발생할 경우, 하기의 수식을 이용하여, 다중경로 오차가 포함되어 있는 거리 측정치만을 제외하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00005
여기서, k번째 거리 측정치에 다중경로가 포함되어 있다고 가정하고,
Figure pat00006
이며,
Figure pat00007
임.
또는, 상기 다중경로 검출 및 제거부(400)는 획득한 거리 측정치 중 복수 개의 측정치에 다중경로 오차가 발생할 경우, 하기의 수식을 이용하여, 다중경로 오차가 포함되어 있는 거리 측정치만을 제외하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00008
여기서, k번째 거리 측정치와 l번째 거리 측정치에 다중경로가 포함되어 있다고 가정하고,
Figure pat00009
임.
더 나아가, 상기 다중경로 검출 및 제거부(400)는 획득한 거리 측정치에 다중경로 오차가 포함되어 있을 경우, 기설정된 측위 알고리즘 및 기설정된 외부 센서로부터 획득된 센싱값을 이용하여 위치 오차의 변위량을 산출하고, 다중경로 오차가 포함된 거리 측정치를 제외한 측위 정보를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 외부 센서는 가속도계, 자이로 센서, 지자기센서, 고도계 중 일부 혹은 전제일 수 있으며, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하다.
본 발명에 따른 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템은, 실내 다중경로 환경에서의 정밀 측위를 위한 TWR 방식의 무선측위 기술을 이용하면서, 자가측위 방식을 통해 무선 트래픽을 감소시키고 외부 센서와의 융합을 통한 측위 갱신율을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 다중경로 측정치가 포함된 이상점(outlier) 제거를 통하여, 무선측위의 신뢰성을 효과적으로 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리 무선 통신망 기반 자가측위 시스템을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리 무선 통신망 기반 자가측위 시스템의 각 구성에 대한 타이밍도를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리 무선 통신망 기반 자가측위 시스템에서 복수 개의 TWR 거리 측정치에 다중경로가 발생할 경우, 다중경로를 제거하기 위한 방법을 나타낸 순서도이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
더불어, 시스템은 필요한 기능을 수행하기 위하여 조직화되고 규칙적으로 상호 작용하는 장치, 기구 및 수단 등을 포함하는 구성 요소들의 집합을 의미한다.
본 발명의 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템은 실내 다중경로 환경에서의 정밀 측위를 위한 TWR 방식의 무선측위 기술을 제안하며, 이 때, 기존의 TWR 무선 측위 방식은 무선 측정치를 서버에서 계산하는 원격측위 방식이나, 이에 따른 무선 트래픽을 감소시키고 외부 센서와의 융합을 통한 측위 갱신율을 높일 수 있도록 자가측위 방식을 제안한다.
또한, 다중경로 측정치가 포함된 이상점(outlier) 제거를 통하여, 무선측위의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템이다.
본 발명의 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 측위의 대상인 태그(tag)(100), 다수 개의 앵커(anchor)(200), 베이스 스테이션(base station)(300) 및 다중경로 검출 및 제거부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
상세하게는, 측위의 대상이자, 측위를 수행하는 주체가 태그이며, 이에 따라 태그는 거리 정보(ranging) 결과를 직접 베이스 스테이션으로 전달하는 것이 아니라, 자신의 위치를 계산한 후 최종 위치만을 베이스 스테이션을 거쳐 외부에 연결되어 있는 측위 서버(location server)로 전달할 수 있다.
이를 통해서, 전체 무선 트래픽량이 줄어드는 효과를 갖게 된다.
이 때, 앵커(anchor) 리스트에는 거리 정보(ranging)도 포함되어야 하며, 고정형 시스템에서는 이를 한번만 전달해주면 되어, 전체 트래픽량에 미치는 영향을 미비하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템을 통해서, 태그에서 자신의 위치를 직접 계산하여 최종 위치만을 전달함으로써, 무선 트래픽의 감소(측위 갱신율 향상), 자신의 위치를 알기까지의 지연 시간 단축, 별도의 무선 트래픽 증가없이 센서 융합 가능(측위 정확도 향상, 고속 측위 가능) 등의 효과가 있다.
기존의 측위 시스템에서 반복되는 거리 측정치 전달하는 과정과 태그 위치 전달 과정에 대한 부분이, 태그 위치 전달만으로 단순해지기 때문에, 위치 측위시 발생하는 트래픽의 양을 크게 감소시킬 수 있어, 측위 갱신율 향상이 가능하다.
다시 말하자면, 기존의 측위 시스템은 베이스 스테이션에서 태그로 앵커 리스트를 전송하고, 이에 따른 확인 응답 메시지를 수신한 뒤 다시 한번 시작 신호를 전송하게 된다. 그 후, 반복적으로 거리 측정치를 전달받아 이를 분석하여 태그 위치를 계산하게 된다.
이에 반해, 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 앵커 리스트를 수신한 태그에서 응답 신호를 베이스 스테이션으로 송신한 후, 시작 신호에 맞춰 태그에서 자신의 위치를 직접 계산하여 최종 위치만을 전달하게 된다.
이에 따라, 단지 13byte 만으로 지상의 물체 위치를 cm 급으로 나타낼 수 있다. 또한, 지상의 일부분만을 커버하는 경우, 이보다 훨씬 적은 byte가 사용된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템을 통해서, 원격측위와 같이 태그가 베이스 스테이션으로부터 측위 결과를 기다리는 것이 아니라, 앵커와 근거리 무선 통신을 통해서 거리 정보(ranging)를 전달받아 이에 따른 거리 측정치를 획득한 이후 자신의 위치를 인지하기까지의 시간을 현저하게 단축시킬 수 있다.
더불어, 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템을 통해서, 센서 융합시 측위 갱신율을 높여 무선 트래픽을 줄일 수 있다.
다시 말하자면, 측위 정확도를 향상시키기 위해 센서 융합이 필요할 경우, 기존의 측위 시스템은 융합에 필요한 센서 값을 측위 서버에 전달해야할 필요가 있어 이로 인해 통신량이 증가하는 단점이 있었으나,
본 발명의 일 실시예에 따른 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템에서의 자가측위 기반 태그는 별도의 트래픽 증가 없이, GNSS, 자이로센서, 지자기센서, 엔코더 값 등의 외부 센서의 값을 융합하여 기지국으로 전달할 수 있어 필요에 따라 측위 결과의 성능지수(Figure of merit)와 전달이 가능하다.
더불어, 외부 센서 데이터와 측위 결과를 융합함으로써, 측위 정확도 향상 뿐 아니라, 고속측위가 가능하다.
자가측위 시에 DR 센서 등을 이용하면, 원격측위시 발생할 수 있는 이상점(outlier)을 보다 효과적으로 제거할 수 있다. 여기서, 이상점이란, 다중경로 등의 영향으로 거리 측정치가 실제보다 더 길게 측정되는 것을 의미하며, 측위 성능 저하의 원인이 된다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템을 통해서는, 외부 센서로부터 측정치를 융합함으로써 전반적인 무선측위 성능을 향상시킬 수 있다.
무선측위를 위해 단말(태그, 앵커 등)과 단말(태그, 앵커 등)사이의 통신이 필요하고, 무선 측위 단독 시스템의 경우, 측위를 받아야하는 단말들이 많아지면 많아질수록 측위 갱신율이 급격히 저하되는 문제점이 있다.
고속측위는 DR 센서 등 갱신속도가 무선측위보다 빠른 시스템을 무선측위 시스템과 융합함으로써 보다 높은 측위 갱신율을 나타내는 것을 의미하며, 무선측위가 이루어지지 않을 시에도, 외부 센서로부터 획득한 위치정보를 통하여 측위 갱신율을 향상시킬 수 있다. 여기서의 DR 센서를 이용한 DR 항법의 경우, 갱신율이 10Hz 이상이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템에 대해 간략하게 나타낸 구성도이다. 도 1을 참조로 하여 본 발명의 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 태그(tag)(100), 다수 개의 앵커(anchor)(200), 베이스 스테이션(base station)(300) 및 다중경로 검출 및 제거부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
각 구성에 대해 자세히 알아보자면,
상기 태그(100)는 측위의 대상이며, 상기 베이스 스테이션(300)은 상기 태그(100)와 앵커(200)의 정보를 관리할 수 있다.
상기 다중경로 검출 및 제거부(400)는 상기 태그(100)와 앵커(200) 간의 TWR 거리 측정치를 획득하고, 획득한 거리 측정치에 포함되어 있는 이상점(Outlier)을 검출하여 이상점이 포함되어 있는 거리 측정치를 제거할 수 있다.
상기 다중경로 검출 및 제거부(400)는 하기의 수학식 1을 이용하여, 이상점을 검출할 수 있다.
Figure pat00010
여기서,
Figure pat00011
는 I번째 거리 측정치의 다중경로 오차를 의미함.
이를 통해서, 본 발명의 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템은 상기 태그(100)에서 상기 베이스 스테이션(300)으로부터 전달받은 앵커 리스트에 따른 확인 응답 메시지(ACK 메시지)를 전송하고, 앵커 리스트에 포함되어 있는 다수 개의 앵커(200)의 거리 정보(ranging)에 따라 거리 측정치를 획득하고 상기 다중경로 검출 및 제거부(400)에서 제거한 거리 측정치를 배제하고 최종 측위 정보를 산출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템은 상기 베이스 스테이션(300)으로부터 전달받은 상기 태그(100)와 앵커(200)의 정보를 이용하여 상기 태그(100)의 측위 결과를 관리할 수 있다.
상기 태그(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 스테이션(300)으로부터 앵커 리스트(anchor list)를 전달받은 후, 확인 응답 메시지(ACK 메시지)를 전송하게 된다.
상기 앵커 리스트에 포함되어 있는 다수 개의 앵커(200)의 거리 정보(ranging)에 따라 TWR(Two-Way Ranging) 거리 측정치를 획득하여 최종 위치를 계산할 수 있으며, 최종 자가위치 정보를 상기 베이스 스테이션(300)으로 전송한 후, 상기 베이스 스테이션(300)은 이를 측위 서버(미도시)로 전달하여 관리할 수 있다.
상기 측위 서버는 본 발명의 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템과 연결되어, 상기 태그(100)로부터 획득된 위치 정보를 전달받아 관리할 수 있다.
상기 다중경로 검출 및 제거부(400)는 획득한 거리 측정치에 다중경로오차가 포함되어 있을 경우, 미리 설정된 측위 알고리즘을 이용하여 하기의 수학식 2와 같이, 위치 오차의 변위량을 산출할 수 있다.
이를 통해서, 다중경로 오차가 포함된 거리 측정치를 제외하고 측위 정보를 산출할 수 있다.
Figure pat00012
여기서,
Figure pat00013
임.
상세하게는, 상기 다중경로 검출 및 제거부(400)는 획득한 거리 측정치 중 한 개의 측정치에 다중경로 오차가 발생하거나, 복수 개의 측정치에 다중경로 오차가 발생할 경우, 상이한 수학식에 적용하여 거리 측정치를 제외할 수 있다.
제 1 실시예에 따라, 상기 다중경로 검출 및 제거부(400)에서 획득한 거리 측정치 중 한 개의 측정치에 다중경로 오차가 발생할 경우, 하기의 수학식 3을 이용하여 다중경로 오차가 포함되어 있는 거리 측정치만을 제외시킬 수 있다.
Figure pat00014
여기서, k번째 거리 측정치에 다중경로가 포함되어 있다고 가정하고,
Figure pat00015
이며,
Figure pat00016
임.
또한, 제 2 일실시예에 따라, 상기 다중경로 검출 및 제거부(400)에서 획득한 거리 측정치 중 복수 개의 측정치에 다중경로 오차가 발생할 경우, 하기의 수학식 4를 이용하여 다중경로 오차가 포함되어 있는 거리 측정치만을 제외시킬 수 있다.
Figure pat00017
여기서, k번째 거리 측정치와 l번째 거리 측정치에 다중경로가 포함되어 있다고 가정하고,
Figure pat00018
이다.
상세하게는, 도 3과 같은 순서도에 따라 다중경로 오차가 포함되어 있는 거리 측정치만을 제외시킬 수 있다.
이 때, 일반적으로
Figure pat00019
와
Figure pat00020
이 같지 않아 다중경로 오차가 포함되어 있는 즉, 이상점을 검출시 하기의 수학식 5와 같은 오차가 발생하게 된다.
Figure pat00021
만일, 이상점 검출을 위한 문턱값을
Figure pat00022
보다 작게 설정한다면 잘못된 이상점을 검출할 가능성이 높아지므로, 문턱값은
Figure pat00023
의 배수보다 커야한다.
또한,
Figure pat00024
과
Figure pat00025
도 같지 않으므로, 이에 대한 영향을 최소화하기 위해서 하기의 수학식 6과 같은 이상점 판별식을 사용하여 다중경로 측정치를 가려낼 수 있다.
Figure pat00026
상기의 수학식 5 및 6으로부터 다중경로 측정치를 가려내기 위해서는, 도 3에 도시된 바와 같이, Classifier를 사용하는 것이 바람직하다.
Classifier는
Figure pat00027
를 통계적 특성에 기반하여 다수 개의 Class로 구분하고, 임의의
Figure pat00028
로 바운드된 Class 중 가장 크기가 큰 Class를 제외한 다른 Class에서 최대값을 가지는
Figure pat00029
를 선별하여 제외하게 된다.
이를 반복하면서 다중경로 오차가 포함되어 있는 다수 개의 거리 측정치만을 용이하게 제외시킬 수 있다.
즉, 다시 말하자면, 본 발명의 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템은 실내 다중경로 환경에서의 정밀 측위를 위한 TWR 방식의 무선측위 기술을 제안하며, 이 때, 기존의 TWR 무선 측위 방식은 무선 측정치를 서버에서 계산하는 원격측위 방식이나, 이에 따른 무선 트래픽을 감소시키고 외부 센서와의 융합을 통한 측위 갱신율을 높일 수 있도록 자가측위 방식을 제안한다.
또한, 다중경로 측정치가 포함된 이상점(outlier) 제거를 통하여, 무선측위의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 태그
200 : 앵커
300 : 베이스 스테이션
400 : 다중경로 검출 및 제거부

Claims (5)

  1. 측위의 대상인 태그(tag)(100)와, 다수 개의 앵커(anchor)(200)와, 상기 태그(100)와 앵커(200)를 관리하는 베이스 스테이션(base station)(300)으로 구성되는 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템에 있어서,
    하기의 수식을 이용하여 상기 태그(100)와 앵커(200) 간의 TWR(Two-Way Ranging) 거리 측정치를 획득하고,
    획득한 거리 측정치에 포함되어 있는 이상점(outlier)을 검출하여, 이상점이 포함되어 있는 거리 측정치를 제거하는 다중경로 검출 및 제거부(400);
    를 더 포함하여 구성되며,
    상기 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템은
    상기 태그(100)에서 상기 베이스 스테이션(300)으로부터 전달받은 앵커 리스트에 따른 확인 응답 메시지(ACK 메시지)를 전송하고,
    앵커 리스트에 포함되어 있는 다수 개의 앵커(200)의 거리 정보(ranging)에 따라 거리 측정치를 획득하고,
    상기 다중경로 검출 및 제거부(400)에서 제거한 거리 측정치를 배제하고 최종 측위 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템.

    Figure pat00030

    여기서,
    Figure pat00031
    는 I번째 거리 측정치의 다중경로 오차를 의미함.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 다중경로 검출 및 제거부(400)는
    획득한 거리 측정치에 다중경로 오차가 포함되어 있을 경우,
    기설정된 측위 알고리즘을 이용하여 하기의 수식과 같이 위치 오차의 변위량을 산출하고, 다중경로 오차가 포함된 거리 측정치를 제외한 측위 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템.

    Figure pat00032

    여기서,
    Figure pat00033
    임.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 다중경로 검출 및 제거부(400)는
    획득한 거리 측정치 중 한 개의 측정치에 다중경로 오차가 발생할 경우,
    하기의 수식을 이용하여, 다중경로 오차가 포함되어 있는 거리 측정치만을 제외하는 것을 특징으로 하는 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템.

    Figure pat00034

    여기서, k번째 거리 측정치에 다중경로가 포함되어 있다고 가정하고,
    Figure pat00035
    이며,
    Figure pat00036
    임.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 다중경로 검출 및 제거부(400)는
    획득한 거리 측정치 중 복수 개의 측정치에 다중경로 오차가 발생할 경우,
    하기의 수식을 이용하여, 다중경로 오차가 포함되어 있는 거리 측정치만을 제외하는 것을 특징으로 하는 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템.

    Figure pat00037


    여기서, k번째 거리 측정치와 l번째 거리 측정치에 다중경로가 포함되어 있다고 가정하고,
    Figure pat00038
    임.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 다중경로 검출 및 제거부(400)는
    획득한 거리 측정치에 다중경로 오차가 포함되어 있을 경우,
    기설정된 측위 알고리즘 및 기설정된 외부 센서로부터 획득된 센싱값을 이용하여 위치 오차의 변위량을 산출하고, 다중경로 오차가 포함된 거리 측정치를 제외한 측위 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 실내 다중경로 환경에서의 무선 통신망 기반 측위 시스템.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110832899A (zh) * 2017-06-26 2020-02-21 Lg电子株式会社 在无线通信系统中操作终端以进行v2x通信的方法以及使用该方法的终端
KR20210082049A (ko) * 2019-12-24 2021-07-02 경북대학교 산학협력단 실내 측위 장치 및 방법
CN113568021A (zh) * 2021-08-10 2021-10-29 广东师大维智信息科技有限公司 一种室内外一体化精准定位的方法及系统
CN113777557A (zh) * 2021-09-26 2021-12-10 北方工业大学 基于冗余距离筛选的uwb室内定位方法及系统
CN114339608A (zh) * 2020-10-09 2022-04-12 广东博智林机器人有限公司 一种定位方法、装置、系统及存储介质

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101040705B1 (ko) 2009-08-25 2011-06-13 한국전기연구원 무선 측위 시스템 및 측위 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101040705B1 (ko) 2009-08-25 2011-06-13 한국전기연구원 무선 측위 시스템 및 측위 방법

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110832899A (zh) * 2017-06-26 2020-02-21 Lg电子株式会社 在无线通信系统中操作终端以进行v2x通信的方法以及使用该方法的终端
US11638129B2 (en) 2017-06-26 2023-04-25 Lg Electronics Inc. Method for operating terminal for V2X communication in wireless communication system and terminal using same method
CN110832899B (zh) * 2017-06-26 2023-05-02 Lg电子株式会社 操作终端以进行v2x通信的方法以及使用该方法的终端
KR20210082049A (ko) * 2019-12-24 2021-07-02 경북대학교 산학협력단 실내 측위 장치 및 방법
CN114339608A (zh) * 2020-10-09 2022-04-12 广东博智林机器人有限公司 一种定位方法、装置、系统及存储介质
CN113568021A (zh) * 2021-08-10 2021-10-29 广东师大维智信息科技有限公司 一种室内外一体化精准定位的方法及系统
CN113568021B (zh) * 2021-08-10 2024-02-13 广东师大维智信息科技有限公司 一种室内外一体化精准定位的方法及系统
CN113777557A (zh) * 2021-09-26 2021-12-10 北方工业大学 基于冗余距离筛选的uwb室内定位方法及系统
CN113777557B (zh) * 2021-09-26 2023-09-15 北方工业大学 基于冗余距离筛选的uwb室内定位方法及系统

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