KR20170006651A - 위치 추정 시스템 및 이를 위한 송신기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 추정 시스템은 송신기로부터 제1 기압 정보 및 블링크(blink) 신호를 수신 받고, 상기 제1 기압 정보를 포함하는 기압 정보 및 상기 블링크 신호를 수신 받은 도착 시간 정보를 제공하는 복수의 수신기; 및 복수의 수신기 각각이 제공하는 상기 기압 정보 및 상기 도착 시간 정보를 기초로 상기 송신기의 위치 정보를 연산하는 연산기를 포함할 수 있다.

Description

위치 추정 시스템 및 이를 위한 송신기 {REAL TIME LOCATING SYSTEM AND TRANSMITTER FOR THE SAME}
본 발명은 위치 추정 시스템 및 이를 위한 송신기에 관한 것이다.
위치 추정 시스템(RTLS, REAL TIME LOCATING SYSTEM)는 무선 통신 기술을 이용하여 실시간으로 사물이나 사람의 위치 등을 추정하여 위치 정보를 제공하는 시스템으로서 물류 관리, 출입 통제, 실내 내비게이션(Indoor navigation) 등 그 적용분야가 광범위하다.
이러한 위치 추정 시스템은 일반적으로 RSSI(Received Signal Strength Intensity)나 TODA(Time Difference of Alive) 기술을 기반으로 구현된다.
상기 RSSI를 이용한 위치 추정 방식은 수신되는 송신기의 신호 세기를 이용하는 것으로 신호의 파워 손실 혹은 경로 손실을 기초로 신호가 이동한 거리를 연산하는 방식이고 구현 방식이 단순하나 정확도가 떨어지는 단점이 있다.
또한, TDOA를 이용한 위치 추정 방식은 송신기의 신호가 수신기에 도착하는 시간의 차이를 기초로 신호가 이동한 거리를 연산하는 방식이고 정확도가 상대적으로 우수하나 비시선(Non Line Of Sight) 등의 열악한 조건의 위치에서는 여전히 추정된 위치가 오차를 가지는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 송신기가 송신하는 신호의 도착 시간 정보에 더하여 기압 정보를 기초로 정확한 위치 추정이 가능한 위치 추정 시스템 및 이를 위한 송신기가 제공된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 추정 시스템은 송신기로부터 제1 기압 정보 및 블링크(blink) 신호를 수신 받고, 상기 제1 기압 정보를 포함하는 기압 정보 및 상기 블링크 신호를 수신 받은 도착 시간 정보를 제공하는 복수의 수신기; 및 복수의 수신기 각각이 제공하는 상기 기압 정보 및 상기 도착 시간 정보를 기초로 상기 송신기의 위치를 연산하는 연산기를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 추정 시스템에 적용 가능한 송신기 는 기압을 검출하는 기압 센서를 포함하고, 상기 연산기가 위치 정보를 판단할 수 있도록 상기 기압 센서가 검출한 제1 기압 정보 및 소정의 블링크 신호를 상기 복수의 수신기에 일정 시간 간격으로 송출할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 추정 시스템 및 이를 위한 송신기는 도착 시간 정보에 더하여 기압 정보를 기초로 정확한 위치 추정이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 추정 시스템 및 이를 위한 송신기의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 추정 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 추정 시스템 및 이를 위한 송신기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다.
또한, 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 추정 시스템 및 이를 위한 송신기의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 추정 시스템은 송신기(100)와 통신하는 복수의 수신기(210 내지 240), 연산기(300)을 포함할 수 있다. 도 1에서는 제1 수신기(210) 내지 제4 수신기(240)의 네 개의 수신기를 포함하는 것으로 도시되었으나 수신기의 개수는 설계에 따라 변경될 수 있고, 제1 수신기(210) 내지 제4 수신기(240)를 가정하고 후술되는 설명이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 송신기(100)는 기압을 검출하는 기압 센서(110)을 포함하고, 검출된 제1 기압 정보 및 블링크(blink) 신호를 제1 수신기(210) 내지 제4 수신기(240)로 송출할 수 있다. 상기 블링크 신호는 송신기(100)의 위치가 일정 시간을 주기로 추정될 수 있도록 일정 시간 주기로 송출될 수 있다.
또한, 상기 블링크 신호는 UWB(Ultra Wide Band) 신호, Wi-Fi(Wireless-Fidelity, IEEE 802.11b 표준) 신호, BLE(Bluetooth low energy) 신호, 지그비(Zigbee, IEEE 802.15.4 표준) 신호 중 하나가 될 수 있다.
한편, 상기 송신기(100)는 사물에 장착되는 태그(TAG)형 통신 단말기 또는 휴대할 수 있는 무선 통신 장치가 될 수 있다.
제1 수신기(210) 내지 제4 수신기(240)는 송신기(100)로부터 제1 기압 정보 및 블링크 신호를 수신 받고, 상기 제1 기압 정보를 포함하는 기압 정보 및 상기 블링크 신호를 수신 받은 도착 시간 정보를 제공할 수 있다.
또한, 상기 복수의 수신기 중 적어도 하나(210)는 기압을 검출하여 제2 기압 정보를 생성하는 기압 센서(211)를 포함하고, 상기 제1 기압 정보 및 제2 기압 정보를 포함하는 기압 정보, 및 상기 도착 시간 정보를 제공할 수 있다.
연산기(300)는 복수의 수신기(210 내지 240) 각각이 제공하는 기압 정보 및 도착 시간 정보를 기초로 상기 송신기(100)의 위치 정보를 연산할 수 있다. 예를 들어, 연산기(300)는 기압 정보에 기초하여 높이 정보를 연산하고, 도착 시간 정보에 기초하여 도착 시간의 차이를 역산하여 거리 정보를 추정한 후 삼각 측량 방식으로 위치 정보를 연산할 수 있다.
한편, 상기 기압 정보에 제1 기압 정보에 더하여 제2 기압 정보가 포함되는 경우, 연산기(300)는 제2 기압 정보를 제공한 수신기(210)의 높이 정보, 제2 기압 정보와 함께 송신기(100)의 제1 기압 정보에 기초하여 높이 정보를 연산할 수 있으므로 보다 정확한 높이 정보를 얻을 수 있다.
여기서, 제2 기압 정보를 제공한 수신기(210)의 높이 정보는 제2 기압 정보를 제공한 수신기(210)로부터 제공받거나, 사전에 설정될 수 있다.
또한, 연산기(300)는 기압 정보에 기초하여 연산한 높이 정보를 기준으로 위치 정보를 연산할 수 있다. 즉, 연산기(300)는 기압 정보에 기초한 높이 정보에 높은 비중(high priority)을 두고 높이 정보 및 거리 정보를 기초로 위치 정보를 연산할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연산기(300)는 개인 컴퓨터, 서버 컴퓨터, 핸드헬드(handheld) 또는 랩탑(laptop) 디바이스, 모바일 디바이스(모바일폰, PDA 등), 멀티프로세서 시스템, 임의의 전술된 시스템 또는 디바이스를 포함하는 분산 컴퓨팅 환경이 될 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
상기 연산기(300)는 높이 판단부(310), 거리 판단부(320), 및 위치 판단부(330)을 포함할 수 있다.
높이 판단부(310)는 상기 기압 정보에 기초하여 높이 정보를 연산할 수 있고, 거리 판단부(320)은 상기 도착 시간 정보에 기초하여 거리 정보를 연산할 수 있다. 위치 판단부(330)은 상기 높이 정보 및 거리 정보에 기초하여 위치 정보를 연산하여 위치 정보를 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 위치 정보는 위치 정보를 3축(X, Y, Z) 좌표가 될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 사용되는 '~부' 라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있고, '~부' 는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부' 는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 추정 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 블링크 신호를 송출하는 송신기(100, 도 1)의 실제 위치인 L1 내지 L5, 및 일정 공간에 설치된 제1 수신기(210) 내지 제4 수신기(240)를 확인할 수 있다.
다음의 표 1에서 제1 수신기(210) 내지 제4 수신기(240)가 수신 받은 도착 시간 정보를 기초로 연산한 L1 내지 L5 각각의 위치 정보와 실제 위치의 오차를 확인할 수 있다.
수신기 위치 X 좌표 오차 Y 좌표 오차 Z 좌표 오차 위치 오차 XY 좌표 오차 표본수(회)
L1 0.13 0.12 0.57 0.61 0.18 1934
L2 0.48 0.08 0.87 1.01 0.49 635
L3 0.38 0.39 2.01 2.11 0.57 1299
L4 0.34 0.13 1.53 1.61 0.39 1767
L5 1.16 3.38 12.21 12.75 3.59 1359
여기서, L1 내지 L3는 가시선(LOS, Line Of Sight)의 조건을 가지는 위치이고 L4는 부분적인 비시선(Partial LOS)의 조건을 가지는 위치이고, L5는 비시선(NLOS, Non Line Of Sight)의 조건을 가지는 위치이다.
여기서, 상기 가시선의 조건은 통신을 수행하는 송신기와 수신기 사이의 전파경로에 장애물이 없는 조건이고, 상기 비시선의 조건은 통신을 수행하는 송신기와 수신기 사이의 전파경로에 장애물이 있는 조건이다.
일반적으로, 비시선의 조건을 가지는 위치에서 송신한 블링크 신호에 의한 위치 추정은 좌표 오차가 더 크게 측정되므로, 장애물을 피하기 위하여 제1 수신기(210) 내지 제4 수신기(240)를 공간의 상부에 설치한다.
이러한 경우, 상기 표 1에서 확인할 수 있듯이 추정된 위치 정보 중 Z 좌표가 X, Y 좌표에 비하여 큰 오차를 가진다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 추정 시스템은 기압 정보에 기초하여 Z 좌표(높이 정보)를 연산할 수 있으므로 높은 정확도를 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 추정 시스템 및 이를 위한 송신기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
제1 수신기(210) 내지 제4 수신기(240)는 도 1에서 상술한 바와 같이, 송신기(100)로부터 기압 정보 및 블링크(blink) 신호를 수신 받을 수 있다.
또한, 제1 수신기(210) 내지 제4 수신기(240) 중 하나(210, master)는 동기화를 위해 주기적으로 동기 신호를 이외의 복수의 수신기에 송신하는 마스터(master) 수신기가 될 수 있다. 즉, 제1 수신기(210)는 제2 수신기(220) 내지 제3 수신기(240)에 주기적으로 동기 신호를 송출하고, 상기 동기 신호에 의해 동기화된 제1 수신기(210) 내지 제4 수신기(240)은 동기화된 도착 시간 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 동기 신호는 CCP(clock calibration packets)을 포함할 수 있다.
제1 수신기(210) 내지 제4 수신기(240)는 직접 각각의 기압 정보 및 도착 시간 정보를 연산기(300)에 제공할 수 있고, 또는 상기 기압 정보 및 상기 도착 시간 정보를 취합하는 라우터(400, router)를 통해 기압 정보 및 도착 시간 정보를 연산기(300)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 라우터는 이더넷 허브(Ethernet hub)가 될 수 있고, 상기 제1 수신기(210) 내지 제4 수신기(240)와 라우터는 유선 또는 무선 통신으로 백홀(back haul) 신호를 송수신할 수 있다. 상기 백홀 신호는 연산기(300)가 제1 수신기(210) 내지 제4 수신기(240)를 제어하기 위한 제어 명령을 포함할 수 있다.
마지막으로, 연산기(300)는 제공 받은 기압 정보 및 도착 시간 정보를 기반으로 송신기(100)의 위치 정보를 연산할 수 있다.
상기 서버 컴퓨터(300)가 작업자 단말기(40)로부터 위치 정보를 전달 받아 상기 전력설비에 근접한 상기 작업자 단말기(40)에 감시 정보를 전송하므로, 작업자 단말기(40)를 소지한 작업자는 감시 정보를 인지할 수 있다. 구체적으로, 작업자는 전력설비의 모재(10)의 통전 또는 비통전 정보, 전력 설비의 이상 상태를 판단한 정보, 및 자가전원 센서모듈(100)의 고장 유무에 대한 정보를 인지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100: 위치 추정 시스템을 위한 송신기
210, 220, 230, 240: 복수의 수신기
300: 연산기
400: 라우터

Claims (10)

  1. 송신기로부터 제1 기압 정보 및 블링크(blink) 신호를 수신 받고, 상기 제1 기압 정보를 포함하는 기압 정보, 및 상기 블링크 신호를 수신 받은 도착 시간 정보를 제공하는 복수의 수신기; 및
    복수의 수신기 각각이 제공하는 상기 기압 정보 및 상기 도착 시간 정보를 기초로 상기 송신기의 위치 정보를 연산하는 연산기
    를 포함하는 위치 추정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 수신기는 적어도 하나의 마스터(master) 수신기를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 마스터 수신기는 주기적으로 소정의 동기 신호를 다른 수신기들에 송신하여 상기 다른 수신기들을 상기 적어도 하나의 마스터 수신기와 동기화하는 위치 추정 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 수신기 중 적어도 하나는 기압을 검출하여 제2 기압 정보를 생성하는 기압 센서를 포함하고, 상기 제1 기압 정보 및 제2 기압 정보를 포함하는 기압 정보, 및 상기 도착 시간 정보를 제공하는 위치 추정 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 연산기는
    상기 기압 정보에 기초하여 연산한 높이 정보를 기준으로 위치 정보를 연산하는 위치 추정 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연산기는
    상기 기압 정보에 기초하여 높이 정보를 연산하는 높이 판단부;
    상기 도착 시간 정보에 기초하여 거리 정보를 연산하는 거리 판단부; 및
    상기 높이 정보 및 거리 정보에 기초하여 위치 정보를 연산하는 위치 판단부
    를 포함하는 위치 추정 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연산기는 위치 정보를 3축 좌표로 출력하는 위치 추정 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기압 정보 및 상기 도착 시간 정보를 취합하여 연산기에 제공하는 라우터(router)를 더 포함하는 위치 추정 시스템
  8. 제1항에 있어서
    상기 블링크 신호는 UWB(Ultra Wide Band) 신호, Wi-Fi(Wireless-Fidelity) 신호, BLE(Bluetooth low energy) 신호, 지그비(Zigbee) 신호 중 하나인 것을 특징으로 하는 위치 추정 시스템.
  9. 복수의 수신기 및 상기 복수의 수신기가 수신하는 정보에 기초하여 위치 정보를 판단하는 연산기를 포함하는 위치 추정 시스템에 적용 가능한 송신기에 있어서,
    상기 송신기는 기압을 검출하는 기압 센서를 포함하고, 상기 연산기가 위치 정보를 판단할 수 있도록 상기 기압 센서가 검출한 제1 기압 정보 및 소정의 블링크 신호를 상기 복수의 수신기에 일정 시간 간격으로 송출하는 위치 추정 시스템에 적용 가능한 송신기.
  10. 제9항에 있어서,
    UWB(Ultra Wide Band) 신호, Wi-Fi(Wireless-Fidelity) 신호, BLE(Bluetooth low energy) 신호, 지그비(Zigbee) 신호 중 적어도 하나를 상기 블링크 신호로서 상기 복수의 수신기에 송출하는 위치 추정 시스템에 적용 가능한 송신기.
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