KR20190007206A - Ir―uwb 측위 시스템 및 위치 측정 방법 - Google Patents

Ir―uwb 측위 시스템 및 위치 측정 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20190007206A
KR20190007206A KR1020170088305A KR20170088305A KR20190007206A KR 20190007206 A KR20190007206 A KR 20190007206A KR 1020170088305 A KR1020170088305 A KR 1020170088305A KR 20170088305 A KR20170088305 A KR 20170088305A KR 20190007206 A KR20190007206 A KR 20190007206A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tag
time
message
response
anchor
Prior art date
Application number
KR1020170088305A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102025089B1 (ko
Inventor
최혁중
Original Assignee
주식회사 유캐스트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 유캐스트 filed Critical 주식회사 유캐스트
Priority to KR1020170088305A priority Critical patent/KR102025089B1/ko
Publication of KR20190007206A publication Critical patent/KR20190007206A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102025089B1 publication Critical patent/KR102025089B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/14—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0205—Details
    • G01S5/021—Calibration, monitoring or correction

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 IR―UWB 측위 시스템에서 더 정밀한 고도 정보를 획득하기 위하여 고도 정보를 보정하는 방법을 포함하는 위치 측정 방법 및 이를 포함하는 IR―UWB 측위 시스템에 관한 것으로, 본 발명에서 제시하는 IR―UWB 통신방식을 이용한 측위 시스템은 태그(Tag), 3개 이상의 앵커(Anchor), 및 측위 서버를 포함하고, 상기 태그와 상기 3개 이상의 앵커의 각 앵커는 IR―UWB 통신방식을 이용하여 상기 태그가 주기적으로 블링크 메시지를 전송하고, 상기 각 앵커는 상기 블링크 메시지 수신 후 레인징 시작 메시지를 전송하고 상기 태그는 상기 레인징 시작 메시지를 수신함으로써 상기 태그와 상기 각 앵커가 서로 연결되는 디스커버리 과정을 수행하고, IR―UWB 통신방식을 이용하여 상기 태그가 폴(Poll) 메시지를 전송하고, 상기 폴 메시지에 대한 응답으로 상기 각 앵커가 응답 메시지를 송신하고, 상기 응답 메시지에 대한 응답으로 상기 태그가 파이널 메시지를 상기 각 앵커로 전송하는 레인징 과정을 수행하고, 상기 태그는 자신의 고도값을 측정하고, 상기 레인징 과정을 통해 획득한 제1 시간 정보 및 측정한 상기 고도값을 파이널 메시지에 포함하여 전송하고, 상기 3개 이상의 앵커의 각 앵커는 상기 레인징 과정을 통해 획득한 제2 시간 정보 및 상기 태그로부터 수신한 파이널 메시지에 포함되어 있는 제1 시간 정보 및 고도값을 상기 측위 서버로 전송하고, 상기 측위 서버는 상기 3개 이상의 앵커로부터 수신한 앵커별 제1 시간 정보, 제2 시간 정보 및 고도값을 바탕으로 상기 태그의 위치를 추정할 수 있다.
본 발명에 의하면 평면 좌표상의 위치뿐만 아니라 위치의 고도 또한 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

Description

IR―UWB 측위 시스템 및 위치 측정 방법 {IR―UWB Positioning System and Method for Measuring Position thereof}
본 발명은 IR―UWB 측위 시스템 및 이 시스템에서의 위치 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 IR―UWB 측위 시스템에서 더 정밀한 고도 정보를 획득하기 위하여 고도 정보를 보정하는 방법을 포함하는 위치 측정 방법 및 이를 포함하는 IR―UWB 측위 시스템에 관한 것이다.
최근 실내 위치 측위 및 정밀한 위치 측위에 대한 요구가 높아지면서 초광대역 무선 임펄스 통신(Impulse―Radio Ultra Wideband; 이하 IR―UWB)을 이용한 무선 측위 시스템에 대한 연구가 많이 행해지고 있다. 종래의 GPS를 이용한 위치 측위 시스템은 해상도가 m 단위로 오차가 크고, 실내에서는 GPS 신호를 수신하지 못하여 실내 위치 측위가 불가하다는 문제점이 있다. 이에 반하여 나노 초 이하의 극히 짧은 임펄스 신호를 사용하는 특징을 가지는 IR―UWB를 이용한 무선 측위 시스템은 실내에 시스템을 구축하여 실내 측위가 가능하고, 해상도가 cm 단위로 작아 GPS가 가지고 있는 문제점을 해결하고 있다.
이러한 IR―UWB 통신 방식은 IEEE 802.15.4a에서 표준으로 채택되었으며, IR―UWB 통신 방식을 이용한 측위 시스템은 ToA(Time of Arrival) 방식 또는 ToF (Time of Flight)를 이용하여 태그와 앵커 간의 거리를 측정하고, 3개의 앵커로부터 오는 거리를 측정하여 태그의 정밀한 위치를 측정하는 게 일반적이다.
그런데 컨테이너가 컨테이너 위로 쌓이게 되는 야적장과 같은 곳에서는 컨테이너의 위치를 알기 위하여서는 평면 좌표상에서의 위치뿐만 아니라 컨테이너가 놓인 고도도 중요하다. 하지만, 종래의 IR―UWB를 이용한 위치 측위 시스템은 일반적으로 평면 좌표상에서의 위치를 제시하고 있고, 정확한 고도를 측정하기 위해서는 앵커의 높이를 아주 높이 잡아야만 한다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 IR―UWB를 이용한 측위 시스템에 있어서 위치의 고도를 정밀하게 측정할 수 있도록 하는 위치 측정 방법 및 IR UWB 측위 시스템을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 IR―UWB 통신방식을 이용한 측위 시스템은 태그(Tag), 3개 이상의 앵커(Anchor), 및 측위 서버를 포함하고, 상기 태그와 상기 3개 이상의 앵커의 각 앵커는 IR―UWB 통신방식을 이용하여 상기 태그가 주기적으로 블링크 메시지를 전송하고, 상기 각 앵커는 상기 블링크 메시지 수신 후 레인징 시작 메시지를 전송하고 상기 태그는 상기 레인징 시작 메시지를 수신함으로써 상기 태그와 상기 각 앵커가 서로 연결되는 디스커버리 과정을 수행하고, IR―UWB 통신방식을 이용하여 상기 태그가 폴(Poll) 메시지를 전송하고, 상기 폴 메시지에 대한 응답으로 상기 각 앵커가 응답 메시지를 송신하고, 상기 응답 메시지에 대한 응답으로 상기 태그가 파이널 메시지를 상기 각 앵커로 전송하는 레인징 과정을 수행하고, 상기 태그는 자신의 고도값을 측정하고, 상기 레인징 과정을 통해 획득한 제1 시간 정보―제1 시간 정보는 폴 메시지의 전송 시간, 응답 메시지의 수신 시간, 파이널 메시지의 전송 시간을 포함함― 및 측정한 상기 고도값을 파이널 메시지에 포함하여 전송하고, 상기 3개 이상의 앵커의 각 앵커는 상기 레인징 과정을 통해 획득한 제2 시간 정보―제2 시간 정보는 폴 메시지의 수신 시간, 응답 메시지의 전송 시간, 파이널 메시지의 수신 시간을 포함함― 및 상기 태그로부터 수신한 파이널 메시지에 포함되어 있는 제1 시간 정보 및 고도값을 상기 측위 서버로 전송하고, 상기 측위 서버는 상기 3개 이상의 앵커로부터 수신한 각 앵커 별 제1 시간 정보, 제2 시간 정보 및 고도값을 바탕으로 상기 태그의 위치를 추정할 수 있다.
여기서 상기 태그가 전송하는 상기 파이널 메시지에 포함되는 상기 파이널 메시지의 전송 시간은 상기 태그의 TX 안테나에서의 지연시간 및 상기 태그에서의 상기 파이널 메시지 구성을 위한 처리 시간을 포함하는 미리 예상한 전송 시간일 수 있다.
좀 더 상세히 살펴보면, 상기 측위 서버는 상기 제1 시간 정보를 바탕으로 상기 태그의 폴 메시지 전송 시간부터 응답 메시지 수신 시간까지의 라운드 트립 시간(이하 제1 라운드 트립 시간) 및 상기 응답 메시지 수신 시간부터 파이널 메시지 전송 시간까지의 응답 시간(이하 제1 응답 시간)을 계산하고, 상기 제2 시간 정보를 바탕으로 상기 각 앵커의 폴 메시지 수신 시간부터 응답 메시지 전송 시간까지의 응답 시간(이하 제2 응답 시간) 및 상기 응답 메시지 전송 시간부터 파이널 메시지 수신 시간까지의 라운드 트립 시간(이하 제2 라운드 트립 시간)을 계산하고, 상기 제1 및 제2 라운드 트립 시간과 상기 제1 및 제2 응답 시간을 바탕으로 상기 각 앵커와 상기 태그 간의 전달 지연 시간을 계산하고, 상기 전달 지연 시간을 바탕으로 상기 각 앵커와 상기 태그 간의 거리를 추정하고, 상기 3개 이상의 앵커와 상기 태그 간의 추정된 거리를 바탕으로 상기 태그의 위치를 추정하고, 상기 고도값을 바탕으로 상기 태그의 위치를 보정할 수 있다. 이에 더하여 상기 측위 서버는 상기 각 앵커와 상기 태그 간의 전달 지연 시간(
Figure pat00001
)을
Figure pat00002
식을 이용하여 계산할 수 있다.
또한, 상기 측위 서버는 상기 고도값을 바탕으로 상기 태그의 위치를 보정하기 위하여 상기 측위 서버가 추정한 상기 태그의 고도값이 이전에 추정한 상기 태그의 고도값과 비교하여 미리 설정된 제1 비율 이상으로 변하였는지 검사(이하 제1 검사)하고, 상기 태그에서 측정한 상기 고도값이 이전에 상기 태그에서 측정한 고도값과 비교하여 미리 설정된 제2 비율 이상으로 변하는지 검사(이하 제2 검사)하고, 상기 측위 서버가 추정한 상기 태그의 고도값과 상기 태그에서 측정한 상기 고도값이 미리 설정한 제3 비율 또는 제3 값 이상의 차이가 나는지 검사(이하 제3 검사)하고, 상기 제1 검사에서 제1 비율 이상으로 변하지 않고, 상기 제2 검사에서 제2 비율 이상으로 변하지 않으면 상기 측위 서버에서 추정한 상기 태그의 고도값을 그대로 사용하고, 상기 제1 검사에서 제1 비율 이상으로 변하지 않고, 상기 제2 검사에서 제2 비율 이상으로 변하면, 상기 태그에서 측정한 상기 고도값으로 상기 태그의 위치를 보정하고, 상기 제1 검사에서 제1 비율 이상으로 변하고, 상기 제3 검사에서 제3 비율 또는 제3 값 이상의 차이가 나지 않으면, 상기 측위 서버에서 추정한 상기 태그의 고도값을 그대로 사용하고, 상기 제1 검사에서 제1 비율 이상으로 변하고, 상기 제3 검사에서 제3 비율 또는 제3 값 이상의 차이가 나면, 상기 태그에서 측정한 상기 고도값으로 상기 태그의 위치를 보정할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3개 이상의 앵커 및 태그를 포함한 IR―UWB 통신방식을 이용한 측위 시스템으로서 태그의 위치를 추정하기 위한 IR―UWB 통신방식을 이용한 측위 방법은 IR―UWB 통신방식을 이용하여 상기 태그가 주기적으로 블링크 메시지를 전송하고, 상기 3개 이상의 앵커는 상기 블링크 메시지 수신 후 레인징 시작 메시지를 전송하고 상기 태그는 상기 레인징 시작 메시지를 수신함으로써 상기 태그와 상기 3개 이상의 앵커가 서로 연결되는 디스커버리 과정을 수행하는 단계, IR―UWB 통신방식을 이용하여 상기 태그가 폴(Poll) 메시지를 전송하고, 상기 폴 메시지에 대한 응답으로 상기 각 앵커가 응답 메시지를 송신하고, 상기 응답 메시지에 대한 응답으로 상기 태그가 파이널 메시지를 상기 각 앵커로 전송하는 레인징 과정을 수행하는 단계, 상기 태그가 자신의 고도값을 측정하는 단계, 상기 태그가 상기 레인징 과정을 수행하면서 획득한 제1 시간 정보―제1 시간 정보는 폴 메시지의 전송 시간, 응답 메시지의 수신 시간, 파이널 메시지의 전송 시간을 포함함― 및 상기 3개 이상의 앵커의 각 앵커가 상기 레인징 과정을 수행하면서 획득한 제2 시간 정보―제2 시간 정보는 폴 메시지의 수신 시간, 응답 메시지의 전송 시간, 파이널 메시지의 수신 시간을 포함함―를 바탕으로 상기 3개 이상의 앵커의 각 앵커와 상기 태그 간의 전달 지연 시간을 계산하는 단계, 상기 3개 이상의 앵커의 각 앵커와 상기 태그 간의 전달 지연 시간을 바탕으로 상기 태그의 위치를 추정하는 단계, 및 상기 태그가 측정한 자신의 고도값을 바탕으로 상기 태그의 위치를 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 태그가 전송하는 상기 파이널 메시지에 포함되는 상기 파이널 메시지의 전송 시간은 상기 태그의 TX 안테나에서의 지연시간 및 상기 태그에서의 상기 파이널 메시지 구성을 위한 처리 시간을 포함하는 미리 예상한 전송 시간일 수 있다.
각 단계를 좀 더 상세히 살펴보면,
상기 전달 지연 시간을 계산하는 단계는 상기 제1 시간 정보를 바탕으로 상기 태그의 폴 메시지 전송 시간부터 응답 메시지 수신 시간까지의 라운드 트립 시간(이하 제1 라운드 트립 시간) 및 상기 응답 메시지 수신 시간부터 파이널 메시지 전송 시간까지의 응답 시간(이하 제1 응답 시간)을 계산하는 단계, 상기 제2 시간 정보를 바탕으로 상기 각 앵커의 폴 메시지 수신 시간부터 응답 메시지 전송 시간까지의 응답 시간(이하 제2 응답 시간) 및 상기 응답 메시지 전송 시간부터 파이널 메시지 수신 시간까지의 라운드 트립 시간(이하 제2 라운드 트립 시간)을 계산하는 단계, 및 상기 제1 및 제2 라운드 트립 시간과 상기 제1 및 제2 응답 시간을 바탕으로 상기 각 앵커와 상기 태그 간의 전달 지연 시간을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
이에 더하여, 상기 제1 및 제2 라운드 트립 시간과 상기 제1 및 제2 응답 시간을 바탕으로 상기 각 앵커와 상기 태그 간의 전달 지연 시간을 계산하는 단계는 상기 각 앵커와 상기 태그 간의 전달 지연 시간(
Figure pat00003
)을
Figure pat00004
식을 이용하여 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고 상기 태그의 위치를 추정하는 단계는 상기 전달 지연 시간을 바탕으로 상기 3개 이상의 앵커의 각 앵커와 상기 태그 간의 거리를 추정하는 단계 및 상기 3개 이상의 앵커와 상기 태그 간의 추정된 거리를 바탕으로 상기 태그의 위치를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 태그가 측정한 자신의 고도값을 바탕으로 상기 태그의 위치를 보정하는 단계는 상기 측위 서버가 추정한 상기 태그의 고도값이 이전에 추정한 상기 태그의 고도값과 비교하여 미리 설정된 제1 비율 이상으로 변하였는지 검사하는 제1 검사 단계, 상기 태그에서 측정한 상기 고도값이 이전에 상기 태그에서 측정한 고도값과 비교하여 미리 설정된 제2 비율 이상으로 변하는지 검사하는 제2 검사 단계, 상기 측위 서버가 추정한 상기 태그의 고도값과 상기 태그에서 측정한 상기 고도값이 미리 설정한 제3 비율 또는 제3 값 이상의 차이가 나는지 검사하는 제3 검사 단계, 상기 제1 검사 단계에서 제1 비율 이상으로 변하지 않고, 상기 제2 검사 단계에서 제2 비율 이상으로 변하지 않으면 상기 측위 서버에서 추정한 상기 태그의 고도값을 그대로 사용하고, 상기 제1 검사 단계에서 제1 비율 이상으로 변하지 않고, 상기 제2 검사 단계에서 제2 비율 이상으로 변하면, 상기 태그에서 측정한 상기 고도값으로 상기 태그의 위치를 보정하고, 상기 제1 검사 단계에서 제1 비율 이상으로 변하고, 상기 제3 검사 단계에서 제3 비율 또는 제3 값 이상의 차이가 나지 않으면, 상기 측위 서버에서 추정한 상기 태그의 고도값을 그대로 사용하고, 상기 제1 검사 단계에서 제1 비율 이상으로 변하고, 상기 제3 검사 단계에서 제3 비율 또는 제3 값 이상의 차이가 나면, 상기 태그에서 측정한 상기 고도값으로 상기 태그의 위치를 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 평면 좌표상의 위치뿐만 아니라 위치의 고도 또한 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 정밀한 고도 측정에 의하여 야적장에서 위로 쌓여 있는 복수 개의 컨테이너 중에서 원하는 컨테이너의 위치를 바로 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 IR―UWB를 기반으로 한 측위 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 앵커에서 태그까지의 무선 신호 전달 시간을 확보하는 레인징(Ranging) 방식을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스커버리 단계(410) 및 레인징 단계(420)에서 사용된 메시지의 포맷을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태그와 3개의 앵커 간의 레인징 단계와 관련된 타이밍 도를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 측위 서버(300)에서 태그(200)의 위치를 추정하는 방식을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고도 정보를 포함하는 파이널 메시지를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 앵커의 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태그의 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 측위 서버의 구성을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태그의 위치를 추정하기 위한 방법을 도시한 도면이다.
도 11은 측위 서버에서 고도의 정보를 보정하는 방법을 도시한 도면이다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시 예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용 중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면 중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 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.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 IR―UWB를 기반으로 한 측위 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 IR―UWB를 기반으로 한 측위 시스템은 복수 개의 앵커(anchor; 101 내지 104), 태그(Tag, 200), 및 측위 서버(300)를 포함할 수 있다.
여기서 태그(200)는 고도 측정을 위한 고도계를 내장하고 있으며 위치를 알고자 하는 컨테이너에 부착될 수 있는 이동 가능한 노드이다. 태그(200)는 복수 개의 앵커(101 내지 104)와 IR―UWB 방식으로 통신을 수행할 수 있다.
복수 개의 앵커(101 내지 104)는 태그(200)와 IR―UWB 방식으로 통신을 하며, 위치가 고정된 노드이다. 측위 서버(300)와는 기존의 유선 또는 무선 통신 방식을 이용하여 통신을 할 수 있다. 복수 개의 앵커(101 내지 104)는 태그(200)와 통신하며 얻게 된 정보를 상술한 유선 또는 무선 통신 방식을 이용하여 측위 서버(300)로 전송할 수 있다.
측위 서버(300)는 측위 엔진을 포함하고 있으며 복수 개의 앵커(101 내지 104)로부터 수신한 특정 태그(200)에 대한 정보, 특히 각 앵커에서 태그까지의 IR―UWB 신호의 전달 시간 정보들을 조합하여 특정 태그(200)의 위치 정보, 즉, X, Y, 및 Z의 좌표를 구할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 앵커에서 태그까지의 무선 신호 전달 시간을 확보하는 레인징(Ranging) 방식을 도시한 도면이다.
IR―UWB 통신 방식을 기반으로 하는 실시간 측위 시스템에서 태그(200)의 위치 파악을 위해서는 최소 3개 이상의 고정된 앵커(101 내지 104)와 태그(200) 간의 거리 측정을 수행하여야 한다. 이러한 거리 측정은 무선 신호의 전달 시간 (Time of Flight; TOF)를 이용하여 할 수 있다. 즉, 무선 신호의 전달 속도가 일정하기 때문에 목적지까지 도달하는 시간을 알면 거리를 계산할 수 있다.
도 2를 참조하면, 태그(200)는 앵커(101)까지의 무선 신호의 전달 시간을 확보하기 위하여 두 단계를 거치게 된다. 먼저 디스커버리(Discovery) 단계(410)로서 주변에 앵커(101)가 있는 지를 확인하는 단계이고 다음으로 레인징 단계(420)로 앵커(101)까지의 무선 신호 도달 신호를 확보하기 위한 단계이다. 디스커버리 단계(410) 동안 태그(200)는 주기적으로 블링크(Blink) 메시지를 전송하고, 앵커(101)로부터 응답이 있는 지를 확인하기 위하여 일정시간 대기한다. 특히, 사용 전력을 최소화하기 위하여 블링크 메시지를 전송한 후 일정시간 대기하는 동안 앵커(101)로부터 응답이 없다면 사용 전력을 최소화할 수 있는 슬립(Sleep) 모드로 전환한다. 그리고 다시 슬립 모드에서 깨어나 블링크 메시지를 전송하고 일정시간 대기한다. 주변에 앵커(101)가 있다면 앵커(101)는 태그(200)로 하여금 레인징 단계(420)를 수행할 수 있도록 블링크 메시지를 수신한 후 레인징 시작(Ranging Init) 메시지를 태그(200)로 전송한다.
레인징 시작 메시지를 수신한 태그(200)는 폴(Poll) 메시지를 방송하여 레인징 단계(420)를 시작한다. 폴 신호를 수신한 앵커(101)는 응답(Response) 메시지를 폴 메시지에 대한 응답으로 전송하고, 응답 메시지를 수신한 태그(200)는 파이널(Final) 메시지를 전송하여 레인징 단계(420)를 완료한다. 파이널 메시지를 수신한 앵커(100)는 수신한 파이널 메시지를 측위 서버(300)로 전송한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스커버리 단계(410) 및 레인징 단계(420)에서 사용된 메시지의 포맷을 도시한 도면이다.
도 3의 (a)는 블링크 메시지의 일 예를 도시하고 있다. 도 3의 (a)를 참조하면, 블링크 메시지는 메시지를 구별하기 위한 1 옥텟(Octet)의 기능 코드(Function Code) 필드, 블링크 메시지를 구별하기 위한 1 옥텟의 시퀀스 번호(Sequence Number) 필드, 블링크 메시지를 전송한 태그를 구별하기 위한 8옥텟의 태그 ID 필드 및 블링크 메시지의 에러 체크를 위한 2 옥텟의 FCS(Frame Check Sequence) 필드를 포함할 수 있다.
도 3의 (b)는 블링크 메시지를 수신한 앵커에서 블링크 메시지를 전송한 태그로 레인징을 시작하도록 알리기 위한 레인징 시작 메시지를 도시한 것으로 메시지를 구별하기 위한 1 옥텟의 기능 코드 필드, 어느 태그로부터 온 블링크 메시지에 대한 응답인지를 나타내기 위하여 수신한 블링크 메시지에 포함되어 있는 태그 ID 필드의 64비트 중 하위 16비트로 구성된 태그 16비트 어드레스 필드, 이어지는 레인징 단계(420)에서 도달 시간을 계산할 때 사용될 수 있는 앵커의 응답시간을 나타내는 앵커 응답 지연(Response Delay Anchor) 필드, 및 이어지는 레인징 단계(420)에서 도달 시간을 계산할 때 사용될 수 있는 태그의 응답시간을 나타내는 태그 응답 지연(Response Delay Tag) 필드를 포함할 수 있다.
도 3의 (c)는 레인징 단계(420)의 시작을 알리는 폴 메시지를 나타낸 것으로 1 옥텟의 기능 코드 필드만을 포함할 수 있다.
도 3의 (d)는 폴 메시지를 수신한 앵커에 의하여 태그로 전송되는 응답 메시지로 1 옥텟의 기능 코드 필드만을 포함하여도 충분하지만 미래의 확장 가능성을 고려하여 1 옥텟의 기능 코드 필드 외에 태그에게 다음에 행하여야 할 일을 알려주기 위한 1 옥텟의 액티비티(Activity) 필드, 액티비티 필드에 따라 변하면서 액티비티를 위한 파라미터들을 포함하는 액티비티 파라미터(Activity Parameter) 필드, 및 이전 레인징 단계(420)에서 획득한 ToF 값을 표시하는 5 옥텟의 이전 ToF(Previous ToF) 필드를 포함할 수 있다. 여기서 상술한 액티비티 필드에 대하여는 현재 레인징 단계를 계속 진행하라는 것을 나타내는 0x02 값만 규정되어 있고, 나머지 값에 대하여는 미래 확장을 위하여 사용될 수 있다. 그리고 0x02 값에 대하여 사용되는 액티비티 파라미터는 현재 규정된 것이 없어, 액티비티 파라미터 필드는 0x0000의 값을 가질 수 있다.
도 3의 (e)는 앵커로부터 응답 메시지를 수신한 후에 태그에 의하여 전송되는 파이널 메시지를 도시한 것으로, 1 옥텟의 기능 코드 필드, 태그가 전송한 폴 메시지의 정밀한 메시지 전송 시간을 나타내는 5 옥텟의 폴 메시지 TX 타임스탬프 (Poll Message TX Time―Stamp) 필드, 앵커로부터 수신한 응답 메시지의 태그에서의 정밀한 수신 시간을 나타내는 5 옥텟의 응답 메시지 RX 타임스탬프(Response Message RX Time―Stamp) 필드, 및 태그가 앵커로 전송하는 파이널 메시지의 전송 시간을 나타내는 파이널 Tx 타임스탬프(Final Tx Time―Stamp) 필드를 포함한다. 여기서 파이널 Tx 타임스탬프는 전송되기 전에 미리 예상되는 전송 시간을 결정하여 메시지 내에 넣어 두어야 한다. 따라서 태그의 프로세서는 이미 계산된 태그 프로세서에서의 지연시간, TX 안테나에서의 지연값들을 더하여서 미리 예상 전송 시간을 결정하고 메시지에 삽입하여야 한다.
그리고 앵커는 수신한 파이널 메시지를 측위 서버(300)로 전송하고, 측위 서버(300)는 수신한 파이널 메시지에 포함되어 있는 타임스탬프 정보를 이용하여 태그(200)의 정밀한 위치를 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태그와 3개의 앵커 간의 레인징 단계와 관련된 타이밍 도를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면 태그(200)에서 각 앵커(101, 102, 103)까지의 전달 지연 시간을 계산할 수 있다.
먼저 태그(200)에서 폴 메시지(Poll)를 송신하면 각 앵커(101, 102, 103)에서 수신하고, 이에 대한 응답으로 응답 메시지(RespA, RespB, RespC)를 수신하고, 다시 태그(200)는 3개의 앵커(101, 102, 103)로부터 응답메시지(RespA, RespB, RespC)를 수신한 이후 파이널 메시지(Final)를 송신하면 이 메시지를 각 앵커(101, 102, 103)가 수신하게 된다. 이때 태그(200)에서는 폴 메시지(Poll)를 송신한 후 각 앵커(101, 102, 103)로부터 응답 메시지(RespA, RespB, RespC)를 수신할 때까지의 라운드 트립 시간(Round Trip Time; Tround1A, Tround1B, Tround1C) 및 응답 메시지(RespA, RespB, RespC)를 수신한 이후 파이널 메시지(Final)를 송신할 때까지의 응답 시간(Reply Time; Treply1A, Treply1B, Treply1C)를 측정할 수 있고, 각 앵커(101, 102, 103) 또한 폴 메시지(Poll)를 수신한 이후 응답 메시지(RespA, RespB, RespC)를 전송할 때까지의 응답 시간(Treply2A, Treply2B, Treply2C) 및 응답 메시지(RespA, RespB, RespC)를 전송한 이후 파이널 메시지(Final)를 수신할 때까지의 라운드 트립 시간(Tround2A, Tround2B, Tround2C)을 측정할 수 있다. 그리고 이를 바탕으로 각 앵커(101, 102, 103)는 다음 수학식 1을 이용하여 태그(200)로부터 각 앵커(101, 102, 103) 까지의 전달 지연 시간(TpropA, TpropB, TpropC)을 계산할 수 있다.
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
여기서 태그(200)와 관련된 시간(Tround1A, Tround1B, Tround1C , Treply1A, Treply1B, Treply1C)은 태그(200)로부터 수신한 도 3의 (e)에 도시된 파이널 메시지에 포함되어 있는 폴 메시지 Tx 타임스탬프 필드, 응답 메시지 Rx 타임스탬프 필드, 및 파이널 Tx 타임스탬프 필드를 이용하여 각 앵커에서 계산할 수 있다.
그리고 비록 도 4의 일 실시 예에서는 3개의 앵커에 대하여서만 도시되었지만 4개 이상의 앵커에 대하여서도 유사하게 동작할 수 있다. 또한, 도 4에서는 파이널 메시지가 각 앵커로부터 응답 메시지를 수신한 이후에 전송되는 것으로 도시되어 있지만 각 앵커로부터 응답 메시지를 수신한 이후에 바로 각 앵커로 각 응답 메시지에 대응하여 파이널 메시지를 전송할 수도 있음은 당연하다 할 것이다.
또한, 상술한 지연 전달 시간의 계산은 각 앵커에서 수행될 수 있지만 앵커에서 획득한 라운드 트립 시간 및 응답 시간 정보와 태그(200)로부터 수신한 파이널 메시지를 측위 서버(300)로 전송하여 측위 서버(300)에서 태그(200)로부터 각 앵커까지의 전달 지연 시간을 계산하고, 이를 바탕으로 태그(200)의 정확한 위치를 추정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 측위 서버(300)에서 태그(200)의 위치를 추정하는 방식을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 측위 서버(300)는 상술한 레인징 단계를 이용하여 각 앵커(101, 102, 103, 104)로부터 태그(200)까지의 전달 지연 시간을 획득하고, 이를 바탕으로 각 앵커(101, 102, 103, 104)로부터 태그(200)까지의 거리를 추정한다. 그리고 각 앵커(101, 102, 103, 104)는 고정된 위치에 있는 노드이고 측위 서버(300)는 각 앵커(101, 102, 103, 104)의 위치를 알고 있으므로, 각 앵커를 중심으로 계산된 태그(200)까지의 거리를 반지름으로 하는 구를 그릴 수 있다. 그리고 각 앵커(101, 102, 103, 104)에 대하여 그려진 구들이 거의 한 점에서 만나게 되고 이렇게 만나는 점에 태그(200)가 위치하고 있다고 판단할 수 있다.
IR―UWB를 이용한 측위 시스템은 상술한 방법으로 전파 전달 시간을 계산함으로써 전파 지연 시간을 아주 정밀하게 측정할 수 있고 이에 따라 태그(200)의 위치를 cm 단위로 정밀하게 측정할 수 있다.
다만, 상술한 방식으로 측정하는 경우 앵커가 존재하는 고도가 상당히 높지 않으면 고도 위치에 대하여 정밀한 측정이 어려울 수 있다. 즉, 각 앵커에 대하여 태그까지의 거리를 반지름으로 하는 구를 그렸을 때, 앵커가 존재하는 고도가 태그까지의 거리보다 작다면 정확한 구를 그릴 수 없게 되고, 그에 따라 고도가 잘못 추정될 수도 있다.
이를 방지하기 위하여 본원 발명은 태그가 전송하는 파이널 메시지에 고도 정보를 포함하도록 하였다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고도 정보를 포함하는 파이널 메시지를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 파이널 메시지는 1 옥텟의 기능 코드 필드, 5 옥텟의 폴 메시지 TX 타임스탬프 필드, 5 옥텟의 응답 메시지 RX 타임스탬프 필드, 및 파이널 Tx 타임스탬프 필드에 추가로 고도 정보가 포함되어 있음을 나타내는 고도계 플래그(Altimeter Flag) 필드 및 고도 정보를 나타내는 고도값(Altimeter Value) 필드를 포함할 수 있다.
그리고 측위 서버(300)는 상술한 방식으로 계산한 고도값과 파이널 메시지에 포함되어 있는 태그가 측정한 고도값을 비교하여 계산한 고도값을 보정하도록 할 수 있다. 이에 의하여 측위 서버(300)는 더욱 정밀하게 태그(200)의 고도 위치를 추정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 앵커의 구성을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 앵커는 IR―UWB 통신부(110), 서버 통신부(120) 및 메시지 처리부(130)를 포함할 수 있다.
IR―UWB 통신부(110)는 태그(200)와 IR―UWB 통신을 수행하고, 서버 통신부(120)는 측위 서버(300)와 유선 또는 무선 통신을 수행할 수 있다.
메시지 처리부(130)는 태그(200)로부터 수신한 블링크 메시지에 응답하여 레인징 시작 메시지를 생성하여 전송하고, 폴 메시지에 응답하여 응답 메시지를 생성하여 전송하고, 태그(200)로부터 파이널 메시지를 수신하고, 폴 메시지의 수신 시간과 응답 메시지의 전송 시간 사이의 응답 시간, 응답 메시지의 전송 시간과 파이널 메시지의 수신 시간 사이의 라운드 트립 시간을 측정하고, 응답 시간, 라운드 트립 시간 및 파이널 메시지에 포함된 태그에서 측정한 시간 및 고도 정보를 서버 통신부(120)를 통하여 측위 서버(300)로 전달한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태그의 구성을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태그는 IR―UWB 통신부(210), 고도 측정부(220) 및 메시지 처리부(230)를 포함할 수 있다.
IR―UWB 통신부(210)는 앵커(101, 102, 103, 104)와 IR―UWB 통신을 수행하고, 고도 측정부(220)는 태그의 현재 고도를 측정할 수 있다.
메시지 처리부(130)는 주기적으로 깨어나 블링크 메시지를 전송하고, 레인징 시작 메시지를 수신하면 레인징 단계를 수행한다. 레인징 단계를 수행하기 위하여 먼저 폴 메시지를 방송하고, 복수 개의 앵커로부터 폴 메시지에 대응한 응답 메시지를 수신하고, 폴 메시지의 전송 시간, 응답 메시지의 수신 시간, 파이널 메시지의 예측 전송 시간을 측정 및 계산하여 이를 바탕으로 파이널 메시지를 생성하여 대응하는 앵커로 전송한다.
태그(200)로부터 수신한 블링크 메시지에 응답하여 레인징 시작 메시지를 생성하여 전송하고, 폴 메시지에 응답하여 응답 메시지를 생성하여 전송하고, 태그(200)로부터 파이널 메시지를 수신하고, 폴 메시지의 수신 시간과 응답 메시지의 전송 시간 사이의 응답 시간, 응답 메시지의 전송 시간과 파이널 메시지의 수신 시간 사이의 라운드 트립 시간을 측정하고, 응답 시간, 라운드 트립 시간 및 파이널 메시지에 포함된 태그에서 측정한 시간 및 고도 정보를 서버 통신부(120)를 통하여 측위 서버(300)로 전달한다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 측위 서버의 구성을 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 측위 서버는 앵커 통신부(310), 설정부(320) 및 위치 추정부(330)를 포함할 수 있다.
앵커 통신부(310)는 복수의 앵커(101, 102, 103, 104)와 유/무선 통신을 수행하여 데이터를 수신하고, 설정부(320)는 고정된 위치를 가지는 복수의 앵커의 위치 정보를 설정한다.
위치 추정부(330)는 설정부(320)에서 설정한 각 앵커의 위치 정보와 복수의 앵커들로부터 수신한 특정 태그와 연관된 응답 시간 및 라운드 트립 시간 정보를 바탕으로 각 앵커로부터 태그까지의 거리를 추정하고, 각 앵커의 위치를 중심으로 하고 앵커별로 추정한 태그까지의 거리를 반지름으로 하는 구를 그리고 복수 개의 앵커에 대하여 만들어진 구가 서로 만나는 지점을 태그의 위치로 추정할 수 있다. 이에 더하여 고도 정보를 보정하기 위하여 태그가 앵커로 전송한 파이널 메시지에 포함되어 있는 고도 정보와 상술한 방법으로 계산한 고도 정보를 비교하여 태그의 고도 정보를 좀 더 정밀하게 보정할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태그의 위치를 추정하기 위한 방법을 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 태그의 위치를 추정하기 위하여 태그와 앵커 간의 IR―UWB 통신을 이용한 연결(S100)을 수행한다. 이러한 연결은 태그가 블링크 메시지를 전송하고, 앵커가 블링크 메시지에 대한 응답으로 레인징 시작 메시지를 전송함으로써 완성된다.
일 실시 예로서 태그가 컨테이너에 부착되어 있고 야적장에 야적되는 경우에 컨테이너의 위치를 확인한다고 가정하자. 그러면 컨테이너의 태그는 원 출발 지점에서 부착될 수 있고, 또는 배로 이동한 경우 배에서 내려지면서 하역장에서 부착될 수도 있다. 이렇게 컨테이너에 부착된 태그는 주기적으로 앵커의 존재를 확인하여 연결을 시도한다. 주변에 응답하는 앵커가 없는 경우에는 바로 슬립 모드로 들어가 전력 소모를 최소화하고 주기적으로 깨어나 블링크 신호를 전송하여 앵커와의 연결을 시도한다. 컨테이너가 야적장에 들어서는 경우 앵커는 태그가 보낸 블링크 신호를 받고 이에 대한 응답으로 레인징 시작 메시지를 전송한다. 태그는 레인징 시작 메시지를 수신함으로써 앵커와 연결되었음을 알 수 있다.
서로 연결된 앵커와 태그는 상술한 레인징 단계를 통해 앵커와 태그 간의 전달 지연 시간을 측정(S200)한다. 이때 태그는 폴 메시지를 앵커에 전송하고, 앵커는 폴 메시지를 수신 후 이에 대한 응답으로 응답 메시지를 전송하고, 다시 태그는 응답 메시지를 수신한 후 파이널 메시지를 전송하는 투 웨이 방식을 사용하여 전달 지연 시간을 측정한다. 즉, 태그는 폴 메시지 전송 시간과 응답 메시지 수신 시간 간의 라운드 트립 시간을 측정하고, 또 응답 메시지 수신 시간부터 파이널 메시지 전송 시간까지의 응답 시간을 측정하여 파이널 메시지에 포함하여 앵커로 전송하고, 앵커는 폴 메시지 수신 시간과 응답 메시지 전송 시간 간의 응답 시간과 응답 메시지 전송 시간과 파이널 메시지 수신 시간 간의 라운드 트립 시간을 측정한다. 이를 바탕으로 상술한 수학식 1에 따라 각 앵커 별 전달 지연 시간을 측정할 수 있다.
측위 서버(300)는 각 앵커 별 전달 지연 시간을 바탕으로 태그의 위치를 추정(S300)할 수 있다. 추정 방법은 앵커별로 전달 지연 시간에 따른 태그까지의 거리를 추정하고, 각 앵커의 위치를 중심으로 하고 태그까지의 거리를 반지름으로 하는 구를 앵커별로 그리고, 복수의 앵커에 대하여 그려진 구가 만나는 지점을 태그의 위치로 추정할 수 있다.
이때 측위 서버(300)에서 고도의 정보를 추정할 수 있으나 앵커가 위치한 고도가 낮은 경우 등에서는 추정한 고도의 정보가 정확하지 않을 수 있다. 이를 보완하기 위하여 태그는 고도계를 이용하여 고도 정보를 측정하고 이를 파이널 메시지에 포함해 측위 서버로 전송할 수 있다. 측위 서버는 파이널 메시지에 포함된 고도 정보를 이용하여 계산한 고도 정보를 좀 더 정밀하게 보정할 수 있다.
도 11은 측위 서버에서 고도의 정보를 보정하는 방법을 도시한 도면이다.
고도 정보의 보정을 위하여서는 이전에 태그에서 측정한 고도값 및 위치 서버에서 추정한 위치 정보와 현재 태그에서 측정한 고도값 및 위치 서버에서 추정한 위치 정보 사이의 변화를 이용할 수 있다.
도 11을 참조하면, 측위 서버는 상술한 방식으로 추정한 현재의 고도값이 추정한 이전 고도값과 설정비율 이상으로 달라졌는지 확인(S310)한다. 그리고 태그에서 측정한 현재의 고도값이 측정한 이전 고도값과 설정비율 이상으로 달라졌는지 확인(S320)한다. 계산된 고도값 및 태그에서 측정한 고도값 모두 설정비율 이상으로 달라지지 않았다면 계산된 고도값을 사용(S330)하고, 계산된 고도값은 설정비율 이상 달라지지 않은 반면 측정한 고도값을 설정비율 이상으로 달라졌다면 측정한 고도값을 사용(S340)하고, 계산된 고도값이 설정비율 이상으로 달라지고, 측정한 고도값과의 차이가 설정된 값 또는 비율 이상이면 측정한 고도값을 사용(S340)함으로써 좀 더 정확한 고도 정보를 확보할 수 있다.
상술한 방식의 고도 정보 보정 방법을 IR―UWB 측위 시스템에 추가함으로써 좀 더 정밀한 고도 위치를 추정할 수 있고, 이러한 IR―UWB 측위 시스템은 물건이 위로 쌓아 두는 적재소나 야적장 등에서 물건의 위치를 더욱 정밀하게 알려줄 수 있다는 장점을 가질 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
101, 102, 103, 104: 앵커
110: 앵커의 IR―UWB 통신부
120: 앵커의 서버 통신부
130: 앵커의 메시지 처리부
200: 태그
210: 태그의 IR―UWB 통신부
220: 태그의 고도 측정부
230: 태그의 메시지 처리부
300: 측위 서버
310: 측위 서버의 앵커 통신부
320: 측위 서버의 설정부
330: 측위 서버의 위치 추정부

Claims (11)

  1. IR―UWB 통신방식을 이용한 측위 시스템으로서,
    태그(Tag), 3개 이상의 앵커(Anchor), 및 측위 서버를 포함하고,
    상기 태그와 상기 3개 이상의 앵커의 각 앵커는,
    IR―UWB 통신방식을 이용하여 상기 태그가 주기적으로 블링크 메시지를 전송하고, 상기 각 앵커는 상기 블링크 메시지 수신 후 레인징 시작 메시지를 전송하고 상기 태그는 상기 레인징 시작 메시지를 수신함으로써 상기 태그와 상기 각 앵커가 서로 연결되는 디스커버리 과정을 수행하고,
    IR―UWB 통신방식을 이용하여 상기 태그가 폴(Poll) 메시지를 전송하고, 상기 폴 메시지에 대한 응답으로 상기 각 앵커가 응답 메시지를 송신하고, 상기 응답 메시지에 대한 응답으로 상기 태그가 파이널 메시지를 상기 각 앵커로 전송하는 레인징 과정을 수행하고,
    상기 태그는,
    자신의 고도값을 측정하고,
    상기 레인징 과정을 통해 획득한 제1 시간 정보―제1 시간 정보는 폴 메시지의 전송 시간, 응답 메시지의 수신 시간, 파이널 메시지의 전송 시간을 포함함― 및 측정한 상기 고도값을 파이널 메시지에 포함하여 전송하고,
    상기 3개 이상의 앵커의 각 앵커는,
    상기 레인징 과정을 통해 획득한 제2 시간 정보―제2 시간 정보는 폴 메시지의 수신 시간, 응답 메시지의 전송 시간, 파이널 메시지의 수신 시간을 포함함― 및 상기 태그로부터 수신한 파이널 메시지에 포함되어 있는 제1 시간 정보 및 고도값을 상기 측위 서버로 전송하고,
    상기 측위 서버는,
    상기 3개 이상의 앵커로부터 수신한 각 앵커 별 제1 시간 정보, 제2 시간 정보 및 고도값을 바탕으로 상기 태그의 위치를 추정하는,
    IR―UWB 통신방식을 이용한 측위 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 태그가 전송하는 상기 파이널 메시지에 포함되는 상기 파이널 메시지의 전송 시간은 상기 태그의 TX 안테나에서의 지연시간 및 상기 태그에서의 상기 파이널 메시지 구성을 위한 처리 시간을 포함하는 미리 예상한 전송 시간인,
    IR―UWB 통신방식을 이용한 측위 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 측위 서버는,
    상기 제1 시간 정보를 바탕으로 상기 태그의 폴 메시지 전송 시간부터 응답 메시지 수신 시간까지의 라운드 트립 시간(이하 제1 라운드 트립 시간) 및 상기 응답 메시지 수신 시간부터 파이널 메시지 전송 시간까지의 응답 시간(이하 제1 응답 시간)을 계산하고,
    상기 제2 시간 정보를 바탕으로 상기 각 앵커의 폴 메시지 수신 시간부터 응답 메시지 전송 시간까지의 응답 시간(이하 제2 응답 시간) 및 상기 응답 메시지 전송 시간부터 파이널 메시지 수신 시간까지의 라운드 트립 시간(이하 제2 라운드 트립 시간)을 계산하고,
    상기 제1 및 제2 라운드 트립 시간과 상기 제1 및 제2 응답 시간을 바탕으로 상기 각 앵커와 상기 태그 간의 전달 지연 시간을 계산하고,
    상기 전달 지연 시간을 바탕으로 상기 각 앵커와 상기 태그 간의 거리를 추정하고,
    상기 3개 이상의 앵커와 상기 태그 간의 추정된 거리를 바탕으로 상기 태그의 위치를 추정하고,
    상기 고도값을 바탕으로 상기 태그의 위치를 보정하는,
    IR―UWB 통신방식을 이용한 측위 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 측위 서버는,
    상기 각 앵커와 상기 태그 간의 전달 지연 시간(
    Figure pat00008
    )을
    Figure pat00009

    ―여기서
    Figure pat00010
    은 제1 라운드 트립 시간,
    Figure pat00011
    는 제2 라운드 트립 시간,
    Figure pat00012
    은 제1 응답 시간,
    Figure pat00013
    는 제2 응답시간임―을 이용하여 계산하는,
    IR―UWB 통신방식을 이용한 측위 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 측위 서버는,
    상기 고도값을 바탕으로 상기 태그의 위치를 보정하기 위하여
    상기 측위 서버가 추정한 상기 태그의 고도값이 이전에 추정한 상기 태그의 고도값과 비교하여 미리 설정된 제1 비율 이상으로 변하였는지 검사(이하 제1 검사)하고,
    상기 태그에서 측정한 상기 고도값이 이전에 상기 태그에서 측정한 고도값과 비교하여 미리 설정된 제2 비율 이상으로 변하는지 검사(이하 제2 검사)하고,
    상기 측위 서버가 추정한 상기 태그의 고도값과 상기 태그에서 측정한 상기 고도값이 미리 설정한 제3 비율 또는 제3 값 이상의 차이가 나는지 검사(이하 제3 검사)하고,
    상기 제1 검사에서 제1 비율 이상으로 변하지 않고, 상기 제2 검사에서 제2 비율 이상으로 변하지 않으면 상기 측위 서버에서 추정한 상기 태그의 고도값을 그대로 사용하고,
    상기 제1 검사에서 제1 비율 이상으로 변하지 않고, 상기 제2 검사에서 제2 비율 이상으로 변하면, 상기 태그에서 측정한 상기 고도값으로 상기 태그의 위치를 보정하고,
    상기 제1 검사에서 제1 비율 이상으로 변하고, 상기 제3 검사에서 제3 비율 또는 제3 값 이상의 차이가 나지 않으면, 상기 측위 서버에서 추정한 상기 태그의 고도값을 그대로 사용하고,
    상기 제1 검사에서 제1 비율 이상으로 변하고, 상기 제3 검사에서 제3 비율 또는 제3 값 이상의 차이가 나면, 상기 태그에서 측정한 상기 고도값으로 상기 태그의 위치를 보정하는,
    IR―UWB 통신방식을 이용한 측위 시스템.
  6. 3개 이상의 앵커 및 태그를 포함한 IR―UWB 통신방식을 이용한 측위 시스템으로서 태그의 위치를 추정하기 위한 IR―UWB 통신방식을 이용한 측위 방법으로서,
    IR―UWB 통신방식을 이용하여 상기 태그가 주기적으로 블링크 메시지를 전송하고, 상기 3개 이상의 앵커는 상기 블링크 메시지 수신 후 레인징 시작 메시지를 전송하고 상기 태그는 상기 레인징 시작 메시지를 수신함으로써 상기 태그와 상기 3개 이상의 앵커가 서로 연결되는 디스커버리 과정을 수행하는 단계;
    IR―UWB 통신방식을 이용하여 상기 태그가 폴(Poll) 메시지를 전송하고, 상기 폴 메시지에 대한 응답으로 상기 3개 이상의 앵커의 각 앵커가 응답 메시지를 송신하고, 상기 응답 메시지에 대한 응답으로 상기 태그가 파이널 메시지를 상기 각 앵커로 전송하는 레인징 과정을 수행하는 단계;
    상기 태그가 자신의 고도값을 측정하는 단계;
    상기 태그가 상기 레인징 과정을 수행하면서 획득한 제1 시간 정보―제1 시간 정보는 폴 메시지의 전송 시간, 응답 메시지의 수신 시간, 파이널 메시지의 전송 시간을 포함함― 및 상기 3개 이상의 앵커의 각 앵커가 상기 레인징 과정을 수행하면서 획득한 제2 시간 정보―제2 시간 정보는 폴 메시지의 수신 시간, 응답 메시지의 전송 시간, 파이널 메시지의 수신 시간을 포함함―를 바탕으로 상기 3개 이상의 앵커의 각 앵커와 상기 태그 간의 전달 지연 시간을 계산하는 단계;
    상기 3개 이상의 앵커의 각 앵커와 상기 태그 간의 전달 지연 시간을 바탕으로 상기 태그의 위치를 추정하는 단계; 및
    상기 태그가 측정한 자신의 고도값을 바탕으로 상기 태그의 위치를 보정하는 단계;를 포함하는,
    IR―UWB 통신방식을 이용한 측위 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 태그가 전송하는 상기 파이널 메시지에 포함되는 상기 파이널 메시지의 전송 시간은 상기 태그의 TX 안테나에서의 지연시간 및 상기 태그에서의 상기 파이널 메시지 구성을 위한 처리 시간을 포함하는 미리 예상한 전송 시간인,
    IR―UWB 통신방식을 이용한 측위 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전달 지연 시간을 계산하는 단계는,
    상기 제1 시간 정보를 바탕으로 상기 태그의 폴 메시지 전송 시간부터 응답 메시지 수신 시간까지의 라운드 트립 시간(이하 제1 라운드 트립 시간) 및 상기 응답 메시지 수신 시간부터 파이널 메시지 전송 시간까지의 응답 시간(이하 제1 응답 시간)을 계산하는 단계;
    상기 제2 시간 정보를 바탕으로 상기 각 앵커의 폴 메시지 수신 시간부터 응답 메시지 전송 시간까지의 응답 시간(이하 제2 응답 시간) 및 상기 응답 메시지 전송 시간부터 파이널 메시지 수신 시간까지의 라운드 트립 시간(이하 제2 라운드 트립 시간)을 계산하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 라운드 트립 시간과 상기 제1 및 제2 응답 시간을 바탕으로 상기 각 앵커와 상기 태그 간의 전달 지연 시간을 계산하는 단계;를 포함하는,
    IR―UWB 통신방식을 이용한 측위 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 라운드 트립 시간과 상기 제1 및 제2 응답 시간을 바탕으로 상기 각 앵커와 상기 태그 간의 전달 지연 시간을 계산하는 단계는,
    상기 각 앵커와 상기 태그 간의 전달 지연 시간(
    Figure pat00014
    )을
    Figure pat00015

    ―여기서
    Figure pat00016
    은 제1 라운드 트립 시간,
    Figure pat00017
    는 제2 라운드 트립 시간,
    Figure pat00018
    은 제1 응답 시간,
    Figure pat00019
    는 제2 응답시간임―을 이용하여 계산하는 단계를 포함하는,
    IR―UWB 통신방식을 이용한 측위 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 태그의 위치를 추정하는 단계는,
    상기 전달 지연 시간을 바탕으로 상기 3개 이상의 앵커의 각 앵커와 상기 태그 간의 거리를 추정하는 단계; 및
    상기 3개 이상의 앵커와 상기 태그 간의 추정된 거리를 바탕으로 상기 태그의 위치를 추정하는 단계;를 포함하는,
    IR―UWB 통신방식을 이용한 측위 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 태그가 측정한 자신의 고도값을 바탕으로 상기 태그의 위치를 보정하는 단계는,
    상기 측위 서버가 추정한 상기 태그의 고도값이 이전에 추정한 상기 태그의 고도값과 비교하여 미리 설정된 제1 비율 이상으로 변하였는지 검사하는 제1 검사 단계;
    상기 태그에서 측정한 상기 고도값이 이전에 상기 태그에서 측정한 고도값과 비교하여 미리 설정된 제2 비율 이상으로 변하는지 검사하는 제2 검사 단계;
    상기 측위 서버가 추정한 상기 태그의 고도값과 상기 태그에서 측정한 상기 고도값이 미리 설정한 제3 비율 또는 제3 값 이상의 차이가 나는지 검사하는 제3 검사 단계;
    상기 제1 검사 단계에서 제1 비율 이상으로 변하지 않고, 상기 제2 검사 단계에서 제2 비율 이상으로 변하지 않으면 상기 측위 서버에서 추정한 상기 태그의 고도값을 그대로 사용하고,
    상기 제1 검사 단계에서 제1 비율 이상으로 변하지 않고, 상기 제2 검사 단계에서 제2 비율 이상으로 변하면, 상기 태그에서 측정한 상기 고도값으로 상기 태그의 위치를 보정하고,
    상기 제1 검사 단계에서 제1 비율 이상으로 변하고, 상기 제3 검사 단계에서 제3 비율 또는 제3 값 이상의 차이가 나지 않으면, 상기 측위 서버에서 추정한 상기 태그의 고도값을 그대로 사용하고,
    상기 제1 검사 단계에서 제1 비율 이상으로 변하고, 상기 제3 검사 단계에서 제3 비율 또는 제3 값 이상의 차이가 나면, 상기 태그에서 측정한 상기 고도값으로 상기 태그의 위치를 보정하는 단계;를 포함하는,
    IR―UWB 통신방식을 이용한 측위 방법.
KR1020170088305A 2017-07-12 2017-07-12 Ir―uwb 측위 시스템 및 위치 측정 방법 KR102025089B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170088305A KR102025089B1 (ko) 2017-07-12 2017-07-12 Ir―uwb 측위 시스템 및 위치 측정 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170088305A KR102025089B1 (ko) 2017-07-12 2017-07-12 Ir―uwb 측위 시스템 및 위치 측정 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190007206A true KR20190007206A (ko) 2019-01-22
KR102025089B1 KR102025089B1 (ko) 2019-09-25

Family

ID=65320546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170088305A KR102025089B1 (ko) 2017-07-12 2017-07-12 Ir―uwb 측위 시스템 및 위치 측정 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102025089B1 (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112484625A (zh) * 2020-11-12 2021-03-12 西南交通大学 一种基于uwb信道脉冲响应的高精度位移测量方法
WO2021112380A1 (ko) * 2019-12-06 2021-06-10 삼성전자 주식회사 Uwb (ultra wideband)를 통해 데이터를 송수신하는 디바이스의 동작 방법 및 장치
KR20210082049A (ko) * 2019-12-24 2021-07-02 경북대학교 산학협력단 실내 측위 장치 및 방법
CN114513748A (zh) * 2022-03-15 2022-05-17 北京远特科技股份有限公司 室内高精度定位的方法、装置和电子设备
WO2022255649A1 (ko) * 2021-06-01 2022-12-08 삼성전자 주식회사 레인징 동작을 수행하는 전자 장치 및 방법
US11855686B2 (en) 2021-06-01 2023-12-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Electronic device for receiving time difference of arrival messages and method for operating the same

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102466185B1 (ko) 2021-11-12 2022-11-15 주식회사 비아 실내측위를 이용한 스마트팜 작업 제어 시스템 및 그 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160001891A (ko) * 2014-06-27 2016-01-07 주식회사 유캐스트 이동 단말 측위 시스템 및 그 제어방법
JP2016526668A (ja) * 2013-06-12 2016-09-05 クゥアルコム・インコーポレイテッドＱｕａｌｃｏｍｍ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 位置ロケーションシステムアーキテクチャ：ピアツーピア測定モード
JP2016218034A (ja) * 2015-05-21 2016-12-22 金▲宝▼電子工業股▲ふん▼有限公司 ビーコン装置の自動識別方法
KR20170006651A (ko) * 2015-07-09 2017-01-18 삼성전기주식회사 위치 추정 시스템 및 이를 위한 송신기

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016526668A (ja) * 2013-06-12 2016-09-05 クゥアルコム・インコーポレイテッドＱｕａｌｃｏｍｍ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 位置ロケーションシステムアーキテクチャ：ピアツーピア測定モード
KR20160001891A (ko) * 2014-06-27 2016-01-07 주식회사 유캐스트 이동 단말 측위 시스템 및 그 제어방법
JP2016218034A (ja) * 2015-05-21 2016-12-22 金▲宝▼電子工業股▲ふん▼有限公司 ビーコン装置の自動識別方法
KR20170006651A (ko) * 2015-07-09 2017-01-18 삼성전기주식회사 위치 추정 시스템 및 이를 위한 송신기

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
이창은 외1. UWB 측위 기술 소개 및 기술동향. 한국통신학회지(정보와통신). 한국통신학회. 2017.3., 34(4), 33-38(6 pages) *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021112380A1 (ko) * 2019-12-06 2021-06-10 삼성전자 주식회사 Uwb (ultra wideband)를 통해 데이터를 송수신하는 디바이스의 동작 방법 및 장치
US11965951B2 (en) 2019-12-06 2024-04-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for operating device for transmitting and receiving data through ultra-wideband (UWB)
KR20210082049A (ko) * 2019-12-24 2021-07-02 경북대학교 산학협력단 실내 측위 장치 및 방법
CN112484625A (zh) * 2020-11-12 2021-03-12 西南交通大学 一种基于uwb信道脉冲响应的高精度位移测量方法
CN112484625B (zh) * 2020-11-12 2021-09-17 西南交通大学 一种基于uwb信道脉冲响应的高精度位移测量方法
WO2022255649A1 (ko) * 2021-06-01 2022-12-08 삼성전자 주식회사 레인징 동작을 수행하는 전자 장치 및 방법
US11855686B2 (en) 2021-06-01 2023-12-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Electronic device for receiving time difference of arrival messages and method for operating the same
CN114513748A (zh) * 2022-03-15 2022-05-17 北京远特科技股份有限公司 室内高精度定位的方法、装置和电子设备
CN114513748B (zh) * 2022-03-15 2024-01-30 北京远特科技股份有限公司 室内高精度定位的方法、装置和电子设备

Also Published As

Publication number Publication date
KR102025089B1 (ko) 2019-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20190007206A (ko) Ir―uwb 측위 시스템 및 위치 측정 방법
KR101842565B1 (ko) 관리되지 않는 네트워크에서의 액세스 포인트 위치 탐색 기법
KR101031205B1 (ko) Ｗｌａｎ 네트워크 및 무선 네트워크에 대한 위치측정
CN107113762B (zh) 一种定位方法、定位服务器及定位系统
US7138946B2 (en) System and method for position detection of a terminal in a network
EP3541126A1 (en) Positioning method, positioning base station, positioning server and positioning system
JP3260649B2 (ja) 移動局位置探査方法及び移動局位置探査システム
KR101495456B1 (ko) 무선국의 셀프-포지셔닝
US9398414B2 (en) Method and devices for determining the position of a mobile communication device
EP2680033A1 (en) Position determination using round-trip delay and angle-of-arrival
US10397894B2 (en) Autonomous positioning systems
KR101476663B1 (ko) 위치추적 장치
EP2992354B1 (en) Methods and apparatuses for characterizing and affecting mobile device location accuracy and/or uncertainty
KR20150059718A (ko) 상향링크 액세스 포인트를 이용한 위치추정장치 및 위치추정방법
KR20090004537A (ko) 위치추정 시스템
CN111050275B (zh) 一种基于rssi特征值的蓝牙定位方法
KR102214499B1 (ko) Gps 위치정보 매핑을 이용한 실내 측위 시스템 및 방법
JP2010230380A (ja) 位置推定装置及び位置推定方法
US8150378B2 (en) Determining position of a node based on aged position data
CN102395198A (zh) 无线传感网络基于信号强度的节点定位方法及装置
KR101283749B1 (ko) Ａｐ의 위치정보를 이용한 측위 장치
JP2005123833A (ja) 位置検出システム制御方法
EP2887748B1 (en) Method for determining indoor locations of mobile receiver units
KR101949282B1 (ko) 멀티홉 시스템에서의 무선 위치 추정 방법
EP4332607A1 (en) Localization

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant