KR20190030408A - 두 개의 마이크를 이용하여 비동기식으로 위치를 측정하는 이동 단말 및 방법 - Google Patents

두 개의 마이크를 이용하여 비동기식으로 위치를 측정하는 이동 단말 및 방법 Download PDF

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Abstract

이동 단말에 일반적으로 설치되어 있는 두 개의 마이크를 이용하여, 음향 송출 장치와 이동 단말 간의 시간 동기화뿐만 아니라 서로 다른 음향 송출 장치 간의 시간 동기화가 요구되지 않는, 비동기식 위치 측정 방법 및 이를 위한 이동 단말이 개시된다. 일 측면에 따른 서로 다른 위치에 고정된 세 개 이상의 음향 송출 장치를 이용하여 자신의 위치를 측정하는 이동 단말은, 서로 다른 위치에 설치되어 상기 세 개 이상의 음향 송출 장치로부터 위치 좌표를 포함하는 음향 신호를 수신하는 두 개의 마이크; 및 상기 두 개의 마이크의 위치와, 상기 두 개의 마이크에 수신되는 동일한 음향 송출 장치의 음향 신호의 수신 시간 차에 대응하는 거리와, 상기 위치 좌표를 이용하여, 상기 이동 단말의 위치에 관한 쌍곡선을 각 음향 송출 장치에 대해 산출하고, 산출된 쌍곡선들의 교점을 상기 이동 단말의 위치로 결정하는 위치 결정 모듈을 포함한다.

Description

두 개의 마이크를 이용하여 비동기식으로 위치를 측정하는 이동 단말 및 방법{MOBILE DEVICE AND METHOD FOR MEASURING A POSITION ASYNCHRONOUSLY USING TWO MICROPHONE}
본 발명은 이동 단말의 위치를 측정하는 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로 두 개의 마이크를 내장한 이동 단말에서 상기 두 개의 마이크를 이용하여 자신의 위치를 측정하는 방법 및 이를 위한 이동 단말에 관한 것이다.
실내 및 실외 측위를 위해 GPS, WiFi, 지자기, 적외선 및 가시광 등의 전파 자원을 사용한 위치 측정 방식에 대한 연구가 수행되고 있다. 대표적으로 전파맵을 이용한 위치 측위와, ToA(Time of Arrival), TDoA(Time Difference of Arrival), 등의 삼각측량 위치 측위가 있다.
전파맵을 활용한 위치 측위는 일정한 영역을 다수의 격자로 나눈 후 각 격자마다 전파 패턴을 구축한 후 이동 단말에서 수집한 전파 패턴과 일치하는 전파 패턴을 갖는 격자를 이동 단말의 위치로 결정하는 방식이다. 전파맵을 활용한 위치 측위의 경우 시간 동기화에 상관없이 위치 추정이 가능하나 초기 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라 전파맵의 특성이 지속적으로 변화하기 때문에 주기적인 갱신이 요구되는 단점이 있다.
ToA 기술은 이동 단말의 신호를 수신한 한 개의 서비스 기지국과 2개의 주변 기지국들 사이의 소요 시간을 이용하여 이동 단말의 위치를 측위하는 방식이다. 즉 각 기지국에서는 신호 도달 시간 값에 따른 원이 생기게 되고 이 원들의 교점을 이동 단말의 위치로 추정하는 방식이다. 반드시 기지국과 이동 단말 간의 시간 동기를 유지해야 하는 단점이 있다. TDoA 기술은 이동 단말에서 서비스 기지국 신호와 주변 기지국 신호의 신호 도달 시간차를 측정하고 기하학적으로 신호 도달 시간차를 이용하여 두 기지국을 초점으로 하는 쌍곡선을 그리는 방식으로 최소 3개 이상의 기지국 신호를 이용하여 여러 개의 쌍곡선을 그린 후 이 쌍곡선들의 교점을 이동 단말의 위치로 추정하는 방식이다. ToA 방식과 달리 기지국과 이동 단말 사이의 시간 동기를 필요로 하지 않지만 기지국들간의 시간 동기가 필요하여 단일 관리자에 의해 시스템이 구축되어야 할 필요가 있다.
한편, 사람이 들을 수 없는 비가청 주파수의 신호를 이용한 위치 측위 기술이 제안되고 있다. 음향을 낼 수 있는 음향 송출 장치(예. 상용 스피커, 비프음 방출 가능한 전자 기기 등)를 고정된 위치에 설치한 후 상술한 ToA, TDoA 기술을 활용하여 이동 단말의 위치를 측정한다. 음향 송출 장치를 활용하기 때문에 실내외 인프라를 충분히 활용할 수 있고 사람이 들을 수 없는 비가청 주파수를 사용하고 전송 거리가 상대적으로 짧기 때문에 높은 주파수 재활용도를 가질 수 있다는 장점을 가지고 있다. 다만 기존 기술을 이용한 측위를 위해서는 앞서 설명한 바와 같이 동기화가 필수적인데 이는 단일 관리자가 여러 개의 음향 송출 장치를 제어해야 한다는 한계를 가진다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 이동 단말에 일반적으로 설치되어 있는 두 개의 마이크를 이용하여, 음향 송출 장치와 이동 단말 간의 시간 동기화뿐만 아니라 서로 다른 음향 송출 장치 간의 시간 동기화가 요구되지 않는, 비동기식 위치 측정 방법 및 이를 위한 이동 단말을 제공하는데 목적이 있다.
일 측면에 따른 서로 다른 위치에 고정된 세 개 이상의 음향 송출 장치를 이용하여 자신의 위치를 측정하는 이동 단말은, 서로 다른 위치에 설치되어 상기 세 개 이상의 음향 송출 장치로부터 위치 좌표를 포함하는 음향 신호를 수신하는 두 개의 마이크; 및 상기 두 개의 마이크의 위치와, 상기 두 개의 마이크에 수신되는 동일한 음향 송출 장치의 음향 신호의 수신 시간 차에 대응하는 거리와, 상기 위치 좌표를 이용하여, 상기 이동 단말의 위치에 관한 쌍곡선을 각 음향 송출 장치에 대해 산출하고, 산출된 쌍곡선들의 교점을 상기 이동 단말의 위치로 결정하는 위치 결정 모듈을 포함한다.
상기 위치 결정 모듈은, 상기 두 개의 마이크 중 음향 신호가 먼저 수신된 마이크를 기준으로 각 쌍곡선마다 하나의 곡선을 선택하여 교점을 획득할 수 있다.
다른 측면에 따른 서로 다른 위치에 고정된 세 개 이상의 음향 송출 장치를 이용하여 자신의 위치를 측정하는 이동 단말은, 서로 다른 위치에 설치되어 상기 세 개 이상의 음향 송출 장치로부터 위치 좌표를 포함하는 음향 신호를 수신하는 두 개의 마이크; 및 상기 두 개의 마이크의 위치와, 상기 두 개의 마이크에 수신되는 동일한 음향 송출 장치의 음향 신호의 수신 시간 차에 대응하는 거리와, 상기 위치 좌표를 이용하여, 상기 이동 단말의 위치에 관한 쌍곡선을 각 음향 송출 장치에 대해 산출하고, 산출된 각 쌍곡선의 점근선의 교점을 상기 이동 단말의 위치로 결정하는 위치 결정 모듈을 포함한다.
상기 위치 결정 모듈은, 음향 신호가 먼저 수신된 마이크를 기준으로 각 점근선마다 반직선을 선택하여 교점을 획득할 수 있다.
또 다른 측면에 따른 두 개의 마이크를 포함하는 이동 단말에서 자신의 위치를 측정하는 방법은, 상기 두 개의 마이크를 통해 서로 다른 위치에 고정된 세 개 이상의 음향 송출 장치로부터 위치 좌표를 포함하는 음향 신호를 수신하는 단계; 및 상기 두 개의 마이크의 위치와, 상기 두 개의 마이크에 수신되는 동일한 음향 송출 장치의 음향 신호의 수신 시간 차에 대응하는 거리와, 상기 위치 좌표를 이용하여, 상기 이동 단말의 위치에 관한 쌍곡선을 각 음향 송출 장치에 대해 산출하고, 산출된 쌍곡선들의 교점을 상기 이동 단말의 위치로 결정하는 단계를 포함한다.
상기 결정하는 단계는, 상기 두 개의 마이크 중 음향 신호가 먼저 수신된 마이크를 기준으로 각 쌍곡선마다 하나의 곡선을 선택하여 교점을 획득할 수 있다.
또 다른 측면에 따른 두 개의 마이크를 포함하는 이동 단말에서 자신의 위치를 측정하는 방법은, 상기 두 개의 마이크를 통해 서로 다른 위치에 고정된 세 개 이상의 음향 송출 장치로부터 위치 좌표를 포함하는 음향 신호를 수신하는 단계; 및 상기 두 개의 마이크의 위치와, 상기 두 개의 마이크에 수신되는 동일한 음향 송출 장치의 음향 신호의 수신 시간 차에 대응하는 거리와, 상기 위치 좌표를 이용하여, 상기 이동 단말의 위치에 관한 쌍곡선을 각 음향 송출 장치에 대해 산출하고, 산출된 각 쌍곡선의 점근선의 교점을 상기 이동 단말의 위치로 결정하는 단계를 포함한다.
상기 결정하는 단계는, 음향 신호가 먼저 수신된 마이크를 기준으로 각 점근선마다 반직선을 선택하여 교점을 획득할 수 있다.
본 발명에 따르면, 음향의 전파 속도에 기반하여 이동 단말의 위치를 측정함으로써 종래의 무선 전파 기반에 비해 측위 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 이동 단말에 일반적으로 설치되는 두 개의 마이크를 이용함으로써 상용 단말을 이용한 측위가 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 음향 송출 장치와 이동 단말 간, 그리고 음향 송출 장치 간에 동기화가 필요치 않아 별도의 시스템 구축이 필요하지 않다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 이동 단말의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 단말의 두 개의 마이크로 어느 한 음향 송출 장치의 음향 신호가 수신되는 거리차를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 이동 단말이 고정되어 있을 때 도 3의 음향 송출 장치의 위치 분포를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 세 개의 음향 송출 장치를 이용하여 이동 단말의 위치를 결정하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 점근선을 이용하여 결정한 이동 단말의 위치를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 단말에서 위치를 결정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동 단말에서 위치를 결정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 시스템을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 위치 측정 시스템은, 세 개 이상의 음향 송출 장치(110)와, 두 개의 마이크를 내장한 이동 단말(120)를 포함한다.
음향 송출 장치(110)는, 고정된 위치에 설치되고 자신의 위치 좌표를 비가청 주파수의 음향 신호에 실어 전송한다. 여기서 비가청 주파수 신호는 사람의 청력으로 들을 수 없는 주파수 대역의 신호를 말한다. 예컨대 비가청 주파수에는 18000Hz 이상의 주파수 등이 있다. 음향 송출 장치(110)는 세 개 이상이 설치되고, 서로 동기화되어 있지 않다.
이동 단말(120)은 두 개의 마이크를 내장하고, 음향 송출 장치(110)에서 송출되는 음향 신호가 두 개의 마이크에 수신되는 시간 차, 두 개의 마이크의 위치, 그리고 상기 음향 신호에 포함된 음향 송출 장치(110)의 위치 좌표를 이용하여 자신의 위치를 결정한다. 이동 단말(120)은 두 개의 마이크를 내장하고 이동할 수 있는 스마트폰이나, 태블릿 PC, 로봇 등을 포함하나 여기에 제한되는 것은 아니다.
도 2는 도 1의 이동 단말(120)의 구성을 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이동 단말(120)은, 메모리(210), 메모리 제어기(221), 하나 이상의 프로세서(CPU)(222), 주변 인터페이스(223), 입출력(I/O) 서브시스템(230), 디스플레이 장치(241), 입력 장치(242), 통신 회로(252), 스피커(260) 및 마이크(271, 272)를 포함한다. 이러한 구성요소는 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 통하여 통신한다. 도 2에 도시한 여러 구성요소는 하나 이상의 신호 처리 및/또는 애플리케이션 전용 집적 회로(application specific integrated circuit)를 포함하여, 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어 둘의 조합으로 구현될 수 있다.
메모리(210)는 고속 랜덤 액세스 메모리를 포함할 수 있고, 또한 하나 이상의 자기 디스크 저장 장치, 플래시 메모리 장치와 같은 불휘발성 메모리, 또는 다른 불휘발성 반도체 메모리 장치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 메모리(210)는 하나 이상의 프로세서(222)로부터 멀리 떨어져 위치하는 저장 장치, 예를 들어 통신 회로(252)와, 인터넷, 인트라넷, LAN(Local Area Network), WLAN(Wide LAN), SAN(Storage Area Network) 등, 또는 이들의 적절한 조합과 같은 통신 네트워크(도시하지 않음)를 통하여 액세스되는 네트워크 부착형(attached) 저장 장치를 더 포함할 수 있다. 프로세서(222) 및 주변 인터페이스(223)와 같은 이동 단말(120)의 다른 구성요소에 의한 메모리(210)로의 액세스는 메모리 제어기(221)에 의하여 제어될 수 있다.
주변 인터페이스(223)는 이동 단말(120)의 입출력 주변 장치를 프로세서(222) 및 메모리(210)와 연결한다. 하나 이상의 프로세서(222)는 다양한 소프트웨어 프로그램 및/또는 메모리(210)에 저장되어 있는 명령어 세트를 실행하여 이동 단말(120)을 위한 여러 기능을 수행하고 데이터를 처리한다. 일부 실시예에서, 주변 인터페이스(223), 프로세서(222) 및 메모리 제어기(221)는 칩(220)과 같은 단일 칩 상에서 구현될 수 있다. 다른 실시예에서, 이들은 별개의 칩으로 구현될 수 있다.
I/O 서브시스템(230)은 디스플레이 장치(241), 입력 장치(242)와 같은 이동 단말(120)의 입출력 주변장치와 주변 인터페이스(223) 사이에 인터페이스를 제공한다. 디스플레이 장치(241)는 LCD(liquid crystal display) 기술 또는 LPD(light emitting polymer display) 기술을 사용할 수 있고, 이러한 디스플레이 장치(241)는 용량형, 저항형, 적외선형 등의 터치 디스플레이일 수 있다. 터치 디스플레이는 단말과 사용자 사이에 출력 인터페이스 및 입력 인터페이스를 제공한다. 터치 디스플레이는 사용자에게 시각적인 출력을 표시한다. 시각적 출력은 텍스트, 그래픽, 비디오와 이들의 조합을 포함할 수 있다. 시각적 출력의 일부 또는 전부는 사용자 인터페이스 대상에 대응할 수 있다. 터치 디스플레이는 사용자 입력을 수용하는 터치 감지면을 형성한다.
프로세서(222)는 이동 단말(120)에 연관된 동작을 수행하고 명령어들을 수행하도록 구성된 프로세서로서, 예를 들어, 메모리(210)로부터 검색된 명령어들을 이용하여, 이동 단말(120)의 컴포넌트 간의 입력 및 출력 데이터의 수신과 조작을 제어할 수 있다.
스피커(260)는 이동 단말(120)에서 재생되는 음원 또는 통화 기능이 있을 경우 통화 중 통화 상대방의 음성 등을 출력한다. 마이크(271, 272)는 외부로부터 음향 신호를 수신한다. 본 실시예에서 마이크(271, 272)는 두 개 구비되어 음향 송출 장치(110)에서 송출되는 음향 신호를 수신한다. 두 개의 마이크(271, 272)는 이동 단말(120)에서 일정한 거리만큼 이격되어 설치된다.
일부 실시예에서, 소프트웨어 구성요소는 운영 체제(211), 그래픽 모듈(명령어 세트)(212) 및, 어플리케이션(명령어 세트)가 메모리(210)에 탑재(설치)된다. 여기서 어플리케이션으로서 도 2에 도시된 바와 같이, 위치 결정 모듈(213)을 포함한다.
운영 체제(211)는, 예를 들어, 다윈(Darwin), RTXC, LINUX, UNIX, OS X, WINDOWS 또는 VxWorks, 안드로이드 등과 같은 내장 운영체제일 수 있고, 일반적인 시스템 태스크(task)(예를 들어, 메모리 관리, 저장 장치 제어, 전력 관리 등)를 제어 및 관리하는 다양한 소프트웨어 구성요소 및/또는 장치를 포함하고, 다양한 하드웨어와 소프트웨어 구성요소 사이의 통신을 촉진시킨다.
그래픽 모듈(212)은 디스플레이 장치(241) 상에 그래픽을 제공하고 표시하기 위한 주지의 여러 소프트웨어 구성요소를 포함한다. "그래픽(graphics)"이란 용어는 텍스트, 웹 페이지, 아이콘(예컨대, 소프트 키를 포함하는 사용자 인터페이스 대상), 디지털 이미지, 비디오, 애니메이션 등을 제한 없이 포함하여, 사용자에게 표시될 수 있는 모든 대상을 포함한다.
도 2에 도시되지 않았지만, 이동 단말(120)은, 자이로 센서, 가속도 센서, 지자기 센서 등의 다양한 센서를 내장한다.
위치 결정 모듈(213)은, 음향 송출 장치(110)에서 송출되는 음향 신호가 두 개의 마이크(271, 272)에 수신되는 시간 차, 두 개의 마이크(271, 272)의 이동 단말(120)에서의 위치, 그리고 상기 음향 신호에 포함된 음향 송출 장치(110)의 위치 좌표를 이용하여 이동 단말(120)의 위치를 결정한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 단말(120)의 두 개의 마이크(m1, m2)(271, 272)로 어느 한 음향 송출 장치(110)의 음향 신호가 수신되는 거리차를 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 어느 한 음향 송출 장치(110)에서 송출된 음향 신호가 이동 단말(120)의 서로 다른 두 개의 마이크(271, 272)에 도달하는 과정에서 시간차가 발생한다. 즉, 두 개의 마이크(271, 272) 중 음향 송출 장치(110)에 상대적으로 더 가까운 마이크로 음향 신호가 빨리 도착하고 상대적으로 먼 마이크로는 음향 신호가 지연되어 도착한다. 이와 같이 서로 다른 두 개의 마이크(271, 272)에 음향 신호가 도착하는 시간차(Δt)를 이용하면, 위치 결정 모듈(213)은 음향 신호가 각 마이크(271, 272)에 도달하는 전송 거리차(Δd)를 확인할 수 있다.
도 4는 도 3의 이동 단말(120)이 고정되어 있을 때 도 3의 음향 송출 장치(110)의 위치 분포를 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 이동 단말(120)이 고정되어 있다고 가정하고 서로 다른 두 개의 마이크(271, 272)로 수신되는 음향 신호의 전송 거리차(Δd)가 주어지면, 음향 송출 장치(110)는, 두 개의 마이크(271, 272)를 잇는 선분의 중심을 원점으로 하고 두 개의 마이크(271, 272)의 위치를 초점으로 하며 주축의 길이를 상기 전송 거리차(Δd)로 하는 쌍곡선 상에 위치한다. 만약 음향 송출 장치(110)가 마이크(m1)(271)에 상대적으로 더 가까이 있다면 도 4의 쌍곡선 중 위쪽의 곡선 상에 위치하고 마이크(m2)(272)에 상대적으로 더 가까이 있다면 아래쪽 곡선 상에 위치한다.
축에 대한 특성을 배제할 때 일반적으로 쌍곡선의 방정식은 다음 수학식1과 같이 표현한다.
(수학식1)
Figure pat00001
상기 수학식1을 도 4에 적용하면, 두 개의 마이크(271, 272)를 잇는 직선이 x 축이 되고 두 개의 마이크(271, 272)를 잇는 선분의 중심이 원점이 된다. 그리고 두 개의 마이크(271, 272)의 위치(k, -k)는 초점이고 주축의 길이(2a)는 상기 전송 거리차(Δd)가 된다. 상기 수학식1의 쌍곡선의 방정식에서 k2=a2+b2이다. k는 위와 같이 마이크(271, 272)의 위치(k, -k)로부터 알 수 있고 a는 주축의 길이(2a=Δd)의 1/2이므로 b를 확인할 수 있다. 즉 k는 이동 단말(120)의 고유의 특성, 즉 마이크(271, 272)의 위치에 따라 결정되는 고유 고정값이고, a는 음향 신호의 전송 거리차로부터 알 수 있으며, b는 이러한 고유 고정값 및 전송 거리차로부터 유도될 수 있다. 상기 수학식1을 전개하면 다음 수학식2와 같이 표현할 수 있다.
(수학식2)
Figure pat00002
이상의 수학식1 및 수학식2는 이동 단말(120)이 고정되어 있고 두 개의 마이크(271, 272)의 중심이 원점일 때를 가정하고 쌍곡선 상에 음향 송출 장치(110)가 존재하는 것을 설명한다. 그런데 본 실시예에서 음향 송출 장치(110)는 고정된 위치에 존재하고 이동 단말(120)이 움직이고 그 위치를 알 수 없는 상태이며 음향 송출 장치(110)의 고정된 위치를 기준으로 한 이동 단말(120)의 위치를 확인하는 것이다. 따라서 자신의 위치 좌표를 갖는 음향 송출 장치(110)는 고정되어 있고, 이동 단말(120)이 임의의 위치에 존재하는 경우, 상기 수학식2는 다음의 수학식3과 같이 변경된다. 즉 음향 송출 장치(110)의 위치 좌표가 정의되는 좌표계의 원점에 이동 단말(120)의 두 개의 마이크(271, 272)의 중심이 위치하고 두 개의 마이크(271, 272)를 잇는 직선이 x 축이었다가 이동 단말(120)이 θ만큼 시계 방향으로 회전 이동을 하고(제 1 마이크(m1)(271)을 기준으로 할 때 제 2 마이크(m2)(272)가 θ만큼 시계 방향으로 회전 이동), (p, q)만큼 평행 이동을 한다면, 다음의 수학식3과 같이 정의된다.
(수학식3)
Figure pat00003
위치 결정 모듈(213)은, 이동 단말(120)의 자이로 센서나 가속도 센서, 지자기 센서 등을 이용하여 이동 단말(120)의 회전 각도 θ를 산출할 수 있다. 또한 위치 결정 모듈(213)은 세 개의 음향 송출 장치(110) 각각으로부터 수신된 위치 좌표를 포함하는 음향 신호에 따라 각 음향 송출 장치(110)마다 a, b, (xi, yi)를 구할 수 있다. 여기서 (xi, yi)는 음향 송출 장치(110)의 위치 좌표이다. 위치 결정 모듈(213)은 이와 같이 회전 각도 θ, 세 개의 음향 송출 장치(110)에 대해 구해지는 a, b, (xi, yi)를 상기 수학식3에 대입하면, (p, q)에 관한 세 개의 쌍곡선을 그릴 수 있고, 이 세 개의 쌍곡선의 교점을 이동 단말(120)의 위치로 결정한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 세 개의 음향 송출 장치(110)를 이용하여 이동 단말(120)의 위치를 결정하는 과정을 나타낸 도면이다. 도 5를 참조한 본 실시예에서, 세 개의 음향 송출 장치(110)는 각각 (5, 5), (-5, 5), (-5, -5)에 고정 설치되어 있고, 이동 단말(120)의 위치는 (4.6300, 4.7366)이며, x 좌표축에 대해 60도 회전되어 있을 때이다. 도 5의 (a)는 (5, 5)에 위치하는 제 1 음향 송출 장치(110)로부터 수신되는 음향 신호를 이용하여 상기 수학식3으로 구한 이동 단말(120)의 위치 (q, p)에 관한 쌍곡선이다. 즉 이동 단말(120)이 위치할 것으로 기대되는 위치 분포를 나타내고, 쌍곡선이다. 도 5의 (b)는 (-5, 5)에 위치하는 제 2 음향 송출 장치(110)로부터 수신되는 음향 신호를 이용하여 상기 수학식3으로 구한 이동 단말(120)의 위치 (q, p)에 관한 쌍곡선을 더 추가한 것이다. 도 5의 (c)는 (-5, -5)에 위치하는 제 3 음향 송출 장치(110)로부터 수신되는 음향 신호를 이용하여 상기 수학식3으로 구한 이동 단말(120)의 위치 (q, p)에 관한 곡선을 더 추가한 것이다. 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 세 개의 쌍곡선이 만나는 교점이 나타나고 이 교점의 좌표는 이동 단말(120)이 위치하는 (4.6300, 4.7366)에 근접한 값이다.
쌍곡선은 두 개의 곡선으로 이루어진다. 따라서 위치 결정 모듈(213)은 각각의 음향 송출 장치(110)를 이용하여 구해지는 이동 단말(120)의 위치에 관한 쌍곡선에서 하나의 곡선만을 선택하여 이용할 수 있다. 위치 결정 모듈(213)은, 두 개의 마이크(271, 272) 중 어느 마이크에 음향 신호가 먼저 수신되었는지를 기준으로 각 쌍곡선에서 하나의 곡선을 선택하여 이용한다. 예를 들어, 도 5의 (a)에는 두 개의 곡선(510, 520)이 존재하는데 이 중 하나만(520)을 선택하여 이용할 수 있다. 음향 신호가 먼저 수신된 마이크에 가까운 곡선을 선택할 수 있다.
한편, 쌍곡선의 교점을 이용하여 이동 단말(120)의 위치를 추정하는 경우, 연산량의 증가에 따른 전력 소모 또는 추가 지연 시간이 발생할 수 있다. 따라서 상술한 바와 같이 획득되는 쌍곡선으로부터 점근선을 유도할 수 있고 이는 아래의 수학식4와 같다. 수학식1의 쌍곡선의 점근선은
Figure pat00004
이고, 여기에 평행 이동과 회전 이동을 반영하면 다음 수학식4와 같다. 즉 아래 수학식4는 상기 수학식3의 점근선이다.
(수학식4)
Figure pat00005
위치 결정 모듈(213)은 세 개의 음향 송출 장치(110) 각각에 대해 얻어지는 이동 단말(120)의 위치에 관한 각 쌍곡선으로부터 점근선을 연산하고 이 세 개의 점근선의 교점을 이동 단말(120)의 위치로 결정한다. 쌍곡선의 초점 사이의 거리, 즉 두 개의 마이크(271, 272) 사이의 거리에 비해, 음향 송출 장치(110)와 이동 단말(120) 사이의 거리가 더 커질수록 점근선과 쌍곡선의 특성이 매우 유사하게 나타난다. 따라서 세 개의 쌍곡선의 교점과 세 개의 점근선의 교점은 거의 유사하다. 위치 결정 모듈(213)은, 음향 신호가 먼저 수신된 마이크를 기준으로 각 점근선마다 쌍곡선의 중심을 기준으로 나누어지는 두 반직선 중 하나를 선택하여 교점을 획득함으로써 연산량을 줄일 수 있다. 두 반직선 중 음향 신호가 먼저 수신된 마이크에 가까운 반직선이 선택될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 점근선을 이용하여 결정한 이동 단말(120)의 위치를 나타낸 도면이다. 도 6은 도 5의 세 개의 쌍곡선의 점근선 그리고 이 세 개의 점근선의 교점을 나타낸다. 도 6의 점근선의 교점과 도 5의 쌍곡선의 교점, 즉 이동 단말(120)의 위치는 매우 유사함을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 단말(120)에서 위치를 결정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 두 개의 서로 다른 마이크(271, 272)를 내장하고 있는 이동 단말(120)은, 서로 다른 고정된 위치에 설치된 세 개 이상의 음향 송출 장치(110)로부터 위치 좌표를 포함하는 음향 신호를 수신한다(S701). 이때, 이동 단말(120)은 이동 중에는 세 개 이상의 음향 송출 장치(110)로부터 동일한 시간에 음향 신호를 수신하여 이용하고, 정지 중에는 시간차를 두고 세 개 이상의 음향 송출 장치(110)로부터 음향 신호를 수신하여 이용할 수 있다.
이동 단말(120)은, 상기 두 개의 마이크(271, 272)의 위치와, 상기 두 개의 마이크(271, 272)에 수신되는 동일한 음향 송출 장치의 음향 신호의 수신 시간 차에 대응하는 거리와, 상기 음향 신호에 포함된 위치 좌표를 이용하여, 상기 이동 단말(120)의 위치에 관한 쌍곡선을 각 음향 송출 장치(110)에 대해 산출한다(S702).
이동 단말(120)은, 단계 S702에서 산출된 복수의 쌍곡선들의 교점을 자신의 위치로 결정한다(S703). 다른 실시예로서, 이동 단말(120)은, 각각의 음향 송출 장치(110)를 이용하여 구해지는 이동 단말(120)의 위치에 관한 쌍곡선에서 하나의 곡선만을 선택하여 이용할 수 있다. 이동 단말(120)은, 두 개의 마이크(271, 272) 중 어느 마이크에 음향 신호가 먼저 수신되었는지를 기준으로 각 쌍곡선에서 하나의 곡선을 선택하여 이용한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동 단말(120)에서 위치를 결정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 두 개의 서로 다른 마이크(271, 272)를 내장하고 있는 이동 단말(120)은, 서로 다른 고정된 위치에 설치된 세 개 이상의 음향 송출 장치(110)로부터 위치 좌표를 포함하는 음향 신호를 수신한다(S801). 이때, 이동 단말(120)은 이동 중에는 세 개 이상의 음향 송출 장치(110)로부터 동일한 시간에 음향 신호를 수신하여 이용하고, 정지 중에는 시간차를 두고 세 개 이상의 음향 송출 장치(110)로부터 음향 신호를 수신하여 이용할 수 있다.
이동 단말(120)은, 상기 두 개의 마이크(271, 272)의 위치와, 상기 두 개의 마이크(271, 272)에 수신되는 동일한 음향 송출 장치의 음향 신호의 수신 시간 차에 대응하는 거리와, 상기 음향 신호에 포함된 위치 좌표를 이용하여, 상기 이동 단말(120)의 위치에 관한 쌍곡선의 점근선을 산출한다(S802).
이동 단말(120)은, 단계 S802에서 산출된 복수의 점근선들의 교점을 자신의 위치로 결정한다(S803). 다른 실시예로서, 이동 단말(120)은, 각각의 음향 송출 장치(110)를 이용하여 구해지는 이동 단말(120)의 위치에 관한 점근선마다 쌍곡선의 중심을 기준으로 나누어지는 두 반직선 중 하나를 선택하여 교점을 획득함으로써 연산량을 줄일 수 있다.
본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.
도면에서 동작들이 특정한 순서로 설명되었으나, 그러한 동작들이 도시된 바와 같은 특정한 순서로 수행되는 것으로, 또는 일련의 연속된 순서, 또는 원하는 결과를 얻기 위해 모든 설명된 동작이 수행되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정 환경에서 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 아울러, 상술한 실시예에서 다양한 시스템 구성요소의 구분은 모든 실시예에서 그러한 구분을 요구하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 상술한 프로그램 구성요소 및 시스템은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품 또는 멀티플 소프트웨어 제품에 패키지로 구현될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(시디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
110 : 음향 송출 장치
120 : 이동 단말
113 : 위치 측정

Claims (8)

  1. 서로 다른 위치에 고정된 세 개 이상의 음향 송출 장치를 이용하여 자신의 위치를 측정하는 이동 단말에 있어서,
    서로 다른 위치에 설치되어 상기 세 개 이상의 음향 송출 장치로부터 위치 좌표를 포함하는 음향 신호를 수신하는 두 개의 마이크; 및
    상기 두 개의 마이크의 위치와, 상기 두 개의 마이크에 수신되는 동일한 음향 송출 장치의 음향 신호의 수신 시간 차에 대응하는 거리와, 상기 위치 좌표를 이용하여, 상기 이동 단말의 위치에 관한 쌍곡선을 각 음향 송출 장치에 대해 산출하고, 산출된 쌍곡선들의 교점을 상기 이동 단말의 위치로 결정하는 위치 결정 모듈을 포함하는 이동 단말.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치 결정 모듈은,
    상기 두 개의 마이크 중 음향 신호가 먼저 수신된 마이크를 기준으로 각 쌍곡선마다 하나의 곡선을 선택하여 교점을 획득하는 것을 특징으로 하는 이동 단말.
  3. 서로 다른 위치에 고정된 세 개 이상의 음향 송출 장치를 이용하여 자신의 위치를 측정하는 이동 단말에 있어서,
    서로 다른 위치에 설치되어 상기 세 개 이상의 음향 송출 장치로부터 위치 좌표를 포함하는 음향 신호를 수신하는 두 개의 마이크; 및
    상기 두 개의 마이크의 위치와, 상기 두 개의 마이크에 수신되는 동일한 음향 송출 장치의 음향 신호의 수신 시간 차에 대응하는 거리와, 상기 위치 좌표를 이용하여, 상기 이동 단말의 위치에 관한 쌍곡선을 각 음향 송출 장치에 대해 산출하고, 산출된 각 쌍곡선의 점근선의 교점을 상기 이동 단말의 위치로 결정하는 위치 결정 모듈을 포함하는 이동 단말.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 위치 결정 모듈은,
    음향 신호가 먼저 수신된 마이크를 기준으로 각 점근선마다 반직선을 선택하여 교점을 획득하는 것을 특징으로 하는 이동 단말.
  5. 두 개의 마이크를 포함하는 이동 단말에서 자신의 위치를 측정하는 방법에 있어서,
    상기 두 개의 마이크를 통해 서로 다른 위치에 고정된 세 개 이상의 음향 송출 장치로부터 위치 좌표를 포함하는 음향 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 두 개의 마이크의 위치와, 상기 두 개의 마이크에 수신되는 동일한 음향 송출 장치의 음향 신호의 수신 시간 차에 대응하는 거리와, 상기 위치 좌표를 이용하여, 상기 이동 단말의 위치에 관한 쌍곡선을 각 음향 송출 장치에 대해 산출하고, 산출된 쌍곡선들의 교점을 상기 이동 단말의 위치로 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 두 개의 마이크 중 음향 신호가 먼저 수신된 마이크를 기준으로 각 쌍곡선마다 하나의 곡선을 선택하여 교점을 획득하는 방법.
  7. 두 개의 마이크를 포함하는 이동 단말에서 자신의 위치를 측정하는 방법에 있어서,
    상기 두 개의 마이크를 통해 서로 다른 위치에 고정된 세 개 이상의 음향 송출 장치로부터 위치 좌표를 포함하는 음향 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 두 개의 마이크의 위치와, 상기 두 개의 마이크에 수신되는 동일한 음향 송출 장치의 음향 신호의 수신 시간 차에 대응하는 거리와, 상기 위치 좌표를 이용하여, 상기 이동 단말의 위치에 관한 쌍곡선을 각 음향 송출 장치에 대해 산출하고, 산출된 각 쌍곡선의 점근선의 교점을 상기 이동 단말의 위치로 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    음향 신호가 먼저 수신된 마이크를 기준으로 각 점근선마다 반직선을 선택하여 교점을 획득하는 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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