KR100954169B1

KR100954169B1 - Ｔｄｏａ 기반 측위 시스템, 이를 이용한 태그 측위 방법

Info

Publication number: KR100954169B1
Application number: KR1020080017911A
Authority: KR
Inventors: 백윤주; 최훈; 지동환
Original assignee: 부산대학교 산학협력단
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2010-04-20
Anticipated expiration: 2028-02-27
Also published as: KR20090092586A

Abstract

TDOA 기반 측위 시스템, 이를 이용한 태그 측위 방법을 제공한다. 태그 위치 측위 방법은 태그가 소정 간격으로 무선 신호를 다수의 리더로 전송하는 (a) 단계와, 리더가 태그로부터 수신된 무선 신호의 도착 시각에 대한 정보를 측위 엔진으로 전송하는 (b) 단계와, 측위 엔진이 도착 시각에 대한 정보를 이용하여 도착 시각 차(TDOA; Time Difference Of Arrival)를 계산하여 태그의 위치를 추정하는 (c) 단계와, 측위 엔진이 추정된 태그의 위치를 이용하여 리더의 높이 요소를 제거한 리더와 태그 사이의 거리를 산출하는 (d) 단계와, 측위 엔진이 산출된 리더의 태그 사이의 거리를 이용하여 도착 시각 차를 계산하는 (e) 단계 및 측위 엔진이 도착 시각 차를 이용하여 태그의 위치를 재 계산하는 (f) 단계를 포함한다.

컨테이너 터미널, TDOA(Time Difference Of Arrival), 위치추적엔진

Description

ＴＤＯＡ 기반 측위 시스템, 이를 이용한 태그 측위 방법{TDOA based localization system, localization method in port logistics environment}

　본 발명은 TDOA 기반 측위 시스템, 이를 이용한 태그 측위 방법에 관한 것으로, 무선 신호를 방사하는 태그가 부착된 단말기의 위치를 추정하고, 특정 환경에 맞게 추정된 오차를 보정하여 더 정확한 태그의 위치를 측정하는 TDOA 기반 측위 시스템, 이를 이용한 태그 측위 방법에 관한 것이다.

측위 시스템은 측위를 위한 태그가 부착된 기기 등의 위치를 측정하기 위한 것으로, 태그가 무선 라디오 주파수를 이용하여 무선 신호를 방사하면 주변에 위치하는 리더가 그 정보를 수집한다. 그리고, 측위 엔진(RTLS 엔진)은 리더로부터 해당 정보를 수신하여, 태그의 신호 세기 정보나 신호 도착 시간 혹은 도착 시간의 차 등을 이용하여 태그의 위치를 추정한다.

이러한 태그의 위치를 추적하는 측위 시스템은, 실버 타운, 놀이 공원, 항만 물류 환경 등 광범위한 영역에서 사용 가능하다. 특히, 항만 물류 환경에서 다수 개체의 위치를 실시간으로 파악하는 일은 항만 물류의 자동화, 신속화, 관리의 능률 향상 등에 크게 기여 할 수 있다.

위치 추적의 방법에는 여러 가지가 있으나 태그의 비용이나 에너지 문제, 그리고 환경에 따른 문제 등의 이유로 도착 시각 차이, 즉 TDOA(Time Difference Of Arrival) 기반의 위치 추적 시스템이 가장 적합하다고 할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, RTLS(Real Time Locating System) 태그의 신호를 수신한 (RTLS) 리더들(리더 2, 리더 3)이 태그의 신호를 수신한 시각을 기록하여 서버의 RTLS 엔진(미도시)으로 전송하면, RTLS 엔진(이하, 측위 엔진이라고도 함)은 그 도착 시각 차(d1-d3, d1-d2)를 통해 태그의 위치를 추적할 수 있다. 무선 신호의 속도는 일정하기 때문에 리더들이 시각 동기가 되어 있다면 도착 시각 차를 계산할 수 있고, 이에 따라 태그의 위치는 쌍곡선 위에 존재하게 된다. 이는 쌍곡선에서 말하는 두 정점에서의 거리 차로 변환할 수 있고, 이를 이용해서 여러 리더 쌍에서의 곡선을 구할 수 있다. 무선 주파수(신호)의 도착 시각 차이를 이용한 위치 추적 방법은 이런 곡선을 2개 이상 구해 그 교점을 태그의 위치로 추정한다.

TDOA 기반의 위치 추적 시스템에서 시각 정보는 매우 중요하다. 무선 신호의 속도는 빛의 신호와 같기 때문에 약간의 시각 측정 오차는 큰 위치 오차를 동반할 수 있다. 특히, 항만 물류 환경에서는 컨테이너 등 철제 장애물 들이 많이 때문에 흔히 사용하는 무선 라디오 주파수의 특성상 무선 신호의 감쇄나 반사, 산란 등의 문제가 발생할 수 있고 이는 시각을 측정하지 못하거나 그 오차가 매우 커질 수 있다.

따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, LOS(Line of Sight)가 일부 보장하기 위해 RTLS 리더(20)를 조명탑 등의 비교적 높은 곳에 위치 시키는데, 이러한 리더와 태그의 높이 차로 인한 위치 오차 역시 발생 가능성이 높다. 이러한 이유로 기존의 위치 추적 시스템을 그대로 항만 물류 환경에 적용하는 것은 매우 어려운 일이다.

따라서, 정확한 시각 측정과, 리더와 태그 간 높이에 따른 문제 등을 해결하고, 좀 더 정확한 위치를 찾아내는 항만 물류 환경에 적합한 측위 엔진이 요구되고 있다.

본 발명은 TDOA 기반 측위 시스템, 이를 이용한 태그 측위 방법을 제공하여, 무선 신호를 방사하는 태그가 부착된 단말기의 위치를 추정하고, 특정 환경에 맞게 추정된 오차를 보정하여 더 정확한 태그의 위치 정보를 획득하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 TDOA 기반의 위치 추적에 따른 정확도 증대, 태그와 리더 간 설치 높이 차에 대한 오차를 극복하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 동일 신호 반복 전송 방법(subblink 방법), 2.5D 위치 보정 방법, 물류 환경의 맵을 기반으로 하는 맵 기반 위치 제한 방법 등을 이용하여 종래의 측위 성능을 개선하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 태그 위치 측위 방법은 태그가 소정 간격으로 무선 신호를 다수의 리더로 전송하는 (a) 단계와, 리더가 태그로부터 수신된 무선 신호의 도착 시각에 대한 정보를 측위 엔진으로 전송하 는 (b) 단계와, 측위 엔진이 도착 시각에 대한 정보를 이용하여 도착 시각 차(TDOA; Time Difference Of Arrival)를 계산하여 태그의 위치를 추정하는 (c) 단계와, 측위 엔진이 추정된 태그의 위치를 이용하여 리더의 높이 요소를 제거한 리더와 태그 사이의 거리를 산출하는 (d) 단계와, 측위 엔진이 산출된 리더의 태그 사이의 거리를 이용하여 도착 시각 차를 계산하는 (e) 단계 및 측위 엔진이 도착 시각 차를 이용하여 태그의 위치를 재 계산하는 (f) 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 TDOA 기반 측위 시스템은 소정 간격으로 무선 신호를 다수의 리더로 전송하는 태그와, 태그로부터 수신된 무선 신호의 도착 시각에 대한 정보를 측위 엔진으로 전송하는 리더 및 도착 시각에 대한 정보를 이용하여 도착 시각 차(TDOA; Time Difference Of Arrival)를 계산하여 태그의 위치를 추정하고, 추정된 태그의 위치를 이용하여 리더의 높이 요소를 제거한 리더와 태그 사이의 거리를 산출하고, 산출된 값을 이용하여 계산된 도착 시각 차를 통해 태그의 위치를 재 계산함으로써, 태그의 위치를 측정하는 측위 엔진을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 측위 엔진은 태그로부터 소정 간격으로 무선 신호를 수신한 리더가 전송한 무선 신호의 도착 시각에 대한 정보를 수신하는 송수신 모듈과, 도착 시각에 대한 정보를 이용하여 도착 시각 차(TDOA; Time Difference Of Arrival)를 계산하여 태그의 위치를 추정하고, 추정된 태그의 위치를 이용하여 리더의 높이 요소를 제거한 리더와 태그 사이의 거리를 산출하고, 산출된 값을 이용하여 계산된 도착 시각 차를 통해 태그의 위치를 재 계산함으로써 태그의 위치를 측정하는 산술 모듈 및 태그가 존재할 수 없는 위치에 존재하는 것으로 태그의 위 치가 추정된 경우, 산술 모듈을 통해 태그의 추정된 위치를 기준으로 소정 방향으로 반경을 늘려가면서 태그의 실제 존재하는 위치를 측정하도록 제어하는 제어 모듈을 포함한다.

본 발명의 TDOA 기반 측위 시스템, 이를 이용한 태그 측위 방법에 따르면 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 동일 신호 반복 전송 방법을 통해 종래의 태그 위치 추정의 오차를 줄일 수 있는 장점이 있다.

둘째, 2.5D 위치 보정 방법으로 항만 물류 환경에 설치된 태그와 리더 간의 높이 차에 따른 오차를 줄일 수 있는 장점도 있다.

셋째, 바다 등의 태그가 존재할 수 없는 지역을 지정하는 맵 기반 위치 제한 방법으로 종래의 태그 위치의 오차 범위를 줄일 수 있는 장점도 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

무선 주파수(신호)의 도착 시각 차이를 이용한 위치 추적 시스템의 경우, 리더들 간의 상대적인 신호 도착시간을 기반으로 태그의 위치를 측위하는 시스템이다. 이하, 본 발명에 실시예에 따른 컨테이너 터미널 환경에 적합한 TDOA 기반 측위 시스템에 관하여 구체적으로 후술하기로 한다.

먼저, 도 3을 통해 태그가 존재할 수 없는 지역을 지정하는 맵 기반 위치 제한 방법으로 종래의 태그 위치의 오차 범위를 줄이기 위한 방안에 대해서 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 맵 기반의 위치 제한 방법에 따른 태그가 존재하는 위치 추정에 대해 도시한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 서버의 측위 엔진은 태그(RTLS 송신기)의 측정된 위치가 바다, 건물 위 등의 실제 태그가 존재할 수 없는 위치라고 판단이 되면, 측정 위치로부터 가까운 순서대로 시계방향으로 태그의 존재할 수 있는 위치를 탐색한다. 즉, 태그가 존재할 수 없는 영역(위치)(30) 밖의 존재할 수 있는 위치의 태그의 최종 위치를 찾게 된다. 이를 통해, 바다 등의 태그가 존재할 수 없는 지역을 지정하는 맵 기반 위치 제한 방법으로 종래의 태그 위치의 오차 범위를 줄일 수 있게 된다. 이에 대해서는 후술될 도 8과 관련하여 참조하길 바란다.

또한, 이하 도 4에서는, 종래의 태그 위치 추정의 오차를 줄이기 위한 동일 신호 반복 전송 방법에 대해서 설명하기로 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 동일 신호 반복 전송 방법에 있어서, 태그는 긴 시간 간격으로 전송하는 서로 다른 신호(42)에 대해 긴 시간 간격으로 전송하는 신 호를 구성하는 짧은 간격의 동일한 신호(44)를 일정 시간 동안 빠르게 반복하여 리더로 방사한다. 이를 통해, 시각 기록 정보(태그로부터 메시지가 수신된 시각)의 오차가 줄어들 수 있다. 그리고, 리더는 태그의 신호를 수신한 시각을 기록한 정보를 측위 엔진(서버)으로 전송한다. 다음으로, 측위 엔진은 리더에게 받은 시각 기록 정보에 대한 도착 시각 차(TDOA)의 중간 값(medium value) 및 (가중) 평균값을 계산한다. 이를 통해, 종래 1회의 신호 측정보다 태그의 위치 추정에 있어서 오차가 줄어든 측정이 가능하게 된다. 참고로, 상기 중간 값은 다수의 자료(정보) 중 중간에 있는 값을 취하는 방법을 의미한다(예를 들어, 1, 2, 7, 4, 6의 값에서 4가 선택된다). 이하, 도 5를 통해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 TDOA값들 중에서 중간 값을 취하고 그 값을 기준으로 일정한 범위 안의 TDOA값을 평균을 내는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

각각의 리더는 태그의 서브 블링크(subblink) 값을 시각 소인(time stamp)해서 서버내에 구성된 측위 엔진으로 전송한다. 측위 엔진은 각 리더가 전송한 태그의 시각 소인을 매칭하고, 각 리더들이 태그로부터 수신한 무선 신호의 도착 시각 차(즉, 시각 소인 차)를 계산한다.

여기서, 계산된 도착 시각 차(TDOA) 값은 도 5와 같이 일정하지 않으므로, 중간값이 정해지고, 미리 정하여진 최대 및 최소 범위(52) 밖에 있는 값은 노이즈로 인식되어 절삭되고, 최대, 최소 범위 내의 일정 구역에 한하여 해당 값들의 평균값이 계산된다.

다음으로, 항만 물류 환경에 설치된 태그와 리더 간의 높이 차에 따른 오차를 줄이기 위한, 2.5D 위치 보정 방법에 대해서 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리더와 태그 간 높이 차를 제거하는 개념도이며, 도 7은 리더와 태그의 높이차가 클 경우, 리더의 높이 정보를 이용하지 않고, 2차원 상의 태그의 위치를 구하는 TDOA 기반의 측위 방법 사용 시 생기는 오류를 제거하기 위한 과정을 나타내는 개념도이다. 도 6에 있어서, 리더와 태그 간 높이 차를 제거하기 위해 2.5D 위치 보정 방법이 이용될 수 있다. 여기서, 2.5D는 2D, 3D의 중간적 의미로, 평면(2D)으로, 태그의 위치를 구하고, 여기에 높이 값을 추가하여 최종적으로는 3D의 값을 얻을 수 있다.

즉, 태그의 위치를 추정한 후, 추정된 태그의 위치에서 이미 알려진 리더 위치까지의 거리를 구하고 이미 알려진 리더의 설치 높이를 이용하여 실제 리더 높이 성분을 제거한 태그와 리더 사이의 거리를 구할 수 있다. 해당 내용에 대한 설명을 도 6과 도 7을 통해 함께 구체적으로 후술 하기로 한다.

도 6은, 예를 들어 리더 1과 태그 간의 관계를 통해 도착 시각 차(TDOA)를 계산하기 위한 도면으로, 동일한 원리를 이용하여 리더 2와 태그 간의 TDOA를 산출할 수 있다. 여기서, 리더 1과 태그 사이의 거리는 D1, 리더 2와 태그 사이의 거리는 D2, 리더 1의 높이는 H1, 리더 2의 높이는 H2로 나타낸다.

먼저, 측위 엔진이 태그 위치를 계산한다(S701). 태그의 위치는 TDOA, 즉 리더 간의 도착 시각차를 리더 간 태그와의 거리 차를 이용하여, 그 값에 대한 쌍곡선으로 태그의 위치가 계산될 수 있다. 이에 대해서는 상기 도 1의 내용을 참조하 기 바란다.

다음으로, 측위 엔진이 리더의 높이 요소를 제거한 리더와 태그 간 거리를 계산한다(S711). 즉, 도 6에서, 리더 1의 높이 요소를 제거한 리더 1과 태그 간 거리인,

가 산출된다. 동일한 원리를 이용하면, 리더 2(미도시)에서 높이 성분을 제거한 리더 2와 태그 사이의 거리는

로 나타낼 수 있다.

다음으로, 리더 높이 요소를 제거한 리더와 태그 사이 거리로 TDOA가 계산된다(S721). 즉, 상술된 도 1에서, 기존 TDOA의 경우 D1-D2의 값을 나타내지만, 본 발명의 실시예를 통해 보정된 TDOA는

로 나타낼 수 있다.

다음으로, 측위 엔진이 태그 위치의 재 계산을 수행한다(S731). 계산시 태그의 위치는 어느 하나의 리더를 기준으로 이루어 질 수 있다. 그리고, 태그의 정확한 위치 추정을 위해서는 그 기준 리더가 태그와 가장 가까이 위치해 있는 것이 바람직하다. 따라서, 추정된 대강의 태그 위치를 바탕으로 그 태그와 가장 가까운 리더를 기준 리더로 선정하여, 다시 태그의 위치가 재 계산될 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 도착 시각 차는 기준이 되는 리더의 수신 시각과 그 외 리더의 수신 시각으로 계산 가능하다. 예를 들어 리더 1, 리더 2, 리더 3이 있고 기준 리더가 1인 환경이 있을 경우, 태그의 블링크를 리더 1, 리더 2, 리더 3이 각각 1초, 0.5초, 0.7초에 수신하였다면, 도착 1시각 차는 (0.5-1), (0.7-1)초가 된다.

이하, 태그 및 리더의 동작 과정을 포함한, TDOA 기반 측위 시스템을 이용한 측위 방법에 대해서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 TDOA 기반 측위 시스템을 이용한 태그의 측위 방법의 순서도이다. 또한, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 TDOA 기반 측위 시스템을 도시한다. 이하, 도 8과 도 9를 통해 본 발명의 실시예에 따른 측위 방법에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

먼저, 태그(10)(Tag)(또는 태그가 부착된 기기)가 상기 도 4의 동일 신호 반복 전송 방법으로, 짧은 간격으로 소정 (무선) 신호를 리더(20a, 20b, 20c)로 전송한다(S801). 신호에는 태그(10)의 ID(고유번호)가 포함되어 있다. 또한, 신호에는 서브 블링크(subblink)의 순차 번호(sequence number) 및 블링크(blink)의 순차 번호가 포함될 수 있다. 이는 각 서브 블링크 또는 블링크의 순서를 알기 위함이다.

다음으로, 리더가 상기 짧은 간격의 신호의 도착 시각(즉, 태그로부터의 메시지 수신 시각)을 기록하여 측위 엔진(50)으로 전송한다(S811). 여기서, 리더는 마스터 리더(20a)일 수 있으며, 다른 리더(슬레이브 리더(20b, 20c))로부터, 짧은 간격의 신호의 도착 시각을 수집하여 측위 엔진(50)으로 전송할 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 각 리더(20a, 20b, 20c)가 해당 정보를 측위 엔진(50)으로 전송할 수 있음은 물론이다.

다음으로, 측위 엔진(50)이 전송받은 정보에서 도착 시각을 이용하여 각각의 TDOA를 계산한다(S821).

그리고, 측위 엔진(50)이 계산된 TDOA들 중 중간 값을 계산한다(S831).

또한, 측위 엔진(50)이 중간 값에서 일정한 범위 내의 TDOA로 평균을 내어 TDOA를 계산한다(S841).

다음으로, 측위 엔진(50)이 평균으로 구해진 TDOA를 이용하여 태그(10) 위치를 계산한다(S851).

다음으로, 측위 엔진(50)이 추정된 태그(10) 위치를 이용하여 리더의 높이 요소를 제거한 리더와 태그(10) 사이 거리를 산출한다(S861). 보다 구체적인 설명은, 상기 도 6 및 도 7을 참조하기 바란다.

다음으로, 측위 엔진(50)이 리더의 높이 요소를 제거한 리더와 태그(10) 사이 거리로 TDOA를 계산한다(S871). 즉, 리더와 태그 사이의 거리 값을 통해 시각을 계산하고, 이를 통해 도착 시각 차가 계산될 수 있다. 예를 들어 리더 1과 태그의 거리가 10m, 리더 2와 태그의 거리가 15m 라면, 그 차는 5m 이고 무선 신호 속도를 이용하여 거리 차를 다시 도착 시각 차로 나타낼 수 있다.

다음으로, 측위 엔진(50)이 상기 TDOA를 이용하여 태그(10) 위치를 재 계산한다(S881).

한편, 컨테이너 터미널 환경은 바다, 건물 위 등 논리적으로 태그(10)가 있을 수 없는 위치가 존재할 수 있다. 만약, 태그(10)의 추정 위치가 오차로 인하여 위와 같은 위치에 존재할 경우, 상기 도 3과 같이 맵 기반의 위치 제한 방법을 이용하여, 측위 엔진(50)은 시계 방향, 혹은 반시계 방향으로 상기 태그의 측정된 위치(추정 위치)를 기준으로 반경을 늘려가면서 측정 위치에서 가장 가까운 위치로 이동 시켜 추정 위치를 조정할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 측위 엔진의 블록도이다.

측위 엔진(50)은 송수신 모듈(52), 산술 모듈(54), 및 제어 모듈(56)을 포함한다. 측위 엔진(50)(즉, RTLS 엔진)은 리더로부터 소정 정보를 수신하는 서버 또는 서버 내에 구성될 수 있다.

송수신 모듈(52)은 다수의 리더의 소정 데이터를 송수신한다. 예를 들어, 송수신 모듈(52)은 리더로부터 전송된 태그의 무선 신호의 도착 시각에 대한 정보를 송수신할 수 있다.

산술 모듈(54)은 리더로부터 수신한 도착 시각에 대한 정보를 이용하여 도착 시각 차(TDOA; Time Difference Of Arrival)를 계산한다. 이를 통해 태그의 위치가 추정(측정)될 수 있다. 또한, 산술 모듈(54)은 추정된 태그의 위치를 이용하여 리더의 높이 요소를 제거한 리더와 태그 사이의 거리를 산출(계산)할 수 있다. 또한, 산술 모듈(54)은 리더의 태그 사이의 거리를 이용하여 도착 시각 차를 계산할 수 있다. 그리고, 산술 모듈(54)은 해당 도착 시각 차를 이용하여 태그의 위치를 재 계산할 수 있다. 이외에도 산술 모듈(54)은 다양한 연산 및 태그의 위치 추정을 수행할 수 있다.

제어 모듈(56)은 각 모듈간 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(56)은 태그가 존재할 수 없는 위치에 존재하는 것으로 태그의 위치가 추정된 경우, 산술 모듈(54)을 통해 태그의 추정된 위치를 기준으로 소정 방향으로 반경을 늘려가면서 태그의 실제 존재하는 위치를 측정하도록 제어한다. 또한, 제어 모듈(56)은 태그의 위치를 재 계산할 때, 태그와 가장 가까이 위치해 있는 리더를 기 준 리더로 선정하고, 산술 모듈(54)을 통해 태그의 위치를 재 계산하도록 제어한다.

도 10에서 도시된 각각의 구성요소(모듈)는 소프트웨어 또는 Field Programmable Gate Array(FPGA) 또는 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있으며, 모듈은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 모듈은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 모듈은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 구성요소들과 모듈들에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 모듈들로 더 분리될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

도 1은 TDOA 기반 측위 방법을 나타내는 개념도이다.

도 2는 컨테이너 터미널 환경에서 태그와 리더의 높이 차를 도시한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동일 신호 반복 전송 방법을 통해 태그가 리더로 짧은 간격의 동일한 신호를 반복하여 방사하는 것을 도시한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리더와 태그 간 높이 차를 제거하는 개념도이다.

도 7은 리더와 태그의 높이차가 클 경우, 리더의 높이 정보를 이용하지 않고, 2차원 상의 태그의 위치를 구하는 TDOA 기반의 측위 방법 사용 시 생기는 오류를 제거하기 위한 과정을 도시한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 TDOA 기반 측위 시스템을 이용한 태그의 측위 방법의 순서도이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 TDOA 기반 측위 시스템을 도시한다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10: 태그

20, 20a, 20b, 20c: 리더

50: 측위 엔진

52: 송수신 모듈

54: 산술 모듈

56: 제어 모듈

Claims

태그가 긴 시간 간격으로 전송하는 신호를 구성하는 짧은 간격으로 무선 신호를 다수의 리더로 전송하는 (a) 단계;

상기 리더가 상기 태그로부터 수신된 무선 신호의 도착 시각에 대한 정보를 측위 엔진으로 전송하는 (b) 단계;

상기 측위 엔진이 상기 (b) 단계에서 전송된 상기 도착 시각에 대한 정보를 기반으로 리더 간의 도착 시각차를 리더 간 태그와의 거리차를 이용하여 그 값에 대한 쌍곡선으로 도착 시각 차(TDOA; Time Difference Of Arrival)를 계산하여 상기 태그의 위치를 추정하는 (c) 단계;

상기 측위 엔진이 추정된 상기 태그의 위치를 이용하여 상기 리더의 높이 요소를 제거한 상기 리더와 상기 태그 사이의 거리를 산출하는 (d) 단계;

상기 측위 엔진이 산출된 상기 리더의 상기 태그 사이의 거리를 이용하여 도착 시각 차를 계산하는 (e) 단계; 및

상기 측위 엔진이 기반으로 상기 (e) 단계에서 계산된 도착 시각차를 리더 간 태그와의 거리차를 이용하여 그 값에 대한 쌍곡선으로 계산된 도착 시각 차를 이용하여 상기 태그의 위치를 재 계산하는 (f) 단계를 포함하는, 태그 위치 측위 방법.
제 1항에 있어서,

상기 (f) 단계는,

상기 측위 엔진이 상기 태그가 존재할 수 없는 위치에 존재하는 것으로 상기 태그의 위치를 추정한 경우, 상기 태그의 추정된 위치를 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 반경을 늘려가면서 상기 태그의 실제 존재하는 위치를 측정하는 단계를 더 포함하는, 태그 위치 측위 방법.
제 1항에 있어서,

상기 리더의 높이 요소를 제거한 상기 리더와 상기 태그 사이의 거리는
의 수식1로 정의되고, 상기 수식1에 있어서, D1은 어느 하나의 리더와 상기 태그 사이의 거리, H1은 상기 하나의 리더의 설치 높이를 나타내는, 태그 위치 측위 방법.
제 3항에 있어서,

상기 하나의 리더와 다른 리더 그리고 상기 태그에 있어서, 보정된 도착 시각 차는
의 수식 2로 정의되고, 상기 수식 2에 있어서, D2는 상기 다른 리더와 상기 태그 사이의 거리, H2는 상기 다른 리더의 설치 높이를 나타내는, 태그 위치 측위 방법.
제 1항에 있어서,

상기 (f) 단계는,

상기 태그와 가장 가까이 위치해 있는 리더를 기준 리더로 선정하는 단계를 더 포함하여 상기 태그의 위치를 재 계산하는, 태그 위치 측위 방법.
긴 시간 간격으로 전송하는 신호를 구성하는 짧은 간격으로 무선 신호를 다수의 리더로 전송하는 태그;

상기 태그로부터 수신된 무선 신호의 도착 시각에 대한 정보를 측위 엔진으로 전송하는 상기 리더; 및

상기 도착 시각에 대한 정보를 기반으로 리더 간의 도착 시각차를 리더 간 태그와의 거리차를 이용하여 그 값에 대한 쌍곡선으로 도착 시각 차(TDOA; Time Difference Of Arrival)를 계산하여 상기 태그의 위치를 추정하고, 추정된 상기 태그의 위치를 이용하여 상기 리더의 높이 요소를 제거한 상기 리더와 상기 태그 사이의 거리를 산출하고, 상기 산출된 리더 간 태그와의 거리차를 이용하여 그 값에 대한 쌍곡선으로 계산된 도착 시각 차를 이용하여 상기 태그의 위치를 재 계산함으로써, 상기 태그의 위치를 측정하는 상기 측위 엔진을 포함하는, TDOA 기반 측위 시스템.
제 6항에 있어서,

상기 측위 엔진은 상기 태그가 존재할 수 없는 위치에 존재하는 것으로 상기 태그의 위치를 추정한 경우, 상기 태그의 추정된 위치를 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 반경을 늘려가면서 상기 태그의 실제 존재하는 위치를 찾는, TDOA 기반 측위 시스템.
제 7항에 있어서,

상기 측위 엔진은 상기 태그와 가장 가까이 위치해 있는 리더를 기준 리더로 선정하여 상기 태그의 위치를 재 계산하는, TDOA 기반 측위 시스템.
태그로부터 긴 시간 간격으로 전송하는 신호를 구성하는 짧은 간격으로 무선 신호를 수신한 리더가 전송한 무선 신호의 도착 시각에 대한 정보를 수신하는 송수신 모듈;

상기 도착 시각에 대한 정보를 기반으로 리더 간의 도착 시각차를 리더 간 태그와의 거리차를 이용하여 그 값에 대한 쌍곡선으로 도착 시각 차(TDOA; Time Difference Of Arrival)를 계산하여 상기 태그의 위치를 추정하고, 추정된 상기 태그의 위치를 이용하여 상기 리더의 높이 요소를 제거한 상기 리더와 상기 태그 사이의 거리를 산출하고, 상기 산출된 리더 간 태그와의 거리차를 이용하여 그 값에 대한 쌍곡선으로 계산된 도착 시각 차를 이용하여 상기 태그의 위치를 재 계산함으로써 상기 태그의 위치를 측정하는 산술 모듈; 및

상기 태그가 존재할 수 없는 위치에 존재하는 것으로 상기 태그의 위치가 추정된 경우, 상기 산술 모듈을 통해 상기 태그의 추정된 위치를 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 반경을 늘려가면서 상기 태그의 실제 존재하는 위치를 측정하도록 제어하는 제어 모듈을 포함하는, 측위 엔진.
제 9항에 있어서,

상기 제어 모듈은 상기 태그와 가장 가까이 위치해 있는 리더를 기준 리더로 선정하여 상기 산술 모듈을 통해 상기 태그의 위치를 재 계산하도록 하는, 측위 엔진.