KR100397325B1 - 지상형 위치추적시스템 - Google Patents

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KR100397325B1
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Abstract

본 발명은 위치신호를 송신한 무선송신장치의 위치를 복수개의 기지국에서 측정된 지연시간을 이용하여 추적하는 지상형 위치추적시스템에 관한 것이다.
본 발명은 무선송신장치의 지리적 위치를 추적하는 시스템에 있어서, 위치추적을 위한 특정한 형태의 위치신호와 자신의 식별을 위한 고유번호를 포함하는 전파를 기지국으로 송신하는 하나이상의 무선송신장치; 상기 무선송신장치의 송신 전파를 수신받아 각 무선송신장치의 고유번호별로 상기 위치신호의 도착시간과 지연시간을 검출하는 지연시간검출수단과, 기지국의 송/수신 동작을 전반적으로 제어하고, 기지국 식별을 위한 고유번호와 상기 도착시간과 상기 지연시간 및 상기 무선송신장치의 고유번호를 포함하는 지연정보데이터를 생성하는 제어수단과, 상기 생성된 지연정보데이터를 위치추적센터로 송신하는 데이터네트워크 인터페이스 수단으로 이루어진 복수개의 기지국; 미리 알고있는 좌표상에 설치된 상기 복수개의 기지국의 위치좌표를 기준으로, 각 기지국에서 보내온 상기 지연정보데이터를 처리하고 각 기지국 중심의 상대 지연거리를 구하여 상기 무선송신장치의 실제 위치를 추적하는 위치추적센터로 구성되어서, 위치추적을 할 수 있는 위치신호를 송신하는 별도의 무선송신장치를 제작하거나 기존의 디지털 셀룰러 폰이나 PCS에 위치신호를 전송할 수 있도록 소프트웨어를 추가하여 사용할 수 있으므로 비교적 저렴한 비용으로 기간 통신망을 이용하여 위치추적을 실시할 수 있다.

Description

지상형 위치추적시스템{LAND POSITION-TRACKING SYSTEM}
본 발명은 위치신호를 송신한 무선송신장치의 위치를 복수개의 기지국에서 측정된 지연시간을 이용하여 추적하는 지상형 위치 추적 시스템에 관한 것이다.
종래의 위치추적시스템은 여러 가지 방식이 제안되어 왔다. 이를 열거하면, GPS 위성을 이용한 위치추적시스템, 고지향성 안테나를 이용한 점진적 발신지 위치추적시스템, 도로상에 많은 송수신기를 설치하여 도로를 통과하는 차량의 위치를 감지하는 비콘 방식의 위치추적시스템, PCS 혹은 셀룰러폰 등의 기지국에 수신된 전파를 분석하여 개략적인 위치를 판별하는 지역 추적 방식, 휴대전화의 기지국에서 일정시간 간격으로 동기된 위치계산을 위한 신호를 송신하고 이 신호를 수신한 휴대용 수신기에 수신된 신호 지연 및 신호 발신 기지국의 정보를 이용하여 자기 위치를 계산하는 위치추적방식 등이다.
상기의 위치추적시스템에서 사용하는 방식들은, 수신기를 휴대한 사람의 위치를 추적하는 방식이기 때문에, 긴급한 상황이 발생했을 경우 대응방안으로 부적절한 문제점들이 있다.
그중 가장 많이 사용되는 GPS 신호 수신방식의 경우 옥내, 터널, 빌딩밀집지역 등의 장애물 지역, 숲 속 등의 지역에서 위치를 추적할 수 없는 단점이 있으며, 빠른 위치 추적을 위하여 항시 많은 전력을 소비해야하는 단점이 있다.
또, 긴급 상황 발생시 GPS 수신기 휴대자가 대응하지 못하면 활용도가 매우 떨어지는 단점이 있으며 고지향성 안테나를 이용한 점진적인 위치추적 방식은 고지향성 안테나를 장착한 수신기를 가지고 계속하여 전파의 방향 및 강도를 추적하여 접근하는 방식으로 추적시간이 매우 오래 걸리는 단점 및 시스템의 비용이 비싸지는 문제점이 있다.
비콘을 이용하는 위치추적시스템은 도로상에 일정한 간격으로 송수신 장치를 설치하여야 하므로 많은 비용이 필요하며 도로를 벗어난 지역에서 위치추적이 곤란한 문제가 있고, 기지국으로부터의 신호를 휴대 전화 등의 수신기에서 수신하여 지연시간을 계산하는 방식은 위치추적의 장애 요소를 줄일 수 있으나, 휴대전화의 가격이 상당히 상승하는 문제점이 계속 존재하고 휴대전화이외의 활용을 위해서는 추가적인 시스템 설치비용이 상당히 많이 소요될 수밖에 없으며, 또 다수 기지국의 파일롯 신호 수신시의 기준시간 부정확성에 따른 거리 오차 발생 등의 문제점들이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 무선송신장치에서 특정한 신호를 송신하고 복수의 기지국에서 상기 특정한 신호를 수신받는 데 걸린 지연시간을 이용하여 상기 무선송신장치의 위치좌표를 계산하는 지상형 위치추적시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지상형 위치추적시스템은, 무선송신장치의 지리적 위치를 추적하는 시스템에 있어서, 위치추적을 위한 특정한 형태의 위치신호와 자신의 식별을 위한 고유번호를 포함하는 전파를 기지국으로 송신하는 하나이상의 무선송신장치;상기 무선송신장치의 송신 전파를 수신받아 각 무선송신장치의 고유번호별로 상기 위치신호의 도착시간과 지연시간을 검출하는 지연시간검출수단과, 기지국의 송/수신 동작을 전반적으로 제어하고, 기지국 식별을 위한 고유번호와 상기 도착시간과 상기 지연시간 및 상기 무선송신장치의 고유번호를 포함하는 지연정보데이터를 생성하는 제어수단과, 상기 생성된 지연정보데이터를 위치추적센터로 송신하는 데이터네트워크 인터페이스 수단으로 이루어진 복수개의 기지국;미리 알고있는 좌표상에 설치된 상기 복수개의 기지국의 위치좌표를 기준으로, 각 기지국에서 보내온 상기 지연정보데이터를 처리하고, 각 기지국 중심의 상대 지연거리를 구하여 상기 무선송신장치의 실제 위치를 추적하는 위치추적센터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 지상형 위치추적시스템의 구성을 나타낸 도면
도 2는 도 1의 무선송신장치의 구성을 나타낸 블록도
도 3은 도 2의 무선송신장치의 작용을 설명하기 위한 흐름도
도 4는 도 1의 기지국의 구성을 나타낸 블록도
도 5는 도 4의 기지국의 작용을 설명하기 위한 흐름도
도 6은 도 1의 위치추적센터의 구성을 나타낸 블록도
도 7은 위치신호가 무선송신장치로부터 기지국에 도달했을 때의 지연 시간을 설명하기 위한 도면
도 8은 3개의 상대 지연거리를 이용한 무선송신장치의 위치 산정법을 설명하기 위한 도면
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 무선송신장치 20a,20b,20c : 기지국
30 : 위치추적센터
이하에서, 본 발명의 지상형 위치추적시스템에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 위치추적시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1에서, 위치추적시스템은 무선송신장치(10), 기지국(20a, 20b, 20c), 위치추적센터(30)로 구성된다.
무선송신장치(10)는 임의의 시간에 기지국에서 전파 수신이 가능한 지역내의 임의의 위치에서, 위치추적을 위한 특정한 형태의 위치신호와 자신의 식별을 위한 고유번호를 포함하는 전파를 송신하는 송신수단을 구비한다. 무선송신장치의 사용대역은 VHF/UHF 대역을 사용한다.
여기서, 상기 위치신호는 다수의 기지국에서 수신되었을 때 신호의 개시점 및 신호의 종료점을 알 수 있도록 사전에 정의된 형태를 갖으며 일정 시간동안 지속적으로 송신된다. 또한, 위치신호의 개시 시점 혹은 종료 시점에 무선송신장치의 고유번호를 추가하여 어떤 수신 기지국에서 전파가 수신되더라도 어떤 무선송신장치의 위치신호인지를 구별할 수 있도록 한다.
기지국(20a, 20b, 20c)은 상기 무선송신장치(10)에서 송신한 전파를 수신받아 분석하여 특정 무선송신장치로부터 송신된 위치신호를 검출하고, 그 위치신호 의 수신시각을 측정하고, 무선송신장치의 송신시점으로부터 기지국의 수신시점까지의 전파 전달 지연 시간을 계산한다.
각 기지국(20a, 20b, 20c)은 단지 무선송신장치(10)의 위치신호와 고유번호만을 일정한 자체 지연 조건에서 수신한다. 상기 수신된 위치신호와 고유번호에 의존하여, 해당 무선송신장치의 위치를 추적하기 위한 하나이상의 파라메터를 포함한 지연정보데이터를 생성하여 기준 시간대별로 상기 위치추적센터(30)로 보낸다.
여기서, 상기 지연정보데이터는 상기 지연시간과, 무선송신장치의 고유번호 및 수신한 기지국의 고유번호를 포함한다.
한편, 상기 지연정보데이터의 정확성을 높이기 위해서는 무선송신장치(10) 및 기지국(20a, 20b, 20c)의 반송 주파수를 가능한 한 높이는 것이 좋지만, 경제성을 감안하여 현재 사용하고 있는 800MHz 대의 셀룰러폰이나 1900MHz 대의 PCS와 같은 주파수를 사용하면 이론상으로는 20cm에서 40cm 정도의 정확성을 얻게 된다. 그렇지만, 셀룰러폰이나 PCS에서는 실제 전자회로의 내부 신호 검출에 필요한 오차 및 발진기의 오차 정밀도가 있게 되므로, 약 40m 내외의 전파지연오차가 발생하게 된다. 이러한 오차를 최대한 줄이기 위해 본 명세에서는 수신부 지연시간 검출기능을 추가 할 것을 제안하며, 이에 대해서는 하기에 설명될 것이다.
위치추적센터(30)는 미리 알고있는 좌표상에 설치된 상기 복수개의 기지국의 위치좌표를 기준으로, 각 기지국에서 보내온 상기 지연정보데이터를 처리하여 상기 무선송신장치의 실제 위치를 추적한다.
이를 위한 상기 위치추적센터(30)는 복수개의 기지국(20a, 20b, 20c, ...)으로부터 기간통신망(무선 기간 통신망)을 통해 수신받은 각각의 지연정보데이터를 이용하여, 사전에 구성된 각 기지국의 위치정보데이터베이스로부터 상기 위치신호를 수신받은 기지국의 위치좌표를 근간으로 하여 상기 위치신호를 송신한 무선송신장치의 위치좌표를 계산해 낸다.
즉, 지연정보데이터에 포함된 기지국 고유번호와 무선송신장치의 고유번호로부터 위치신호를 수신한 기지국과 위치신호를 송신한 무선송신장치를 구별해내고, 각 기지국이 하나의 무선송신장치와 상대적으로 얼마만큼 떨어져 위치해 있는지에 대한 상대적 거리를 상기 지연시간데이터를 이용하여 계산해 낸다. 이제 상대적 거리 데이터를 상기 기지국의 위치좌표에 적용하면 하나의 무선송신장치의 위치를 계산해 낼 수 있는 것이다.
이렇게, 다수의 기지국으로부터 획득한 지연정보데이터를 이용하여 무선송신장치의 정확한 위치를 추적할 수 있으며, 컴퓨터 모니터의 각 기지국들의 위치좌표를 디스플레이한 수치 지도상에 추적된 무선송신장치의 위치를 표시하게 된다. 또 추적된 무선송신장치의 위치좌표를 수치로 출력하여 이 결과를 여러 가지 응용분야에 활용 할 수 있다.
여기서 고려할 점은, 수신된 지연정보 데이터에 의하여 무선송신장치(10)가 언제 전파를 발신했는지 알 수 없고, 또 기지국 자체의 신호 검출을 위한 회로자체의 지연시간, 주변 기후 및 기온, 습도 등의 조건에 따라 상당한 오차를 포함하게 되므로, 지연정보데이터를 통해 직접적으로 전파 발신지까지의 거리를 직접 계산하는 것은 불가능하다는 것이다.
그러나, 본 발명에서는 이러한 오차정보의 크기나 무선송신장치(10)에서 언제 전파를 송신했는지에 관계없이, 최소 3개의 기지국(20a, 20b, 20c)으로부터 수신된 지연정보데이터를 이용하여, 등가오차를 포함하는 3개 이상의 거리정보로부터 위치를 산출하는 방식을 제안한다. 이 제안은 하기 도 7내지 도 8에 설명된 바와 같이, 이론적으로 매우 정확한 위치를 산출할 수 있다.
도 2는 도 1의 무선송신장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 도 2의 무선송신장치의 작용을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 무선송신장치(10)는 무선망과 직접 접속되는 호출신호수신부(11a)와 신호송신부(11b)로 구성된 송수신모듈(11)과, 사용자인터페이스(12)와, 제어부(13)와, 고유번호발생부(14)와, 위치신호발생부(15) 및 안테나부(15)로 구성된다.
호출신호 수신부(11a)는 제3자의 요청에 의해 원격지에서 무선송신장치(10)를 호출하는 경우 호출신호를 받아, 이 호출신호를 제어부(13)로 전달하여 무선송신장치(10)를 가동시키도록 한다.
사용자인터페이스(12)는 사용자가 직접 조작하는 부분으로서 사용자로부터 장치의 위치추적 기동 명령을 받아 제어부(13)로 명령을 전달하여 무선송신장치(10)를 가동시키도록 한다.
제어부(13)는 송수신모듈(11)에 연결되는 장치로서 무선송신장치(10)의 전반적인 시스템 운용에 관련된 소프트웨어를 포함하고 있으며, 사용자 인터페이스(12) 혹은 호출신호수신부(11a)로부터 기동명령을 받아 장치 전반적인 가동을 개시하고, 무선송신장치의 각 구성을 구동하는 하드웨어를 제어한다.
고유번호발생부(14)는 무선송신장치(10)를 식별하기 위한 고유번호를 보관하고 있거나 혹은 상기 제어부(13)의 명령에 따라 무선송신장치의 고유번호를 발생한다. 또, 바람직하게는 상기 고유번호발생부(14)에는 이외에도 필요한 장치의 각종 정보를 보관할 수 있도록 구성되어 향후 장치의 기능을 확장하여 사용할 경우에 추가적인 필요한 데이터를 보관하고 생성할 수 있다.
위치신호발생부(15)는 상기 제어부(13)로부터 명령을 받아 위치추적을 위한 특정한 형태의 위치신호를 발생시켜 신호송신부(11b)로 전달하고, 또한 제어부(13)로부터 받은 무선송신장치 고유번호를 신호송신부(11b)로 전달한다.
신호송신부(11b)는 위치신호발생부(15)로부터 제공된 위치신호와 고유번호를 무선신호로 변환하여 안테나(16)를 통해 송신한다.
한편, 상기 고유번호는 위치신호발생부(15)를 거치지 않고 직접 신호송신부(11b)로 제공될 수 도 있다.
더 바람직하게는, 상기 무선송신장치(10)는 사용자가 휴대하거나 차량에 탑재하는 등의 개인이동무선송신장치로서, 이 무선송신장치(10)의 하드웨어/소프트웨어는 기존의 호출기, 휴대전화, 셀룰러폰과 같은 이동통신단말기에 간단히 설치되거나 적용된다.
또한, 휴대자가 사용하기 쉽게 제작되어 비상시 사용이 간단하면서도 즉시성 있는 위치추적을 가능하도록 구현되며, 기존의 무선통신망을 이용하여 통신할 수 있도록 제작하여 신규한 시설비용이 소요되지 않아 경제적인 이익이 있음은 물론이다.
도 3을 참조하면, 무선송신장치(10)의 제어부(13)는 대기상태로 있다가 사용자의 조작 있음이 판단되거나(101), 또는 호출신호를 수신했을 때 위치신호를 전송하고 있는 중이 아님을 판단하게 되면(102, 112), 무선송신장치(10)를 구동시키고 위치신호발생부(15)를 통해 위치신호를 발생시키도록 제어한다(105).
상기 발생된 위치신호는 전송되어 지정된 일정시간 동안 지속되다가 전송이 완료되면(106, 107), 고유번호발생부(14)로부터 출력된 무선송신장치의 고유번호를 전송한다(108).
만일, 위치신호와 고유번호 전송횟수가 다수로 지정되었을 경우 지정된 횟수만큼 위치신호와 고유번호를 발생 및 전송하는 과정(105 내지 108, 111)을 반복하게 된다(109, 111).
한편, 위치신호와 고유번호를 다수 전송하고 있는 도중에, 제3자의 요청에 의한 호출신호를 수신하게 되면(102), 원격지로부터 위치추적을 할 필요가 없어지므로 무선송신장치(10)가 위치신호전송 중인지를 판단하여(112), 전송중이라면 위치신호 전송을 중단토록 한다(113). 이렇게 함으로써, 위치추적 무선망 트래픽을 효율적으로 운용할 수 있다.
상기 단계109의 지정횟수만큼의 위치신호와 고유번호 전송 과정이 완료되거나, 상기 단계113의 위치신호 전송이 중단되면, 무선송신장치(10)의 제어부(13)는 자체의 위치신호 발생을 초기화하고 장치의 동작을 다시 대기상태에 진입하여 동작을 중단시킨다.
도 4는 도 1의 기지국의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 5는 도 4의 기지국의 작용을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 기지국(20a)은 지연시간검출부(21), 고유번호판별부(26), 수신장치제어부(27) 및 데이터네트웍접속부(28)로 구성된다.
지연시간검출부(21)는 안테나(21)로부터 수신된 무선신호를 증폭하고 무선신호에 포함된 위치신호를 복조하여 검출하는 신호 수신부(22)와, 검출된 위치신호로부터 전파가 기지국까지 도착된 시간을 측정하여 추출하고, 회로자체의 처리지연시간을 측정하기 위한 자체지연신호를 발생시키는 지연시간판별부(23)와, 상기 지연시간판별부(23)에서 발생된 자체지연신호를 이용하여 가상의 송신무선신호를 발생하여 상기 신호수신부(22)에 송신하는 자기지연판별부(24)로 구성된다. 더 바람직하게는 상기 지연시간검출부(21)는 다수의 다른 기지국(20a, 20b, 20c)들 간의 시간동기를 정확히 맞추기 위하여 GPS기준시간부(25)를 더 포함할 수 있다.
고유번호판별부(26)는 신호수신부(22)의 검출된 신호로부터 상기 무선송신장치의 고유번호를 분석하여 해당 위치신호를 송신한 해당 무선송신장치(10)를 판별한다.
수신장치제어부(27)는 기지국(20a)의 운용을 위한 소프트웨어를 포함하고 있으면서 기지국(20a)의 각종 하드웨어를 제어하고, 데이터통신망을 통해 위치추적센터(30)에 전달할 데이터 즉, 무선송신장치의 고유번호와 기지국에서 측정한 상대 지연시간 및 기지국의 고유번호를 포함한 지연정보데이터를 생성한다.
데이터통신망인터페이스부(28)는 수신장치제어부(27)로부터 전달받은 지연정보데이터를 기준 시간대 별로 데이터통신망(30)으로 전송한다. 여기서, 상기 지연정보데이터는 수신장치제어부(27)를 통해 패킷화되어 전송될 수도 있다.
도 5를 참조하면, 기지국(20a)은 최초 가동시 시스템의 파라메터를 초기화하고(201), 상기 무선송신장치(10)로부터의 신호 수신을 대기하고 있다가(203), 수신 채널에 신호가 감지되지 않으면(204) 자기지연 점검을 수행하고(202), 다시 신호수신대기 상태(203)로 복귀한다.
만일 채널에 신호가 수신되면(204), 신호 수신 개시 시각을 초 단위로 채취하여 보관하고(205), 수신 개시된 시각과 GPS 기준의 시각을 기준으로 실제 수신된 신호의 시간차를 계산하여 검출하고(207), 자기지연시간 데이터와 함께 실제 수신지연시간 데이터를 계산한다(208).
자기지연시간 데이터와 실제 수신지연시간 데이터로부터 위치신호임이 확인되면(209), 무선송신장치의 고유번호를 추출하여 정의된 무선송신장치의 고유번호인지를 판단한다(210).
단계 210판단결과, 만일 추출된 데이터가 정의된 무선송신장치 고유번호의 구성과 다르거나 다른 신호로 판정되면 다시 자기지연점검을 수행한다(202).
단계 210판단결과, 만일 수신된 데이터가 정의된 무선송신장치의 고유번호라면, 무선송신장치의 고유번호를 추출한 다음 지연정보 패킷 데이터를 생성하여 전송한 후(212, 213), 수신정보를 초기화(214)함으로써, 일련의 위치신호 수신처리 과정이 완료된다.
그리고, 상기 214단계 이후 다시 자기지연점검 202단계로 진입하여 일련의 과정을 순서대로 반복 수행한다.
그리고 필요하다면, 단계 208로부터 얻은 지연시간데이터를 지연거리 값으로환산하여(211), 상기 지연정보데이터에 지연거리 데이터를 포함시켜 전달할 수도 있다.
도 6은 도 1의 위치추적센터의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6을 참조하면, 위치추적센터(30)는 데이터네트웍접속부(31)와, 기지국별 데이터테이블(32)과, 무선송신장치별 데이터테이블(33)과, 기지국위치데이터베이스(34)와, 위치연산기모듈(35)과, 지도표시모듈(36)과, 무선송신장치별 위치데이터베이스(37) 및 위치추적서비스응용모듈(38)로 구성된다.
데이터네트웍접속부(31)는 데이터네트웍과 접속되어 데이터통신을 담당한다.
기지국별 데이터테이블(32)은 상기 데이터네트웍접속부(31)를 통해 다수의 기지국(20a, 20b, 20c)으로부터 수신된 데이터들을 분석하고 각 기지국별로 분류하여 각 기지국에서 보낸 패킷데이터를 무선송신장치별, 신호수신시각별 지연정보데이터로 테이블화 하는 기능을 가진다.
무선송신장치별 데이터테이블(33)은 기지국별 데이터테이블(32)로부터 무선송신장치별로, 위치신호를 수신한 기지국별, 신호수신시간별, 지연정보데이터를 분류하여 테이블화 하는 기능을 가진다.
기지국위치데이터베이스(34)는 사전에 구축된 각 기지국의 위치좌표를 보관하고 상기 기지국별 데이터테이블(32)로부터 제공받은 해당 기지국의 위치정보에 대한 데이터를 위치연산기모듈(35)로 제공한다.
위치연산기모듈(35)은 기지국위치데이터베이스(34)로부터 제공된 다수의 위치좌표 정보와 무선송신장치별 데이터테이블(33)로부터 제공된 각 지연정보데이터를 사용하여 위치계산 알고리즘에 따라 실제 무선송신장치(10)의 위치를 계산하여 출력한다. 즉, 기준 시간대 별로 수신된 지연정보데이터의 위치신호의 상대 지연시간을 상대적 거리데이터로 변환하여 상기 기지국의 위치좌표를 근간으로 하여 해당 무선송신장치의 위치좌표를 계산해 낸다(도 8 참조).
지도표시모듈(36)은 위치연산기모듈(35)의 계산결과를 지도상에 표시한다.
무선송신장치별 위치데이터베이스(37)는 위치연산기모듈(35)로부터의 출력 결과를 전달받아 각 무선송신장치별로 추적 시각별 위치추적결과를 보관해 둔다.
위치추적서비스 응용모듈(38)은 상기 위치연산기모듈(35)과 무선송신장치별 위치데이터베이스(37)와 지도표시모듈(36)과 연계하여 해당 결과를 이용하고, 위치추적센터(30)내의 응용부와 연계된 각종 모듈을 제어할 수 있고, 서비스 응용 사용자에게 위치추적 결과를 통신망을 통해 전달하는 기능을 가진다.
이와 같이 위치추적 시스템은 복수개의 기지국을 지역별로 별도로 설치하거나 위치추적센터를 구축하여, 많은 사람이 이용하는 위락시설에서의 미아 찾기, 실버타운 및 항상 건강상태를 주시해야 하는 대상의 응급 환자의 긴급상황 발생시의 위치추적, 자동차의 도난을 방지하기 위한 자동차 도난방지 시스템, 화재 발생시 자동으로 화재가 발생한 위치를 알려주는 화재발생 경보 시스템, 자동차 사고 발생시 자동차의 사고 위치를 자동으로 알려주는 사고 경보 시스템 등의 시스템에 활용할 수 있다.
또한, 일반적인 이동통신기상에 위치추적시스템을 구현하여 무선송신장치의 위치 추적 필요시에만 위치를 추적할 수 있는 수동형 위치추적시스템에 활용할 수도 있다.
도 7은 위치신호가 무선송신장치로부터 기지국에 도달했을 때의 지연 시간을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 3개의 상대 지연거리를 이용한 무선송신장치의 위치 산정법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 무선송신장치(10)에서의 특정 형식 데이터로 구성된 위치신호 송신 개시 시간이 T0이고, 위치신호의 지속시간이 Tdat 라고 하자. 또, 기지국(20a)에서의 GPS 표준시각장치의 동기시각 출력이 T1이고, 송신된 위치신호가 기지국에 도달하여 실제 검출된 시간이 T2이라고 하자.
이론상, 기지국(20a)에서는 무선송신장치로부터 송신된 위치신호가 도달하는 데까지 실제 걸리는 지연시간(Tdob)을 이용하여 무선송신장치와 기지국과의 떨어진 지연거리(L)를 수학식 1과 같이 구할 수 있다.
여기서, Tdob는 실제 전파 전달시의 지연시간이고, 대기중에서 전파의 속도는 빛의 속도 C와 동일하다.
그러나, Tdob는 측정할 수 없는 값이기 때문에, 기지국에서 측정할 수 있는 상대적 지연시간(Trel)을 이용한다. 이 상대적 지연시간으로부터 상대 지연거리를 구하게 된다. 이것은 절대 거리가 아닌 송신장치에서 적어도 3개 이상의 기지국까지의 상대적 거리에 해당하고 이를 위치추적센터에서 취합하여 송신장치의 절대적 위치를 추적할 수가 있는 것이다.
그러면, 상대 지연시간(Trel)은 수학식 2와 같이, 기지국에서 측정한 지연시간(Tdms)으로부터 기지국 회로내의 자체지연시간(Tdck)을 뺀 나머지 시간에 해당한다.
여기서, Tdms는 T2-T1 이다.
이제, 위치추적센터(30)에서 무선송신장치(10)까지의 거리를 산정하는 방법을 도 8을 통해 설명한다.
1. 도 8의 (가)를 참조하면, 무선송신장치에서 3개의 기지국(B1,B2,B3)까지의 계산된 거리를 L1, L2, L3라 하자. 2차원 상에서의 각 기지국의 좌표를 각각 (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3)라 하면 무선송신장치의 좌표는, 각 기지국의 좌표를 원의 중심으로 한 반경 L1, L2, L3인 세 원의 교점의 위치 A(x, y)가 된다.
2. 도시하지 않았으나 만일, 3차원 공간상의 위치를 계산하려면, 각 기지국의 좌표를 3차원 좌표{xn, yn, zn}로 하고 최소 4개의 기지국의 좌표를 중심으로 한 거리 L1, L2, L3, L4를 구의 중심으로 한 구면의 교점(x, y, z)이 무선송신장치의 위치좌표가 된다.
3. 이제, 도 8의 (나)를 참조하면, 기지국(20a)에서 측정되고 계산된 상대 지연시간(Trel)을 이용한 거리 산정은, 상기 1의 계산방법과 동일하나 세 원의 교점을 구할 수 없다. 왜냐하면 상대지연시간(Trel)으로부터 계산된 거리는 무선송신장치에서 전파를 송신한 시간을 알 수 없는 상태로 계산한 결과이기 때문이다.
따라서, 이 경우 무선송신장치까지의 실제 거리를 사용하지 않고, 각각의 상대 지연거리 L', L'' (=상대 지연시간 x C)을 원의 반경으로 하고 각 기지국의 좌표를 원의 중심(B1, B2, B3)으로 한 3개의 원을 그리고 세 원의 호에 내접하는 원을 찾으면 그 원의 중심이 바로 무선송신장치의 정확한 2차원 위치 좌표(A)가 된다.
도시하지는 않았지만, 3차원 공간상의 무선송신장치의 위치를 찾고자 할 경우에는, 4개 이상의 기지국의 각각의 좌표를 중심으로 하고 각 기지국에서 측정된 상대 지연거리를 반경으로 한 구를 그리고, 각 구의 표면에 내접하는 구의 중심을 구하면 바로 그 구의 중심이 무선송신장치의 공간상의 정확한 위치 좌표가 된다.
이때의 상대 지연거리(Lrel)는 다음 수학식 3과 같이 계산한다.
그런데, 위치신호를 수신하는 기지국마다 수신되는 절대시간이 GPS기준시간 전후에 측정될 경우에는 수학식 3에서 상대 지연거리가 음의 값이 될 수 있으므로 (Tdck〉Tdms일 경우)다음 수학식 4와 같이 계산하는 것이 정확한 계산결과를 산출할 수 있다.
물론, 전파의 수신이 불가능할 경우에는 상대 지연거리를 산출할 수 없다.
한편, 전파 장애물이 있을 경우 송신기의 위치 추적의 구체적인 방법은, 전파 장애물이 있을 경우 정확한 위치추적에는 장애 요소가 되지만 여러 장애물에 반사되어 수신된 전파의 다중경로 중 최단 시간에 도달한 신호를 기준으로 위치계산을 위한 상대 지연거리를 산출하면 최소의 오차를 가진 위치 추적이 가능하게 된다.
이 경우 다중 경로의 총 전파 전달 거리와 무선송신장치-기지국 사이의 직선거리의 차가 Ldiff라 하면 다중경로로 인한 위치 계산오차는 약 1/2 Ldiff정도 발생하게 된다.
이러한 다중경로에 의한 오차를 줄이기 위해서는 기지국의 설치 위치를 가능한 하나이상의 반사파를 만들지 않도록 높은 위치에 설치하는 것이 바람직하다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시 예들에 의해 한정되지 않고, 망서비스 사업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 기존의 GPS장치나 비콘 방식의 수많은 위치추적용 송/수신지를 사용하지 않고, 위치추적을 할 수 있는 위치신호를 송신하는 별도의 무선송신장치를 제작하거나 기존의 디지털 셀룰러 폰이나 PCS에 위치신호를 전송할 수 있도록 소프트웨어를 추가하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 위치추적을 위하여 항시 위치추적용 무선송신장치의 전원을 공급할 필요 없이, 위치추적 필요시에만 송신전력을 사용하면서도 기존의 위치추적장치와는 달리 추적시간이 비교적 적게 소요되고, 위치추적 요구 발생 후 즉시 위치 추적이 가능한 이점이 있다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 무선송신장치의 지리적 위치를 추적하는 시스템에 있어서,
    위치추적을 위한 특정한 형태의 위치신호와 자신의 식별을 위한 고유번호를 포함하는 전파를 기지국으로 송신하는 하나 이상의 무선송신장치의 송신 전파를 수신받아 상기 각각의 무선송신장치의 상기 고유번호별로 상기 위치신호의 도착시간과 상대 지연시간을 검출하는 지연시간검출수단과; 기지국의 송/수신 동작을 전반적으로 제어하고, 기지국 식별을 위한 고유번호와 상기 도착시간과 상기 상대 지연시간 및 상기 무선송신장치의 고유번호를 포함하는 지연정보데이터를 생성하는 제어수단과; 상기 생성된 지연정보데이터를 위치추적센터로 송신하는 데이터네트워크 인터페이스 수단으로 이루어진 복수개의 기지국; 및
    미리 알고 있는 좌표 상에 설치된 상기 복수개의 기지국의 위치좌표를 기준으로, 각 기지국에서 보내온 상기 지연정보데이터를 처리하고, 각 기지국 중심의 상대 지연거리를 구하여 상기 무선송신장치의 실제 위치를 추적하는 위치추적센터를 포함하며,
    상기 무선송신장치의 실제 위치는 상기 지연정보데이터 중 각 기지국의 상기 상대 지연시간을 이용해 상대 지연거리를 구한 후 상기 상대 지연거리를 반지름으로 하며, 각 기지국을 원 내지 구의 중심으로 하는 복수개의 원 내지 구에 대해 내접 내지 외접하는 원 내지 구의 중심인 것을 특징으로 하는 지상형 위치추적시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 위치신호는 수신시 복조과정에서 데이터의 개시시간과 데이터의 종료시간을 측정하여 상기 위치신호의 송신시점으로부터 수신시점까지의 지연시간에 대한 계산이 가능하도록 사전에 정의된 특정 형태의 신호인 것을 특징으로 하는 지상형 위치추적시스템.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 무선송신장치는
    상기 위치신호를 생성하기 위해서 사용자가 임의로 조작할 수 있는 사용자 인터페이스 수단;
    상기 사용자의 조작신호에 의해 송신수단의 전반적인 송신동작을 제어하는 제어 수단;
    상기 제어수단의 제어에 따라 위치신호를 발생하는 수단;
    상기 제어수단의 제어에 따라 무선송신장치의 고유번호를 발생하는 수단; 및
    상기 제어수단의 제어에 따라 발생된 상기 위치신호와 상기 고유번호를 변조하여 정해진 순서에 따라 일정기간동안 송신하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 지상형 위치추적시스템.
  5. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 무선송신장치는
    외부로부터의 위치추적을 요구하는 호출 신호를 수신받는 수단;
    상기 호출 신호에 반응하여 상기 송신수단의 전반적인 송신동작을 제어하는 제어 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지상형 위치추적시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제어수단은 상기 위치신호 전송 중에 상기 호출신호를 수신하게 되면 상기 위치신호를 중단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 지상형 위치추적시스템.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 지연시간 검출 수단은
    수신된 전파를 복조하고 분석하여 상기 위치신호를 검출하는 신호 수신부;
    상기 검출된 위치신호로부터 수신된 시간을 계산하여 추출하고, 신호 검출에 소요되는 회로자체 지연시간을 측정하기 위한 자체지연신호를 발생시키는 지연시간 판별부; 및
    상기 발생된 자체지연신호를 이용하여 자기지연시간을 측정하는 자기지연판별부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지상형 위치추적시스템.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 수신된 신호 중 고유번호를 판별하여 해당 위치신호를 송신한 무선송신장치를 판별하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지상형 위치추적시스템.
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 제어수단은 상기 기지국의 고유번호와 상기 상대 지연시간 및 상기 무선송신장치의 고유번호를 포함한 상기 지연정보데이터를 패킷화하는 것을 특징으로 하는 지상형 위치추적시스템.
  10. 제 2 항에 있어서, 상기 위치추적센터는
    복수개의 기지국으로부터 수신된 데이터들을 분석하여 상기 기지국별로 분류하여, 상기 각 기지국에서 보낸 데이터를 무선송신장치별, 신호 수신시간별 지연정보데이터로 분류하여 1차로 테이블화 하는 기지국별 데이터테이블 수단;
    상기 기지국별 데이터테이블 수단으로부터 1차로 테이블화된 데이터를 제공받아 상기 무선송신장치별로 상기 위치신호를 수신한 기지국별, 신호수신시간별 지연정보데이터로 다시 분류하여 2차로 테이블화 하는 무선송신장치별 데이터테이블 수단;
    사전에 구축된 각 기지국의 위치좌표를 보관하고 상기 기지국별 데이터테이블 수단으로부터 확인된 위치신호를 수신한 해당 기지국의 위치좌표를 제공하는 기지국 위치 데이터베이스; 및
    상기 제공된 기지국의 위치좌표를 근간으로 하여, 상기 무선송신장치별 데이터테이블 수단으로부터 제공된 각 지연정보데이터를 사용하여 해당 무선송신장치의 실제 위치좌표를 계산하는 위치좌표계산수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 지상형 위치추적시스템.
  11. 제 2 항에 있어서, 상기 위치추적센터는
    상기 무선송신장치의 위치좌표 결과를 지도상에 표시하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지상형 위치추적시스템.
  12. 제 2 항에 있어서, 상기 위치추적센터는
    상기 무선송신장치의 위치좌표 결과를 각 무선송신장치별로 추적시간에 대한 결과 데이터로 저장하는 송신기별 위치 데이터베이스 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지상형 위치추적시스템.
  13. 제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 위치추적센터는
    상기 위치좌표계산수단 및/또는 상기 지도표시 수단 및/또는 송신기별 위치데이터베이스 수단과 연계하여, 상기 하나이상의 수단의 출력 결과를 이용하고, 별도의 응용부와 연계하여 각종 위치추적서비스를 통신망을 통해 서비스 이용자에게 제공하는 위치추적 서비스 응용 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지상형 위치추적시스템.
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