KR102025089B1

KR102025089B1 - IR―UWB Positioning System and Method for Measuring Position thereof

Info

Publication number: KR102025089B1
Application number: KR1020170088305A
Authority: KR
Inventors: 최혁중
Original assignee: 주식회사 유캐스트
Priority date: 2017-07-12
Filing date: 2017-07-12
Publication date: 2019-09-25
Also published as: KR20190007206A

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.The present invention relates to a position measuring method including a method of correcting altitude information to obtain more accurate altitude information in an IR-UWB positioning system, and an IR-UWB positioning system including the same. The positioning system using a communication method includes a tag, three or more anchors, and a positioning server, wherein each of the anchors of the tag and the three or more anchors is configured by using the IR-UWB communication method. Periodically transmitting a blink message, each anchor transmits a ranging start message after receiving the blink message, and the tag receives the ranging start message to perform a discovery process in which the tag and each anchor are connected to each other; The tag transmits a poll message by using an IR-UWB communication scheme, and the tag transmits the poll message in response to the poll message. An anchor transmits a response message, and in response to the response message, the tag performs a ranging process of transmitting a final message to each anchor, and the tag measures its altitude value and performs the ranging process. The first time information obtained through the transmission and the measured altitude value are included in the final message, and each anchor of the three or more anchors is the second time information obtained through the ranging process and the final received from the tag. The first time information and altitude value included in the message are transmitted to the positioning server, and the positioning server is configured based on the first time information, second time information, and altitude value of each anchor received from the three or more anchors. The location of the tag can be estimated.
According to the present invention, not only the position on the plane coordinate but also the altitude of the position can be measured accurately.

Description

IR―UWB 측위 시스템 및 위치 측정 방법 {IR―UWB Positioning System and Method for Measuring Position thereof}IR―UWB Positioning System and Method for Measuring Position

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.The present invention relates to an IR-UWB positioning system and a method for measuring position in the system, and more particularly, to a position measuring method including a method for correcting altitude information to obtain more accurate altitude information in an IR-UWB positioning system. An IR-UWB positioning system comprising the same.

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. Recently, as the demand for indoor positioning and precise positioning has increased, many researches have been conducted on a wireless positioning system using an ultra-wideband wireless impulse communication (IR-UWB). The conventional positioning system using GPS has a problem that the resolution is large in units of m, and indoor positioning is impossible because it cannot receive a GPS signal indoors. On the other hand, the wireless positioning system using IR-UWB, which has an extremely short impulse signal of less than nanoseconds, enables indoor positioning by building a system indoors, and solves the problems of GPS due to its small resolution in cm. Doing.

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. The IR-UWB communication method is adopted as a standard in IEEE 802.15.4a, and the positioning system using the IR-UWB communication method uses a time of arrival (ToA) method or a time of flight (ToF) to determine the distance between a tag and an anchor. It is common to measure the precise position of a tag by measuring and measuring the distance from three anchors.

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.However, in places such as yards where containers are stacked on the container, the height of the container is important not only in terms of plane coordinates, but also in order to know the location of the container. However, the conventional positioning system using IR-UWB presents a position in planar coordinates, and there is a problem in that the height of the anchor must be set very high in order to measure accurate altitude.

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.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a location measuring method and an IR UWB positioning system for precisely measuring the altitude of a location in a positioning system using IR-UWB.

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. Positioning system using the IR-UWB communication method according to the present invention for achieving the above object includes a tag (tag), three or more anchors (anchor), and a positioning server, and the tag and the three or more anchors Each anchor transmits a blink message periodically by the tag using an IR-UWB communication scheme, each anchor transmits a ranging start message after receiving the blink message, and the tag receives the ranging start message. A discovery process is performed in which a tag and each anchor are connected to each other, the tag transmits a poll message by using an IR-UWB communication scheme, and each anchor transmits a response message in response to the poll message. In response to the response message, the tag performs a ranging process of transmitting a final message to each anchor, and the tag Measure the altitude value of the user and obtain the first time information obtained through the ranging process, wherein the first time information includes a transmission time of a poll message, a reception time of a response message, and a transmission time of a final message; The altitude value is included in a final message and transmitted, and each anchor of the three or more anchors is second time information obtained through the ranging process. And a first time information and an altitude value included in the final message received from the tag to the positioning server, wherein the positioning server receives each of the three or more anchors. The location of the tag may be estimated based on the first time information, the second time information, and the altitude value for each anchor.

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.Wherein the transmission time of the final message included in the final message transmitted by the tag is a previously estimated transmission time including a delay time at the TX antenna of the tag and a processing time for configuring the final message at the tag. Can be.

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(

)을

식을 이용하여 계산할 수 있다.In more detail, the positioning server may perform a round trip time (hereinafter, referred to as a first round trip time) from the poll message transmission time of the tag to the response message reception time based on the first time information, and the response message reception time to final. Compute the response time (hereinafter referred to as first response time) until the message transmission time, and the response time (hereinafter referred to as second response time) from the poll message reception time of each anchor to the response message transmission time based on the second time information. And calculating a round trip time (hereinafter, referred to as a second round trip time) from the response message transmission time to a final message reception time, and based on the first and second round trip times and the first and second response times. Calculate a propagation delay time between each anchor and the tag, and calculate the propagation delay time based on the propagation delay time The distance between them may be estimated, the position of the tag may be estimated based on the estimated distance between the three or more anchors and the tag, and the position of the tag may be corrected based on the altitude value. In addition, the positioning server determines the propagation delay time between each anchor and the tag.

)of

It can be calculated using an equation.

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. In addition, the positioning server is a predetermined first ratio or more compared to the altitude value of the tag previously estimated by the altitude value of the tag estimated by the positioning server to correct the position of the tag based on the altitude value (1st inspection hereinafter), and whether the altitude value measured by the tag is changed to more than a second predetermined rate compared to the altitude value previously measured by the tag (hereinafter referred to as a second inspection) And checking whether the altitude value of the tag estimated by the positioning server and the altitude value measured by the tag are greater than or equal to a preset third ratio or a third value (hereinafter referred to as a third inspection), and in the first inspection, If it does not change above the first ratio and does not change above the second ratio, the altitude value of the tag estimated by the positioning server is used as it is. If the first inspection does not change to the first ratio or more, and the second inspection changes to the second ratio or more, the position of the tag is corrected by the altitude value measured by the tag, and the first inspection is performed to the first ratio or more. And the third value or the third value is not different from the third test, the altitude value of the tag estimated by the positioning server is used as it is, and the first test is changed to the first rate or more and the first test is performed. If the third inspection or the third value or more difference in the inspection, the position of the tag can be corrected by the altitude value measured by the tag.

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. A positioning method using the IR-UWB communication method including an IR-UWB communication method including three or more anchors and a tag according to the present invention for achieving the above object is an IR-UWB communication method. The tag periodically transmits a blink message using the scheme, wherein the three or more anchors transmit a ranging start message after receiving the blink message, and the tag receives the ranging start message. Performing a discovery process in which the anchors are connected to each other, the tag transmits a poll message by using an IR-UWB communication scheme, each anchor transmits a response message in response to the poll message, A ranging process in which the tag transmits a final message to each anchor in response to the response message; Performing, the tag measuring its altitude value, the first time information acquired while the tag performs the ranging process—the first time information includes a transmission time of a poll message, a reception time of a response message, And a second time information obtained by each anchor of the three or more anchors during the ranging process. The second time information includes: a reception time of a poll message, a transmission time of a response message, Calculating a propagation delay time between each anchor of the three or more anchors and the tag based on a reception time of a final message, based on a propagation delay time between each anchor of the three or more anchors and the tag Estimating the position of the tag, and correcting the position of the tag based on its altitude value measured by the tag. .

각 단계를 좀 더 상세히 살펴보면,Looking at each step in more detail,

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. The calculating of the propagation delay time may include round trip time (hereinafter, first round trip time) from a poll message transmission time of the tag to a response message reception time based on the first time information and a final response time from the response message reception time. Calculating a response time (hereinafter, referred to as a first response time) until the message transmission time; a response time (hereinafter referred to as a second response time) from a poll message reception time of each anchor to a response message transmission time based on the second time information; And calculating a round trip time (hereinafter referred to as a second round trip time) from the response message transmission time to a final message reception time, and calculating the first and second round trip times and the first and second response times. Computing a propagation delay time between each anchor and the tag based on the.

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(

)을

식을 이용하여 계산하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, calculating a propagation delay time between each anchor and the tag based on the first and second round trip times and the first and second response times may include a propagation delay time between the anchor and the tag.

)of

And calculating using an equation.

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.And estimating the position of the tag comprises estimating a distance between each anchor of the three or more anchors and the tag based on the propagation delay time and based on an estimated distance between the three or more anchors and the tag. And estimating the location of the tag.

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.In addition, the step of correcting the position of the tag on the basis of its altitude value measured by the tag may be set in advance by comparing the altitude value of the tag estimated by the positioning server with the altitude value of the tag previously estimated. A first inspection step of inspecting whether the change is greater than or equal to 1 ratio, a second inspection step of inspecting whether the altitude value measured by the tag is changed to be greater than or equal to a preset second ratio by comparison with an altitude value previously measured by the tag; A third inspection step of inspecting whether the altitude value of the tag estimated by the positioning server and the altitude value measured by the tag differ by more than a third ratio or a third value preset; If it does not change above the ratio and does not change above the second ratio in the second inspection step, the altitude value of the tag estimated by the positioning server is used as it is. When the first inspection step does not change to the first ratio or more and the second inspection step changes to the second ratio or more, the position of the tag is corrected by the altitude value measured by the tag, and the first inspection is performed. If the step is greater than or equal to the first ratio and the third inspection step does not differ by more than the third ratio or the third value, the altitude value of the tag estimated by the positioning server is used as it is, and in the first inspection step If the ratio is greater than or equal to a first ratio and a difference is greater than or equal to a third ratio or a third value in the third inspecting step, the position of the tag may be corrected by the altitude value measured by the tag.

본 발명에 의하면 평면 좌표상의 위치뿐만 아니라 위치의 고도 또한 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, not only the position on the plane coordinate but also the altitude of the position can be measured accurately.

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. In addition, according to the present invention there is an effect that can secure the position of the desired container directly from the plurality of containers stacked up in the yard by precise altitude measurement.

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.1 is a diagram showing the configuration of a positioning system based on IR-UWB according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a ranging method for securing a wireless signal transmission time from an anchor to a tag according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a format of a message used in the discovery step 410 and the ranging step 420 according to an embodiment of the present invention.
4 is a timing diagram associated with a ranging step between a tag and three anchors according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a method of estimating the position of the tag 200 in the positioning server 300 according to an embodiment of the present invention.
6 illustrates a final message including altitude information according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing the configuration of an anchor according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a configuration of a tag according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a configuration of a positioning server according to an embodiment of the present invention.
10 illustrates a method for estimating the position of a tag according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating a method of correcting altitude information in a positioning server.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and like reference numerals designate like elements throughout the specification.

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.Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. . In addition, when a part is said to "include" a certain component, this means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.

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.When a portion is referred to as being "above" another portion, it may be just above the other portion or may be accompanied by another portion in between. In contrast, when a part is mentioned as "directly above" another part, no other part is involved between them.

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.Terms such as first, second, and third are used to describe various parts, components, regions, layers, and / or sections, but are not limited to these. These terms are only used to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, the first portion, component, region, layer or section described below may be referred to as the second portion, component, region, layer or section without departing from the scope of the invention.

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.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms “a,” “an,” and “the” include plural forms as well, unless the phrases clearly indicate the opposite. As used herein, the meaning of "comprising" embodies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element and / or component, and the presence of other characteristics, region, integer, step, operation, element and / or component It does not exclude the addition.

"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.Terms indicating relative space such as "below" and "above" may be used to more easily explain the relationship of one part to another part shown in the drawings. These terms are intended to include other meanings or operations of the device in use with the meanings intended in the figures. For example, if the device in the figure is reversed, any parts described as being "below" of the other parts are described as being "above" the other parts. Thus, the exemplary term "below" encompasses both up and down directions. The device can be rotated 90 degrees or at other angles, the terms representing relative space being interpreted accordingly.

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.Unless defined otherwise, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Commonly defined terms used are additionally interpreted to have a meaning consistent with the related technical literature and the presently disclosed contents, and are not interpreted in an ideal or very formal sense unless defined.

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.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 IR―UWB를 기반으로 한 측위 시스템의 구성을 도시한 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of a positioning system based on IR-UWB according to an embodiment of the present invention.

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.Referring to FIG. 1, an positioning system based on an IR-UWB according to an embodiment of the present invention includes a plurality of anchors 101 to 104, tags 200, and a positioning server 300. can do.

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.Here, the tag 200 has a built-in altimeter for altitude measurement and is a movable node that can be attached to a container to know the location. The tag 200 may communicate with the plurality of anchors 101 to 104 in an IR-UWB manner.

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.The plurality of anchors 101 to 104 communicate with the tag 200 in an IR-UWB manner and are fixed nodes. The positioning server 300 may communicate with each other using a conventional wired or wireless communication method. The plurality of anchors 101 to 104 may transmit the information obtained while communicating with the tag 200 to the positioning server 300 using the wired or wireless communication method described above.

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.The positioning server 300 includes a positioning engine and combines information about a specific tag 200 received from the plurality of anchors 101 to 104, in particular the propagation time information of the IR-UWB signal from each anchor to the tag. Location information of the specific tag 200, that is, coordinates of X, Y, and Z may be obtained.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 앵커에서 태그까지의 무선 신호 전달 시간을 확보하는 레인징(Ranging) 방식을 도시한 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a ranging method for securing a wireless signal transmission time from an anchor to a tag according to an embodiment of the present invention.

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. In order to locate the tag 200 in the real-time positioning system based on the IR-UWB communication method, a distance measurement between at least three fixed anchors 101 to 104 and the tag 200 should be performed. This distance measurement can be made using the time of flight (TOF) of the radio signal. That is, since the transmission speed of the radio signal is constant, the distance can be calculated by knowing the time to reach the destination.

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.Referring to FIG. 2, the tag 200 undergoes two steps to secure a transmission time of a radio signal to the anchor 101. First, as a discovery step 410, it is a step of checking whether there is an anchor 101 around, and then a ranging step 420 to secure a radio signal arrival signal to the anchor 101. During the discovery phase 410, the tag 200 periodically transmits a Blink message and waits for a predetermined time to check whether there is a response from the anchor 101. In particular, if there is no response from the anchor 101 while waiting for a predetermined time after transmitting the blink message in order to minimize the power used, it switches to the sleep mode that can minimize the power used. It wakes up from sleep mode again, sends a blink message, and waits for a while. If there is an anchor 101 in the vicinity, the anchor 101 receives the blink message to allow the tag 200 to perform the ranging step 420 and then sends a ranging init message to the tag 200. send.

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.Upon receiving the ranging start message, the tag 200 broadcasts a poll message to start the ranging step 420. The anchor 101 receiving the poll signal transmits a response message in response to the poll message, and the tag 200 receiving the response message transmits a final message to perform the ranging step 420. To complete. The anchor 100 receiving the final message transmits the received final message to the positioning server 300.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스커버리 단계(410) 및 레인징 단계(420)에서 사용된 메시지의 포맷을 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a format of a message used in the discovery step 410 and the ranging step 420 according to an embodiment of the present invention.

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. 3 (a) shows an example of a blink message. Referring to (a) of FIG. 3, a blink message includes a function code field of one octet for distinguishing a message, a sequence number field of one octet for distinguishing a message, and a blink It may include a tag ID field of 8 octets for identifying a tag transmitting the message and a frame check sequence (FCS) field of 2 octets for error checking of a blink message.

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.FIG. 3 (b) shows a ranging start message for informing a tag to start ranging with a tag transmitting a blink message at an anchor receiving the blink message. A function code field of one octet for distinguishing a message, which tag A tag 16-bit address field consisting of the lower 16 bits of the 64 bits of the tag ID field included in the received message to indicate whether it is a response to the blink message from the following message, when the arrival time is calculated in the subsequent ranging step 420. A Response Delay Anchor field indicating the response time of the anchor that can be used, and a Response Delay Tag indicating the response time of the tag that can be used when calculating the arrival time in the subsequent ranging step 420. May contain fields.

도 3의 (c)는 레인징 단계(420)의 시작을 알리는 폴 메시지를 나타낸 것으로 1 옥텟의 기능 코드 필드만을 포함할 수 있다.3 (c) shows a poll message indicating the start of the ranging step 420 and may include only a function code field of one octet.

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.3 (d) is a response message transmitted to the tag by the anchor receiving the poll message, but sufficient to include only one octet of the function code field, but considering the possibility of future expansion. An activity field of one octet to indicate what to do next, an activity parameter field that contains parameters for the activity, depending on the activity field, and the previous ranging step 420 It may include a five-octet previous ToF (Previous ToF) field indicating a ToF value. In the activity field described above, only a value of 0x02 indicating to continue the current ranging step is defined, and the remaining values may be used for future expansion. The activity parameter used for the 0x02 value is not currently defined, and the activity parameter field may have a value of 0x0000.

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.FIG. 3 (e) shows a final message transmitted by a tag after receiving a response message from an anchor. The function code field of 1 octet and 5 octets indicating the precise message transmission time of the poll message transmitted by the tag. Poll Message TX Time Stamp field, a 5-octet Response Message RX Time Stamp field indicating the precise time of receipt in the tag of the response message received from the anchor, and a tag. Includes a Final Tx Timestamp field indicating the transmission time of the final message sent by the anchor. In this case, the final Tx timestamp should be put in the message by determining the expected transmission time before transmission. Therefore, the processor of the tag should add the delay time in the tag processor and the delay values in the TX antenna to determine the expected transmission time in advance and insert it into the message.

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.The anchor transmits the received final message to the positioning server 300, and the positioning server 300 may measure the precise position of the tag 200 using the time stamp information included in the received final message.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태그와 3개의 앵커 간의 레인징 단계와 관련된 타이밍 도를 도시한 도면이다.4 is a timing diagram associated with a ranging step between a tag and three anchors according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면 태그(200)에서 각 앵커(101, 102, 103)까지의 전달 지연 시간을 계산할 수 있다.Referring to FIG. 4, the propagation delay time from the tag 200 to each anchor 101, 102, 103 may be calculated.

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; T_round1A, T_round1B, T_round1C) 및 응답 메시지(RespA, RespB, RespC)를 수신한 이후 파이널 메시지(Final)를 송신할 때까지의 응답 시간(Reply Time; T_reply1A, T_reply1B, T_reply1C)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(T_reply2A, T_reply2B, T_reply2C) 및 응답 메시지(RespA, RespB, RespC)를 전송한 이후 파이널 메시지(Final)를 수신할 때까지의 라운드 트립 시간(T_round2A, T_round2B, T_round2C)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(T_propA, T_propB, T_propC)을 계산할 수 있다.First, when a poll message (Poll) is sent from the tag 200, the anchors 101, 102, and 103 receive the response messages, and in response thereto, the response messages RespA, RespB, and RespC are received. After receiving the response messages RespA, RespB, and RespC from the three anchors 101, 102, and 103, the final message (Final) is transmitted to each anchor (101, 102, 103). The tag 200 in the poll message (Poll) after each anchor (101, 102, 103) a response message (RespA, RespB, RespC) the round trip time (Round Trip Time until the reception from the transmission to; T _round1A , T _round1B , T _round1C ) and the response time (Reply Time; T _reply1A , T _reply1B , T _reply1C ) from receiving a response message (RespA, RespB, RespC) to sending a final message (Final). Response time (T _reply2A , T _reply2B , T _reply2C ) and response from each anchor 101, 102, 103 to receiving the poll message Poll and then sending a response message RespA, RespB, RespC. The round trip time (T _round2A , T _round2B , T _round2C ) from transmitting the messages (RespA, RespB, RespC) to receiving the final message (Final) can be measured. And based on this, each anchor 101, 102, 103 is a propagation delay time (T _propA , T _propB , T _propC ) from the tag 200 to each anchor (101, 102, 103) using the following equation (1) Can be calculated.

여기서 태그(200)와 관련된 시간(T_round1A, T_round1B, T_round1C _,T_reply1A, T_reply1B, T_reply1C)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. Here, the times T _round1A , T _round1B , T _round1C _, T _reply1A , T _reply1B , and T _{reply1C associated} with the tag 200 are included in the final message shown in FIG. _3E received from the tag 200. The poll message Tx timestamp field, response message Rx timestamp field, and final Tx timestamp field may be used to compute at each anchor.

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.And although shown only for three anchors in one embodiment of Figure 4 may operate similarly for four or more anchors. In addition, in FIG. 4, although the final message is transmitted after receiving the response message from each anchor, the final message may be transmitted to each anchor immediately after receiving the response message from each anchor. Will be taken for granted.

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.In addition, the above-described calculation of delay propagation time may be performed at each anchor, but the round trip time and response time information obtained at the anchor and the final message received from the tag 200 are transmitted to the positioning server 300 to determine the positioning server ( In operation 300, the propagation delay time from the tag 200 to each anchor may be calculated, and an accurate position of the tag 200 may be estimated based on the propagation delay time.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 측위 서버(300)에서 태그(200)의 위치를 추정하는 방식을 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a method of estimating the position of the tag 200 in the positioning server 300 according to an embodiment of the present invention.

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. Referring to FIG. 5, the positioning server 300 obtains a propagation delay time from each anchor 101, 102, 103, 104 to the tag 200 by using the above-described ranging step, and based on this, each anchor The distance from (101, 102, 103, 104) to the tag 200 is estimated. Since each anchor 101, 102, 103, 104 is a node in a fixed position, and the positioning server 300 knows the position of each anchor 101, 102, 103, 104, it is calculated based on each anchor. A sphere with a radius of the distance to the tag 200 can be drawn. And the spheres drawn for each anchor (101, 102, 103, 104) are met at almost one point, it can be determined that the tag 200 is located at this point.

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.The positioning system using IR-UWB can measure the propagation delay time very precisely by calculating the propagation propagation time by the above-described method, and thus the position of the tag 200 can be precisely measured in cm.

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. However, in the case of measuring in the above-described manner, it may be difficult to accurately measure the altitude position unless the altitude in which the anchor is present is considerably high. That is, when a sphere having a radius to the tag is drawn for each anchor, if the altitude of the anchor is smaller than the distance to the tag, the exact sphere cannot be drawn, and thus the altitude may be incorrectly estimated.

이를 방지하기 위하여 본원 발명은 태그가 전송하는 파이널 메시지에 고도 정보를 포함하도록 하였다.In order to prevent this, the present invention includes the altitude information in the final message transmitted by the tag.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고도 정보를 포함하는 파이널 메시지를 도시한 도면이다. 6 illustrates a final message including altitude information according to an embodiment of the present invention.

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. Referring to FIG. 6, the final message includes altitude information in addition to the function code field of 1 octet, the poll message TX timestamp field of 5 octets, the response message RX timestamp field of 5 octets, and the final Tx timestamp field. It may include an Altimeter Flag field indicating presence of altimeter and an Altimeter Value field indicating altitude information.

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.In addition, the positioning server 300 may correct the calculated altitude value by comparing the altitude value calculated in the above-described manner with the altitude value measured by the tag included in the final message. As a result, the positioning server 300 may more accurately estimate the altitude position of the tag 200.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 앵커의 구성을 도시한 도면이다.7 is a view showing the configuration of an anchor according to an embodiment of the present invention.

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.Referring to FIG. 7, an anchor according to an embodiment of the present invention may include an IR-UWB communication unit 110, a server communication unit 120, and a message processing unit 130.

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.The IR-UWB communication unit 110 may perform IR-UWB communication with the tag 200, and the server communication unit 120 may perform wired or wireless communication with the positioning server 300.

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.The message processor 130 generates and transmits a ranging start message in response to the blink message received from the tag 200, generates and transmits a response message in response to the poll message, and receives a final message from the tag 200. And measure the response time between the reception time of the poll message and the transmission time of the response message, the round trip time between the transmission time of the response message and the reception time of the final message, and include the response time, the round trip time, and the final message. The time and altitude information measured by the tag is transmitted to the positioning server 300 through the server communication unit 120.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태그의 구성을 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating a configuration of a tag according to an embodiment of the present invention.

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.Referring to FIG. 8, a tag according to an embodiment of the present invention may include an IR-UWB communication unit 210, an altitude measuring unit 220, and a message processing unit 230.

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. The IR-UWB communication unit 210 may perform IR-UWB communication with the anchors 101, 102, 103, and 104, and the altitude measuring unit 220 may measure a current altitude of the tag.

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. The message processor 130 periodically wakes up, transmits a blink message, and performs a ranging step when receiving the ranging start message. To perform the ranging step, first broadcast a poll message, receive a response message corresponding to a poll message from a plurality of anchors, measure a transmission time of a poll message, a reception time of a response message, and a predicted transmission time of a final message. Based on the calculation, the final message is generated and sent to the corresponding anchor.

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.Generate and transmit a ranging start message in response to a blink message received from the tag 200, generate and transmit a response message in response to a poll message, receive a final message from the tag 200, and receive a poll message. Measures the response time between the time and the transmission time of the response message, the round trip time between the transmission time of the response message and the reception time of the final message, the time measured in the response time, round trip time, and tags included in the final message, and The altitude information is transmitted to the positioning server 300 through the server communication unit 120.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 측위 서버의 구성을 도시한 도면이다.9 is a diagram illustrating a configuration of a positioning server according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 측위 서버는 앵커 통신부(310), 설정부(320) 및 위치 추정부(330)를 포함할 수 있다.9, a positioning server according to an embodiment of the present invention may include an anchor communication unit 310, a setting unit 320, and a position estimating unit 330.

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.The anchor communication unit 310 receives data by performing wired / wireless communication with the plurality of anchors 101, 102, 103, 104, and the setting unit 320 sets position information of a plurality of anchors having fixed positions. do.

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.The position estimator 330 calculates a distance from each anchor to a tag based on the position information of each anchor set by the setting unit 320 and response time and round trip time information associated with a specific tag received from the plurality of anchors. The position of each tag can be estimated based on the position of each anchor, the sphere whose radius is the distance to the tag estimated by each anchor, and the point where the spheres made for the plurality of anchors meet each other. In addition, in order to correct the altitude information, the altitude information of the tag may be compared with the altitude information included in the final message transmitted to the anchor and the altitude information calculated by the method described above.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태그의 위치를 추정하기 위한 방법을 도시한 도면이다.10 illustrates a method for estimating the position of a tag according to an embodiment of the present invention.

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. Referring to FIG. 10, in order to estimate the position of a tag, a connection (S100) using IR-UWB communication between a tag and an anchor is performed. This connection is completed by the tag sending a blink message and the anchor sending a ranging start message in response to the blink message.

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. As an example, suppose that the tag is attached to the container and the container is checked at the yard. The tag of the container may then be attached at its original starting point, or may be attached at the loading dock as it is disembarked from the ship. This tag attached to the container periodically checks the existence of the anchor and attempts to connect. If there is no anchor responding to the surroundings, it immediately enters the sleep mode to minimize power consumption and periodically wakes up and sends a blink signal to attempt to connect with the anchor. When the container enters the yard, the anchor receives the blink signal sent by the tag and sends a ranging start message in response. The tag knows that it is connected to the anchor by receiving a ranging start message.

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.The anchor and the tag connected to each other measure the propagation delay time between the anchor and the tag through the above-mentioned ranging step (S200). In this case, the tag sends a poll message to the anchor, the anchor sends a response message in response to receiving the poll message, and again the tag sends a delay message using a two-way method of receiving a response message and sending a final message. Measure your time. That is, the tag measures the round trip time between the poll message transmission time and the response message reception time, and measures the response time from the response message reception time to the final message transmission time and includes the final message in the final message. The response time between poll message reception time and response message transmission time and the round trip time between response message transmission time and final message reception time are measured. Based on this, it is possible to measure the propagation delay time for each anchor according to Equation 1 described above.

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. The positioning server 300 may estimate the position of the tag based on the propagation delay time for each anchor (S300). The estimation method estimates the distance to the tag according to the propagation delay time for each anchor, the spheres centered on the position of each anchor and the distance to the tag by radius, and the points where the spheres drawn for the plurality of anchors meet. Can be estimated as the position of the tag.

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.In this case, the altitude information may be estimated by the positioning server 300, but the altitude information may be inaccurate when the altitude where the anchor is located is low. To compensate for this, the tag can measure altitude information using an altimeter and include it in the final message and send it to the location server. The positioning server can more accurately correct the altitude information calculated using the altitude information included in the final message.

도 11은 측위 서버에서 고도의 정보를 보정하는 방법을 도시한 도면이다.11 is a diagram illustrating a method of correcting altitude information in a positioning server.

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.In order to correct the altitude information, a change between the altitude value measured by the tag and the location information estimated by the location server and the altitude value measured by the current tag and the location information estimated by the location server may be used.

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. Referring to FIG. 11, the positioning server checks whether the current altitude value estimated in the above-described manner is different from the estimated previous altitude value and the set ratio or more (S310). Then, it is checked whether the current altitude value measured by the tag is different from the measured previous altitude value and the set ratio or more (S320). If the calculated altitude value and the altitude value measured by the tag did not change more than the set ratio, the calculated altitude value is used (S330), and the calculated altitude value does not change more than the set ratio, while the measured altitude value is equal to or greater than the set ratio. By using the measured altitude value (S340), the calculated altitude value is different than the set ratio, and if the difference with the measured altitude value is more than the set value or ratio by using the measured altitude value (S340) More accurate altitude information can be obtained.

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.By adding the above-described altitude information correction method to the IR-UWB positioning system, a more accurate altitude position can be estimated, and such an IR-UWB positioning system can more accurately position an object at a loading place or a yard where objects are stacked up. It can have the advantage of being informed.

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.As those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features, the embodiments described above should be understood as illustrative and not restrictive in all aspects. Should be. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. .

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 추정부101, 102, 103, 104: anchor
110: IR-UWB communication section of the anchor
120: server communication unit of the anchor
130: message processing unit of the anchor
200: tag
210: IR-UWB communication section of the tag
220: altitude measurement unit of the tag
230: message processing of the tag
300: positioning server
310: anchor communication unit of the positioning server
320: setting part of the positioning server
330: location estimation unit of the positioning server

Claims

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.Positioning system using IR-UWB communication method,
Tag, three or more anchors, and a positioning server,
Each anchor of the tag and the three or more anchors,
The tag periodically transmits a blink message using an IR-UWB communication scheme, each anchor transmits a ranging start message after receiving the blink message, and the tag receives the ranging start message. Perform a discovery process in which each anchor is connected to each other,
The tag transmits a poll message using an IR-UWB communication scheme, each anchor transmits a response message in response to the poll message, and the tag transmits a final message in response to the response message. Performing a ranging process for transmitting to each anchor;
The tag is,
Measure your altitude,
First time information obtained through the ranging process, wherein the first time information includes a transmission time of a poll message, a reception time of a response message, and a transmission time of a final message; and the measured altitude value in a final message. To send,
Each anchor of the three or more anchors,
Second time information obtained through the ranging process, wherein the second time information includes a reception time of a poll message, a transmission time of a response message, a reception time of a final message, and a final message received from the tag. Transmitting the first time information and the altitude value to the positioning server,
The positioning server,
Estimating the position of the tag based on first time information, second time information, and altitude value for each anchor received from the three or more anchors,
IR-positioning system using UWB communication method.

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. The method of claim 1,
The transmission time of the final message included in the final message transmitted by the tag is a previously estimated transmission time including a delay time in the TX antenna of the tag and a processing time for configuring the final message in the tag.
IR-positioning system using UWB communication method.

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. The method of claim 1,
The positioning server,
Based on the first time information, the round trip time from the poll message transmission time of the tag to the response message reception time (hereinafter, the first round trip time) and the response time from the response message reception time to the final message transmission time (hereinafter First response time),
Based on the second time information, a response time (hereinafter referred to as a second response time) from the poll message reception time of each anchor to a response message transmission time and a round trip time from the response message transmission time to the final message reception time (hereinafter Second round trip time)
Calculate a propagation delay time between each anchor and the tag based on the first and second round trip times and the first and second response times,
Estimate a distance between each anchor and the tag based on the propagation delay time,
Estimate a location of the tag based on an estimated distance between the three or more anchors and the tag,
Correcting the position of the tag based on the altitude value,
IR-positioning system using UWB communication method.

제3항에 있어서,
상기 측위 서버는,
상기 각 앵커와 상기 태그 간의 전달 지연 시간(

)을

―여기서

은 제1 라운드 트립 시간,

는 제2 라운드 트립 시간,

은 제1 응답 시간,

는 제2 응답시간임―을 이용하여 계산하는,
IR―UWB 통신방식을 이용한 측위 시스템.The method of claim 3,
The positioning server,
Propagation delay time between each anchor and the tag (

)of

-here

Is the first round trip time,

The second round trip time,

Is the first response time,

Is the second response time —
IR-positioning system using UWB communication method.

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.The method of claim 3,
The positioning server,
To correct the position of the tag based on the altitude value
Check whether the altitude value of the tag estimated by the positioning server is changed to a predetermined first ratio or more by comparing with an altitude value of the tag previously estimated (hereinafter referred to as a first inspection),
Checking whether the altitude value measured by the tag changes to a preset second ratio or more compared to an altitude value previously measured by the tag (hereinafter referred to as a second inspection),
Checking whether the altitude value of the tag estimated by the positioning server and the altitude value measured by the tag differ by more than a third ratio or a third value preset;
If it does not change to more than the first ratio in the first inspection and does not change to more than the second ratio in the second inspection, the altitude value of the tag estimated by the positioning server is used as it is,
If the first inspection does not change to more than the first ratio, and the second inspection to more than the second ratio, the position of the tag is corrected by the altitude value measured by the tag,
If the first inspection changes to more than the first ratio, and the third inspection does not differ by more than the third ratio or third value, the altitude value of the tag estimated by the positioning server is used as it is.
When the first inspection is changed to the first ratio or more, and the third inspection is different from the third ratio or the third value or more, correcting the position of the tag by the altitude value measured by the tag,
IR-positioning system using UWB communication method.

3개 이상의 앵커 및 태그를 포함한 IR―UWB 통신방식을 이용한 측위 시스템에 의해, 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.A positioning method using the IR-UWB communication method for estimating the position of a tag by a positioning system using the IR-UWB communication method including three or more anchors and tags,
The tag periodically transmits a blink message using an IR-UWB communication scheme, wherein the three or more anchors transmit a ranging start message after receiving the blink message, and the tag receives the ranging start message. Performing a discovery process in which the at least three anchors are connected to each other;
The tag transmits a poll message using an IR-UWB communication scheme, each anchor of the three or more anchors transmits a response message in response to the poll message, and the response in response to the response message. Performing a ranging process in which a tag transmits a final message to each anchor;
The tag measuring its altitude value;
First time information acquired while the tag performs the ranging process, wherein the first time information includes a transmission time of a poll message, a reception time of a response message, and a transmission time of a final message; The at least three second time information obtained by each anchor performing the ranging process, wherein the second time information includes a reception time of a poll message, a transmission time of a response message, and a reception time of a final message; Calculating a propagation delay time between each anchor of the anchor and the tag;
Estimating the position of the tag based on a propagation delay time between each anchor of the three or more anchors and the tag; And
Comprising a step of correcting the position of the tag on the basis of its altitude value measured by the tag;
IR-location method using UWB communication method.

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. The method of claim 6,
The transmission time of the final message included in the final message transmitted by the tag is a previously estimated transmission time including a delay time in the TX antenna of the tag and a processing time for configuring the final message in the tag.
IR-location method using UWB communication method.

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.The method of claim 6,
Computing the propagation delay time,
Based on the first time information, the round trip time from the poll message transmission time of the tag to the response message reception time (hereinafter, the first round trip time) and the response time from the response message reception time to the final message transmission time (hereinafter Calculating a first response time);
Based on the second time information, a response time (hereinafter referred to as a second response time) from the poll message reception time of each anchor to a response message transmission time and a round trip time from the response message transmission time to the final message reception time (hereinafter Calculating a second round trip time); And
Calculating a propagation delay time between each anchor and the tag based on the first and second round trip times and the first and second response times.
IR-location method using UWB communication method.

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(

)을

―여기서

은 제1 라운드 트립 시간,

는 제2 라운드 트립 시간,

은 제1 응답 시간,

는 제2 응답시간임―을 이용하여 계산하는 단계를 포함하는,
IR―UWB 통신방식을 이용한 측위 방법.The method of claim 8,
Calculating a propagation delay time between each anchor and the tag based on the first and second round trip time and the first and second response time,
Propagation delay time between each anchor and the tag (

)of

-here

Is the first round trip time,

The second round trip time,

Is the first response time,

Calculating a second response time;
IR-location method using UWB communication method.

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. The method of claim 6,
Estimating the location of the tag,
Estimating a distance between each anchor of the three or more anchors and the tag based on the propagation delay time; And
Estimating the position of the tag based on the estimated distance between the three or more anchors and the tag;
IR-location method using UWB communication method.

제6항에 있어서,
상기 태그가 측정한 자신의 고도값을 바탕으로 상기 태그의 위치를 보정하는 단계는,
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.The method of claim 6,
Correcting the position of the tag based on the altitude value measured by the tag,
A first checking step of checking whether the altitude value of the tag estimated by the positioning server has changed by more than a first predetermined ratio by comparing with the altitude value of the tag previously estimated;
A second inspection step of inspecting whether the altitude value measured by the tag changes by more than a second predetermined ratio by comparing with the altitude value previously measured by the tag;
A third inspection step of checking whether the altitude value of the tag estimated by the positioning server and the altitude value measured by the tag differ by more than a preset third ratio or third value;
If it does not change to more than the first ratio in the first inspection step and does not change to more than the second ratio in the second inspection step, the altitude value of the tag estimated by the positioning server is used as it is,
When the first inspection step does not change to the first ratio or more and the second inspection step changes to the second ratio or more, the position of the tag is corrected by the altitude value measured by the tag,
If the first inspection step changes to more than the first ratio, and the third inspection step does not differ by more than a third ratio or a third value, the altitude value of the tag estimated by the positioning server is used as it is.
Correcting the position of the tag with the altitude value measured by the tag when the first inspection step changes to a first ratio or more and the third inspection step differs by a third ratio or a third value or more. Included,
IR-location method using UWB communication method.