IR-UWB 기반 다수 목표물의 거리 추정 알고리즘 설계

Abstract

Global Positioning System (GPS)라는 대표적인 솔루션을 가지고 있는 실외에서의 위치 추적 비교적 훌륭한 위치 추적 성능을 보이고 있는 반면, 실내에서는 아직 뚜렷한 실내 위치 추적 솔루션이 존재 하지 않아 다방면으로 그 해법을 찾고 있는 중이다. 민간 분야에 있어 대표적인 실내 위치 인식 방법은 WLAN Wi-Fi기반의 AP 및 단말기와 그 신호 강도를 이용해 위치 파악하는 것으로, AP와 단말기 사이의 신호 강도의 편차 때문에 그 한계점을 보인다. 또 다른 방법으로 Artificial Landmark 기반의 위치 인식 방법으로, 사전에 위치를 알고 있는 지점에 지표를 설치하고, 이를 감지함으로써 위치를 파악하는 방법이다. 하지만, 지표에 대한 설치 비용 및 정밀한 연속 위치를 얻는 것이 힘들다는 단점이 있다. 이러한 상황들을 고려할 때, Impulse-Radio Ultra Wideband (IR-UWB)는 실내 측위 시스템 분야에서 차세대 신기술로 주목 받고 있다. IR-UWB는 수십 ~ 수백 ps 단위의 아주 짧은 폭을 갖는 펄스 신호를 방사하고 물체에 반사되어 수신되는 신호와 송신 신호의 시간적 지연을 감지해 물체의 존재와 거리를 판단한다. 송신 파워가 매우 작기 때문에 저전력, 저가격, 소형으로 구현이 가능하며, 광대역을 사용하여 협대역 간섭에 강하며, 신호의 스펙트럼이 유사 잡음 형태를 보이므로 보안성 또한 향상된다. 또한 광대역을 사용하여 투과성이 좋아 지반 투과 레이더 등으로도 사용될 수 있다. 본 논문은 IR-UWB Radar 시스템을 이용하여 다수개의 목표물의 각각의 거리 및 개수를 추정하는 방법을 제안한다. 먼저 IR-UWB Radar 시스템으로 정확한 거리 측정을 위하여 기존의 거리 추정 알고리즘에 비해 추가적인 과정이 더 필요하다. Path loss에 따른 신호세기의 감쇄를 보정해주는 과정, true pulse를 구별해내기 위한 Threshold를 결정하는 과정과 다중경로에 의한 오차를 보장하는 방법들이 그것이다. 본 논문에서는 IR-UWB를 이용한 기존의 거리 추정 알고리즘들을 먼저 소개하고 문제점을 제시한다. 그리고 문제점을 보완한 거리 추정 알고리즘을 제안한다. 상용 UWB Transceiver를 이용하여 실제로 IR-UWB module을 제작하고, 해당 module을 사용한 실험을 통해 제안된 알고리즘의 성능 및 정확도를 평가한다.