IR-UWB 기반 고정밀 측위 시스템에 대한 연구

Abstract

최근 사물 인터넷(Internet of Things) 기술의 비약적 발전과 더불어 고정밀 위치 정보는 지능형 상황 인식(Context-Awareness) 서비스 제공을 위해 필요한 가장 중요한 정보 중 하나이다. 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에서 실시간 고정밀 위치 정보는 위치 기반 산업의 기하급수적 증대와 서비스 창출이 가능하여, 광고, 안전, 보안, 교통, 공장, 빌딩, 농축산업, 스포츠, 군사, 의료 등 다양한 응용에 있어 매우 중요한 부분이 될 것이다. 본 논문에서는 사물 인터넷 기반의 지능형 상황인지 서비스 제공을 위한 IR-UWB 기반의 고정밀 실시간 측위 시스템(Real Time Locating System, RTLS)에 대한 구조를 응용 사례별로 제안하며 실증을 통해 성능을 분석한다. 특히, 소형 저전력 태그와 실시간 고속의 고정밀 위치 정보가 요구되는 스포츠과학 분야에 적합한 유선 동기 방식의 U-TDOA(Uplink-Time Difference of Arrival) RTLS, 완전 무선 시스템이 요구되는 응용에 적합한 무선 동기 방식의 U-TDOA RTLS, 태그 개수에 제약이 없는 무선 동기 방식의 O-TDOA(Observed-TDOA) RTLS, 고정 앵커들의 동기가 요구되지 않는 TWR-TOA(Two Way Ranging-Time of Arrival) RTLS 구조를 제안하고 검증하였다. AWGN(Additive White Gaussian Noise) 환경에서 실시간 위치 추정치를 얻기 위해 선형 추정 알고리즘과 연산 속도에 유리한 확장 칼만 필터(Extended Kalman Filter, EKF) 기반의 순차 업데이트(serial update) 알고리즘을 제안하고 적용하여 성능을 검증하였다. 최근 다양한 WLAN (Wireless Local Area Network) 기술을 활용한 위치 인식 기술이 연구되고 있지만 위치 정확도는 좋지 않으며, 무선 랜 단말기의 경우 높은 전력 소모로 전력에 민감한 모바일 응용에서 큰 제약이 된다. IR-UWB 기술은 GPS 및 WLAN의 전력 소비, 정확도 등의 제약 상황을 극복할 수 있어 향후 고정밀 위치가 요구되는 다양한 분야에 널리 이용 될 것으로 기대된다.