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지구 자기장 기반의 Fingerprint 실내 위치추정 방법 연구
Indoor Position Technology in Geo-Magnetic Field 원문보기

한국통신학회논문지. The Journal of Korea Information and Communications Society. 통신이론 및 시스템, v.38C no.1, 2013년, pp.131 - 140  

허수정 (영남대학교 정보통신공학과) ,  송준열 (영남대학교 정보통신공학과) ,  박용완 (영남대학교 정보통신공학과)

초록
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기존의 전파에 의존한 실내 위치측위 시스템의 한계점 발생으로 실내환경에서 정확도 향상을 위한 새로운 방법의 도입이 필요한 시점이다. 최근 생태계 모방 기술이 미래의 핵심기술이 되었고, 이에 따라 귀소본능을 가진 동물들이 지구자기장을 탐색하여 생체자석으로 위치친지에 사용하는 점을 적용한 정확한 위치 측위 방법을 연구하였다. 실내 위치측위를 위한 새로운 자원인 지구자기장의 적용 가능성을 확인하기 위해 건물구조, 구성재료를 구분하고 실제 자기장센서를 탑재할 수 있는 구조물과 데이터수집 모듈을 설계한 뒤, Fingerprint 기법의 위치측위 시스템을 구성하여 위치측위 자원으로서의 지구자기장의 적용 가능성을 연구하였다. 위치측위 시스템 성능 평가에서 기존의 무선랜이 설치된 건물에서는 지구자기장 세기 기반의 위치측위 시스템이 무선랜 기반 위치측위 시스템과 유사하거나 약 20% 성능이 높이 나타났다. 이와같이 실내 위치측위를 위한 인프라 설치가 되어 있지 않는 환경에서는 지구자기장이라는 고유의 지구자원으로 실내 위치측위가 가능하다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Due to the limitations of the existing indoor positioning system depending on the radio wave, at present, it is required to introduce a new method in order to improve the accuracy in indoor environment. Recently, bio-inspired technology has become the future core technology. Thus, this study examine...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 지구자기장은 위치측위 요소기술인 정확성, 항시성, 안정성을 모두 갖춘 실내외 위치측위 핵심 자원이다. 귀소본능을 가진 동물들에 의해 위치추정에 대한 자원으로서의 검증은 되었으나, 실내환경에서의 위치측위 시 적합한 자원인것인가에 대한 검증이 필요함으로 본 논문에서는 실제 지구자기장세기 측정 센서와 측정 구조물 그리고 데이터수집장치를 이용하여 적합성과 효용성을 분석하였다.
  • 본 논문에서는 실내 환경에서의 지구자기장 기반 측위 시스템과 무선랜 기반 측위시스템을 실제 환경에서 테스트 하여 위치측위 성능에 대한 비교 분석을 한다. 먼저 실내위치측위를 위해 무선랜 수신 신호세기와 지구자기장 세기를 수집 후 데이터베이스를 구축하는 과정을 시행하였다.
  • 본 논문에서는 이러한 기존 실내위치측위 시스템들과는 다른 관점인 지구의 고유한 자원인 지구자기장을 기반으로 실내위치측위시스템의 적용 및 그 성능을 평가하고자 한다. 본 논문의 구성은 강자성체에 의한 지구자기장의 교란분석, Fingerprint 측위 기법에 적용하기 위한 지구자기장세기 획득 및 분석, 그리고 건물내에서의 무선랜측위시스템과 지구자기장세기 기반 측위시스템의 성능을 비교 분석 결과에 관하여 고찰 한 후 마지막으로 결론을 맺는다.
  • 위 표에서 지구환경정보 중 지구자기장세기는 위치측위 적용에 필요한 정확성, 항시성, 보편성을 모두 만족하면서 10m이내의 오차범위를 가지는 우수한 위치측위 자원으로 분류할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 특성을 실제 환경테스트를 통하여 검증하고 기존 Fingerprint 기법을 사용하는 위치측위시스템 중 무선랜기반 실내위치측위와의 성능을 비교한다.
  • 본 논문에서는 측정을 위한 대표 건물 3곳을 결정하여 실제 제작된 지구자기장세기 획득 구조물에 센서를 장착하여 지구자기장세기 값의 분포를 확인하였다. 건물 구성 재료를 철근과 H빔을 사용한 건물로 분류하였다.
  • 본 논문에서는 확률적 모델링에 근거한 Fingerprint 위치측위 기법을 이용하여 지구자기장센서로부터 획득된 지구자기장세기 값을 데이터베이스화 하여 실제 실내 환경에서 위치측위를 위한 시스템을 구축하여 그 성능을 확인하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
지구자기장세기를 기반의 Fingerprint 측위 기법은 어떻게 데이터베이스를 구축하는가? 데이터베이스 구축은 측위 대상이 되는 공간을 일정한 범위로 나눈 후, 신호 세기를 측정해야 하는 측위 지점을 설정한다. 사용자 설정에 의하여 고정된 측위 지점에서 단말기는 무선랜의 경우 각각의 AP로부터 수신되는 신호세기, 지구자기장의 경우 지구자기장세기를 측정하고 측위 지점의 위치 좌표와 함께 수신된 신호의 세기를 데이터베이스로 저장한다.
핑거프린팅은 어떤 시스템에 가장 많이 사용되는 방식인가? 핑거프린팅(Fingerprint) 방식이라고도 불리는 확률적 모델링에 근거한 방식은 노이즈 및 주위 환경 정보를 위치추적을 위한 정보로 활용하는 방식으로 현재 무선랜 기반의 측위 시스템에서 가장 많이 사용되는 위치측위 방식이다. 그림 1, 2는 확률적 모델링에 의한 위치 추정 단계를 도식화한 그림이다.
자기저항 효과란? 본 논문에서는 자기저항 효과를 이용한 비등방성 자기저항센서인 MicroMag3를 사용하여 지구 자기장 변화를 측정한다. 자기저항 효과는 일명 Thomson 효과로 말하며, 자성체의 전기적 저항이 자화방향과 전류의 방향에 따라서 변화하는 현상으로 자기저항효과를 이용한 센서는 센서의 소형화가 가능하고 IC화 할 수 있는 장점을 가지고 있어서 다양한 응용분야에 활용되고 있다. MicroMag3센서는 3축 자기 센서를 내장하고 RS-232통신을 이용하여 컴퓨터로 직접 gauss단위의 데이터를 전송한다.
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참고문헌 (18)

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  18. J. Khodjaev, S. Hur, and Y. Park, "Low complexity LTS-based NLOS error mitigation for localization," Ann. Telecommun, vol. 67, no. 9/10, pp. 471-476, Oct. 2012. 

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