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Zynq-SoC를 이용한 초음파 위치추적 시스템
An Ultrasonic Positioning System Using Zynq SoC 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.66 no.8, 2017년, pp.1250 - 1256  

강문호 (Dept. of Information Communication & Display Engineering, Sunmoon University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this research, a high-performance ultrasonic positioning system is proposed to track the positions of an indoor mobile object. Composed of an ultrasonic sender (mobile object) and a receiver (anchor), the system employs three ultrasonic time-off-flights (TOFs) and trilateration to estimate the po...

주제어

#Positions tracking   #Trilateration   #Ultrasonic TOF   #Pulse debounce   #Kalman filter   #Vivado   #Zynq SoC   #Baremetal multiprocessing  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 연구는 실내에서 이동하는 물체의 위치를 알아내기 위한 초음파 위치추적 시스템에 관한 것이다. 제안된 시스템은 초음파 송신기(이동체)와 수신기(앵커)로 구성되어, 3개의 서로 다른 위치에서 초음파 TOF들을 측정하고 삼변측정법을 통해 실시간으로 이동체의 위치를 알아낸다.
  • 최초의 상용 작업보조 시스템인 Sarissa LPS(Local Positioning System)[6]는 작업자의 손목에 장갑형의 이동체를 장착하여 작업 중 손의 위치를 cm-이내의 정도로 추적할 수 있는 능동형 시스템으로, 최종적인 손위치 계산을 위해 PC가 필요하다. 본 연구에서는 실내 이동체의 위치를 정밀하게 탐지하기 위한 초음파 위치추적 시스템을 제안한다. 제안하는 장치는 능동형 구조로, 초음파 송신기(이동체)와 수신기(앵커)로 구성된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
펄스 디바운스 방법이 잡음을 제거하는 원리는 무엇인가? 본 연구에서는 비교레벨을 매우 낮추면서도 잡음 펄스를 효과적으로 제거할 수 있는 펄스 디바운스 (pulse debounce) 방법을 사용한다. 초음파 펄스의 폭을 실시간 계산하며 특정 폭(tpd)보다 작은 폭을 갖는 펄스를 제거하여,메인 초음파 신호를 제외한 잡음을 쉽게 없앨 수 있다. 이때,tpd는 제거 대상 노이즈의 폭보다 크고, 메인 초음파 펄스의 폭보다는 작게 설정해야 한다.
초음파 송수신 시스템중 Bat 시스템은 무엇인가? [1] cm 수준의 위치 정확도를 얻을 수 있는 초음파 장치로는 Bat Ultrasonic Location 시스템[2], MIT Cricket 시스템[3],Randell과 Mullerd의 Location 시스템[4], Constellation 시스템[5] 등이 있는데, 이동체의 초음파송수신 여부에 따라 능동형(active)과 수동형(passive) 구조로 분류된다. Bat 시스템은 이동체가 송신노드가 되어 수신노드인 앵커로 RF 신호와 초음파 신호를 전송하는 능동형 구조로, 이동체의 위치는 외부에 설치된 PC에 의해서 계산된다. MIT Cricket 실내 시스템은 이동체가 앵커로부터 RF 신호와 초음파 신호를 수신하는 수동형 구조로,이동체에서 자신의 위치를 계산하지만 정확도를 높이기 위해 PC와 외부 인터페이스를 필요로 한다.
cm수준의 위치 정확도를 얻을 수 있는 초음파 장치는 무엇이 있는가? 이들 중에서, 수 미터 이내 실내공간에서 위치추적을 목표로 하는 경우 전파속도가 가장 느린 초음파를 사용하면 높은 정밀도를 얻을 수 있다.[1] cm 수준의 위치 정확도를 얻을 수 있는 초음파 장치로는 Bat Ultrasonic Location 시스템[2], MIT Cricket 시스템[3],Randell과 Mullerd의 Location 시스템[4], Constellation 시스템[5] 등이 있는데, 이동체의 초음파송수신 여부에 따라 능동형(active)과 수동형(passive) 구조로 분류된다. Bat 시스템은 이동체가 송신노드가 되어 수신노드인 앵커로 RF 신호와 초음파 신호를 전송하는 능동형 구조로, 이동체의 위치는 외부에 설치된 PC에 의해서 계산된다.
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참고문헌 (13)

  1. J. Broadbent and P. Marti, "Location aware mobile interactive guides : Usability issues", Proc. 4th ICHIM, pp. 162-172, 1997. 

  2. A. Ward, A. Jones, A. Hopper, "A new location technique for the active office", Personal Communications IEEE vol. 4, no. 5, pp. 42-47, 1997. 

  3. N. B. Priyantha, A. Chakraborty, H. Balakrishnan, "The cricket locationsupport system", Proc. of the 6th Annual International Conference on Mobile Computing and Networking, ser. MobiCom'00, ACM, New York, NY, USA, pp. 32-3, 2000. 

  4. C. Randell, H.L. Muller, "Low cost indoor positioning system", Proc. of the 3rd International Conference on Ubiquitous Computing, ser. UbiComp'01, Springer-Verlag, pp. 42-8, 2001. 

  5. E. Foxlin, M. Harrington, G. Pfeifer, "Constellation : a wide-range wireless motion-tracking system for augmented reality and virtual set applications", Proc. of the 25th Annual Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques, ser. SIGGRAPH'98, ACM, New York, NY, USA, pp.371-78, 1998. 

  6. Sarissa, Worker Assistance Systems, 2012. 

  7. A. Sanchez, A. de Castro, S. Elvira, G. Glezde-Rivera, J. Garrido, "Autonomous indoor ultrasonic positioning system based on a low-cost conditioning circuit", Measurement no. 45 pp. 276-283 2012. 

  8. ZYBO reference manual, digilent, Feb. 2014. 

  9. Vivado design suite user guide, programming and debugging, Xilinx, Apr. 2014. 

  10. B. G. Lim and M. H. Kang, "HW/SW co-design for an ultrasonic signal processing system using Zynq SoC," Journal of The Institute of Electronics Engineers of Korea, Vol. 51, no. 8, pp. 148-155, August 2014. 

  11. Vivado Design Suite User Guide, Designing with IP, Xilinx, May 1, 2014. 

  12. F. Ramsey, "Understanding the Basis of the Kalman Filter Via a Simple and Intuitive Derivation", IEEE SIGNAL PROCESSING MAGAZINE, pp. 128-132, SEPTEMBER 2012. 

  13. J. C. Jackson, R. Summan, S. M. Whiteley, S. G. Pierce, G. Hayward, "Time-of-flight measurement techniques for airborne ultrasonic ranging", IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control, vol. 60, no. 2, pp. 343-355, 2013. 

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