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송신 신호의 도달 시간차(TDOA)를 이용한 위치 측정 시스템의 구현
Position Measuring System Design using Time Difference of Arrival 원문보기

대한전기학회 2001년도 합동 추계학술대회 논문집 정보 및 제어부문, 2001 Nov. 24, 2001년, pp.394 - 397  

김동욱 (아주 대학교 전자공학부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

There are several methods of measuring position. For example GPS, AOA, TDOA and using radio camera. In this Paper I used TDOA method in position measuring system. TDOA method uses arrival time difference. In position measuring system, three transfers which is placed in different position transfer si...

AI 본문요약
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제안 방법

  • 단위 시간이 지나면 저장된 값을 가지고 각 Slave 송신기 별로 총 카운트값을 저장 횟수로 나누어 정밀한 시간 지연 값을 얻는다. 그리고, 시간 지연 값을 이용하여 계산알고리즘을 수행하여 기준 좌표에 대한 수신기의 위치를 계산한다. 수신기는 Master 송신기에서 송출하는 하나의 정확한 전체 데이터를 수신하면 그 뒤에 수신되는 데이터는 무시하고 저장된 데이터를 이용해 해당 골프장에 해당하는 사용자가 요구하는 다양한 정보를 디스플레이 한다.
  • 본 논문에서 제안되어진 위치 측정 시스템은 TDOA 개념의 두 좌표로부터 오는 시간의 차를 이용하여 위치정보를 획득한다. 따라서, 위치를 결정하는 알고리즘 및 정확한 RF 모듈의 사용이 필수 적이디、시스템에 사용된 위치 결정을 위한 알고리즘은 수학적 풀이법으로써 3차원상에서의 적용은 계산과정 중 분모가 '。가 되는 부분이 발생하여 계산할 수 없는 좌표가 존재하게 돤다.
  • 이러한 방식을 TDOA라 한다. 본 논문에서는 이러한 TDOA 방법을 이용하여 거리 측정을 위한 데이터를 획득하고 수학적 풀이법을 사용하여 위치를 측정하였다. 3차원에서의 수학적 풀이법을 사용할 경우 계산할 수 없는 위치 좌표가 존재하기 때문에 2차원에서의 수학적 풀이법을 사용하였다.
  • 본 논문에서의 위치 측정을 위한 위치 데이터는 TDOA개념의 두 좌표로부터 오는 신호의 시간 지연의 차이며 얻어진 데이터의 처리방법으로 수학적 풀이법을 채택하였다. 따라서 위치측정 시스템에서는 다음과 같은 목적의 기능을 수행해야 한다.
  • 내부 클럭 생성 부와 수신 BIT 카운터부 그리고, 자신의 신호 송신을 위한시간계산부 및 신호 송신을 위한 송신부로써 processor 로부터 받은 전송 데이터의 일시 저장장소, 전송 데이터를 이용하여 Packet을 만드는 모듈, Packet^ 전송 모듈. 송신 RF 모듈의 컨트롤부분올 구현하였다.
  • 시스템의 적용 지역 상호간의 단일 수신 단말기 사용 및 응용 서비스 개발의 용이성을 위하여 송신기와 수신 단말기 시스템간의 전송 데이터의 format을 과같이 규정하였다.
  • 이를 위하여 FPGA를 통하여 수신 RF 모듈을 통한 수신 신호의 처리를 위하여 FRAME START 감지부, SYNC BIT 감지부. ID 해석부, 내부 클럭 생성 부와 수신 BIT 카운터부 그리고, 수신시간의 누적을 한후 일시 저장을 위한 버퍼부, 프로세서와 데이터 전달을 위한 메모리 부를 구성하였고 내부 구성은'<3림 8>과 같다.
  • 이를 위하여 FPGA를 통하여 수신 RF 모듈을 통한 신호의 처리를 위하여 전송 FRAME START 감지부, SYNC BIT 감지부. ID 해석부.

이론/모형

  • 본 논문에서는 이러한 TDOA 방법을 이용하여 거리 측정을 위한 데이터를 획득하고 수학적 풀이법을 사용하여 위치를 측정하였다. 3차원에서의 수학적 풀이법을 사용할 경우 계산할 수 없는 위치 좌표가 존재하기 때문에 2차원에서의 수학적 풀이법을 사용하였다.
  • Ux, Uy의 값이 된다. 위와 같은 비서형 연립방정식의 풀이를 위하여 Newton Raphson Method를 사용하였다. 3차원에서 수학적 풀이법을 사용할 경우의 가장 큰 문제점은 계산할 수 없는 좌표들이 존재하는 다는 것이며 이것은 동일한 형태의 식을 반복 계산하면서 일정한 값들을 만들어내고 이로 인해 풀이과정중 O값을 가지는 중간값이 인자들이 생성되기 때문이다.
  • 위치 결정을 위한 알고리즘으로 본 시스템에서는 수학적 풀이법을 사용하였다. 수학적 풀이법은 송수신기 일대일의 전파 지연이 아니라 지연의 차를 이용해야 하므로 사용할 수 있는 기본식은 다음과 같다.
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