초음파 센서를 이용한 2차원 실내측위 기법

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 GPS의 실내 측정을 보안하기 위하여 초음파 센서를 이용하여 실내에서 위치 추적을 할 수 있는 알고리즘을 연구 하였다. 2.4㎓ 주파수 대역을 쓰는 이 위치인식센서는 실외는 반경 100m, 실내는 반경 50m 이내의 정확한 위치를 인식할 수 있다. 또한 탐지대상이 건물 몇 층에 있는지 높낮이까지 파악하며 태그에서 위치정보와 기울어짐, 온도감지 등과 같은 부가정보까지 전송할 수 있다. 이동 물체에 대한 위치 추정은 군사목적뿐만 아니고, 보안 문제에도 중요하며 일반인들의 일상생활에서도 미아나 고령자의 위치 확인이나 이동 상황을 확인 하는 것은 중요한 문제로 떠오르고 있다. 또한 로봇의 이동에서 기존 고정물체의 위치를 알고리즘으로 인지하면서 투입되는 작업 현장의 물류의 중요한 역할을 하는 것이 우리들도 실용화의 계기를 앞당겨야하는 연구대상이다.
그 원리는 RF와 초음파를 사용하여 삼각측량법으로 거리를 측정한 후, 초음파의 비행시간을 측정하여 거리를 계산한다. 그 후 RF에 의해 송신기를 구분, 2차원 혹은 3차원 좌표와 방위각을 측정 할 수 있는 것이다.
이 기계의 용도는 모바일 로봇의 위치추정이나 공공건물 안에서 자신의 위치추정, 유비쿼터스 세상에 기여하는 여라 가지 시스템에 응용할 수 있다는 점, 또한 자율이동 로봇에 국한하지 않고, 일반 이동차량에서도 환경 중에서 자기위치 추정은 유용하다. 쇼핑카트나 배선대차 등은 위치 측정 기능을 가지고 있어서 이용자에 유익한 정보를 제공한다. 이 방법은 종래보다 복잡한 환경에서 주행경로에 의하지 않고 이용되기 때문에, 자율 주행을 뿐만 아니고 폭넓게 일반 이동 차량의 위치추정에 이용가능하다는 점을 생각 한다면 무한한 가치를 창출 할 수 있다는 점에 연구 목적이 있다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 = 1
• 제2장 이론적 배경 = 2
• 제1절 초음파 센서를 이용한 거리 측정 = 2
• 1.초음파 정의 = 2
• 가. 음파의 정의 = 2
• 나. 초음파의 특성 = 3
• 다. 초음파의 응용 = 3
• 2. 송신기와 수신기까지의 거리 계산 = 4
• 제2절 좌표명면상의 위치 계산 방법 = 5
• 1.삼각형 세변의 길이를 알 때 내각의 크기 구하기 = 5
• 2. 수신기 위치의 좌표 값 구하기 = 6
• 제3절 무선통신기술 지그비 = 6
• 1. 무선통신기술 = 6
• 2. 지그비의 개념 및 어원 = 7
• 3. 지그비의 국제 표준화 동향 = 7
• 4. 지그비를 이용한 제품 개발 = 8
• 5. 지그비의 향후 전망 = 8
• 제4절 시리얼 통신 = 9
• 1. 시리얼통신의 정의 = 9
• 2. 시리얼 통신의 이해 = 9
• 가. 쌍방향 통신 = 9
• 나. Baud와 BPS(비트/초) = 10
• 다. 비트단위 데이터 전송 = 10
• 라. 패리트 비트 = 11
• 3. 동기(Synchronous) 통신과 비동기(Asynchronous) 통신 = 12
• 가. 동기(Synchronous) 통신 = 12
• 나. 비동기(Asynchronous) 통신 = 12
• 4. RS-232C = 12
• 가. RS-232C 정의 = 12
• 나. RS-232C 케이블 길이 = 13
• 다. RS-232C 신호 레벨 = 13
• 라. RS-232C 커넥터 연결 법 = 14
• 5. RS-422 = 15
• 6. RS-485 = 15
• 7. 각 인터페이스 방식의 특성표 = 16
• 제3장 Indoor GPS = 17
• 제1절 위치인식기술 = 17
• 1. 이동물체 위치인식기술 = 17
• 2. 위치인식 기술 = 17
• 가. 삼각측량 = 18
• 나. 장면분석 = 18
• 다. 근접방식 = 19
• 3. 위치인식시스템 = 19
• 가. 액티브 배지(Badge) 시스템 = 19
• 나. 액티브 배트(Bat) 시스템 = 20
• 다. RFID 태킹시스템 = 20
• 라. 레이더 = 21
• 마. 이지리빙(EasyLiving) = 21
• 바. UWB 라디오 시스템 = 22
• 사. 위치인식기술에 대한 개발 동향 = 22
• 제4장 Visual C++ 이용한 2차원 실내측위 시스템 개발 = 23
• 제1절 시스템 구성 = 23
• 1. IGS2 = 23
• 2. IGS2 동작원리 = 23
• 3. IGS2 특징 = 24
• 4. IGS2 활용가능 분야 = 25
• 제2절 하드웨어 환경 = 25
• 1. IGS2 환경 = 25
• 2. 송신기배치도 = 26
• 3. 송신기 전원 케이블 결선 = 27
• 4. IGS커넥션 = 28
• 제3절 DSP보드 - main간의 통신 프로토콜 = 31
• 1. FRAME 구조 = 31
• 2. Request ORIGIN[HEX] = 32
• 3. Request THRESHOLD[HEX] = 33
• 4. ANGLE_ON = 34
• 5. ANGLE_OFF = 34
• 6. Request RP_START[HEX] = 35
• 7. Request STOP[HEX] = 38
• 8. 주의사항 = 38
• 제4절 프로그램 구성 = 39
• 1. 프로그램 흐름도 = 39
• 2. 실험장비 설치 = 40
• 3. 폼 구성 및 기본 설정 = 43
• 제5장 실험 및 결과 분석 = 47
• 제1절 IGS2 이용한 오차실험 = 47
• 1. 오차실험 방법 = 47
• 2. 실험 전 주의사항 = 47
• 3. 오차측정 실험 = 48
• 가. y축 방향 증가 = 48
• 나. y축 방향 감소 = 49
• 다. x축 방향 증가 = 50
• 라. x축 방향 감소 = 51
• 4. 실험 결과 및 분석 = 52
• 5. 실내 측위 프로그램 개발 = 53
• 제6장 결론 = 60