This paper presents the structure and functions of the differential beacon receiver for receiving DGPS error correction data. The differential beacon receiver is designed using commercially available components. Its functions are being implemented and tested in laboratory. Filed test is scheduled for the end of this year.
비콘 수신기는 위성에서 송출된 비콘 신호를 검출하여 그 신호세기를 측정하는 장치이다. 위성에서 송출된 비콘 신호는 지구국의 안테나를 목표 위성 방향으로 이동시키는 포지셔너의 조정 및 송신출력 제어 목적을 위한 것으로 무변조 저전력 연속파(CW)로 구성되어 있다. 일반적으로 비콘 신호 검출은 협대역 아날로그 필터를 사용한 RSSI(Received Signal Strength Intensity) 방식이 대표적으로 사용되고 있으나, 온도변화 및 장시간 동작에 따른 위성 송출 비콘 주파수 변동이 발생됨에 따라 비콘 수신기에서 주파수를 추적하는 스캔 기능 구현을 필요로 한다. 본 설계에서는 보다 빠른 비콘 신호 검출을 위하여 협대역 디지털필터를 다중 배열하여 비콘 주파수를 추적하고, SNR(Signal to Noise Ratio) 방식에 의한 비콘 신호 검출방식 수신기로 설계한다. 이를 위하여 위성과 지구국 사이의 강우감쇠를 고려한 무선채널 링크 버젯을 사용하여 비콘 신호 수신 $C/N_o$ 및 비콘 신호 검출을 위한 필요 C/N을 고려한 뒤 디지털필터의 대역폭 및 배열 개수를 도출한다.
무선 센서 네트워크의 MAC 프로토콜에 관한 연구는 동기식 MAC 프로토콜과 비동기식 MAC 프로토콜로 구분되어 활발한 연구가 진행되어 왔다. 특히, 비동기식 MAC 프로토콜은 각 노드들이 독립적인 Duty Cycle로 동작하기 때문에 송수신자 간의 동기를 맞추기 위한 알고리즘 연구가 필수적이다. 대표적으로 수신자 주도의 (Receiver-Initiated) MAC 프로토콜은 각 노드가 Wakeup 하자마자 전송하는 Beacon을 이용하여 송수신자 간의 동기를 맞추는 알고리즘이다. 하지만, 송신자가 언제 전송될지 모르는 수신자의 Beacon을 기다리면서 불필요한 에너지 소모가 발생하는 단점이 있다. 본 논문에서는 이러한 단점을 보완하기 위해 송수신자 사이의 최적의 중간 노드를 선정하여 성능을 향상시키는 MAC 프로토콜을 제안한다. 시뮬레이션 결과는 기존의 알고리즘 보다 에너지 효율을 향상시키고 전송 지연 시간이 감소되는 결과를 보인다.
위성 변조 비콘 신호는 위성에서 생성한 TOD (Time of Day) 데이터를 gold sequence를 이용하여 확산 시킨 후 linear phase modulation을 통해 전송된다. 변조 비콘 신호를 수신 시 위성과 지상 수신기 간 특성 차이 때문에 주파수 오프셋(FO)이 발생한다. 기존 위성 변조 비콘 수신기는 변조 비콘 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)를 이용하여 주파수를 동기화시키는 방법이며, 이는 시스템 구현 관점에서 딜레이 및 복잡도를 증가 시킬 뿐만 아니라 points 간 생기는 FO과 phase offset에 의한 위상차를 보정하는 별도의 회로가 필요하다. 본 논문에서는 이를 극복하기 위해 변조 비콘 신호의 2위상 성형된 특성을 이용하여 coarse FO와 phase offset을 한 번에 보정 및 복조하기 위한 방안과 그에 따른 하드웨어 구성도를 제안 및 분석하였다. 또한, 시뮬레이션을 통해 본 논문에서 제안하는 방식에 적합한 변조 지수(modulation index)를 분석하였으며 그에 따른 적정 누적 개수 또한 분석하였다.
This paper presents position error for the robot localization system using the ultrasonic wave. The distance between the receiver and a beacon can be computed by using the difference between times of flight. The distance information measured by ultrasonic wave has errors. The position is calculated by distances, and this error is caused by distance errors. The position error is different from receiver¡s position. And the position is also calculated by beacon location. This paper calculates worst case position error within measuring area, and finds beacons location to reduce the position error.
This paper presents a method for the robot localization and calibration using the ultrasonic and the radio frequency. The distance between the receiver and a beacon can be computed by using the difference between times of flight. The presented method uses the gradient of the maximum amplitude of the ultrasonic in order to measure the time of flight precisely. The measured three distances between the receiver and the beacon are used to compute the robot position by the direct inverse method and the iterated least square approximation method. This paper is defined the calibration as the problem to find the location of 3 beacons and 3 robots, and presents 3 methods for it and found the 2B2R method as the best among them.
Journal of information and communication convergence engineering
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제19권3호
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pp.161-165
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2021
Since the first commercialization of beacon-based services in 2011, various services have been provided to improve Bluetooth performance, and research has been conducted to accurately recognize user locations using beacons. The various measurement methods of indoor positioning systems (IPS) include methods using receiver signal strength indicator (RSSI) the strength of which varies greatly in accuracy depending on whether there are obstacles such as cement walls or doors. In this paper, we present a method to provide accurate positioning services even in the presence of obstacles in indoor spaces. To this end, we connect the HM-10 module supporting the beacon with Arduino Uno, to place beacons in three directions in real-world indoor space, and derive an optimal trilateration equation. Based on the derivation, we select the optimal expression for calculating the distance between the beacon and the moving station and use it to verify the coordinate determination for the moving station.
지상으로부터 생성된 보정신호를 정지위성을 통해 송신하여 광역에 있는 이동체의 위치를 결정할 수 있는 광역보정 위성항법체계(WADGPS)를 구현하기 위한 정지위성으로 일본의 MSAS 위성이 있다. 본 연구에서 MSAS의 MTSAT-2 위성에서 송신한 보정신호를 수신한 성과와 BEACON 수신기를 이용한 DGPS 성과를 비교 분석한 결과, 둘 다 기존의 실시간 code DGPS 결과 수준의 양호한 성과를 보여줌을 알 수 있었다. 본 연구의 성과를 적용하여 MTSAT-2 위성과 BEACON 수신기를 함께 활용하면, 지형에 크게 구애받지 않고 실시간의 데이터를 요구하는 LBS 분야나 높은 정확도를 요구하지 않는 지형공간정보취득에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
해양수산발전 기본법 제 15조(해양안전관리 등)에 의거 해양안전 및 해양교통시설의 하나인 위성항법 보정서비스(DGPS) 전국망 구축에 따라 국가 인프라 활용도를 극대화하고 대국민 편익 개선을 위해 원천기술개발이 꾸준히 제기 되고 있다. 특히 해양용 중파수신기 공급제품 유형을 살펴보면 국제해사기구(IMO) 권고에 만족하는 성능 제품 대부분 안테나와 수신기가 분리되는 구조 공급되고 있고 일부 통합모델의 경우 매우 고가모델로 해양용 수신기 보다는 휴대가 쉬운(Portable) 측위용으로 일부 활용되고 있어 저렴한 통합모델 개발이 요구되고 있다. 현재 해양용 위성항법 보정정보 수신기 중 GPS모듈, 중파모듈 각각은 저가 개발이 가능하나 독립적 운용 환경에서 통합모델 개발 이루어지지 않아 어떠한 문제가 있는지 살펴보고, 285kHz~315kHz 중파(medium wave or Beacon)를 이용한 DGPS Beacon 수신기 구조에서 중파안테나와 GPS수신기가 중파대역 폭당 신호대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)가 GPS 수신기에 미치는 영향에 대해 중점 연구하였다. 본 연구는 중파와 GPS 통합과정에서 중파안테나 및 수신부와 GPS안테나와 수신부가 어떤 영향을 미치고 GPS 신호감쇄가 DGPS 성능에 미치는 특성을 GPS 제조사별로 살펴보았고 중파 정규화 신호대 잡음비가 GPS제조사별 미치는 영향과 중파신호 영향에 대해 GPS 대역 폭당 잡음 전력비 성능개선을 위한 제안을 하였다.
BLE Beacon은 실내 위치 측정을 위한 기술로 많이 이용되고 있다. 그러나 정확한 위치의 측정을 위한 필터링 기술이 필요하고, 대부분 고정형 비콘을 이용한다. 비콘을 통해 발생된 정보를 수신하여 위치 정보를 산출하는 것은 정확성이 떨어지기 때문에 필터링이 중요하다. 그래서 위치 측정과 필터링 시간이 많이 걸린다. 이에 우리는 실내에서 이동하는 비콘의 정확한 위치 측정하고 이를 재사용하는 방안으로 온톨로지를 제안한다. 수신기가 측정한 수신세기(RSSI)는 비콘과의 거리로 하고, 이 값은 값들 간의 연관관계 분석을 통한 정규화로써 위치 온톨로지를 구성한다. 이 온톨로지는 이동하는 비콘의 위치 정보를 산출하는 방법이 된다. 이 온톨로지는 실내에서 빠르고 정확한 위치 정보를 검출할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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