차량 위치 안내 장치 및 차량 위치 안내 방법{Apparatus for Informing Location of Vehicle and Method of Informing Location of Vehicle}
본 발명은 차량 위치 안내 장치 및 차량 위치 안내 방법으로서, 보다 상세하게는 다수의 지향성 안테나 및 지자기센서를 이용하여 실내나 지하에서의 공간적인 제약 없이 차량의 상대적인 방향 및 거리를 정확하게 알려줄 수 있는 차량 위치 안내 장치 및 차량 위치 안내 방법에 관한 발명이다.
최근에 대형 쇼핑몰, 대형 행사장, 고층 빌딩 등이 많아지면서 운전자들이 대형 주차장을 이용하는 경우가 잦아지고 있다. 이러한 환경에서는 운전자가 차량 위치를 항상 기억해야 하며, 주차해 놓은 차량을 찾기 위해서 시간을 낭비하는 경우가 빈번히 발생한다. 이에 따라 현재 다양한 위치 측정 기술이 개발되고 있으며, 그 중 대표적인 것으로 GPS 기반 위치 측정, 수신신호 세기를 이용한 거리 측정, 안테나 각을 이용한 방법 등이 있다. 이 중 GPS를 기반으로 하는 위치 측정은 GPS 수신기로 지구 궤도상에 떠 있는 3개 이상의 인공위성으로부터 시간과 거리를 측정하여, 3개의 각각 다른 거리를 삼각 방법에 따라 현 위치를 계산하는 방법이다. 상기 GPS를 기반으로 하는 위치측정은 나침반과 달리 위도, 경도, 고도의 위치뿐만 아니라 3차원의 속도 정보와 함께 정확한 시간까지 얻을 수 있는 장점이 있다. 그러나 위성 신호를 받기 위해 위성과 수신기 간에 가시선이 확보되어야 하므로 지형적 제한을 많이 받아서 실내 및 지하에서는 사용하기 어렵고, 전력 소모가 많아 초소형 휴대기기에 장착하여 사용하는 데 어려운 단점이 있다. 또한, 위치 정확도의 수평, 수직 오차가 5~100m이므로 정밀도를 요하는 좁은 범위에서의 효율적인 사용이 어렵다. 수신신호 세기를 이용한 거리 측정은 거리가 멀어질수록 수신 신호의 세기가 약해지는 것을 이용하여 거리에 따른 신호 세기를 수학적으로 계산하여 거리로 표현하는 방법이다. 그러나 수신 신호의 세기로는 거리 측정만 가능하고 방향은 고려되지 않으므로 상대적인 거리만으로는 정확한 위치를 찾기 어렵다. 한편, 안테나 각을 이용하여 위치를 측정하는 AoA(Angle of Arrival)는 단말기 안테나의 신호를 수신한 복수 개의 기지국들의 신호 수신 각도의 차이를 이용하여 위치 정보를 제공하는 기술이다. 그러나 상기 AoA 방식으로 위치를 계산하기 위해서는 최소한 2개 이상의 기지국 또는 안테나들이 필요하며, 특히 수신각도 측정이 가능한 특수한 안테나들이 필요하다. 또한, 정밀한 결과를 얻기 위해서는 더 많은 기지국과 안테나들이 필요하게 되고, 그에 따른 비용 또한 커지게 된다. 그러므로 차량의 방향 추정을 가능하게 하는 위치 추적을 위해서는 실내와 지하에서의 제약이 없어야하며 절대 위치를 측정하는 GPS 대신에 상대적인 위치를 추정할 수 있는 저전력/저비용의 솔루션이 필요한 상황이다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하는데 그 목적이 있는 발명으로서, 실내나 지하에서의 공간적인 제약 없이 차량의 상대적인 방향 및 거리를 정확하게 알려줄 수 있는 차량 위치 안내 장치를 제공하고자 하는 목적을 가지고 있다. 또한, 원격 제어 장치에서의 연산을 최소화하고 자동차 측 송수신기에서 주된 연산을 수행함으로 원격 제어 장치의 전력 사용을 최소한으로 할 수 있는 차량 위치 안내 장치 및 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다. 또한, 사용자가 차량을 찾아 이동하는 과정에서 생길 수 있는 위치 안내 오차를 줄일 수 있는 차량 위치 안내 장치 및 방법을 제공하고자 하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 차량 위치 안내 장치는, 본체부, 다수의 차량 안테나 및 원격제어장치를 포함하는 차량 위치 안내 장치에 있어서, 상기 본체부는, 차량의 기준방향의 방위각을 측정하는 제 1 지자기센서; 및 상기 다수의 차량안테나를 통해 수신된 상기 원격제어장치 신호의 세기와 상기 제 1 지자기센서를 통해 측정된 방위각을 통해 상기 원격제어장치의 상대적인 방향을 산출하고, 상기 산출된 방향을 포함하는 데이터를 상기 차량안테나를 통해 상기 원격제어장치에 송신하는 본체 주제어부; 를 포함하고, 상기 원격제어장치는, 원격제어장치의 기준방향의 방위각을 측정하는 제 2 지자기센서; 상기 본체부와 무선 송수신 가능한 원격안테나; 상기 원격안테나를 통해 상기 본체부로부터 수신한 데이터와 상기 제 2 지자기센서를 통해 측정한 방위각을 통해 원격제어장치에 대한 차량의 상대적인 방향을 포함하는 위치 정보를 산출하는 원격 주제어부; 및 상기 원격 주제어부에서 산출된 상기 차량의 위치 정보를 표시하는 디스플레이부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 차량 위치 안내 방법은, (a)원격제어장치에서 차량위치요청신호를 발신하는 단계; (b)상기 차량위치요청신호를 다수의 차량안테나에서 수신하는 단계; (c)상기 다수의 차량안테나에서 수신된 신호의 세기 및 본체부의 지자기센서에서 측정된 차량의 방위각을 통해 원격제어장치의 상대적인 방향을 산출하는 단계; (d)상기 산출된 방향을 포함하는 데이터를 원격제어장치에 송신하는 단계; 및 (e)상기 원격제어장치에서 수신한 데이터 및 원격제어장치의 지자기센서에서 측정한 원격제어장치의 방위각을 통해 원격제어장치에 대한 차량의 상대적인 방향을 포함하는 위치 정보를 산출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량 위치 안내 장치 및 차량 위치 안내 방법에 의하면, 멀티 안테나의 수신 신호 세기와 지자기센서를 이용하여 자동차의 위치를 상대적인 방향과 거리로 추정할 수 있게 되어 실내나 지하에서도 자동차의 위치를 정확하게 파악할 수 있게 된다. 또한, 원격 제어 장치의 전력 사용을 최소화할 수 있는 저전력 위치 안내 기능을 수행할 수 있게 된다. 또한, 사용자의 이동 중에도 위치 안내의 오차를 줄이고 정확하게 자동차의 위치를 안내할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 본체부, 차량안테나 및 원격제어장치를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 본체부의 구성을 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 원격제어장치의 구성을 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 본체부의 연산 과정을 나타내는 순서도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 원격제어장치의 연산 과정을 나타내는 순서도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 차량의 위치가 안내되는 모습을 나타내는 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 차량에 부착된 다수의 차량안테나와 지자기센서를 이용하여 차량의 상대적인 방향과 거리를 추정할 수 있는 기술로서, 차량에 다수의 안테나를 두어 원격차량제어장치로부터 수신되는 신호의 세기를 측정하고, 상기 신호의 세기와 지자기센서를 이용하여 원격제어장치가 차량의 방향/거리를 사용자에게 제공하는 기술이다. 첨부된 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 본체부(100)와 차량안테나(142) 및 원격제어장치(200) 의 구성을 나타내고 있다. 본 발명의 실시예에 따라 상기 차량안테나(142)는 지향성 안테나로서 다수의 안테나(142a ~ 142d)가 차량에 설치될 수 있으며, 바람직하게는 차량의 원주 방향으로 소정의 간격을 갖도록 설치될 수 있다. 또한, 상기 차량안테나(142)는 그 수가 많을수록 원격제어장치(200)의 위치를 정확하게 파악할 수 있는데, 바람직하게는 적어도 4개의 차량안테나(142)가 차량에 설치될 수 있다. 도 1은 차량의 전면, 후면, 좌측 및 우측 등 네 방향에 차량안테나(142a ~ 142d)를 장착한 예를 나타내고 있다. 상기 다수의 차량안테나(142a ~ 142d)는 원격제어장치(200)와 무선 송수신이 가능하며, 차량에 장착된 본체부(100)와 연결되어 정보를 교환할 수 있다. 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 본체부(100) 및 원격제어장치(200)의 구성을 나타내고 있다. 먼저, 도 2를 참조로 하면 본 발명의 실시예에 따른 본체부(100)는 본체 주제어부(110), 제 1 지자기센서(130) 및 본체 무선송수신부(140)를 포함할 수 있다. 상기 본체 무선송수신부(140)는 차량에 설치된 다수개의 차량안테나(142a ~ 142d)와 연동하여 원격제어장치가 보낸 신호를 받고, 이를 통해 본체 주제어부(110)에서 산출한 데이터를 상기 원격제어장치에 보내는 역할을 한다. 본 발명에서 상기 제 1 지자기센서(130)는 나침반 기능을 하여 차량의 현재 위치에서 북쪽으로부터의 방위각을 측정한다. 즉, 차량의 설정된 기준 방향이 북쪽과 이루는 각도를 측정하여 본체 주제어부(110)에 전달할 수 있다. 상기 본체 주제어부(110)는 상기 차량안테나(142a ~ 142d)를 통해 얻은 수신신호세기와 상기 제 1 지자기센서(130)를 통해 얻은 차량의 방위각을 통해 원격제어장치의 방향을 산출할 수 있다. 또한, 상기 산출된 방향 정보가 포함된 데이터를 차량안테나(142a ~ 142d)를 통해 원격제어장치에 송신할 수 있도록 한다. 한편, 도 3을 참조로 하면 본 발명의 실시예에 따른 원격제어장치(200)는 원격 주제어부(210), 제 2 지자기센서(230), 원격 무선송수신부(240) 및 원격안테나(242)를 포함할 수 있다. 본 발명에서 상기 원격제어장치(200)는 원격 무선송수신부(240)와 원격안테나(242)를 통해 차량안테나와 정보를 주고 받을 수 있다. 또한, 상기 제 2 지자기센서(230)는 나침반 기능을 하여 원격제어장치(200)의 현재 위치에서 북쪽으로부터의 방위각을 측정한다. 즉, 원격제어장치(200)의 설정된 기준 방향이 북쪽과 이루는 각도를 측정하여 원격 주제어부(210)에 전달할 수 있다. 상기 원격 주제어부(210)는 상기 본체부(100)로부터 수신한 데이터와 상기 제 2 지자기센서(230)를 통해 측정한 원격제어장치(200)의 방위각을 통해 원격제어장치(200)에 대한 차량의 상대적인 위치를 산출할 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예에 따라 상기 원격제어장치(200)는 디스플레이부(250)를 포함할 수 있는데, 상기 디스플레이부(250)는 상기 원격 주제어부(210)를 통해 산출한 차량의 상대적인 위치 정보를 표시해 줄 수 있다. 또한, 상기 원격제어장치(200)는 정보저장부(220)를 더 포함할 수 있는데, 상기 정보저장부(220)는 상기 원격 주제어부(210)에서 산출한 차량의 위치 정보를 수시로 저장할 수 있다. 본 발명은 상기와 같은 구성을 통하여 차량의 상대적인 거리 및 방향을 측정하고 이러한 위치 정보를 안내할 수 있다. 첨부된 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 원격제어장치가 차량의 위치를 측정하는 과정을 나타내고 있다. 도 4는 본체부의 연산 과정을, 도 5는 원격제어장치의 연산 과정을 나타낸다. 먼저, 원격차량제어장치에서 차량위치요청신호를 보내면 차량에 설치된 다수의 차량안테나들이 상기 신호를 수신할 수 있다(S410). 상기 다수의 차량안테나가 차량위치요청신호를 수신할 때, 차량에 다른 방향으로 설치된 각각의 안테나는 그 위치에 따라 수신신호세기(RSSI, Received Signal Strength Indication)가 다르게 된다. 즉, 상기 원격제어장치에 가깝게 위치한 차량안테나일수록 수신신호의 세기가 크고, 원격제어장치에 멀리 위치한 차량안테나일수록 수신신호의 세기가 작아지는데, 각각의 차량안테나들은 측정한 수신신호세기를 본체 주제어부로 전송한다(S420). 이때, 본체 주제어부는 상기 복수개(n개)의 본체안테나의 수신신호세기(R 1 ~Rn) 중 원격제어장치의 거리 측정과 송신방향 각도 계산을 위하여 수신신호세기가 큰 순서대로 몇 개의 값을 선택할 수 있다(S430). 상기 선택되는 수신신호세기는 그 값이 큰 순서대로 2개 또는 3개의 차량안테나에서 수신된 값을 선택할 수 있으며, 상기 수신신호세기 값과 차량안테나의 각도를 바탕으로 신호를 송신한 원격제어장치의 방향을 계산할 수 있다. 만약 수신신호세기가 R 1 인 안테나의 각도가 차량기준방향을 기준으로 A 1 이고, 수신신호세기가 R 2 인 안테나의 각도가 차량기준방향을 기준으로 A 2 라면 차량을 기준으로 한 원격제어장치의 상대 방향 각도(D)(차량기준방향을 0°로 할 때, 이를 기준으로 하는 원격차량제어장치의 위치 각도)는 다음과 같이 계산될 수 있다(S440).
여기에서, 차량기준방향이란 미리 설정된 차량의 임의의 기준 방향을 말하며, 차량을 기준으로 어느 방향을 기준방향으로 삼아도 무방하나 본 발명의 실시예에 따라 차량의 전면이 향하는 방향이 될 수 있다. 한편, 본 발명에서는 차량과 원격제어장치의 공통적인 절대기준방향을 공유하기 위하여 나침반 북쪽 방향을 이용하며, 따라서 지자기센서를 이용하여 상기 나침반 북쪽에 대한 차량의 방위각을 측정한다. 즉, 본체부에 포함된 제 1 지자기센서를 통해 자북 방향 각도 N(차량의 고정된 기준방향을 0도로 할 때 지자기센서의 자북 방향의 각도)을 얻게 된다(S450). 다음으로, 상기 차량의 방위각 N과, 상기 차량안테나의 수신신호세기(RSSI) 값들을 통해 계산된 원격제어장치의 상대 방향 각도 D의 차를 구함으로 나침반 북쪽에 대한 원격제어장치의 방향 각도(M)를 얻을 수 있다(S460).
즉, 나침반 북쪽을 기준으로 한 차량의 상대 방향 각도(N)와, 차량을 기준으로 한 원격제어장치의 상대 방향 각도(D)의 차를 통해, 나침반 북쪽을 기준으로 한 원격제어장치의 상대 방향 각도(M)를 구할 수 있다. 상기 M 값은 상기 다수의 차량안테나의 수신신호세기(RSSI) 값 중 최대값과 함께 위치응답 메시지로서 원격제어장치로 송신할 수 있다(S470). 한편, 도 5를 참조로 하면 상기 본체부로부터 위치응답 메시지를 수신받는 원격제어장치는 다음과 같은 연산을 수행할 수 있다. 먼저, 원격안테나를 통해 상기 위치응답메시지를 수신하고(S510), 원격제어장치의 제 2 지자기센서를 통해 자북 방향 각도 C(원격제어장치의 기준방향으로부터 제 2 지자기센서의 자북 방향의 각도)를 측정한다. 여기에서, 원격제어장치의 기준방향이란 미리 설정된 원격제어장치의 임의의 방향을 말하며, 원격제어장치를 기준으로 어느 방향을 기준방향으로 삼아도 무방하나 본 발명의 실시예에 따라 원격제어장치의 전면 즉, 원격제어장치의 디스플레이부의 위쪽이 향하는 방향이 될 수 있다. 상기 C에서 위치응답메시지 데이터에 포함된 M값을 빼면 차량을 기준으로 한 원격제어장치의 위치각도가 나오게 되는데, 상기 값을 180도 반전시켜 다음과 같이 F값을 구할 수 있다(S530).
즉, 상기 F 값은 원격제어장치 기준에서 가리키는 자동차의 위치각도가 된다. 한편, 본 발명의 원격제어장치는 상기 위치응답메시지의 데이터에 포함된 최대 RSSI값을 통해 차량과 원격제어장치 간의 거리를 산출할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라, 상기 거리 산출 과정은 상기 최대 RSSI값을 통해 원격제어장치의 원격 주제어부에서 수행할 수도 있지만, 본체 주제어부에서 직접 수행할 수도 있다. 상기 과정을 통해 산출된 원격제어장치에 대한 차량의 상대적인 거리 및 방향은 원격제어장치의 디스플레이부를 통해 표시할 수 있다(S540). 첨부된 도 6은 상기 과정을 통해 차량의 상대적인 위치를 구하는 실제적인 예를 나타내고 있다. 도 6을 참조로 하면, 본 발명의 실시예에 따라 4개의 지향성 안테나(A 1 (142a)= 0°, A 2 (142b)= 90°, A 3 (142c)= 180°, A 4 (142d)= 270°를 기준으로 함)를 장착한 차량에서 A 2 에서 5dbm의 수신신호세기(R 2 =5)를 감지하였고, A 3 에서도 5dbm의 수신신호세기(R 3 =5)를 감지하였다. 그리고 나머지 방향의 안테나 A 1 , A 4 에서는 어떠한 수신신호도 감지하지 않았다(R 1 =0, R 4 =0). 상기 감지된 수신신호세기 및 상기 [수학식 1]을 통해 차량을 기준으로 한 원격제어장치의 상대 방향 각도(D)를 구하면 135°가 되고, 본체부(100)의 제 1 지자기센서를 통해 측정한 N의 값이 30°라면, M=ND=-105°([수학식 2])가 된다. 상기 M값은 원격제어장치(200)로 송신되고, 원격제어장치(200)는 상기 M 값과, 제 2 지자기센서를 통해 측정한 C 값 75°를 통해, F = CM±180°= 0°([수학식 3])의 값을 얻게 된다. 따라서, 도 6에서 나타낸 실시예에서 원격제어장치(200)를 기준으로 한 차량의 방향은 원격제어장치(200)의 기준방향과 일치하게 된다. 한편, 원격제어장치(200)와 차량간의 거리는 상기 설명한 바와 같이 최대 RSSI값을 통해 산출할 수 있으며, 상기 산출된 차량의 방향 정보와 함께 차량의 위치를 알 수 있게 된다. 상기 차량 위치 정보 결과값은 원격제어장치(200)의 디스플레이부(250)를 통해 출력하고, 사용자는 상기 디스플레이부(250)에 출력된 정보를 통해 자신의 차량의 위치를 알아낼 수 있게 된다. 한편, 도 3을 참조로 하면 본 발명의 실시예에 따라 원격제어장치(200)는 정보저장부(220)를 더 포함할 수 있으며, 상기 정보저장부(220)는 상기 과정을 통해 산출된 원격제어장치(200)에 대한 차량의 상대적인 거리 및 방향을 저장할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라 상기 원격제어장치(200)가 정보저장부(220)를 포함할 경우, 상기 원격제어장치(200)는 사용자가 차량을 찾아 이동하는 과정에서 수신신호세기가 작아지는 방향으로 이동하는 경우와 같이 올바르지 못한 방향으로 이동할 때를 경고하는 기능을 구현할 수 있다. 즉, 상기 방법에 따라 원격제어장치(200)에 대한 차량의 상대적인 거리 및 방향을 측정하고 이를 저장하여 업데이트 하는 싸이클을 반복하며, 상기 싸이클을 반복하는 과정에서 현재 측정된 차량의 상대적인 거리가 기 저장된 차량의 상대적인 거리(바로 이전의 싸이클에서 저장된 차량의 상대적인 거리)보다 멀어질 경우 사용자에게 경고를 발할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 있어서 상기 본체부(100)는 상기 원격제어장치(200)의 위치요청신호에 대하여 주기적으로 위치응답메시지를 자발적으로 송신할 수 있는데, 이를 통해 원격제어장치(200)의 전력소모를 줄이면서 사용자가 차량을 찾을 수 있도록 도와줄 수 있다. 이와 같이 본 발명에서는 차량과 원격제어장치(200)의 상대적인 각도를 구하기 위해 필요한 다수의 안테나(142)를 차량에 설치하고, 상기 차량에 설치된 본체부(100)에서 주기적인 위치응답메시지를 자발적으로 송신하도록 함으로 원격제어장치(200)의 구성을 간소화할 수 있을 뿐만 아니라 상기 원격제어장치(200)의 전력소모를 줄일 수 있게 된다. 또한, 실내 또는 지하에서도 유효하게 작동하는 지자기센서를 이용하여 차량과 원격제어장치(200)의 상대적인 방향을 구하게 되므로, 실내 또는 지하 주차장에서도 차량의 위치를 정확하게 찾아낼 수 있는 차량 위치 안내 장치를 제공한다. 이상에서는 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있다. 따라서 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에 속한 사람이 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
100 : 본체부 110 : 본체 주제어부
130 : 제 1 지자기센서 140 : 본체 무선송수신부
142a~142d : 차량안테나 200 : 원격제어장치
210 : 원격 주제어부 220 : 정보저장부
230 : 제 2 지자기센서 240 : 원격 무선송수신부
242 : 원격안테나 250 : 디스플레이부 |
