MOKOSmart는 엣지 투 엣지(Edge to Edge) 실내 위치 추적 솔루션을 제공합니다. BLE, Wi-Fi, LoRa, GPS, 비콘을 통합하여 2.5cm 미만의 정확도로 정확한 위치 및 동작 정보를 제공합니다.
GPS는 Global Positioning System의 약자입니다. GPS라는 용어는 사용자의 위치 확인과 정확히 연관되어 있습니다. 누군가 GPS에 대해 언급하면, 누구 또는 무엇이 위치 정보를 얻고 있는지 생각하게 될 것입니다.
마찬가지로, 실내 GPS는 크든 작든 밀폐된 공간 내 특정 요소의 위치를 파악하는 것으로 정의됩니다. 실내 GPS 추적은 시설이나 실내 공간 내 태그가 부착된 장치의 능동적 또는 수동적 위치 모니터링을 용이하게 합니다.
기본적으로 실내 GPS 기능은 쇼핑몰, 공항 및 기타 시설과 같은 실내 공간의 위치, 시간, 지도 작성 및 탐색을 위한 것입니다.
실내 GPS를 사용하면 다음과 같은 몇 가지 특징을 기대할 수 있습니다. 이러한 기능을 통해 사용자는 다양한 기능을 손쉽게 사용할 수 있습니다. 이러한 기능을 통해 사용자는 실내 GPS의 다양한 이점을 누릴 수 있습니다. 기능은 다음과 같습니다.
실내 GPS 모듈을 사용하면 다양한 이점을 누릴 수 있습니다. 이러한 장점은 성능부터 실내 GPS 정확도가 제공하는 엄청난 이점까지 다양합니다. 이러한 장점 중 일부를 아래에서 살펴보겠습니다.
자산의 위치를 파악하고 관리해야 할 때, 특히 실내 GPS 중계기가 매우 유용할 수 있습니다. 기존의 위성 기술과 GPS는 밀폐된 공간에서는 제대로 작동하지 않으며 정확도가 상당히 낮습니다. 이러한 공간에는 공항, 주차장, 다층 건물, 골목길, 기타 지하 장소가 포함됩니다.
바로 이 부분에서 실내 GPS가 중요한 역할을 합니다. 기존 GPS가 실내에서 효율적이지 않다고 해서 실내 자산의 위치를 정확하게 파악하는 것이 중요하지 않다는 것은 아닙니다.
넓은 실내 공간은 특히 이동하기가 어려울 수 있으며, 자산과 사람의 위치를 적극적으로 파악하는 것은 말할 것도 없습니다. 이러한 공간에서 수년간의 경험을 쌓았더라도, 사람들이 이러한 공간에서 갇히거나 길을 잃는 것은 드문 일이 아닙니다. 이제 방문객이 되어 완벽한 시스템의 도움 없이 길을 찾는 상황을 생각해 보세요. 따라서 실내 GPS는 다음과 같은 장소와 기능을 사용하는 사람들에게 큰 도움이 됩니다.
실내 추적 기술은 사용자 선호도, 장치 가격, 설치 환경에 따라 달라집니다. 실내 추적 기술은 GPS 및 위성 기술이 작동하지 않는 곳에서 물체와 사람의 위치를 파악하는 다양한 장치를 활용합니다. 실내 추적 솔루션에는 길찾기, 실시간 위치 시스템(RTLS), 응급 구조대 위치 추적, 재고 관리 시스템 등이 포함됩니다.
실내 위치 파악에 도움이 되는 다양한 추적 기술이 있습니다. 다음과 같습니다.
블루투스 기반 시스템: 이 기술은 모바일 장비를 연결하는 데 사용되는 무선, 저전력, 고속 링크입니다. 단거리에 있는 여러 네트워크 장치에 무선 연결을 제공합니다.
초광대역 시스템: UWB(초광대역) 시스템이라고도 합니다. 최대 20cm 이하의 거리까지 정확한 위치 정보를 제공할 수 있습니다. 다른 주파수 대역을 방해하지 않는 저전력 신호를 전송합니다. 경찰이나 휴대전화 무전기와는 다른 특수 전파를 사용합니다.
RFID 시스템: RFID 스탠드 도어 무선 주파수 식별(RFID) 시스템은 전파를 이용하여 데이터를 전송합니다. 데이터는 RFID 스마트 라벨 또는 태그에 인코딩되므로 바코드 자산 추적 기술보다 유리합니다.
적외선 시스템: 이 시스템에서는 지속적으로 적외선 신호를 방출하는 물체가 추적 대상 물체에 부착됩니다. CPU는 삼각 측량과 수신기의 방향을 이용하여 방출된 신호의 위치를 계산합니다.
WiFi 기반 시스템: WiFi를 이용하여 위치를 추적하는 간단한 방법입니다. WiFi 태그는 비콘 데이터를 여러 액세스 포인트로 전송합니다. 이후 위치 서버는 타임스탬프를 수집하여 액세스 포인트 데이터와 타임스탬프 정보를 위치로 변환합니다.
지그비 기술: 이 기술은 "수신 신호 강도 표시기(RSSI)"의 약자인 RSSI를 활용합니다. 지그비 무선 센서 기술은 RSSI를 활용하여 실내 위치 및 LBS(위치 기반 서비스)를 효과적으로 파악합니다. 지문 데이터베이스를 활용하여 실내에서 개인의 위치를 계산할 수 있습니다.
비콘 기술: 이 기술은 소형 무선 BLE 송신기를 사용하여 근처 수신기로 신호를 전송합니다. 이 시스템을 사용하면 위치 기반 상호작용 및 위치 정보를 정확하고 쉽게 파악할 수 있습니다.
초음파 기술: 이 기술은 초음파를 방출하는 물체의 위치를 추적할 수 있는 초음파 시스템을 활용합니다. 초음파 센서는 초음파 신호의 위치를 추적하는 데 사용됩니다.
GPS(Global Positioning System)는 위치 계산에 사용되는 위성 신호를 초기에 수신하여 작동합니다. 위치 계산에 수반되는 주파수 불확도는 관측된 GPS 신호와 약 ±4.2kHz입니다. GPS는 상관 관계를 이용하여 신호를 감지합니다. 코드 지연 주파수가 잘못된 경우 피크 신호는 존재하지 않게 됩니다. 신호 탐색은 빈(bin)이라고 하는 다양한 코드 지연 및 주파수에 대해 수행됩니다.
본질적으로 수신기는 사용 중인 위성과 사용자 사이의 거리를 측정하여 위치를 정확하게 파악할 수 있습니다. 사용자의 위치를 3차원으로 파악하려면 최소 4개의 위성이 필요합니다. 그리고 사용자의 위치는 위성에 내장된 원자 시계를 이용하여 신호 속도를 증폭시켜 얻습니다. 하나의 위성은 시간 신호 속도를 결정하고, 나머지 세 개의 위성은 x, y, z 좌표를 얻습니다.
쉽게 말해, 지구 궤도를 도는 위성 신호는 약 20,000km 떨어진 지구 표면으로 전송됩니다. 거리가 멀면 자유 공간 손실로 인해 신호 출력이 감소하는 것은 당연합니다. 따라서 일반 GPS 신호는 밀폐된 공간이나 실내에서는 신호 손실이 더욱 커지기 때문에 신뢰할 수 없습니다. 따라서 실내 GPS 위치 추적 시스템에는 실내용 GPS 중계기가 사용됩니다.
GPS가 제대로 작동하려면 특수한 종류의 안테나가 필요합니다. 수신기로 사용되는 기존 GPS 안테나는 원형이며 편파 마이크로스트립 패치 역할을 합니다. 1MHz의 L1575 대역에서 작동합니다. 기판 소재의 유전율(Ɛr = 25) 덕분에 크기가 25mm x 25mm로 매우 작습니다. 기본적으로 안테나는 전도성 금속으로, 전자기파에 노출되면 전기적으로 활성화됩니다.
여러 시스템 하위 구성 요소를 결합하여 시스템을 활성화합니다. 시스템에는 관련 신호를 읽고 원하지 않는 신호를 걸러내는 등 GPS의 목적을 달성하는 다양한 전자 장치가 포함되어 있습니다. 가장 기본적인 형태로, 통합 시스템은 신호 디코더, 필터, 그리고 통신 출력을 포함합니다.
시스템은 목표 달성을 위해 여러 구성 요소 간에 정보를 전송할 수 있어야 합니다. 따라서 GPS에 여러 개체가 참여할 수 있도록 통신 프로토콜이 구축됩니다. 통신 프로토콜은 최종 시스템이나 사용자에게 정보를 제공합니다. 예를 들어 신호 품질, 좌표, 속도를 포함하는 정보 형식을 가져오는 프로토콜이 있습니다.
IPS의 하드웨어(물리적 구성 요소)는 실내 GPS 시스템 전체를 구성합니다. 이러한 구성 요소는 다음과 같습니다.
앞서 안테나에 대해 언급했듯이, 이는 기존 패치형 GPS에서 얻은 것입니다. 방향이나 위치 정확도를 높이는 데 도움이 되는 알루미늄 원뿔형 반사경으로 구성되어 있습니다.
IPS용 하드웨어 구성 요소는 큰 소리를 줄일 수 있는 몇 개의 저잡음 증폭기를 사용합니다.
이 기능은 신호가 손실되었을 때 유용하며, 실내 GPS 시스템에서 증폭기가 얼마나 유용한지 계산합니다.
이는 GPS 네트워크가 실내에서 최적으로 작동하는 능력과 서버의 위치 계산 기능을 의미합니다. GPS 위성은 일반적으로 수신기가 위성 시야 내에서 명확하게 해석할 수 있는 데이터를 전송합니다. 현재 GPS 위성군은 궤도상에 28개의 위성을 보유하고 있습니다. 모든 실시간 데이터를 얻으려면 수신기는 궤도상의 28개 위성을 동시에 관측하기만 하면 됩니다.
이를 위해 가장 저렴하고 효율적인 방법은 GPS 기준국이 있는 전 세계 네트워크에 접속하는 것입니다. 이러한 GPS 기준국은 서버로 연결되는 데이터 통로 역할을 합니다. 이 네트워크는 필요한 모든 A-GPS 장치를 어디서든 처리할 수 있습니다. Mokosmart는 이 네트워크를 개발하고 구현했습니다.
이 네트워크와 서버를 혁신적으로 만드는 요소는 다음과 같습니다. 전 세계에 기지국을 둔 완전히 이중화된 네트워크를 구성합니다. 즉, 모든 GPS 서버가 특정 시점에 최소 두 개의 다른 기지국에 "감지"되도록 합니다.
이 시스템을 사용하면 서버가 위치를 완전히 계산하는 데 필요한 위성 측정 횟수가 줄어듭니다. 이는 전 세계 지형 모델을 통해 이루어지며, 기복이 심한 지형에서도 정확도를 높이는 데 도움이 됩니다. 최대 18억 개에 달하는 격자를 포함하는 이산 지점을 활용하여 최대 XNUMX미터 높이까지 정확도를 제공합니다.
이 서버는 GPS 의사거리 측정을 사용하므로 정확한 GPS 시간 태그 없이도 위치를 계산할 수 있습니다. 또한 제조사와 관계없이 모든 기기에서 작동할 수 있습니다.
이는 다양한 코드 지연 발생 가능성에 따라 작동하는 GPS 신호의 실시간 합성곱을 활용하는 실내 GPS에 대한 새로운 접근 방식입니다. 작동 원리는 무엇일까요? 기존 GPS 수신기는 한 번에 하나의 칩만 모니터링하여 코드 지연 가능성을 감지할 수 있습니다. 수신기는 추적을 시작하기 전에 신호를 스캔하고 수신해야 합니다.
이 새로운 설계는 실시간 계산을 수행하므로 별도의 추적 및 수집 단계가 필요 없습니다. 이러한 계산은 각 위성에 대해 2000개 이상의 상관기를 처리하여 완전한 실시간 컨볼루션을 계산합니다. 실외에서 사용할 경우 거의 즉시 신호를 수집할 수 있습니다. 실내에서는 페이딩 현상이 발생하여 일반적인 GPS 추적이 매우 약해지지만, 이 새로운 설계는 페이딩 신호가 있는 경우에도 연속 적분을 가능하게 합니다.
실내 GPS를 최대한 활용하여 결과를 얻으려면 추가적인 조치가 필요합니다. 예를 들어, 실내 공간의 지붕에 안테나를 설치해야 합니다. 건물에서 가장 높은 지점에 안테나를 설치하고, 이 안테나를 실내 중계기에 연결합니다. 이 연결은 신호 전송에 사용되는 동축 급전 케이블을 사용하여 구현됩니다.
중계기는 실내 환경에서 신호를 재방사하는 역할을 합니다. GPS 중계기는 시설 외부에서 실내로 실시간 GPS 신호를 전송합니다. 일반 건물이든 시설이든, 밀폐된 공간에서는 실시간 하늘 관측이 가능합니다. 이 실시간 하늘 관측을 통해 실내의 모든 GPS 수신기에 접근할 수 있습니다.
실내 GPS가 직면한 주요 과제 중 하나는 바로 약한 신호 처리입니다. 이 과제의 첫 번째 측면은 신호 획득, 두 번째 측면은 다중 경로, 세 번째 측면은 약한 신호와 강한 신호의 상호작용입니다.
획득: 수신 신호는 코드 지연과 도플러 주파수를 고려한 두 가지 차원에서 탐색할 수 있습니다. 탐색 과정에서는 도플러 값을 위성의 CDMA 코드(자체적으로 생성됨)와 곱하여 다운컨버전합니다. 지연 시간은 가변적이므로 이 과정을 "상관 분석"이라고 합니다. 적분 기간은 탐색이 수행되는 수신 신호들의 그룹입니다. 신호가 약할 경우, 결과의 신호 대 잡음비를 개선하기 위해 상관 분석 기간을 연장해야 합니다.
다중경로 현상: 실외 GPS 사용 시 다중경로 현상은 거의 발생하지 않거나 미미합니다. 다중경로 현상은 GPS 신호의 반사로, 직접적이고 원래의 가시선 신호를 약하게 복제한 것입니다. 하지만 실내에서 GPS를 사용할 경우 이 현상은 상당히 악화됩니다. 실내에서는 반사 신호가 너무 강해서 직접 신호보다 더 강해질 수도 있습니다.
약/강 신호 상호 작용: 이는 수신기가 올바른 신호의 자기 상관 피크가 아닌 상호 상관 피크 또는 잘못된 신호에 동기화될 때 발생하는 상황입니다. 이를 방지하려면 강한 신호를 먼저 수신하여 제거한 후 약한 신호를 수신하는 것이 좋습니다.
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