최근 위치기반서비스의 증가와 함께 가시광 측위 시스템에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 하지만 광측위 시스템은 기본적으로 최소 3개 이상의 신호정보가 필수적으로 요구된다. 즉, 3개 이상의 광신호가 광센서의 시야각 안에서 LOS 환경을 만족해야하는 구조적 한계로 인해 실생활 적용에 어려운 문제가 있다.
본 연구에서는 광센서와 IMU 센서를 사용하여 단일 LED, 단일 PD 기반의 실시간 위치 추적 알고리즘을 새롭게 제안한다. 제안하는 알고리즘은 단일 광신호 기반의 광측위 방식으로, 넓은 인식범위, 신호간섭 배제와 같은 다중 신호원 기반의 광측위 시스템의 제약을 효과적으로 해결한다. 제안하는 방식은 파티클 필터의 개념을 발전시키며 계산 부담을 효과적으로 줄임으로써 비가우시안 잡음 분포를 갖는 비선형 시스템에도 강인하지만 온라인 트래킹 시스템에서도 부담이 적은 시스템이다. 또한, 절대 좌표를 가지는 LED의 신호정보를 기반으로함으로써 항법 측위의 방식적인 한계 또한 해결한다. 제안하는 알고리즘의 특징을 정리하면 다음과 같다. i) 하나의 광신호정보만을 요구함으로써, 기존의 다중신호원기반 VLP의 대부분의 치명적인 문제를 해결한다. ii) 절대 위치를 가지는 LED 신호를 기반으로함으로써, 초기 위치정보가 없어도 시스템 스스로가 현재 위치를 추정할 수 있고, 항법 측위의 장시간 오류를 매 시간마다 보정할 수 있다. iii) 마지막으로, 파티클 필터의 계산량을 효과적으로 줄임으로써, 트래킹의 실시간성을 확보할 수 있다.
본 연구에서는 시뮬레이션을 통해 알고리즘의 동작을 검증하였고, Cortex-M4 계열 프로세서를 타겟으로 구현하여 평균 100 Hz 내외의 출력을 가지는 시스템의 실시간성을 확인하였다. 또한 PCB와 FPGA를 통해 알고리즘을 실제 환경에서 검증하였고, 다양한 실험 시나리오에 대해서 평균 11 cm 이내의 오차를 보이는 것을 확인하였다. 추가적으로, 2D LiDAR 모듈을 결합하여 제안하는 알고리즘의 응용분야인 SLAM 지도 작성을 약식으로 구현함으로써 기존 SLAM의 다양한 측위 문제점을 해결할 수 있음을 확인하였다.