KR100946167B1 - GPS carrier measurements integer resolution using mathematical constraints - Google Patents
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Abstract
본 발명은 GPS 반송파 측정값의 미지정수 결정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반송파를 이용한 항법수행 방법에서 요구되는 미지정수를 결정함에 있어서, 사용자와 현재 사용자가 속한 기준국간에 차분된 미지정수 및 현재 사용자가 속한 기준국과 인접한 기준국간에 차분된 미지정수를 이용하여 사용자가 속한 기준국이 변동되는 경우 즉각적으로 새로운 기준국과 사용자간의 차분된 미지정수를 얻을 수 있도록 하기 위한 GPS 반송파 측정값의 미지정수 결정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for determining an unspecified number of GPS carrier measurements, and more particularly, in determining an unspecified number required for a navigation performance method using a carrier, an unspecified number that is differential between a user and a reference station to which the current user belongs. The GPS carrier measurement value can be used to immediately obtain the difference between the new reference station and the user when the reference station to which the user belongs is changed by using the non-invariant between the current reference station and the adjacent reference station. It is about a method of determining an unknown integer.
GPS 위성, 차분방법, 반송파, 미지정수 GPS satellite, differential method, carrier, unknown
Description
본 발명은 반송파를 이용한 항법수행 방법에서 요구되는 미지정수를 결정함에 있어서, 사용자와 현재 사용자가 속한 기준국간에 차분된 미지정수 및 현재 사용자가 속한 기준국과 인접한 기준국간에 차분된 미지정수를 이용하여 사용자가 속한 기준국이 변동되는 경우 즉각적으로 새로운 기준국과 사용자간의 차분된 미지정수를 얻을 수 있도록 하기 위한 GPS 반송파 측정값의 미지정수 결정방법에 관한 것이다.In the present invention, in determining an unspecified number required in a navigation method using a carrier, an unspecified number differential between a user and a reference station to which the current user belongs, and an unspecified number differential between a reference station adjacent to the current reference station to which the current user belongs Therefore, the present invention relates to a method for determining an unspecified number of GPS carrier measurement values so that a difference between an unspecified number between a new reference station and a user can be obtained immediately when the reference station to which the user belongs changes.
최근 위치정보 제공 분야에서는 GPS(Global Positioning System) 반송파를 이용한 항법수행 방법이 널리 이용되고 있다.Recently, a navigation method using a GPS (Global Positioning System) carrier has been widely used in the location information providing field.
이와 같은 GPS 반송파를 이용한 위치정보 제공 분야에서는 GPS 수신기가 수신한 위성신호의 반송파 위상과 수신기에서 생성된 신호의 위상의 차이를 이용하게 된다.In the field of providing location information using the GPS carrier, the difference between the carrier phase of the satellite signal received by the GPS receiver and the phase of the signal generated by the receiver is used.
즉, GPS 수신기는 이하의 수학식 1로 표현되는 반송파 측정값을 제공한다. That is, the GPS receiver provides a carrier measurement value represented by Equation 1 below.
이때, φ는 반송파 측정값이며, ρ는 GPS 수신기와 GPS 위성간의 거리이며, λ는 반송파의 파장이며, N은 미지정수이며, c는 광속이며, δt는 시계오차이며, δI는 전리층에서의 지연이며, δT는 대류권에서의 굴절에 의한 지연이며, w는 노이즈 성분이다.Where φ is the carrier measurement, ρ is the distance between the GPS receiver and the GPS satellite, λ is the wavelength of the carrier, N is an unknown, c is the speed of light, δt is the clock error, and δ I is the ionosphere It is a delay, δ T is a delay due to refraction in the troposphere, and w is a noise component.
상기의 반송파 측정값은 GPS 수신기가 제공하는 하는 것으로서, GPS 수신기는 GPS 위성으로부터 수신한 위성신호의 반송파 위상에서 GPS 수신기에서 생성된 신호의 위상을 차감한 후, 상기 차감된 위상값에 반송파의 파장을 곱함으로써 반송파 측정값을 산정한다.The carrier measurement value is provided by the GPS receiver, and the GPS receiver subtracts the phase of the signal generated by the GPS receiver from the carrier phase of the satellite signal received from the GPS satellites, and then subtracts the wavelength of the carrier wave from the subtracted phase value. Calculate the carrier measurement by multiplying
이때 상기 반송파 측정값에는 미지정수 N이 포함되어 있는바, GPS 반송파를 이용해서 항법수행을 하기 위해서는 미지정수의 값을 결정하는 것이 필수적인데, 종래에는 칼만필터를 수행하여 미지정수를 결정함이 일반적이었다. In this case, the carrier measurement value includes an unknown number N. In order to perform navigation using a GPS carrier, it is essential to determine the value of the unknown value. In the related art, it is common to determine the unknown value by performing a Kalman filter. It was.
칼만필터를 이용하여 미지정수를 결정하는 과정에서는 상태변수로서 미지정수 및 결정될 위치에 관련된 트랙킹 필터가 제공되며, 기준국에 대한 위치 결정측에서의 이중 위상차가 관측량이 되며, 각각의 시간에 상기 상태 변수들이 업데이트 되는 관측이 이루어진다. 그러나 이러한 방법은 장시간의 수렴시간이 요구되는바 즉각적으로 미지정수를 결정할 수 없는 문제점이 있다.In the process of determining an unknown constant using a Kalman filter, a tracking filter associated with an unknown constant and a position to be determined is provided as a state variable, and a double phase difference at the positioning side with respect to a reference station becomes an observation amount, and each state variable is An updated observation is made. However, this method requires a long convergence time, and thus there is a problem in that it is not possible to determine an unknown integer immediately.
다만, 미지정수의 결정을 위한 검색횟수를 줄이기 위하여 기저선 제한 조건을 이용하는 방법이 있으나, 이 방법에서는 기준국과 위치를 파악하고자 하는 목적물 사이의 정확한 거리를 알고 있어야 하는바 이동중인 항체에 대하여는 사용할 수 없는 한계가 있다. However, there is a method of using baseline constraints to reduce the number of searches for the determination of the unspecified number, but in this method, it is necessary to know the exact distance between the reference station and the object to be located. There is no limit.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 사용자와 현재 사용자가 속한 기준국간에 차분된 미지정수 및 현재 사용자가 속한 기준국과 인접한 기준국간에 차분된 미지정수를 이용하여 사용자가 속한 기준국이 변동되는 경우 즉각적으로 새로운 기준국과 사용자간의 차분된 미지정수를 얻을 수 있도록 하기 위한 GPS 반송파 측정값의 미지정수 결정방법에 관한 것이다.The present invention is to solve the above problems, the reference station to which the user belongs by using the unspecified number difference between the user and the reference station to which the current user belongs and the difference between the reference station to which the current user belongs and adjacent reference station In this case, the present invention relates to a method of determining an unknown value of a GPS carrier measurement value so that a differential unknown value between a new reference station and a user can be obtained immediately.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 GPS 반송파 측정값의 미지정수 결정방법은 사용자가 GPS 기지국의 경계를 넘는 경우에도 실시간으로 미지정수를 결정할 수 있도록 하는 GPS 반송파 측정값의 미지정수 결정방법에 있어서, (a) 서로 인접한 기준국간의 차분된 미지정수를 결정하는 단계; (b) 사용자가 현재 속한 기준국을 파악하는 단계; (c) 상기 사용자가 속한 기준국과 상기 사용자간의 차분된 미지정수를 결정하는 단계; 및 (d) 상기 사용자가 속한 기준국이 변동되는 경우 상기 단계(a) 및 상기 단계(c)에서 결정된 미지정수들을 이용하여 상기 사용자가 새로 진입한 영역을 관장하는 기준국과 상기 사용자간의 차분된 미지정수를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method of determining the unspecified number of the GPS carrier measurement value of the present invention for achieving the above object is a method of determining the unspecified number of the GPS carrier measurement value so that the user can determine the unspecified value in real time even when the user crosses the boundary of the GPS base station. A method comprising the steps of: (a) determining differential unknowns between reference stations adjacent to each other; (b) identifying a reference station to which the user currently belongs; (c) determining a difference between the reference station to which the user belongs and the user; And (d) when the reference station to which the user belongs is changed, the difference between the reference station and the user that manages the newly entered area by using the unspecified numbers determined in steps (a) and (c). Determining an unknown integer; characterized in that it comprises a.
상기 단계(d)는 상기 단계(a)에서 결정된 미지정수에서 상기 단계(c)에서 결 정된 미지정수를 차감함으로써 상기 사용자가 새로 진입한 영역을 관장하는 기준국과 상기 사용자간의 차분된 미지정수를 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.The step (d) subtracts the unknown number determined in the step (c) from the unknown number determined in the step (a), thereby subtracting the difference between the reference station and the user that manages the newly entered area. It may be characterized by determining.
상기 미지정수는 칼만필터를 이용하여 산출될 수 있다.The unknown constant may be calculated using a Kalman filter.
본 발명에 의하면 사용자가 속하는 기준국이 변동되는 경우 사용자가 새로운 기준국의 서비스 영역에 진입하기 이전에 미리 결정된 사용자와 현재 사용자가 속한 기준국간에 차분된 미지정수 및 현재 사용자가 속한 기준국과 인접한 기준국간에 차분된 미지정수를 이용하여 즉각적으로 새로운 기준국과 사용자간의 차분된 미지정수를 얻을 수 있게 되는바 연속적인 항법수행이 가능하게 된다.According to the present invention, if the reference station to which the user belongs is changed, an unspecified number difference between the predetermined user and the reference station to which the current user belongs before the user enters the service area of the new reference station and adjacent to the reference station to which the current user belongs. By using the unspecified number between the reference stations, it is possible to immediately obtain the unspecified number between the new reference station and the user, thereby enabling continuous navigation.
이하 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 GPS 반송파 측정값의 미지정수 결정방법에서는 복수의 기준국이 네트워크를 이루고 있는 경우 각 기준국에서 산출되는 미지정수 사이의 수학적 제한조건을 이용하게 된다.In the method of determining an unspecified number of GPS carrier measurement values of the present invention, when a plurality of reference stations are networked, a mathematical constraint condition between unspecified integers calculated by each reference station is used.
도 1은 본 발명에 따른 GPS 반송파 측정값의 미지정수 결정방법의 개념도로서, 도 1은 2개의 기준국이 네트워크를 이루고 있는 경우를 예시하고 있다.1 is a conceptual diagram of a method for determining an unspecified number of GPS carrier measurement values according to the present invention, and FIG. 1 illustrates a case in which two reference stations form a network.
사용자가 기준국 A의 서비스 영역으로부터 기준국 B의 서비스 영역으로 이동 하는 경우 연속적인 항법수행이 가능하기 위해서는 항법위성과 기준국 B의 관계에서 산출된 미지정수(NB)에서 항법위성과 사용자의 관계에서 산출된 미지정수(NU)를 차분한 미지정수(NBU)를 결정해야 한다.In order to enable continuous navigation when the user moves from the service area of reference station A to the service area of reference station B, the navigation satellite and the user at the unspecified number N B calculated from the relationship between navigation satellite and reference station B We need to determine the unknown (N BU ) that is the difference between the unknown (N U ) calculated from the relationship.
이때, 도 1과 같이 2개의 기준국이 네트워크를 이루는 경우 얻을 수 있는 차분에 의해 얻을 수 있는 미지정수는 3개가 된다. 즉, 기준국 A와 사용자간에 차분된 미지정수 NAU, 기준국 A와 기준국 B간에 차분된 미지정수 NAB 및 상기에서 설명한 기준국 B와 사용자 간에 차분된 미지정수 NBU를 얻을 수 있다.At this time, as shown in FIG. 1, the number of unknowns obtained by the difference obtained when two reference stations form a network is three. That is, an unspecified number N AU that is differentiated between the reference station A and the user, an unspecified number N AB that is differential between the reference station A and the reference station B, and an unspecified number N BU that is differential between the reference station B and the user described above can be obtained.
이때, 사용자가 기준국 B의 서비스 영역으로 진입한 이후 칼만필터를 수행하여 NBU를 직접 결정하게 되면 칼만필터의 수행과정에 요구되는 시간으로 인해 연속적인 항법수행이 불가능하다. 따라서 본 발명에서는 미지정수 NAB , NAU 및 NBU 사이의 상관관계를 이용하여 간접적으로 NBU를 결정하게 된다.In this case, if the user directly determines the N BU by performing the Kalman filter after entering the service area of the reference station B, continuous navigation cannot be performed due to the time required for the Kalman filter execution process. Therefore, in the present invention, the unknown integer N AB , N AU N BU is determined indirectly by using a correlation between and N BU .
상기 3개의 미지정수는 이하의 수학식 2 로 표현되는 상관관계를 갖는다.The three unknowns have a correlation expressed by Equation 2 below.
따라서 사용자가 기준국 B의 서비스 영역으로 진입하기 이전에 미리 기준국 A와 사용자간에 차분된 미지정수 NAU 및 기준국 A와 기준국 B간에 차분된 미지정수 NAB를 결정해 놓으면 사용자가 기준국 B의 서비스 영역으로 진입하는 순간 상기 수학식 2를 이용하여 즉시 기준국 B와 사용자 간에 차분된 미지정수 NBU를 얻을 수 있으므로 연속적인 항법수행이 가능하게 된다.Therefore, before the user enters the service area of reference station B, if the user decides in advance the unspecified number N AU differentiated between reference station A and the user and the unspecified number N AB differential between reference station A and reference station B, the user As soon as it enters the service area of B, Equation 2 can be used to immediately obtain the unspecified integer N BU that is differentiated between the reference station B and the user, thereby enabling continuous navigation.
도 2는 사용자가 속한 기준국이 변동되는 경우에서의 차분된 미지정수를 결정하는 과정의 순서도이다.2 is a flowchart of a process of determining a differential unspecified number when a reference station to which a user belongs is changed.
도 2에 도시된 바와 같이 미지정수를 결정하는 과정은 NAB를 결정하는 단계, 사용자가 속한 기준국을 파악하는 단계, 사용자가 속한 기준국과 사용자간의 차분된 미지정수를 결정하는 단계, 및 사용자가 속한 기준국이 변동되는 경우 상기의 수학식 2를 이용하여 사용자가 새로 진입한 영역을 관장하는 기준국과 사용자간의 차분된 미지정수를 결정하는 단계로 구성된다.As shown in FIG. 2, the process of determining an unknown number includes determining an N AB , determining a reference station to which the user belongs, determining a difference between the reference station to which the user belongs, and the user, and a user. When the reference station to which it belongs is changed, using Equation 2 above, the step of determining the difference between the user and the reference station that manages the newly entered area and the user.
즉, 위치가 고정되어 있는 기준국 A 및 기준국 B간의 차분된 미지정수와 현재 사용자가 속한 기준국과 사용자간에 차분된 미지정수를 알고 있다면 사용자가 인접한 기준국의 서비스 영역으로 진입하는 경우 상기의 수학식 2에 의해 새로 진입한 영역의 기준국과 사용간에 차분된 미지정수를 즉시 알 수 있으므로 연속적인 항법수행이 가능하게 된다.That is, if the user knows the difference between the reference station A and the reference station B that has a fixed position and the difference between the reference station and the user to which the current user belongs, the user enters the service area of the adjacent reference station. According to Equation 2, the unidentified constant difference between the reference station and the use of the newly entered area can be immediately known, thereby enabling continuous navigation.
이상의 과정에서 차분된 미지정수인 NAB , NAU 및 NBU를 구하는 과정은 칼만필터 등의 사용해서 구할 수 있는 점이 당업자에게 자명한바 상세한 설명은 생략하도록 한다.N AB , N AU , which is an unspecified integer in the above process And The procedure for obtaining N BU is apparent to those skilled in the art that it can be obtained using a Kalman filter or the like, so that detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명에 따른 GPS 반송파 측정값의 미지정수 결정방법의 개념도.1 is a conceptual diagram of a method for determining an unknown constant of a GPS carrier measurement value according to the present invention.
도 2는 사용자가 속한 기준국이 변동되는 경우에서의 차분된 미지정수를 결정하는 과정의 순서도.2 is a flowchart of a process of determining a difference between an unspecified number when a reference station to which a user belongs changes.
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Payment date: 20150303 Year of fee payment: 6 |
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