KR101043689B1 - Method and apparatus for acquiring initial synchronous signal for gps - Google Patents

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    • H04L7/00Arrangements for synchronising receiver with transmitter
    • H04L7/04Speed or phase control by synchronisation signals
    • H04L7/10Arrangements for initial synchronisation

Abstract

본 발명은 GPS를 위한 초기 동기 신호 획득 방법 및 장치에 관한 것으로서, GPS를 위한 초기 동기 신호를 고속으로 획득하면서 로직 사이즈를 작게 구현할 수 있는 초기 동기 신호 획득 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이와 관련하여 본 발명의 초기 동기 신호의 획득 방법은, 동기 및 비동기 누적 기간 동안 GPS 기적 대역 신호에 도플러 주파수 보정을 수행하여 생성된 도플러 주파수 보정 신호를 PRN 위상별로 회귀 누적하는 도플러 주파수 보정 단계와, 동기 누적 기간 동안 상기 누적된 도플러 주파수 보정 신호에 대해 PRN 상관값을 구하고 PRN 위상별로 회귀 누적하여 동기 누적값을 계산하는 동기 계산 단계와, 비동기 누적 기간 동안 상기 동기 누적값에 대해 비동기 계산을 수행하고 PRN 위상별로 회귀 누적하여 비동기 누적값을 계산하는 비동기 계산 단계와, 상기 비동기 누적값을 이용하여 도플러 주파수와 PRN 위상값을 획득하는 단계를 포함한다.The present invention relates to an initial synchronization signal acquisition method and apparatus for GPS, and to provide an initial synchronization signal acquisition method and apparatus capable of realizing a small logic size while acquiring an initial synchronization signal for GPS at high speed. In this regard, the method of obtaining an initial synchronization signal according to the present invention includes a Doppler frequency correction step of recursively accumulating Doppler frequency correction signals generated by performing Doppler frequency correction on a GPS miracle band signal for each PRN phase during a synchronous and asynchronous accumulation period. Obtaining a PRN correlation value for the accumulated Doppler frequency correction signal during a synchronous accumulation period, calculating a synchronous accumulation value by recursively accumulating for each PRN phase, and performing an asynchronous calculation on the synchronous accumulation value during an asynchronous accumulation period And calculating asynchronous cumulative values by regression accumulation for each PRN phase, and obtaining a Doppler frequency and a PRN phase value using the asynchronous cumulative values.

GPS 동기 획득, 동기 누적, 비동기 누적, 도플러 주파수, 위상 동기 GPS Sync Acquisition, Sync Accumulation, Asynchronous Accumulation, Doppler Frequency, Phase Sync

Description

GPS를 위한 초기 동기 신호의 획득 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ACQUIRING INITIAL SYNCHRONOUS SIGNAL FOR GPS}Acquisition method and apparatus for initial synchronization signal for GPS {METHOD AND APPARATUS FOR ACQUIRING INITIAL SYNCHRONOUS SIGNAL FOR GPS}

본 발명은 GPS(Global Positioning System)를 위한 초기 동기 신호의 획득 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 GPS를 위한 초기 동기 신호를 고속으로 획득하면서 로직 사이즈를 작게 구현할 수 있는 GPS를 위한 초기 동기 신호 획득의 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for acquiring an initial synchronization signal for a global positioning system (GPS), and more particularly, to an initial synchronization for a GPS capable of realizing a small logic size while acquiring an initial synchronization signal for a GPS at high speed. A method and apparatus for signal acquisition.

GPS 초기 동기의 획득은 위성 및 GPS 단말기의 이동에 의한 도플러 주파수와 위성에서 단말기까지의 신호 전달 동안에 발생하는 지연된 PRN(Pseudo Random Noise) 위상을 탐색하는 작업이다. GPS의 초기 동기 획득은 전통적으로 로직 사이즈가 작은 시리얼 상관기(Serial Correlator)를 이용하거나, 탐색 시간을 줄이기 위하여 정합 필터(Matched Filter) 상관기 또는 FFT(Fast Fourier Transform) 상관기를 이용하는 방식을 사용하여 왔다. Acquiring GPS initial synchronization is the task of searching for Doppler frequencies caused by the movement of satellites and GPS terminals and delayed PRN (Pseudo Random Noise) phases that occur during signal transmission from satellite to terminal. Early synchronization acquisition of GPS has traditionally used a serial correlator with a small logic size or a matched filter correlator or fast fourier transform (FFT) correlator to reduce search time.

일반적으로, 시리얼 상관기와 정합 필터 상관기는 도플러(Doppler) 보정을 수행한 수신 신호를 PRN 위상 상관기에서 상관 값을 구하여 정확한 PRN 위상 값을 획득하는 구조를 가진다. In general, the serial correlator and the matched filter correlator have a structure that obtains an accurate PRN phase value by obtaining a correlation value from a PRN phase correlator on a received signal having Doppler correction.

도 1은 종래의 시리얼 상관기 또는 정합 필터 상관기를 이용하여 GPS 초기 동기를 획득하는 방법을 나타내는 일 실시예 흐름도이다. 먼저, 입력되는 GPS 기저 대역 신호에 포함된 도플러 주파수를 보정하여 제거한다(101). 다음에, 역확산을 위하여 PRN 패턴을 생성하여(102), GPS 기저 대역 신호에 포함된 PRN 위상을 역확산하여 1023 PRN 간격의 복조 심볼을 생성한다(103). 다음에, 상기 생성된 복조 심볼을 중첩 누적하고(동기 누적)(104), 동기 누적값의 제곱 값을 중첩 누적한다(비동기 누적)(105). 다음으로, 비동기 누적값 중 최대값이 계산된 도플러 주파수 값과 PRN 위상 값을 전달한다(106).1 is a flowchart illustrating a method of obtaining GPS initial synchronization using a conventional serial correlator or a matched filter correlator. First, the Doppler frequency included in the input GPS baseband signal is corrected and removed (101). Next, a PRN pattern is generated 102 for despreading, and a demodulation symbol of 1023 PRN intervals is generated by despreading the PRN phase included in the GPS baseband signal (103). Next, the generated demodulation symbol is accumulated and superimposed (synchronous accumulation) 104, and the square value of the synchronized accumulation value is accumulated and superimposed (asynchronous accumulation) 105. Next, the maximum Doppler frequency value and the PRN phase value of the asynchronous cumulative value are calculated (106).

하지만, 이러한 시리얼 상관기 방식은 주파수 보정과 PRN 위상 검색을 1개의 PRN 위상별로 순차적으로 수행하므로, 구조가 간단하고 로직 사이즈가 작으나 탐색 시간이 오래 걸린다는 문제점이 있다.However, since the serial correlator method sequentially performs frequency correction and PRN phase search for each PRN phase, there is a problem in that the structure is simple and the logic size is small but the search time is long.

또한, 정합 필터 상관기 방식은 주파수 보정을 수행한 신호를 이용하여 여러 PRN 위상을 동시에 탐색하기 때문에 탐색 시간이 단축되나, 탐색 시간을 단축하기 위하여 다수의 정합 필터 상관기를 이용하므로 시리얼 상관기 방식에 비하여 로직 사이즈가 크다는 문제점이 있다. Also, the matched filter correlator method searches for several PRN phases simultaneously by using the frequency-compensated signal, which reduces the search time, but uses a plurality of matched filter correlators to shorten the search time. There is a problem that the size is large.

한편, FFT 상관기는 입력된 샘플링 신호를 보정 없이 저장하고, 저장된 신호와 PRN 상관값에 대해 FFT와 IFFT(Inverse FFT) 등의 신호 처리를 수행함으로써 도플러 주파수와 PRN 위상을 동시에 탐색하는 방식을 사용한다. 이러한 FFT 상관기는 하드웨어로 직접 구현되면 로직 복잡도가 커지므로, 일반적으로 전용 하드웨어보다는 디지털 신호 처리기(Digital Signal Processor)를 가진 SoC(System on Chip) 하드웨어 구조에서 프로그램에 의한 소프트웨어 방식으로 구현된다. Meanwhile, the FFT correlator stores the input sampling signal without correction and uses the method of simultaneously searching for Doppler frequency and PRN phase by performing signal processing such as FFT and IFFT (Inverse FFT) on the stored signal and PRN correlation value. . Since the FFT correlator is directly implemented in hardware, the logic complexity is increased. Therefore, in general, the FFT correlator is implemented by a software program in a system on chip (SoC) hardware structure having a digital signal processor rather than dedicated hardware.

하지만, 이러한 FFT 상관기는 탐색 시간을 단축시키기 위하여 많은 수신 입력 신호를 저장시키는 메모리가 반드시 필요하며, 메모리의 사이즈가 증가함에 따라 SoC 구조에 따른 사이즈(복잡도)가 증가하고, 전력이 많이 소요된다는 문제점이 있다.However, such a FFT correlator requires a memory for storing a large number of received input signals in order to shorten the search time, and as the size of the memory increases, the size (complexity) according to the SoC structure increases and power is consumed. There is this.

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하는 것을 과제 또는 목적으로 한다. The present invention aims to solve these problems of the prior art.

구체적으로, 본 발명은 GPS를 위한 초기 동기 신호를 고속으로 획득하면서 로직 사이즈를 작게 구현할 수 있는 GPS를 위한 초기 동기 신호의 획득 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Specifically, an object of the present invention is to provide a method and apparatus for acquiring an initial synchronization signal for GPS, which can realize a small logic size while acquiring an initial synchronization signal for GPS at high speed.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention which are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, GPS를 위한 초기 동기 신호를 획득하는 방법에 있어서, 동기 및 비동기 누적 기간 동안 GPS 기적 대역 신호에 도플러 주파수 보정을 수행하여 생성된 도플러 주파수 보정 신호를 PRN 위상별로 회귀 누적하는 도플러 주파수 보정 단계와, 동기 누적 기간 동안 상기 누적된 도플러 주파수 보정 신호에 대해 PRN 상관값을 구하고 PRN 위상별로 회귀 누적하여 동기 누적값을 계산하는 동기 계산 단계와, 비동기 누적 기간 동안 상기 동기 누적값에 대해 비동기 계산을 수행하고 PRN 위상별로 회귀 누적하여 비동기 누적값을 계산하는 비동기 계산 단계와, 상기 비동기 누적값을 이용하여 도플러 주파수와 PRN 위상값을 획득하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for acquiring an initial synchronization signal for GPS, wherein the Doppler frequency correction signal generated by performing Doppler frequency correction on the GPS miracle band signal during the synchronous and asynchronous accumulation periods for each PRN phase. A Doppler frequency correction step of regression accumulation, a synchronous calculation step of obtaining a PRN correlation value for the Doppler frequency correction signal accumulated during the synchronization accumulation period, recursively accumulating by PRN phases, and calculating a synchronization accumulation value; Performing an asynchronous calculation on the cumulative value and recursively accumulating the PRN phases to calculate an asynchronous cumulative value, and obtaining a Doppler frequency and a PRN phase value using the asynchronous cumulative value.

또한, 본 발명은 GPS를 위한 초기 동기 신호를 획득하는 장치에 있어서, 동기 및 비동기 누적 기간 동안 GPS 기저 대역 신호에 도플러 주파수 보정을 수행하여 도플러 주파수 보정 신호를 생성하고, PRN 위상별로 회귀 누적하는 도플러 주파수 보정부와, 동기 누적 기간 동안 상기 누적된 도플러 주파수 보정 신호에 대해 PRN 상관값을 구하고, PRN 위상별로 회귀 누적하여 동기 누적값을 계산하는 동기 계산부와, 비동기 누적 기간 동안 상기 동기 누적값에 대해 비동기 계산을 수행하고, PRN 위상별로 회귀 누적하여 비동기 누적값을 계산하는 비동기 계산부와, 상기 비동기 누적값을 이용하여 도플러 주파수와 PRN 위상값을 획득하는 주파수 및 PRN 위상 동기 획득부를 포함한다.In addition, the present invention is a device for obtaining an initial synchronization signal for GPS, the Doppler frequency correction signal to generate a Doppler frequency correction signal by performing the Doppler frequency correction on the GPS baseband signal during the synchronous and asynchronous cumulative period, and the Doppler regression accumulating for each PRN phase A frequency correction unit, a synchronization calculation unit for obtaining a PRN correlation value for the Doppler frequency correction signal accumulated during the synchronization accumulation period, and recursively accumulating the PRN phases to calculate a synchronization accumulation value; And an asynchronous calculation unit configured to perform an asynchronous calculation on the PRN phase, recursively accumulate the PRN phases, and calculate an asynchronous accumulation value, and obtain a Doppler frequency and a PRN phase value using the asynchronous accumulation value.

본 발명은 GPS를 위한 초기 동기 신호 획득을 위한 로직 사이즈를 작게 하고, 고속으로 동기 신호를 획득하기 위하여, 복수 개의 정합 필터를 두지 않고, GPS 기저 대역 입력 신호를 저장하는 대신에 예측 도플러 주파수를 보상한 신호를 저장하되, 이의 저장 방식을 변경하여 메모리에 저장한다. 여기서, 본 발명은 GPS 기저 대역 입력 신호를 도플러 주파수 보정을 수행하여 메모리에 그대로 저장하지 않고, PRN 위상별로 도플러 주파수 보정 신호를 회귀 누적한다. 이러한 저장 방식을 이용하면 저장 공간을 획기적으로 줄일 수 있다.The present invention compensates the predicted Doppler frequency instead of storing a GPS baseband input signal, without having a plurality of matched filters, in order to reduce the logic size for initial synchronization signal acquisition for GPS and to obtain the synchronization signal at high speed. Store a signal, but change its storage method and store it in memory. Here, the present invention recursively accumulates the Doppler frequency correction signal for each PRN phase without performing the Doppler frequency correction and storing the GPS baseband input signal as it is in the memory. This storage method can significantly reduce the storage space.

즉, 본 발명의 GPS를 위한 초기 동기 신호 획득 장치는 GPS위성의 이동 및 GPS단말의 이동에 의하여 발생하는 도플러(Doppler) 주파수를 허용 범위 내(±10KHz)에서 주파수 분해능(Resolution)으로 나누어서 GPS 기저 대역 신호에 예상 도플러 주파수를 미리 보정한 데이터 샘플을 저장한다. 여기서, 데이터를 저장하는 방법은 1023 PRN(

Figure 112008074087211-pat00001
) 간격으로 동일 메모리에 중첩 저장하여 저장 메모리를 줄이고 다시 데이터 저장 중 저장 값의 크기를 적절히 조절하여 저장 시 필요한 메모리 크기를 최소화한다. That is, the initial synchronization signal acquisition device for the GPS of the present invention divides the Doppler frequency generated by the movement of the GPS satellites and the movement of the GPS terminal by dividing the frequency into a resolution based on the GPS resolution within a tolerance range (± 10KHz). The data signal is pre-corrected to the expected Doppler frequency in the band signal. Here, the method of storing data is 1023 PRN (
Figure 112008074087211-pat00001
Save the memory by overlapping it in the same memory at intervals and minimize the size of memory required by saving the data by adjusting the size of the data again.

이와 같이, 도플러 주파수 보정 중첩 신호 메모리 넓이 비트(bit)를 최소화하면 정합 필터의 시간 지연 라인(Time Delayed Line)과 가산기 트리(adder tree) 비트를 줄일 수 있다. As such, minimizing the Doppler frequency correction superimposed signal memory width bits can reduce the time delay line and the adder tree bits of the matched filter.

이때, 저장된 도플러 주파수 보정 데이터는 특정 PRN 상관기(correlator)를 통하여 상관값을 구하고 동기 누적(Coherent Accumulation)과 비동기 누적(Noncoherent Accumulation)을 두어 신호 획득 확률을 높여 PRN 위상 동기를 획득하는 구조를 가진다. At this time, the stored Doppler frequency correction data has a structure of obtaining PRN phase synchronization by obtaining a correlation value through a specific PRN correlator and increasing the signal acquisition probability by applying coherent accumulation and non-coherent accumulation.

그리고 동기 및 비동기 누적은 일반적인 동기 및 비동기 누적과 차등 누적(Differential Accumulation)을 병행하여 수행하는 혼성 동기 및 혼성 비동기 누적(Hybrid Accumulation)으로 대체가 가능하며 이럴 경우 동기 및 비동기 누적 방식 비하여 성능 향상을 이룰 수 있다. 또한, 한 번 저장된 도플러 주파수 보정 중첩 데이터는 여러 PRN에 대해서 반복적으로 사용할 수 있기 때문에 GPS 전체 PRN에 대해서 초기 동기 탐색 시간을 획기적으로 줄일 수 있다.Synchronous and Asynchronous Accumulation can be replaced with Hybrid Synchronous and Hybrid Asynchronous Accumulation, which performs both synchronous and asynchronous accumulation and Differential Accumulation, and in this case, performance improvement is achieved compared to synchronous and asynchronous accumulation. Can be. In addition, since once stored Doppler frequency correction superposition data can be repeatedly used for multiple PRNs, initial synchronization search time can be drastically reduced for the entire GPS PRN.

이와 같은 본 발명은 PRN 위상별로 도플러 주파수 보정 신호를 회귀 누적함으로써, 로직 사이즈를 작게 구현할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 주파수 보정 누적값을 다른 PRN에도 적용할 수 있기 때문에, 전체 PRN에 대한 동기 획득 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention has an effect of realizing a small logic size by regressively accumulating Doppler frequency correction signals for each PRN phase. In addition, since the present invention can apply the frequency correction cumulative value to other PRNs, the synchronization acquisition time for the entire PRN can be drastically reduced.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 더욱 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. The above objects, features, and advantages will become more apparent from the following detailed description with reference to the accompanying drawings, and as such, those skilled in the art to which the present invention pertains may share the spirit of the present invention. It will be easy to implement. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

도 2는 본 발명에 따른 GPS를 위한 초기 동기 신호 획득 장치의 일 실시예 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 GPS를 위한 초기 동기 신호 획득 장치는, 도플러 주파수 보정부(21)와, 동기 및 비동기 계산부(22)와, 주파수 및 PRN 위상 동기 획득부(23)를 포함한다. 도플러 주파수 보정부(21)는 도플러 주파수 보정기(211)와, 주파수 보정 중첩 누적기(212)와, 누적기 다중화기(213)를 포함하고, 동기 및 비동기 계산부(22)는 PRN 상관기(221)와, PRN 생성기(222)와, 동기 누적기(223)와, 비동기 계산기(224)와, 비동기 누적기(225)를 포함한다.2 is a block diagram of an embodiment of an initial synchronization signal acquisition device for GPS according to the present invention. As shown, the initial synchronization signal acquisition device for GPS according to the present invention, the Doppler frequency correction unit 21, the synchronous and asynchronous calculation unit 22, and the frequency and PRN phase synchronization acquisition unit 23 do. The Doppler frequency corrector 21 includes a Doppler frequency corrector 211, a frequency corrected overlap accumulator 212, and an accumulator multiplexer 213, and the synchronous and asynchronous calculator 22 includes a PRN correlator 221. ), A PRN generator 222, a synchronous accumulator 223, an asynchronous calculator 224, and an asynchronous accumulator 225.

도플러 주파수 보정부(21)의 도플러 주파수 보정기(211)는 도플러 주파수를 생성하는 도플러 주파수 생성기(2111)를 포함하며, 이를 이용하여 GPS 기저 대역 입력 신호에 포함된 도플러 주파수를 보정하여 제거한다. 이때, 도플러 주파수 보정기(211)는 동기 누적 기간별로 비례적인 적절한 보정 주파수 간격을 설정하고, 이 예상 도플러 주파수 값을 이용하여 입력 신호에 대하여 주파수 보정을 수행한다.The Doppler frequency corrector 211 of the Doppler frequency corrector 21 includes a Doppler frequency generator 2111 that generates the Doppler frequency, and corrects and removes the Doppler frequency included in the GPS baseband input signal. At this time, the Doppler frequency corrector 211 sets an appropriate correction frequency interval proportional to each synchronization accumulation period, and performs frequency correction on the input signal using the expected Doppler frequency value.

주파수 보정 중첩 누적기(212)는 주파수 보정 중첩 누적 크기 변환기(이하, '제1 누적 크기 변환기'라 함)(2121)와 주파수 보정 중첩 누적 메모리(이하, '제1 누적 메모리'라 함)(2122)를 포함하며, 이를 이용하여 도플러 주파수 보정기(211)에 의해 주파수가 보정된 신호(즉, 도플러 주파수 보정 신호)를 PRN 위상별로 동기 및 비동기 누적 기간 동안 회귀 중첩 누적한다.The frequency corrected overlap accumulator 212 includes a frequency corrected overlap accumulator (hereinafter, referred to as a 'first cumulative size converter') 2121 and a frequency corrected cumulative accumulator (hereinafter, referred to as a 'first cumulative memory') ( 2122, and recursively accumulates a signal whose frequency is corrected by the Doppler frequency corrector 211 (that is, the Doppler frequency correction signal) for each PRN phase during the synchronous and asynchronous accumulation periods.

제1 누적 크기 변환기(2121)는 제1 누적 메모리(2122)의 사이즈를 줄이기 위하여 누적 기간 동안 제1 누적 메모리(2122)에 누적되는 데이터의 크기를 조절한다. 제1 누적 크기 변환기(2121)는 중첩 누적 값에 따라서 필요한 유효 숫자를 계산하여 입력 신호(도플러 주파수 보정 신호)의 크기를 조절하여, 제1 누적 메모리(2122)의 메모리 비트 폭(memory bit width)을 줄인다.The first cumulative size converter 2121 adjusts the size of data accumulated in the first cumulative memory 2122 during the cumulative period in order to reduce the size of the first cumulative memory 2122. The first cumulative size converter 2121 calculates a required significant number according to the overlapped cumulative value and adjusts the size of the input signal (Doppler frequency correction signal), so that the memory bit width of the first cumulative memory 2122 is measured. Reduce

제1 누적 메모리(2122)로의 데이터 누적 위치에 대한 관계는 도 3과 같다. 도 3에 도시된 바와 같이, 데이터는 1023 PRN 위상별로 입력 신호가 중첩되어 누적된다. 이때, PRN 위상 동기는 요구되는 PRN 위상 동기 분해능별로 다를 수 있는데, 예를 들어 분해능 값이 N일 때 제1 누적 메모리(2122)의 길이(depth)는 1023XN 값 을 가질 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않지만, 편의를 위해 1023 PRN으로 설명하기로 한다.A relationship between a data accumulation position in the first cumulative memory 2122 is illustrated in FIG. 3. As shown in FIG. 3, data is accumulated by overlapping input signals for each 1023 PRN phase. In this case, the PRN phase synchronization may be different for each required PRN phase synchronization resolution. For example, when the resolution value is N, the depth of the first cumulative memory 2122 may have a value of 1023XN. Although the present invention is not limited thereto, it will be described as 1023 PRN for convenience.

이와 같은 구성요소를 가지는 주파수 보정 중첩 누적기(212)는 비동기 계산 횟수만큼의 누적이 필요하다.The frequency corrected overlap accumulator 212 having such a component needs to accumulate as many times as asynchronous calculations.

누적기 다중화기(213)는 주파수 보정 중첩 누적기(212)에 누적된 주파수 보정 중첩 누적기 값을 동기 및 비동기 계산부(22)의 PRN 상관기(221)의 입력으로 순차적으로 전달한다. 이러한 누적기 다중화기(213)의 기능은 주파수 보정 중첩 누적기(212)의 비동기 횟수가 2 이상인 경우에 수행된다.The accumulator multiplexer 213 sequentially transfers the frequency corrected overlap accumulator value accumulated in the frequency corrected overlap accumulator 212 to the input of the PRN correlator 221 of the synchronous and asynchronous calculator 22. The function of the accumulator multiplexer 213 is performed when the number of asynchronous times of the frequency corrected overlap accumulator 212 is two or more.

본 발명의 일 실시예는 이러한 도플러 주파수 보정부(21)를 복수 개 구비할 수 있으며, 이 경우에는 동시에 여러 도플러 주파수 보정 신호에 대한 판단이 이루어질 수 있어 GPS를 위한 초기 동기 획득 시간을 단축시킬 수 있다.One embodiment of the present invention may be provided with a plurality of such Doppler frequency correction unit 21, in this case, it is possible to determine the multiple Doppler frequency correction signal at the same time to reduce the initial synchronization acquisition time for GPS have.

동기 및 비동기 계산부(22)의 PRN 상관기(221)는 주파수 보정 중첩 누적 메모리 값과, PRN 생성기(222)에 의해 생성된 역확산을 위한 PRN 패턴을 이용하여 하나의 주파수 보정 중첩 누적기(212)의 출력 동안(동기 누적 기간 동안) PRN 상관 값을 구한다. 즉, PRN 상관기(221)는 GPS 기저 대역 신호에 포함된 PRN 위상을 역확산하여 1023 PRN 간격의 복조 심볼을 생성한다. 이때, PRN 상관기(221)는 시리얼 또는 정합 필터 상관기가 될 수 있다.The PRN correlator 221 of the synchronous and asynchronous calculator 22 uses a frequency corrected overlap accumulator memory value and a PRN pattern for despreading generated by the PRN generator 222 to generate one frequency corrected overlap accumulator 212. The PRN correlation value is obtained during the output of (). That is, the PRN correlator 221 despreads the PRN phase included in the GPS baseband signal to generate demodulated symbols with a 1023 PRN interval. In this case, the PRN correlator 221 may be a serial or matched filter correlator.

PRN 상관기(221)는 주파수 보정 중첩 누적 메모리 값을 사용하기 때문에 PRN 상관 값을 구하기 위한 입력 신호의 연속성을 확보하기 위하여 하나의 동기 누적 기간 동안의 모든 1023 PRN 위상에 대한 상관 값(PRN 상관 값)을 구할 때까지는 해 당 주파수 보정 중첩 누적 메모리 값을 회귀하여 사용한다.Since the PRN correlator 221 uses the frequency corrected cumulative memory value, the correlation value for all 1023 PRN phases during one synchronization accumulation period (PRN correlation value) in order to ensure continuity of the input signal for obtaining the PRN correlation value. Until is found, recursively use the corresponding frequency corrected cumulative cumulative memory value.

동기 누적기(223)는 동기 누적 크기 변환기(이하, '제2 누적 크기 변환기'라 함)(2231)와 동기 누적 메모리(이하, '제2 누적 메모리'라 함)(2232)를 포함하며, 이를 이용하여 PRN 상관기(221)에 의해 획득된 PRN 상관 값을 PRN 위상별로 중첩 누적한다. 즉, 동기 누적기(223)는 복조 심볼을 중첩 누적한다(동기 누적).The synchronous accumulator 223 includes a synchronous cumulative size converter (hereinafter referred to as a 'second cumulative size converter') 2231 and a synchronous cumulative memory (hereinafter referred to as a 'second cumulative memory') 2232. By using this, the PRN correlation value obtained by the PRN correlator 221 is accumulated and accumulated for each PRN phase. In other words, the synchronization accumulator 223 accumulates the demodulation symbols in an overlapped manner (synchronous accumulation).

제2 누적 크기 변환기(2231)는 제2 누적 메모리(2232)의 사이즈를 줄이기 위하여 동기 누적 기간 동안 제2 누적 메모리(2232)에 누적되는 데이터의 크기를 조절한다. 제2 누적 크기 변환기(2231)는 유효 숫자를 계산하여 입력 신호(PRN 상관 값)의 크기를 조절하여, 제2 누적 메모리(2232)의 메모리 비트 폭을 줄인다.The second cumulative size converter 2231 adjusts the size of data accumulated in the second cumulative memory 2232 during the synchronous cumulative period to reduce the size of the second cumulative memory 2232. The second cumulative size converter 2231 reduces the memory bit width of the second cumulative memory 2232 by calculating the significant digit to adjust the magnitude of the input signal (PRN correlation value).

비동기 계산기(224)는 동기 누적기(223)에 의해 누적된 1023 PRN 위상에 대한 모든 동기 상관 값을 이용하여 I, Q 상관 값에 대한 비동기 계산 값을 구한다.The asynchronous calculator 224 calculates an asynchronous calculation value for the I and Q correlation values using all the synchronous correlation values for the 1023 PRN phase accumulated by the synchronous accumulator 223.

비동기 누적기(225)는 비동기 누적 크기 변환기(이하, '제3 누적 크기 변환기'라 함)(2251)와 비동기 누적 메모리(이하, '제3 누적 메모리'라 함)(2252)를 포함하며, 이를 이용하여 비동기 계산기(224)에 의해 계산된 비동기 계산 값을 PRN 위상별로 중첩 누적한다(비동기 누적). The asynchronous accumulator 225 includes an asynchronous cumulative size converter (hereinafter referred to as 'third cumulative size converter') 2251 and asynchronous cumulative memory (hereinafter referred to as 'third cumulative memory') 2252, By using this, the asynchronous calculation value calculated by the asynchronous calculator 224 is accumulated and accumulated for each PRN phase (asynchronous accumulation).

제3 누적 크기 변환기(2251)는 제3 누적 메모리(2252)의 사이즈를 줄이기 위하여 비동기 누적 계산 기간 동안 제3 누적 메모리(2252)에 누적되는 데이터의 크기를 조절한다. 제3 누적 크기 변환기(2251)는 유효 숫자를 계산하여 입력 신호(비동기 계산 값)의 크기를 조절하여, 제3 누적 메모리(2252)의 메모리 비트 폭을 줄인다.The third cumulative size converter 2251 adjusts the size of data accumulated in the third cumulative memory 2252 during the asynchronous cumulative calculation period to reduce the size of the third cumulative memory 2252. The third cumulative size converter 2251 reduces the memory bit width of the third cumulative memory 2252 by calculating the significant digit to adjust the magnitude of the input signal (asynchronous calculation value).

이때, 동기 누적기(223), 비동기 계산기(224), 비동기 누적기(225), 동기 누적 크기 변환기(2231), 동기 누적 메모리(2232), 비동기 누적 크기 변환기(2251), 및 비동기 누적 메모리(2252)는 혼성 동기 누적기, 혼성 비동기 계산기, 혼성 동기 누적기, 혼성 동기 누적 크기 변환기, 혼성 비동기 누적 크기 변환기, 및 혼성 비동기 누적 메모리로 각각 대체될 수 있다. 여기서, 혼성 동기 누적기는 차등 계산을 위하여 동기 누적을 2개 이상의 복수 개를 계산하여 누적하고, 혼성 비동기 계산기는 비동기 계산과 차등 계산(혼성 비동기 계산)을 수행하며, 혼성 비동기 누적기는 혼성 비동기 계산 값을 누적한다. 이때, 혼성 동기 누적기, 혼성 비동기 계산기, 혼성 동기 누적기, 혼성 동기 누적 크기 변환기, 혼성 비동기 누적 크기 변환기, 및 혼성 비동기 누적 메모리를 이용하면 일반적인 동기 및 비동기 누적 방식에 비하여 1 ~ 2dB 정도의 성능 향상을 이룰 수 있다. 이에 대해서는 도 4a 및 도 4b를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.In this case, the synchronous accumulator 223, the asynchronous calculator 224, the asynchronous accumulator 225, the synchronous accumulator size converter 2231, the synchronous accumulator memory 2232, the asynchronous accumulator size converter 2251, and the asynchronous accumulator memory ( 2252 may be replaced with a hybrid synchronous accumulator, a hybrid asynchronous calculator, a hybrid synchronous accumulator, a hybrid synchronous cumulative size converter, a hybrid asynchronous cumulative size converter, and a hybrid asynchronous cumulative memory, respectively. Here, the hybrid synchronous accumulator calculates and accumulates two or more synchronous accumulations for differential calculations, the hybrid asynchronous calculator performs asynchronous calculations and differential calculations (hybrid asynchronous calculations), and the hybrid asynchronous accumulator calculates hybrid asynchronous calculation values. Accumulate. In this case, the hybrid synchronous accumulator, the hybrid asynchronous calculator, the hybrid synchronous accumulator, the hybrid synchronous cumulative size converter, the hybrid asynchronous cumulative size converter, and the hybrid asynchronous accumulator memory have a performance of about 1 to 2 dB compared to the general synchronous and asynchronous accumulation methods. Improvements can be made. This will be described in more detail with reference to FIGS. 4A and 4B.

본 발명에서 이러한 동기 및 비동기 계산부(22)는 복수 개를 둘 수 있으며, 이 경우에는 동시에 다수의 PRN 위상 동기에 대한 판단이 이루어질 수 있어 GPS를 위한 초기 동기 획득 시간을 단축시킬 수 있다.In the present invention, the synchronous and asynchronous calculator 22 may be provided in plural. In this case, a plurality of PRN phase synchronizations may be simultaneously determined, thereby reducing initial synchronization acquisition time for GPS.

주파수 및 PRN 위상 동기 획득부(23)는 비동기 누적 메모리 값을 이용하여 해당 도플러 주파수와 PRN 위상 값을 구한다. 여기서, 도플러 주파수는 PRN 상관 값을 구할 때 사용하는 예상 도플러 주파수가 되고, PRN 위상은 비동기 누적 메모리 값 중 지역 최대값 중에서 선택할 수 있다. 주파수 및 PRN 위상 동기 획득부(23)는 선택된 지역 최대값이 계산된 도플러 주파수 값과 PRN 위상 값을 전달한 다.The frequency and PRN phase synchronization acquirer 23 obtains a corresponding Doppler frequency and PRN phase value using an asynchronous cumulative memory value. Here, the Doppler frequency is an expected Doppler frequency used to obtain a PRN correlation value, and the PRN phase may be selected from local maxima among asynchronous cumulative memory values. The frequency and PRN phase synchronization acquirer 23 delivers the Doppler frequency value and the PRN phase value from which the selected local maximum value is calculated.

여기서, 다른 PRN에 대해서는 주파수 보정 중첩 누적기 값을 다시 계산할 필요 없이 동기 및 비동기 계산부(22)와 주파수 및 PRN 위상 동기 획득부(23)로 반복적으로 구할 수 있다.Here, the other PRN may be repeatedly obtained by the synchronous and asynchronous calculation unit 22 and the frequency and PRN phase synchronization acquirer 23 without having to recalculate the frequency corrected overlap accumulator value.

도 4a는 종래의 일반적인 동기 및 비동기 누적 방법에 대한 일 실시예의 설명도이고, 도 4b는 본 발명에 따른 혼성 동기 및 혼성 비동기 누적 방법에 대한 일 실시예의 설명도이다. 여기서, 동기 및 비동기 누적 방법과, 혼성 동기 및 혼성 비동기 누적 방법의 차이점을 명확히 하기 위하여 공통 항목인 제곱 항목(self product 항목이며, 도 4a 및 도 4b에서 const로 기술함)을 제외하고 상호 곱셈(cross product) 항목만을 기준으로 예시한다. 4A is an explanatory diagram of one embodiment of a conventional general synchronous and asynchronous accumulation method, and FIG. 4B is an explanatory diagram of an embodiment of the hybrid synchronous and hybrid asynchronous accumulation method according to the present invention. Here, in order to clarify the difference between the synchronous and asynchronous accumulation method and the hybrid synchronous and hybrid asynchronous accumulation method, mutual multiplication (except for a common item, a square item (self product item, described as const in FIGS. 4A and 4B)) Only based on cross product).

도 4a는 입력이

Figure 112008074087211-pat00002
순으로 정합 필터 상관기에 입력될 시, 이를 일반적인 동기 누적과 비동기 누적을 수행하는 방식을 나타낸다. 즉, 종래의 일반적인 동기 및 비동기 누적 방법은 수학식 1과 같다.4a shows that the input
Figure 112008074087211-pat00002
When input to the matched filter correlator in order, it represents the general synchronous and asynchronous accumulation. That is, the conventional general synchronous and asynchronous accumulation method is shown in Equation (1).

Figure 112008074087211-pat00003
Figure 112008074087211-pat00003

Figure 112008074087211-pat00004
Figure 112008074087211-pat00004

이때,

Figure 112008074087211-pat00005
은 PRN 역확산된 심볼의 시간적인 순서를 의미한다.At this time,
Figure 112008074087211-pat00005
Denotes a temporal order of PRN despread symbols.

한편, 도 4b는 일반적인 동기 및 비동기 항목과 차등 항목이 추가된 혼성 동기 및 혼성 비동기 방식을 나타낸다. 즉, 본 발명에 따른 혼성 동기 및 혼성 비동기 방법은 수학식 2와 같다.Meanwhile, FIG. 4B illustrates a hybrid synchronous and hybrid asynchronous scheme in which general synchronous and asynchronous items and differential items are added. That is, the hybrid synchronous and hybrid asynchronous methods according to the present invention are shown in Equation 2.

Figure 112008074087211-pat00006
Figure 112008074087211-pat00006

Figure 112008074087211-pat00007
Figure 112008074087211-pat00007

Figure 112008074087211-pat00008
Figure 112008074087211-pat00008

이때, 혼성 비동기 계산 방식은 제곱 항목을 제거하는 기본 구조와 제거하지 않는 응용 구조를 둘 수 있으며, 비동기 계산 값과 차등 계산 값에 동등 또는 차등 가중치를 두어 최종 혼성 비동기 계산 값을 구한다. 여기서, 제곱 항목을 제거하는 기본 구조와 제거하지 않는 응용 구조를 둘 수 있다는 것은, 예를 들어 상기 수식 중, const(일 예로,

Figure 112008074087211-pat00009
)라고 된 값들을 혼성 계산 결과 값을 계산할 시에 넣을 수도 있고, 뺄 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 비동기 계산 값과 차 등 계산 값에 동등 또는 차등 가중치를 둔다는 것은, 예를 들어 도 4b의 덧셈기의 입력에서 비동기 계산 값 경로(즉, '2로 나눔'이 있는 경로)와 차등 계산 값 경로에 각각 크기 변환기(401, 402)를 두어 스케일(scale)을 동등하게 하거나 다르게 할 수 있다는 것을 의미한다. 이때, 크기 변환기(401, 402)는 혼성 비동기 계산 값의 품질을 조절할 수 있다.In this case, the hybrid asynchronous calculation method may include a basic structure for removing a squared item and an application structure without removing the squared item. The final hybrid asynchronous calculation value is obtained by giving equal or differential weights to the asynchronous calculation value and the differential calculation value. Here, it is possible to have a basic structure for removing a squared item and an application structure for not removing it. For example, in the above formula, const (for example,
Figure 112008074087211-pat00009
The value of) means you can add or subtract the result of the hybrid calculation. In addition, giving equal or differential weights to asynchronous calculated values and calculated values, such as differential, means that the asynchronous calculated value path (i.e., 'divided by two') and the differential calculated value at the input of the adder of FIG. 4B, for example. This means that the size converters 401 and 402 may be placed in the paths to equalize or different scales. In this case, the size converters 401 and 402 may adjust the quality of the hybrid asynchronous calculation value.

전술한 바와 같이, 도 4a 및 도 4b의 곱셈 항목을 비교하면, 동일한 입력에 대해서 혼성 동기 및 혼성 비동기 방식이

Figure 112008074087211-pat00010
의 상호 곱셈 항목이 더 많음을 알 수 있으며, 혼성 비동기 횟수가 많아질수록 전체적으로 일반적인 동기 및 비동기 방식에 비하여 혼성 동기 및 혼성 비동기 방식이 약 1 ~ 2dB의 성능 향상을 이룰 수 있다. As described above, comparing the multiplication items of FIGS. 4A and 4B, hybrid synchronous and hybrid asynchronous schemes for the same input
Figure 112008074087211-pat00010
It can be seen that there are more cross-multiplication items of, and as the number of hybrid asynchronouss increases, the hybrid synchronous and hybrid asynchronous methods can achieve a performance improvement of about 1 to 2 dB compared to the general synchronous and asynchronous methods as a whole.

도 5는 본 발명에 따른 GPS를 위한 초기 동기 신호 획득 방법에 대한 일 실시예 흐름도이다. 5 is a flowchart illustrating an exemplary method of obtaining an initial synchronization signal for GPS according to the present invention.

먼저, 도플러 주파수 보정기(211)는 GPS 기저 대역 신호에 포함된 도플러 주파수를 보정하여 제거한다(501). 다음에, 주파수 보정 중첩 누적기(212)는 도플러 주파수가 보정된 신호(즉, 도플러 주파수 보정 신호)를 중첩 누적한다(502). 여기서, 주파수 보정 중첩 누적기(212)는 도플러 주파수 보정 신호를 중첩 누적할 시에 동기 누적 기간과 비동기 누적 기간 여부를 판단하여(503), 동기 및 비동기 누적 기간일 경우에는 도플러 주파수 보정 신호를 중첩 누적하고, 동기 및 비동기 누적 기간이 아닐 경우(즉, 동기 및 비동기 누적 기간이 완료되었을 경우)에는 중첩 누적을 완료한다. First, the Doppler frequency corrector 211 corrects and removes the Doppler frequency included in the GPS baseband signal (501). Next, the frequency corrected superposition accumulator 212 overlaps and accumulates the Doppler frequency corrected signal (ie, the Doppler frequency corrected signal) (502). Here, the frequency corrected overlap accumulator 212 determines whether the synchronous accumulation period and the asynchronous accumulation period are overlapped when accumulating the Doppler frequency correction signals (503), and overlaps the Doppler frequency correction signals in the synchronous and asynchronous accumulation periods. If the accumulation is not performed (that is, when the synchronous and asynchronous accumulation periods are completed), the overlap accumulation is completed.

PRN 상관기(221)는 PRN 생성기(222)에 의해 생성된 PRN 패턴(504)과 누적된 주파수 보정 신호를 이용하여, GPS 기저 대역 신호에 포함된 PRN 위상을 역확산하여 1023 PRN 간격의 복조 심볼을 생성한다(505). 이후, 동기 누적기(223)는 생성된 복조 심볼을 중첩 누적하고(동기 누적)(506), 비동기 계산기(224) 및 비동기 누적기(225)는 동기 누적값의 비동기 계산을 중첩 누적한다(비동기 누적)(507). The PRN correlator 221 despreads the PRN phase included in the GPS baseband signal by using the PRN pattern 504 generated by the PRN generator 222 and the accumulated frequency correction signal to decode the demodulated symbols at intervals of 1023 PRN. Create 505. The synchronous accumulator 223 then accumulates the generated demodulation symbols (synchronous accumulating) 506, and the asynchronous calculator 224 and the asynchronous accumulator 225 accumulates the asynchronous calculation of the synchronous accumulating value (asynchronous). Cumulative) (507).

이때, 동기 누적기(223) 대신에 혼성 동기 누적기가 동작할 수 있으며, 비동기 계산기(224) 및 비동기 누적기(225) 대신에 혼성 비동기 계산기 및 혼성 비동기 누적기가 동작하여 상기 비동기 누적기(225)의 비동기 계산을 혼성 비동기 계산(비동기 계산값과 차등 계산값)으로 계산할 수 있다. In this case, the hybrid synchronous accumulator may operate in place of the synchronous accumulator 223, and the hybrid asynchronous calculator and the hybrid asynchronous accumulator operate in place of the asynchronous calculator 224 and the asynchronous accumulator 225 to operate the asynchronous accumulator 225. The asynchronous calculation of can be calculated as a hybrid asynchronous calculation (asynchronous and differential).

이후, 주파수 및 PRN 위상 동기 획득부(23)는 비동기 누적값 중 최대값이 계산된 도플러 주파수 값과 PRN 위상 값을 전달한다(508). Thereafter, the frequency and PRN phase synchronization acquirer 23 transmits the Doppler frequency value and the PRN phase value at which the maximum value of the asynchronous cumulative values is calculated (508).

다른 PRN 신호를 검색할 필요가 있다면, "504" 과정으로 진행하여, 주파수 보정 중첩 누적기 값을 다시 계산할 필요 없이 주파수 보정 중첩기에 누적된 데이터를 이용하여 다른 PRN을 반복적으로 구할 수 있다. 한편, 다른 PRN 신호를 검색할 필요가 없을 경우, PRN 신호 검색을 완료한다.If it is necessary to search for another PRN signal, the process proceeds to step 504, whereby another PRN can be repeatedly obtained using data accumulated in the frequency corrected overlap accumulator without having to recalculate the frequency corrected accumulator. On the other hand, if there is no need to search for another PRN signal, the PRN signal search is completed.

도 6은 비동기 누적 횟수를 증가시켰을 시, 종래의 정합 필터 상관기를 이용한 방법과 본 발명에 따른 GPS를 위한 초기 동기 신호 획득 방법과의 탐색 시간 및 사이즈 관련 설계 효율성을 비교한 일 실시예의 설명도이다.FIG. 6 is an explanatory diagram of an embodiment comparing design efficiency related to search time and size between a method using a conventional matched filter correlator and an initial synchronization signal acquisition method for GPS according to the present invention when the number of asynchronous accumulations is increased. .

일반적으로, 탐색 시간(St)과 로직 사이즈(Ls)는 반비례 관계에 있다. 이는 로직 사이즈가 증가하면 동기 획득 시간을 줄일 수 있기 때문이다. 따라서, 탐색 시간을 1/2로 줄이기 위하여 로직 사이즈가 2배 증가했다면 전체적인 설계 효율이 좋아졌다고 할 수는 없다. 초기 동기 획득기에 대한 여러 구조가 있을 수 있고 궁극적으로는 탐색 시간이 짧고 로직 사이즈도 작은 구조의 설계가 필요하다. In general, the search time St and the logic size Ls are inversely related. This is because increasing the logic size can reduce the synchronization acquisition time. Therefore, if the logic size is doubled to reduce the search time by 1/2, the overall design efficiency cannot be improved. There may be several architectures for the initial sync acquirer, and ultimately a design with a short search time and a small logic size is required.

여기서, 종래의 정합 필터 상관기를 이용한 방법과 본 발명에 따른 GPS를 위한 초기 동기 신호 획득 방법과의 설계 효율성에 대해서 비교하기 위하여 설계 효율 지수(De)를 탐색 시간과 로직 사이즈의 곱셈에 비례한다고 정의하였다. 즉, 설계 효율 지수(De)의 값이 작을수록 탐색 시간이 짧고 사이즈도 작은 구조가 된다고 볼 수 있다.Here, to compare the design efficiency between the conventional matched filter correlator method and the initial synchronization signal acquisition method for GPS according to the present invention, the design efficiency index De is defined as being proportional to the multiplication of the search time and the logic size. It was. In other words, the smaller the value of the design efficiency index De, the shorter the search time and the smaller the size.

도 6은 24개의 GPS PRN 신호 검색, 20ms 동기 검색, 25Hz 간격의 도플러 주파수, -10KHz ~ +10 KHz 범위의 도플러 주파수, 2046 상관기 구조의 정합 필터를 기준으로, 종래의 정합 필터 구조와 본 발명에 따른 주파수 보정 중첩 정합 필터 구조에 대한 설계 효율 지수를 구하고, 종래의 정합 필터 한 개가 20 ms 동기, 1회의 비동기 신호를 검색할 시의 설계 효율 지수로 표준화한 값을 표시한다. 6 shows a conventional matched filter structure and the present invention, based on 24 GPS PRN signal searches, 20 ms synchronous search, Doppler frequencies in 25 Hz intervals, Doppler frequencies in the range of -10 KHz to +10 KHz, and matched filters in a 2046 correlator structure. A design efficiency index for the frequency-corrected superposition matched filter structure is obtained, and a conventional matched filter displays a value normalized to a design efficiency index when searching for 20 ms synchronous and one asynchronous signal.

여기서, 비동기 횟수가 증가할수록 탐색 시간이 길어져 설계 효율 지수 값은 증가하게 된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 주파수 보정 중첩 정합 필터의 구조도 비동기 횟수가 증가할수록 종래의 정합 필터 구조에 접근하지만, 비동기 횟수가 적을수록 본 발명에 따른 주파수 보정 중첩 정합 필터의 구조가 설계 효율성이 뛰어난 것을 알 수 있다. 즉, 종래의 정합 필터 구조에 비하여 본 발명에 따른 주파수 보정 중첩 정합 필터의 구조는 동일한 탐색 시간을 만족한다면 사이즈가 작고, 사이즈가 동일하다면 탐색 시간이 짧다는 것을 의미한다. Here, as the number of asynchronous times increases, the search time increases, and the design efficiency index value increases. As shown in FIG. 6, the structure of the frequency-corrected superposition matched filter according to the present invention approaches the conventional matched filter structure as the number of asynchronous times increases, but the structure of the frequency-corrected superposition matched filter according to the present invention increases as the number of asynchronous times decreases. It can be seen that the design efficiency is excellent. That is, compared with the conventional matched filter structure, the structure of the frequency-corrected overlapped matched filter according to the present invention means that the size is small if the same search time is satisfied, and the search time is short if the size is the same.

한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.On the other hand, the method of the present invention as described above can be written in a computer program. And the code and code segments constituting the program can be easily inferred by a computer programmer in the art. In addition, the written program is stored in a computer-readable recording medium (information storage medium), and read and executed by a computer to implement the method of the present invention. The recording medium may include any type of computer readable recording medium.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.

도 1은 종래의 시리얼 상관기 또는 정합 필터 상관기를 이용하여 GPS 초기 동기를 획득하는 방법을 나타내는 일 실시예 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method of obtaining GPS initial synchronization using a conventional serial correlator or a matched filter correlator.

도 2는 본 발명에 따른 GPS를 위한 초기 동기 신호 획득 장치의 일 실시예 구성도이다.2 is a block diagram of an embodiment of an initial synchronization signal acquisition device for GPS according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 주파수 보정 중첩 메모리의 쓰기 및 읽기에 대한 일 실시예 구조도이다.3 is a structural diagram of an embodiment of writing and reading a frequency corrected overlapping memory according to the present invention.

도 4a는 종래의 일반적인 동기 및 비동기 누적 방법에 대한 일 실시예의 설명도이다.4A is an explanatory diagram of one embodiment of a conventional general synchronous and asynchronous accumulation method.

도 4b는 본 발명에 따른 혼성 동기 및 혼성 비동기 누적 방법에 대한 일 실시예의 설명도이다.4B is an explanatory diagram of an embodiment of a hybrid synchronous and hybrid asynchronous accumulation method according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 GPS를 위한 초기 동기 신호 획득 방법에 대한 일 실시예 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating an exemplary method of obtaining an initial synchronization signal for GPS according to the present invention.

도 6은 종래의 정합 필터 상관기를 이용한 방법과 본 발명에 따른 GPS를 위한 초기 동기 신호 획득 방법과의 탐색 시간 및 사이즈 관련 설계 효율성을 비교한 일 실시예의 설명도이다.FIG. 6 is an explanatory diagram of an exemplary embodiment comparing design efficiency related to search time and size between a method using a conventional matched filter correlator and an initial synchronization signal acquisition method for GPS according to the present invention.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Symbols for Main Parts of Drawing]

21: 도플러 주파수 보정부 22: 동기 및 비동기 계산부21: Doppler frequency correction unit 22: synchronous and asynchronous calculation unit

23: 주파수 및 PRN 위상 동기 획득부 211: 도플러 주파수 보정기23: frequency and PRN phase synchronization acquisition unit 211: Doppler frequency corrector

212: 주파수 보정 중첩 누적기 213: 누적기 다중화기212: Frequency Correction Overlap Accumulator 213: Accumulator Multiplexer

221: PRN 상관기 222: PRN 생성기221: PRN correlator 222: PRN generator

223: 동기 누적기 224: 비동기 계산기223: Synchronous Accumulator 224: Asynchronous Calculator

225: 비동기 누적기 2111: 도플러 주파수 생성기225: Asynchronous Accumulator 2111: Doppler Frequency Generator

2121: 주파수 보정 중첩 누적 크기 변환기2121: Frequency Correction Overlapping Cumulative Size Converter

2122: 주파수 보정 중첩 누적 메모리 2231: 동기 누적 크기 변환기2122: Cumulative Frequency Overlapping Memory 2231: Synchronous Cumulative Size Converter

2232: 동기 누적 메모리 2251: 비동기 누적 크기 변환기2232: Synchronous Cumulative Memory 2251: Asynchronous Cumulative Size Converter

2252: 비동기 누적 메모리2252: asynchronous cumulative memory

Claims (20)

GPS를 위한 초기 동기 신호를 획득하는 방법에 있어서,In the method for obtaining an initial synchronization signal for GPS, 동기 누적 기간 및 비동기 누적 기간 동안, GPS 기적 대역 신호에 도플러 주파수 보정을 수행하여 생성된 도플러 주파수 보정 신호를 PRN(Pseudo Random Noise) 위상 별로 회귀 누적하는 도플러 주파수 보정 단계;A Doppler frequency correction step of recursively accumulating Doppler frequency correction signals generated by performing Doppler frequency correction on the GPS miracle band signal for each Pseudo Random Noise (PRN) phase during the synchronous accumulation period and the asynchronous accumulation period; 상기 동기 누적 기간 동안, 상기 회귀 누적된 도플러 주파수 보정 신호의 주파수 보정 누적값과 역확산을 위한 PRN 패턴을 이용하여 PRN 상관값을 산출하고, 상기 산출한 PRN 상관값을 상기 PRN 위상 별로 중첩 누적하여 동기 누적값을 계산하는 동기 계산 단계;During the synchronization accumulation period, a PRN correlation value is calculated using a frequency correction accumulation value of the regression accumulated Doppler frequency correction signal and a PRN pattern for despreading, and the PRN correlation value is accumulated and superimposed by the PRN phases. A synchronization calculation step of calculating a synchronization accumulation value; 상기 비동기 누적 기간 동안, 상기 PRN 위상 별로 상기 동기 누적값의 I 상관값 및 Q 상관값을 각각 제곱한 후 합산하여 비동기 계산값을 산출하고, 상기 산출한 비동기 계산값을 상기 PRN 위상 별로 중첩 누적하여 비동기 누적값을 계산하는 비동기 계산 단계; 및During the asynchronous accumulation period, the I correlation value and the Q correlation value of the synchronous accumulation value are squared for each of the PRN phases, and then summed to calculate an asynchronous calculation value, and the accumulated asynchronous calculation value is overlapped and accumulated for each PRN phase. An asynchronous calculation step of calculating an asynchronous cumulative value; And 상기 비동기 누적값을 이용하여 도플러 주파수와 PRN 위상값을 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초기 동기 신호의 획득 방법.Acquiring a Doppler frequency and a PRN phase value using the asynchronous cumulative value. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 도플러 주파수 보정 단계는, 상기 동기 누적 기간 별로 보정 주파수 간격을 설정하고, 예상 도플러 주파수 값으로 상기 획득한 PRN 위상값을 이용하여 상기 GPS 기적 대역 신호에 대한 도플러 주파수 보정을 수행하는 것을 특징으로 하는 초기 동기 신호의 획득 방법.In the Doppler frequency correction step, a correction frequency interval is set for each synchronization accumulation period, and Doppler frequency correction is performed on the GPS miracle band signal using the obtained PRN phase value as an expected Doppler frequency value. Acquisition method of initial synchronization signal. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 도플러 주파수 보정 단계는, 상기 도플러 주파수 보정 신호의 상기 주파수 보정 누적값에 따라 상기 도플러 주파수 보정 신호의 크기를 조절하여, 상기 도플러 주파수 보정 신호를 상기 비동기 계산값의 산출 횟수만큼 회귀 누적하는 메모리의 메모리 비트 폭을 감소시키는 것을 특징으로 하는 초기 동기 신호의 획득 방법.The Doppler frequency correction step may include adjusting a magnitude of the Doppler frequency correction signal according to the accumulated frequency correction value of the Doppler frequency correction signal, and recursively accumulating the Doppler frequency correction signal by the number of calculations of the asynchronous calculation value. And obtaining a memory bit width. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 동기 계산 단계는, 상기 산출한 PRN 상관값의 크기를 조절하여 상기 동기 누적값을 중첩 누적하는 메모리의 메모리 비트 폭을 감소시키는 것을 특징으로 하는 초기 동기 신호의 획득 방법.The synchronizing calculation step, the method of acquiring the initial synchronization signal, characterized in that for reducing the memory bit width of the memory to accumulate the synchronization cumulative value by adjusting the size of the calculated PRN correlation value. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 비동기 계산 단계는, 상기 산출한 비동기 계산값의 크기를 조절하여 상기 비동기 누적값을 중첩 누적하는 메모리의 메모리 비트 폭을 감소시키는 것을 특징으로 하는 초기 동기 신호의 획득 방법.The asynchronous calculation step, the method of acquiring the initial synchronization signal, characterized in that for reducing the memory bit width of the memory to accumulate the asynchronous cumulative value by adjusting the size of the calculated asynchronous calculated value. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 동기 계산 단계는, 복수개의 동기 누적값들을 계산하고, 상기 계산한 복수개의 동기 누적값들 간을 상호 곱셈(cross product)하여 차등 계산(differential calculation)값을 산출한 후, 상기 차등 계산값을 상기 PRN 위상 별로 중첩 누적하는 것을 특징으로 하는 초기 동기 신호의 획득 방법.In the synchronous calculation step, a plurality of synchronous accumulation values are calculated, and a differential calculation value is calculated by cross product of the plurality of calculated synchronous accumulation values, and then the differential calculation value is calculated. The method of obtaining an initial synchronization signal, characterized in that the cumulative accumulation for each PRN phase. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 획득하는 단계는, 상기 PRN 상관값을 산출하기 위해 이용하는 예상 도플러 주파수로 상기 도플러 주파수를 산출하고, 상기 비동기 누적값에서 최대값을 상기 PRN 위상값으로 선택하는 것을 특징으로 하는 초기 동기 신호의 획득 방법.The acquiring may include calculating the Doppler frequency using an expected Doppler frequency used to calculate the PRN correlation value and selecting a maximum value as the PRN phase value from the asynchronous cumulative value. Way. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 비동기 계산 단계는, 상기 동기 누적값에서 상기 PRN 패턴에 따른 심벌들의 제곱 항목을 제거하며, 상기 제곱 항목의 제거 여부에 따라 상기 비동기 계산값 및 상기 차등 계산값을 산출하고, 상기 비동기 계산 값과 상기 차등 계산값에 동등 또는 차등 가중치를 두어 최종 비동기 계산값을 산출하는 것을 특징으로 하는 초기 동기 신호의 획득 방법.In the asynchronous calculation step, the square item of symbols according to the PRN pattern is removed from the synchronous accumulation value, and the asynchronous calculation value and the differential calculation value are calculated according to whether the square item is removed. And obtaining a final asynchronous calculated value by giving equal or differential weights to the differential calculated values. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 도플러 주파수 보정 단계에서 생성된 도플러 주파수 보정 신호를 회귀 누적한 도플러 주파수 보정 누적값을 동기를 획득하고자 하는 모든 PRN에도 적용하여 전체 PRN에 대한 동기 획득 시간을 감소시키는 것을 특징으로 하는 초기 동기 신호의 획득 방법.The Doppler frequency correction signal generated in the Doppler frequency correction step is applied to the Doppler frequency correction accumulation value recursively accumulated in all PRNs to obtain synchronization, thereby reducing the synchronization acquisition time for the entire PRN. Acquisition method. GPS(Global Positioning System)를 위한 초기 동기 신호를 획득하는 장치에 있어서,An apparatus for acquiring an initial synchronization signal for a global positioning system (GPS), 동기 누적 기간 및 비동기 누적 기간 동안, GPS 기저 대역 신호에 도플러 주파수 보정을 수행하여 도플러 주파수 보정 신호를 생성하고, 상기 생성된 도플러 주파수 보정 신호를 PRN(Pseudo Random Noise) 위상 별로 회귀 누적하는 도플러 주파수 보정부;During the synchronous and asynchronous accumulation periods, a Doppler frequency correction signal is generated by performing Doppler frequency correction on the GPS baseband signal, and a Doppler frequency beam recursively accumulating the generated Doppler frequency correction signal by PRN (Pseudo Random Noise) phase. government; 상기 동기 누적 기간 동안, 상기 회귀 누적된 도플러 주파수 보정 신호의 주파수 보정 누적값과 역확산을 위한 PRN 패턴을 이용하여 PRN 상관값을 산출하고, 상기 산출한 PRN 상관값을 상기 PRN 위상 별로 중첩 누적하여 동기 누적값을 계산하는 동기 계산부;During the synchronization accumulation period, a PRN correlation value is calculated using a frequency correction accumulation value of the regression accumulated Doppler frequency correction signal and a PRN pattern for despreading, and the PRN correlation value is accumulated and superimposed by the PRN phases. A synchronization calculation unit for calculating a synchronization accumulation value; 상기 비동기 누적 기간 동안, 상기 PRN 위상 별로 상기 동기 누적값의 I 상관값 및 Q 상관값을 각각 제곱한 후 합산하여 비동기 계산값을 산출하고, 상기 산출한 비동기 계산값을 상기 PRN 위상 별로 중첩 누적하여 비동기 누적값을 계산하는 비동기 계산부; 및During the asynchronous accumulation period, the I correlation value and the Q correlation value of the synchronous accumulation value are squared for each of the PRN phases, and then summed to calculate an asynchronous calculation value, and the accumulated asynchronous calculation value is overlapped and accumulated for each PRN phase. An asynchronous calculation unit for calculating an asynchronous cumulative value; And 상기 비동기 누적값을 이용하여 도플러 주파수와 PRN 위상값을 획득하는 주파수 및 PRN 위상 동기 획득부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초기 동기 신호의 획득 장치.And a PRN phase synchronization acquiring unit for acquiring a Doppler frequency and a PRN phase value using the asynchronous cumulative value. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 도플러 주파수 보정부는, 상기 비동기 계산값의 산출 횟수가 2 이상인 경우 상기 회귀 누적된 도플러 주파수 보정 신호의 주파수 보정 누적값을 순차적으로 출력하는 누적기 다중화기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초기 동기 신호의 획득 장치.The Doppler frequency corrector further includes an accumulator multiplexer that sequentially outputs a frequency correction accumulated value of the regression accumulated Doppler frequency correction signal when the number of calculations of the asynchronous calculation value is 2 or more. Acquisition device. 제10항 또는 제11항에 있어서,The method according to claim 10 or 11, wherein 상기 도플러 주파수 보정부는, 상기 동기 누적 기간 별로 보정 주파수 간격을 설정하고, 예상 도플러 주파수 값으로 상기 획득한 PRN 위상값을 이용하여 상기 GPS 기적 대역 신호에 대한 도플러 주파수 보정을 수행하는 초기 동기 신호의 획득 장치.The Doppler frequency correction unit sets a correction frequency interval for each synchronization accumulation period, and acquires an initial synchronization signal for performing Doppler frequency correction on the GPS miracle band signal using the obtained PRN phase value as an expected Doppler frequency value. Device. 제10항 또는 제11항에 있어서,The method according to claim 10 or 11, wherein 상기 도플러 주파수 보정부는,The Doppler frequency correction unit, 상기 도플러 주파수 보정 신호를 상기 비동기 계산값의 산출 횟수만큼 회귀 누적하는 제1누적 메모리; 및A first cumulative memory for recursively accumulating the Doppler frequency correction signal by the number of calculations of the asynchronous calculation value; And 상기 도플러 주파수 보정 신호의 상기 주파수 보정 누적값에 따라 상기 도플러 주파수 보정 신호의 크기를 조절하여 상기 제1누적 메모리의 메모리 비트 폭을 감소시키고, 상기 크기를 조절한 도플러 주파수 보정 신호를 상기 제1누적 메모리에 제공하는 제1누적 크기 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 초기 동기 신호의 획득 장치.The size of the Doppler frequency correction signal is adjusted according to the accumulated frequency correction value of the Doppler frequency correction signal to decrease the memory bit width of the first cumulative memory, and the adjusted Doppler frequency correction signal is accumulated in the first accumulation. And a first cumulative magnitude converter for providing the memory. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 제1누적 메모리의 길이는, PRN 위상 동기 분해능(resolution)이 N일 경우 1023XN 값을 가지는 것을 특징으로 하는 초기 동기 신호의 획득 장치.And a length of the first cumulative memory has a value of 1023XN when the PRN phase synchronization resolution is N. 10. 제10항 또는 제11항에 있어서,The method according to claim 10 or 11, wherein 상기 동기 계산부는,The synchronization calculation unit, 상기 주파수 보정 누적값과 상기 PRN 패턴을 이용하여 상기 PRN 상관값을 산출하는 PRN 상관기;A PRN correlator for calculating the PRN correlation value using the frequency corrected cumulative value and the PRN pattern; 상기 산출한 PRN 상관값을 중첩 누적하는 제2누적 메모리; 및A second cumulative memory that accumulates the calculated PRN correlation values; And 상기 산출한 PRN 상관값의 크기를 조절하여 상기 제2누적 메모리의 메모리 비트 폭을 감소시키고, 상기 크기를 조절한 PRN 상관값을 상기 제2누적 메모리에 제공하는 제2누적 크기 변환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초기 동기 신호의 획득 장치.And a second cumulative size converter for reducing the memory bit width of the second cumulative memory by adjusting the calculated PRN correlation value and providing the adjusted PRN correlation value to the second cumulative memory. Apparatus for acquiring the initial synchronization signal, characterized in that. 제10항 또는 제11항에 있어서,The method according to claim 10 or 11, wherein 상기 비동기 계산부는,The asynchronous calculation unit, 상기 동기 누적값으로 상기 동기 계산부에 상기 중첩 누적된 PRN 상관값을 이용하여 상기 비동기 계산값을 산출하는 비동기 계산기;An asynchronous calculator for calculating the asynchronous calculation value using the PRN correlation value accumulated in the synchronization calculation unit as the synchronous accumulation value; 상기 산출한 비동기 계산값을 중첩 누적하는 제3누적 메모리; 및A third cumulative memory that accumulates the calculated asynchronous calculation values; And 상기 산출한 비동기 누적값의 크기를 조절하여 상기 제3누적 메모리의 메모리 비트 폭을 감소시키고, 상기 크기를 조절한 비동기 누적값을 상기 제3누적 메모리에 제공하는 제3누적 크기 변환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초기 동기 신호의 획득 장치.And a third cumulative size converter for adjusting the size of the calculated asynchronous cumulative value to reduce the memory bit width of the third cumulative memory and providing the adjusted asynchronous cumulative value to the third cumulative memory. Apparatus for acquiring the initial synchronization signal, characterized in that. 제10항 또는 제11항에 있어서,The method according to claim 10 or 11, wherein 상기 동기 계산부는, 복수개의 동기 누적값들을 계산하고, 상기 계산한 복수개의 동기 누적값들 간을 상호 곱셈(cross product)하여 차등 계산(differential calculation)값을 산출한 후, 상기 차등 계산값을 상기 PRN 위상 별로 중첩 누적하는 것을 특징으로 하는 초기 동기 신호의 획득 장치.The sync calculation unit calculates a plurality of sync accumulation values, cross-products the calculated plurality of sync accumulation values, calculates a differential calculation value, and then calculates the differential calculation value. An apparatus for acquiring an initial synchronization signal, wherein the PRN phase accumulates for each phase. 제10항 또는 제11항에 있어서,The method according to claim 10 or 11, wherein 상기 주파수 및 PRN 위상 동기 획득부는, 상기 PRN 상관값을 산출하기 위해 이용하는 예상 도플러 주파수로 상기 도플러 주파수를 산출하고, 상기 비동기 누적값에서 최대값을 상기 PRN 위상값으로 선택하는 것을 특징으로 하는 초기 동기 신호의 획득 장치.The frequency and PRN phase synchronization obtaining unit calculates the Doppler frequency using an expected Doppler frequency used to calculate the PRN correlation value, and selects a maximum value as the PRN phase value from the asynchronous cumulative value. Signal acquisition device. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 비동기 계산부는, 상기 동기 누적값에서 상기 PRN 패턴에 따른 심벌들의 제곱 항목을 제거하며, 상기 제곱 항복의 제거 여부에 따라 상기 비동기 계산값 및 상기 차등 계산값을 산출하고, 상기 비동기 계산 값과 상기 차등 계산값에 동등 또는 차등 가중치를 두어 최종 비동기 계산값을 산출하는 것을 특징으로 하는 초기 동기 신호의 획득 장치.The asynchronous calculation unit removes a square item of symbols according to the PRN pattern from the synchronous accumulation value, calculates the asynchronous calculation value and the differential calculation value according to whether the squared yield is removed, and the asynchronous calculation value and the And obtaining a final asynchronous calculation value by giving equal or differential weights to the differential calculation values. 제10항 또는 제11항에 있어서,The method according to claim 10 or 11, wherein 상기 도플러 주파수 보정부에서 생성된 도플러 주파수 보정 신호를 회귀 누적한 도플러 주파수 보정 누적값을 동기를 획득하고자 하는 모든 PRN에도 적용하여 전체 PRN에 대한 동기 획득 시간을 감소시키는 것을 특징으로 하는 초기 동기 신호의 획득 장치.The Doppler frequency correction signal generated by the Doppler frequency correction unit recursively accumulates the Doppler frequency correction cumulative value to all the PRN to obtain the synchronization to reduce the acquisition time of the initial synchronization signal, characterized in that Acquisition device.
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