KR20110060734A - Apparatus and method for adaptive acquiring satellite navigation signal - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 항법위성으로부터 수신되는 항법위성신호를 획득하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 수신환경에 따라 항법위성신호의 획득에 사용되는 항법위성신호를 가변적으로 사용함으로써 신호획득 성공확률을 높이고, 신호획득 시간을 단축시킬 수 있으며, 위성항법수신기에서 위성항법서비스의 가용도를 향상시킬 수 있는 적응형 항법위성신호 획득 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and a method for acquiring a navigation satellite signal received from a navigation satellite, and in particular, to increase the probability of signal acquisition success by variably using a navigation satellite signal used for acquisition of a navigation satellite signal according to a receiving environment. The present invention relates to an adaptive navigation satellite signal acquisition device and method that can shorten the signal acquisition time and improve the availability of satellite navigation services in a satellite navigation receiver.
일반적으로 항법위성을 이용하여 측위서비스를 제공하는 GPS(Global Positioning System)는 미국의 위성항법시스템으로서 원래 성격이 군사작전용으로 개발된 것이나, 현재는 차량용 네비게이션 뿐만 아니라 측지/측량은 물론 정밀 건설 분야 및 정밀 농업 분야 등으로 확장되고 있다. In general, GPS (Global Positioning System), which provides positioning services using navigation satellites, is a US satellite navigation system originally developed for military operations, but is currently used for precision construction as well as geodetic and surveying as well as vehicle navigation. And precision agriculture.
미국의 위성항법시스템인 GPS는 32개의 위성이 6개의 궤도면에 배치되어 구성되어 있고, 위성좌를 구성하는 위성의 수는 오래된 위성이 폐기되고 GPS Ⅱ 새로운 위성으로 대체되면서 바뀌게 된다. 1994년부터 글로벌 서비스가 제공되었고 현재 GPS Ⅱ 버전 위성들이 참여하고 있다. 가장 최신 위성 버전으로는 GPS Ⅱ-F 위성이다. 현재 록히드마틴사는 14억 달러의 개발 및 생산 계약 하에 GPS Ⅲ 프로그램을 개발하고 있다. GPS Ⅲ 프로그램의 첫 번째 발사로서 GPS Ⅲ-A 급 8개 위성발사가 2014년에 예정되어 있다. GPS, the US satellite navigation system, consists of 32 satellites arranged on six orbits, and the number of satellites that make up the satellite seat is changed when the old satellites are discarded and replaced by new GPS II satellites. Since 1994, global service has been provided and current GPS II version satellites are involved. The latest satellite version is the GPS II-F satellite. Lockheed Martin is currently developing a GPS III program under a $ 1.4 billion development and production contract. As the first launch of the GPS III program, eight GPS III-A satellite launches are scheduled for 2014.
그러나 미국의 GPS만이 세계의 유일한 위성항법시스템이 아니며, 러시아, 유럽, 중국, 인도 그리고 일본도 자체적인 위성항법시스템을 가지고 있거나 개발 중에 있다. 이에 따라 2013년경에는 글로벌 위성항법시스템(GNSS, Global Navigation Satellite System)으로서 131개의 위성들이 항공기나 기타 수송 장비에 적어도 10미터 이내의 정확도를 제공할 것으로 보인다. However, GPS in the United States is not the only satellite navigation system in the world, and Russia, Europe, China, India and Japan have their own satellite navigation systems or are under development. As a result, by 2013, as a Global Navigation Satellite System (GNSS), 131 satellites will provide at least 10 meters of accuracy to aircraft and other transportation equipment.
현재 서비스 중이거나 개발 중에 있는 위성항법시스템들을 간략히 살펴보면, 러시아의 위성항법시스템인 GLONASS는 약 64.8도 경사각을 지닌 거의 원형궤도에 가까운 3개의 궤도면상에 배치된 24개의 위성들로 구성된다. GLONASS 1단계는 1991년에 서로 120도 떨어진 두 개의 궤도면에서 7개의 위성들을 가지고 완료되었고, 12개의 GLONASS 위성들이 1993년과 94년에 추가되었으며, Uragan-M(또는 GLONASS-M)으로 알려진 7년의 수명을 가진 2세대 위성들이 2001년 2004년 2005년에 발사되어, 2005년 말 당시의 궤도상에는 14개의 위성이 있었다. Uragan-K(또는 GLONASS-K)로 알려진 수명기간 10-12년을 가진 3세대 GLONASS 위성들이 추가되어 2012년에 24개의 위성좌를 구성할 예정이다. A brief overview of the satellite navigation systems currently in service or under development is the Russian satellite navigation system GLONASS, which consists of 24 satellites arranged on three orbital planes close to orbits with an inclination of about 64.8 degrees. GLONASS
중국의 북두(Beidu) 위성항법시스템인 Beidu-2(Compass)는 지구정지궤도에 5 개의 위성이 배치되고 지구 중궤도에 30개의 위성들을 배치하여 총 35개의 위성으로 구성되는 시스템이다. 현재 Beidu-1이 있는데 이것은 중국우주기술아카데미(China Academy of Space Technology)가 개발한 3개의 위성으로 구성되어 2001년말에 항법서비스를 제공하기 시작했고 2004년에는 민간사용자들도 사용할 수 있게 되었다. Beidu-1는 10미터 정확도로 하는 공공서비스와 보다 정밀한 중국 군사용 서비스를 제공하고 있으며, 2010년까지 10개의 위성 발사를 계획하고 이를 통해 Beidu-2 글로벌 네비게이션 성능을 향한 첫 단계를 준비하고 있다. Beidu-2 (Compass), China's Beidu satellite navigation system, consists of a total of 35 satellites with five satellites placed on Earth's geostationary orbit and 30 satellites placed on Earth's mid-orbit. There is now Beidu-1, which consists of three satellites developed by the China Academy of Space Technology, which began providing navigation services in late 2001 and was also available to civilian users in 2004. Beidu-1 provides 10-meter accuracy of public service and more precise Chinese military service, and plans to launch 10 satellites by 2010, preparing the first step towards Beidu-2 global navigation performance.
인도의 IRNSS(Indian Regional Navigational Satellite System)는 지역항법위성시스템으로서, 인도우주연구기구(ISRO)에 의해 개발 중에 있는 것으로, 3개의 위성이 지구정지궤도에 위치하게 될 것이며 적도면에서 29도 경사각을 가진 지구동기궤도에 4개의 위성이 배치될 예정이다. 인도정부는 이 프로젝트를 2006년에 승인하였으며 2012년에 7개 위성으로 구성된 시스템을 완료하고자 한다. India's Indian Regional Navigational Satellite System (IRNSSS) is a regional navigational satellite system, developed by the Indian Space Research Organization (ISRO), that has three satellites located on Earth's geostationary orbit and has a 29-degree tilt angle at the equator plane. Four satellites will be deployed in the global orbit. The Indian government approved the project in 2006 and hopes to complete a system of seven satellites in 2012.
일본의 준천정 위성시스템(QZSS, Quasi-Zenith Satellite System)은 일본 내의 위치정보 서비스를 제공하기 위해 증대된 GPS와 결합되는 3개의 위성들로 구성되는데, QZSS의 첫 번째 위성 발사가 2009년에 예정되어 있다. Japan's Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) consists of three satellites combined with enhanced GPS to provide geolocation services in Japan. QZSS's first satellite launch is scheduled for 2009. It is.
유럽의 위성항법시스템인 갈릴레오(Galileo) 항법시스템은 적도에서 56도 경사각을 가진 세 개의 궤도면에 30개의 위성들이 배치되어 구성된다. 첫 번째 실험위성인 GIOVE-A 가 2005년 12월 발사되었으며 2008년에 GIOVE-B 와 GIOVE-A2 위성들이 발사되었다. 추가적으로 위성을 더 발사시켜 시스템관련 인프라에 대한 검증단계가 진행될 것이며 완료되면 나머지 위성들도 발사되어 2013년에는 전체시스템 이 모두 갖춰져서 운용될 예정이다. The Galileo navigation system, a European satellite navigation system, consists of 30 satellites arranged on three orbits with a 56-degree tilt angle at the equator. The first experimental satellite, GIOVE-A, was launched in December 2005. In 2008, GIOVE-B and GIOVE-A2 satellites were launched. In addition, additional satellites will be launched to verify the system-related infrastructure. Upon completion, the remaining satellites will be launched and the entire system will be fully operational in 2013.
특히, 유럽의 갈릴레오의 개발은 우리나라도 참여하고 있는 시스템으로서, 군사작전용을 개발된 미국의 GPS와는 달리 애초부터 민간상업용으로 개발되고 있다. 유럽위원회(EC)의 GNSS 전문가에 따르면 GPS는 표준적인 군사적 시스템이긴 하지만 GPS와 갈릴레오를 같이 사용하여 더 좋은 서비스를 받을 수 있다고 보고 있다. GPS와 갈릴레오의 상호 운용과 관련된 모든 이슈들이 해결된 것은 아니지만, 유럽과 미국은 GPS와 갈릴레오 위성항법시스템의 상호 운영 및 호환성에 대해 지난 2004년에 조약을 체결한 바 있다. In particular, the development of Galileo in Europe is a system that Korea also participates in, unlike the United States GPS, which was developed for military operation, has been developed for commercial use since the beginning. According to the European Commission's GNSS experts, GPS is a standard military system, but GPS and Galileo can be used together for better service. Although not all issues related to GPS and Galileo interoperability have been resolved, Europe and the United States signed a treaty in 2004 on the interoperability and compatibility of GPS and Galileo satellite navigation systems.
글로벌 위성항법시스템 개발은 군사적, 정치적 그리고 상업적인 요소로부터 기인하는데, 특히 유럽이 자체적으로 민간 GNSS 네트워크를 만들려는 결정은, 만약에 미국의 GPS가 이틀간 고장이 날 경우 유럽의 수송 분야에 2억 유로달러 이상의 손실을 입을 만큼 의존적인 상태에 있기 때문에, 미국의 GPS에 대한 의존도를 낮추려는 것이다. The development of global satellite navigation systems stems from military, political and commercial factors, especially in Europe's decision to build its own private GNSS network, if the US GPS breaks down for two days. Since it is dependent enough to lose more than this, it is trying to reduce the US dependence on GPS.
유럽과 중국, 인도 그리고 일본의 위성항법시스템들이 미국의 GPS와 러시아의 GLONASS 네트워크에 과연 상호 호환성을 가지도록 협력할지 아니면 서로 경쟁적인 관계로 갈 것인지는 분명하지 않지만, 이들 네트워크의 협력은 사용자들에게 보다 정교한 GNSS 서비스를 제공할 것임은 분명하다.It is not clear whether satellite navigation systems in Europe, China, India and Japan will cooperate or compete with each other for the US GPS and the GLONASS network in Russia, but the cooperation of these networks will be more relevant to users. It is clear that it will provide sophisticated GNSS services.
특히 동일한 코드분할다중방식(CDMA, Code Division Multiple Access)방식을 사용하는 GPS/갈릴레오 네트워크는 사용자들에게 기존의 위성들보다 2배나 많은 위성들로부터의 정보를 통해 정확한 위치정보를 제공할 수 있으므로, 특히 복잡한 도 심지역의 위치정보 향상에 큰 변화를 줄 수 있다. 시장 예측가들은 이러한 향상된 서비스가 GNSS 제품 및 서비스 시장에 큰 붐을 이끌 것으로 내다본다. 정밀 GNSS 제품 및 서비스에 대한 글로벌 시장 규모가 2012년경에는 60억 달러에서 80억 달러 사이가 될 것으로 예측되기도 한다. 미국의 GPS Industry Council은 GPS 장비의 글로벌 시장은 2006년에 150억 불을 기록하였고 매년 25-30% 씩 증가하고 있다고 보고 있다. In particular, GPS / Galileo networks that use the same Code Division Multiple Access (CDMA) scheme can provide users with accurate location information through information from satellites twice as large as existing satellites. In particular, it can make a big difference in improving the location information of complex urban areas. Market forecasters foresee that this improved service will lead to a big boom in the GNSS product and services market. The global market for precision GNSS products and services is expected to be between $ 6 billion and $ 8 billion by 2012. The US GPS Industry Council estimates that the global market for GPS equipment reached $ 15 billion in 2006 and is growing by 25-30% annually.
유럽위원회 전문가들은 위성항법 제품과 서비스에 대한 전 세계적 시장이 2025년경에는 4천억 달러에 이를 것으로 예측하면서 2020년경에는 30억개의 위성항법 수신기가 사용될 것이고 갈릴레오 프로그램은 유럽전역에 15만개의 일자리를 창출할 것으로 보고 있다. 영국 Dept. of Transport의 2007년 연구에서도 GNSS 시장 산업으로부터 영국에 가져올 이익이 2025년에는 140억 파운드에 이를 것으로 보고 있다. 유럽연합(EU)은 2007년부터 2013년 사이에 EGNOS(European Geostationary Navigation Overlay Service)와 갈릴레오 시스템 개발에 34억 유로달러를 책정하였다. EC 의 프로그램 관리 하에 유럽우주국 ESA가 획득 및 설계를 맡고 있다. 보다 정확하고 강건한 GNSS 위치정보 시스템은 공학, 항공, 농업, 선박, 해양 등을 포함한 많은 시장에 새로운 적용분야를 열어줄 것이다. European Commission experts predict that the global market for satellite navigation products and services will reach $ 400 billion by 2025, with 3 billion satellite navigation receivers by 2020 and the Galileo program creating 150,000 jobs across Europe. I think it will. UK Dept. The 2007 study by of Transport estimates that the profits from the GNSS market industry to the UK will reach £ 14 billion by 2025. The European Union has set aside US $ 3.4 billion between 2007 and 2013 to develop the European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) and the Galileo system. Under the EC's program management, the European Space Agency ESA is in charge of acquisition and design. More accurate and robust GNSS geolocation systems will open up new applications in many markets, including engineering, aviation, agriculture, ships and marine.
GPS와 갈릴레오 이 두 개의 시스템을 어떻게 같이 운용 할 것인가에 대해서 아직 결정되지 않은 것들이 많다. 예를 들면 GPS로부터 신호를 받고 이를 갈릴레오를 통해 검증을 받는다거나 또는 GPS 및 갈릴레오로부터 모두 신호를 받는다거나 하는 등등이다. 그렇지만 공동의 GPS/갈릴레오 시그널 프로세서에 기반을 두고 다 수위성으로부터 신호를 받는 수신기인 'Multiconstellation Receiver'의 개발 1단계가 이미 시작되었다. 이러한 수신기에 대한 규격 기준안이 SESAR(Single European Sky ATM Research) 프로그램 타임테이블에 따르면 2011년 또는 2012년에 완료될 예정에 있다. 많은 산업체 그룹들이 GPS/갈릴레오 통합을 위한 고수준의 규격(Standards) 마련에 참여하고 있다. 대부분의 작업은 비용 및 복잡성 문제에 초점을 두고 있다. GPS and Galileo There are many things that have not yet been determined how to operate these two systems together. For example, receiving a signal from GPS and verifying it through Galileo, or receiving both a signal from GPS and Galileo. However, the first stage of development of the 'Multiconstellation Receiver', which is based on a joint GPS / Galileo signal processor and receives signals from multi-water satellites, has already begun. Standards for these receivers are expected to be completed in 2011 or 2012, according to the Single European Sky ATM Research (SESAR) Program Timetable. Many industry groups are involved in developing high standards for GPS / Galileo integration. Most of the work is focused on cost and complexity issues.
따라서 위성항법시스템을 이용한 위성항법서비스가 활성화되기 위해서는 종래의 GPS를 비롯한 갈릴레오, 중국의 컴퍼스, 일본의 준천정 위성시스템들이 전송하는 다양한 종류의 항법위성신호를 효과적으로 활용하기 위한 신호획득 방안이 시급히 요망되고 있다.Therefore, in order to activate satellite navigation service using satellite navigation system, there is an urgent need for a signal acquisition method to effectively utilize various types of navigation satellite signals transmitted by Galileo, Chinese compass, Japanese quasi-ceiling satellite system including conventional GPS. It is becoming.
전술한 GNSS 네트워크 환경에서 요구되는 신호획득 방안과 관련하여 종래기술을 살펴보면, 대한민국 공개특허 제2006-0093978호(공개일 2006.08.28, 이하 '문헌1'이라 함)인, "GPS 수신기의 빠른 신호 획득방법 및 이를 위한 이중 주파수 상관기"에는, GPS 수신기에 이중 주파수 상관기를 적용하여 신호 획득을 위해 검색할 주파수 검색 격자의 개수를 줄임으로써 빠른 신호획득을 가능하게 하는 이중주파수 상관기에 관한 내용이 기재되어 있다. Looking at the prior art related to the signal acquisition method required in the above-described GNSS network environment, Korean Patent Publication No. 2006-0093978 (published on Aug. 28, 2006, hereinafter referred to as 'Document 1'), "the fast signal of the GPS receiver Acquisition method and dual frequency correlator therefor "describes a dual frequency correlator that enables fast signal acquisition by reducing the number of frequency search grids to search for signal acquisition by applying a dual frequency correlator to a GPS receiver. have.
문헌1의 내용을 좀 더 상세히 살펴보면, GPS 수신기에서 빠른 신호획득을 위해 사용하는 이중 주파수 상관기(Dual Carrier Correlator)에 있어서, 첫 번째 주파수를 가지는 반송파 신호를 생성하는 제 1 반송파 생성기, 두 번째 주파수를 가지는 반송파 신호를 생성하는 제 2 반송파 생성기, 제 1 반송파 생성기와 제 2 반 송파 생성기에서 생성한 신호들을 곱하는 제 1 반송파 혼합기, 이중 주파수 상관기로 입력되는 상관기 입력신호와 제 1 반송파 혼합기의 출력 신호를 곱하는 제 2 반송파 혼합기, 제 2 반송파 혼합기의 출력 신호를 일정 간격의 코드 위상차를 갖는 코드들(Early, Prompt, Lately)과 상관시키는 코드 혼합기 및 코드 혼합기의 출력 신호를 선 검출 적분시간 동안 적분하는 저역 통과 필터를 포함하는 이중 주파수 상관기와 이중 주파수 상관기를 이용한 빠른 신호 획득 방법에 관한 것으로서, GPS 수신기에 이중 주파수 상관기를 적용하여 신호획득을 위해 검색할 주파수 검색 격자의 개수를 줄임으로써 빠른 신호 획득을 가능하게 하는 GPS 수신기의 빠른 신호획득 방법 및 이를 위한 이중 주파수 상관기에 관한 기술은 기재되어 있다. Looking at the contents of
그러나 문헌1은 GPS 및 갈릴레오 항법위성으로부터 수신되는 항법위성신호들을 가변적으로 적용하는 방법이나 이와 관련된 기술에 대해서는 전혀 제시하고 있지 못하므로, GNSS 네트워크 환경에서 요구되는 신호획득 방안을 제공하지 못하는 문제점이 있다.However,
또 하나의 종래기술로서, 대한민국 공개특허 제2006-0072595호(공개일 2006.06.28, 이하 '문헌2'라 함)인, "약 신호 환경에서 효율적인 차량 항법 시스템용 GPS 수신기의 초기동기 방법"을 살펴보면, 문헌2는 차량항법 시스템의 종래 GPS 초기동기 방법에 관한 것으로, 특히 약 신호 환경에서 GPS 위성 신호를 원활히 획득하여 정확한 차량 위치 정보를 출력하도록 하기 위한 GPS 수신기의 초기 동기 방법에 관한 것이다.As another conventional technology, Korean Patent Publication No. 2006-0072595 (published on June 28, 2006, hereinafter referred to as 'Document 2'), "Initial Synchronization Method of GPS Receiver for Vehicle Navigation System Effective in Weak Signal Environment" Referring to
문헌2에 따른 차량 항법 시스템용 GPS 수신기의 초기동기 방법은 수신한 GPS 신호를 무선 주파수 기저대역 변환하여 처리 가능한 주파수 대역으로 변환한 값을 송출하는 제 1단계, 변환된 상기 GPS 신호와 제 6단계에서 생성된 확산 신호의 상관 상태를 상관기에서 확인하여 출력신호를 송출하는 제 2단계, 상기 상관기의 출력 신호를 스칼라 형태화 하여 초기 동기 결과 값으로 출력하는 제 3단계, 상기 스칼라화된 초기 동기 결과값을 소정의 신호 검출 문턱값과 비교하여 초기 동기에 성공하였는지를 판단하는 제 4단계, 상기 제 4단계에서 실패로 판명된 경우, 상기 제 2단계에서 필요한 확산신호의 성질인 의사잡음 코드 위상과 주파수 정보를 결정하는 제 5단계, 상기 제 5단계에 의해 결정된 정보를 이용해 확산 신호를 생성하여 상관기에 전달하는 제 6단계로 이루어지는 차량 항법 시스템용 GPS 수신기의 초기 동기 방법으로서, 상기 제 3단계는 상기 상관기의 출력 신호를 제 1 동기 누적하고 제 1 동기 누적값을 차동 검출하며 이 차동 검출값의 실수부를 양수화하여 제곱근을 구하고, 상기 제곱근을 제 2 동기 누적함으로써 스칼라화된 초기 동기 결과값을 출력한다. An initial synchronization method of a GPS receiver for a vehicle navigation system according to
위에서 살펴본 바와 같이, 문헌2의 차량 항법 시스템용 GPS 수신기의 초기동기 방법은 차량 의장 내부에 장착됨으로써 발생하였던 GPS 신호 약화 현상을 극복하여 종래 방법보다 많은 GPS 위성을 수신할 수 있고, 종래 방법보다 많은 GPS 위성을 수신함으로써 GPS 수신기의 측위 정확도 향상을 기대할 수 있다. 또한 약 신호 환경을 극복할 수 있기 때문에 설계 시 차량 항법 시스템용 GPS 수신기 탑재 위치를 보다 자유롭게 결정할 수 있다. 또한 약 신호 환경에서 종래 방법보다 빨리 GPS 위성을 획득하여 빠른 측위를 할 수 있다. As described above, the initial synchronization method of the GPS receiver for the vehicle navigation system of
그러나 상기 문헌2의 경우에도, 차량 항법시스템의 약 신호 환경에서 GPS 위성 신호를 원활히 획득하여 정확한 차량 위치 정보를 출력하도록 GPS 수신기의 초기 동기 방법을 제공할 수는 있으나, GNSS 네트워크의 약 신호 환경에서 효율적으로 항법위성신호를 획득하기 위해 GPS 위성은 물론 갈릴레오 위성이 송출한 항법위성신호까지 처리할 수 있는 방안을 제시하고 있지 못하다.However, even in the case of
따라서 본 발명의 목적은 신호가 열악한 환경 하에서도 GPS 및 갈릴레오 항법위성으로부터의 항법위성신호를 수신하여 신호획득에 필요한 시간을 단축시키고, 수신신호레벨에 따라 신호획득을 위해 항법위성신호를 가변적으로 사용함으로써, 항법위성신호 수신기의 신호획득 성공률을 향상시킬 수 있는 적응형 항법위성신호 획득 장치 및 방법을 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to reduce the time required for signal acquisition by receiving navigation satellite signals from GPS and Galileo navigation satellites even in a poor signal environment, and to use the navigation satellite signals variably for signal acquisition according to the received signal level. Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus and method for obtaining an adaptive navigation satellite signal, which can improve a signal acquisition success rate of a navigation satellite signal receiver.
또한, 본 발명의 다른 목적은 GPS 및 갈릴레오 등의 항법위성이 전송하는 항법위성신호와 장소와 지역에 따라 수신기에 수신되는 수신신호레벨이 다양한 특성을 고려하여, 신호획득 기법에 사용하는 항법위성신호를 항법위성이 전송하는 모든 항법위성신호를 수신신호 환경에 적절하게 사용함으로써, 수신신호 세기에 적응적으로 동작하여 항법 신호에 대한 신호획득 확률을 높이고, 신호획득 시간을 단축시킬 수 있는 적응형 항법위성신호 획득 장치 및 방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to consider a navigation satellite signal transmitted by a navigation satellite such as GPS and Galileo, and a navigation satellite signal used in a signal acquisition technique in consideration of various characteristics of a reception signal level received at a receiver according to a place and a region. By using all navigation satellite signals transmitted by the navigation satellite appropriately in the reception signal environment, the adaptive navigation system can operate adaptively to the received signal strength to increase the signal acquisition probability for the navigation signal and to shorten the signal acquisition time. An apparatus and method for obtaining satellite signals are provided.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 신호세기의 다양한 환경하에서도 항법위성신 호를 획득하도록 하고, GPS 항법위성 뿐만 아니라 갈릴레오 항법위성까지도 이용할 수 있도록 함으로써 항법위성서비스 및 시스템의 가용성을 증대시킬 수 있는 적응형 항법위성신호 획득 장치 및 방법을 제공하는데 있다. In addition, another object of the present invention is to adapt to increase the availability of navigation satellite services and systems by acquiring navigation satellite signals even under various environments of signal strength and by using not only GPS navigation satellites but also Galileo navigation satellites. The present invention provides an apparatus and method for obtaining a navigation satellite signal.
또한, 본 발명의 다른 목적은 GPS 및 갈릴레오 항법위성이 전송하는 항법위성신호를 이용하여 위치정보를 산출하는 수신기가 위치해 있는 환경에 따라 위치해 있는 환경에 따라 항법위성신호를 가변적으로 사용하여 신호획득을 하도록 함으로써, 신호획득에 대한 확률을 높이고, 신호획득 시간을 단축시켜, 수신기가 자신의 위치를 산출하는데 소요되는 시간을 줄임에 따라 수신기의 성능을 향상시킬 수 있는 적응형 항법위성신호 획득 장치 및 방법을 제공하는데 있다. In addition, another object of the present invention is to acquire a signal by using the navigation satellite signal variably according to the environment in which the receiver for calculating the location information using the navigation satellite signal transmitted by GPS and Galileo navigation satellite is located Apparatus and method for adaptive navigation satellite signal acquisition that can improve the performance of the receiver by increasing the probability of signal acquisition, shortening the signal acquisition time, and reducing the time required for the receiver to calculate its position. To provide.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 적응형 항법위성신호 획득 장치는, GPS 및 갈릴레오(Galileo) 항법위성으로부터 수신되는 항법위성신호를 획득하기 위한 장치에 있어서, 상기 항법위성으로부터 수신되는 항법위성신호에 대한 수신신호레벨을 감시하고, 상기 감시한 수신신호레벨에 따라 코드 길이가 짧은 순서대로 항법위성신호 GPS L1, 갈릴레오 E1, GPS L5, 갈릴레오 E5a, GPS L2C를 차례로 선택하여, 선택된 항법위성신호의 수신신호레벨이 기 설정된 임계값을 초과하면, 해당 항법위성신호를 획득하는 것을 특징으로 한다.Apparatus for adaptive navigation satellite signal acquisition according to the present invention for achieving the above objects, in the apparatus for obtaining a navigation satellite signal received from GPS and Galileo navigation satellite, navigation received from the navigation satellite Monitors the received signal level of the satellite signal, selects the navigation satellite signals GPS L1, Galileo E1, GPS L5, Galileo E5a, and GPS L2C in the order of the shortest code length according to the monitored signal level. When the received signal level of the signal exceeds a predetermined threshold value, the corresponding navigation satellite signal is obtained.
또한, 본 발명에 따른 적응형 항법위성신호 획득 장치는, GPS 및 갈릴레오(Galileo) 항법위성으로부터 수신되는 항법위성신호를 획득하기 위한 장치에 있 어서, 상기 항법위성으로부터 수신된 항법위성신호에 대한 스펙트럼을 추정하여 검출하는 스펙트럼 추정부; GPS 항법위성 코드생성기 및 갈릴레오 항법위성 코드 생성기로 구성되어, 상기 항법위성신호에 대한 복사코드신호를 생성하는 복사코드신호 생성기; 상기 스펙트럼 추정부로부터 검출된 항법위성신호가 GPS 항법위성신호인지 갈릴레오 항법위성신호인지에 따라 상기 복사코드신호 발생기에서 생성한 코드 중 GPS 항법위성 코드와 갈릴레오 항법위성 코드 중 어느 하나의 복사코드신호를 선택하는 복사코드신호 선정스위치; 상기 복사코드신호 선정스위치에서 선택된 복사코드신호를 수신된 항법위성신호와의 신호상관을 위해 오버샘플링하는 복사코드신호 오버샘플러; 상기 수신되는 항법위성신호의 종류에 따라 다수개 구비되는 정합필터; 상기 복사코드신호 오버샘플러로부터 출력되는 복사코드신호와 상기 정합필터로부터 출력되는 항법위성신호의 신호상관을 수행하는 다수의 상관기; 상기 상관기의 출력값을 누적하는 동기 누적기; 상기 동기 누적기에서 누적된 동기 누적결과로부터 도플러 주파수 값을 추정하는 M-Point FFT; 상기 동기 누적결과를 바탕으로 수신된 항법위성신호에 대한 전력값을 산출하는 비동기 누적기; 및 상기 비동기 누적기에서 산출된 전력값이 기 설정된 신호획득에 필요한 임계치를 초과하는지 판단하는 신호획득 임계치 초과 판단부;로 구성되어, 상기 신호획득 임계치 초과 판단부가 상기 전력값이 임계치를 초과한 것으로 판단하면 그 지점에서의 코드 지연값과 도플러 주파수 값을 신호획득의 결과로 출력하도록 하는 것을 특징으로 한다.In addition, the adaptive navigation satellite signal acquisition apparatus according to the present invention is a device for obtaining a navigation satellite signal received from a GPS and a Galileo navigation satellite, the spectrum for the navigation satellite signal received from the navigation satellite A spectrum estimator for estimating and detecting the signal; A copy code signal generator comprising a GPS navigation satellite code generator and a Galileo navigation satellite code generator to generate a copy code signal for the navigation satellite signal; According to whether the navigation satellite signal detected from the spectrum estimator is a GPS navigation satellite signal or a Galileo navigation satellite signal, a copy code signal of any one of the GPS navigation satellite code and the Galileo navigation satellite code is generated. A copy code signal selection switch for selecting; A copy code signal oversampler which oversamples the copy code signal selected by the copy code signal selection switch for signal correlation with a received navigation satellite signal; A matching filter provided in plurality according to the type of the received navigation satellite signal; A plurality of correlators for performing signal correlation between a copy code signal output from said copy code signal oversampler and a navigation satellite signal output from said matching filter; A synchronous accumulator accumulating the output values of the correlator; An M-Point FFT for estimating a Doppler frequency value from the synchronization accumulation result accumulated in the synchronization accumulator; An asynchronous accumulator for calculating a power value for the received navigation satellite signal based on the synchronous accumulation result; And a signal acquisition threshold exceeding determination unit that determines whether the power value calculated by the asynchronous accumulator exceeds a predetermined threshold required for signal acquisition, and wherein the signal acquisition threshold exceeding determination unit determines that the power value exceeds the threshold. When judged, the code delay value and the Doppler frequency value at the point are output as a result of signal acquisition.
이때, 본 발명에 따른 적응형 항법위성신호 획득 장치의 상기 정합필터 및 상 기 상관기는, 입력되는 GPS L1, L2C, L5 항법위성신호와 갈릴레오 E1, E5a 신호를 각각 수용하기 위해 5개의 정합필터 및 상관기로 구성되는 것을 특징으로 한다. In this case, the matched filter and the correlator of the adaptive navigation satellite signal acquisition apparatus according to the present invention include five matched filters and five matched filters to accommodate the GPS L1, L2C, and L5 navigation satellite signals and the Galileo E1 and E5a signals, respectively. It is characterized by consisting of a correlator.
또한, 본 발명에 따른 적응형 항법위성신호 획득 장치는, GPS 및 갈릴레오(Galileo) 항법위성을 포함하는 항법위성시스템으로부터 수신되는 항법위성신호를 획득하기 위한 장치에 있어서, 상기 항법위성으로부터 수신되는 항법위성신호가 GPS 항법위성신호인지 갈릴레오 항법위성신호인지를 판단하는 수단; 상기 판단 수단에 의한 판단 결과에 따라 상기 항법위성신호를 코드 길이가 가장 짧은 GPS L1, 갈릴레오 E1, GPS L5, 갈릴레오 E5a, GPS L2C의 순서로 사용할 수 있도록 선택하는 수단; 상기 항법위성신호가 GPS 항법위성신호인지 갈릴레오 항법위성신호인지를 판단하는 수단에 의한 판단 결과에 따라 복사코드신호를 생성하는 수단; 상기 생성된 복사코드신호를 선택하는 수단; 정합필터 뱅크 및 상관기 뱅크로 구성되어, 상기 항법위성신호에 대한 코드 지연 및 도플러 주파수 추정값을 산출하고, 상기 항법위성신호와 상기 복사코드신호간 신호상관을 수행하는 수단; 및 상기 항법위성신호를 수신하여 해당 위성에 대한 신호획득 여부를 판단하는데 사용되는 임계값 설정 수단;을 포함한다. In addition, the apparatus for acquiring an adaptive navigation satellite signal according to the present invention is a device for acquiring a navigation satellite signal received from a navigation satellite system including a GPS and a Galileo navigation satellite, wherein the navigation signal is received from the navigation satellite. Means for determining whether the satellite signal is a GPS navigation satellite signal or a Galileo navigation satellite signal; Means for selecting the navigation satellite signal to be used in order of GPS L1, Galileo E1, GPS L5, Galileo E5a, and GPS L2C having the shortest code length according to the determination result by the determination means; Means for generating a copy code signal in accordance with a determination result by means for determining whether the navigation satellite signal is a GPS navigation satellite signal or a Galileo navigation satellite signal; Means for selecting the generated copy code signal; Means for calculating a code delay and a Doppler frequency estimate for the navigation satellite signal and performing signal correlation between the navigation satellite signal and the copy code signal; And threshold setting means used to receive the navigation satellite signal and determine whether to acquire a signal for the satellite.
이때, 본 발명에 따른 적응형 항법위성신호 획득 장치에서, 상기 수신되는 항법위성신호가 GPS 항법위성신호인지 갈릴레오 항법위성신호인지를 판단하는 수단은, 수신되는 항법위성신호에 대한 스펙트럼을 감시하여 GPS의 경우, L1(1575.42 MHz), L2C(1227.60 MHz), L5(1176.45 MHz)를, 갈릴레오의 경우, E1(1575.42 MHz), E5a(1176.45 MHz)를 판단하는 스펙트럼 감시부; 및 상기 스펙트럼 감시부의 감시결 과를 수신기 내부의 GPS 및 갈릴레오 신호에 대한 복사코드신호를 생성하는 수단에 정보를 제공하는 정보전달부;로 구성됨을 특징으로 한다. At this time, in the adaptive navigation satellite signal acquisition apparatus according to the present invention, the means for determining whether the received navigation satellite signal is a GPS navigation satellite signal or a Galileo navigation satellite signal, the GPS by monitoring the spectrum of the received navigation satellite signal A spectrum monitoring unit for determining L1 (1575.42 MHz), L2C (1227.60 MHz), and L5 (1176.45 MHz), and for Galileo, E1 (1575.42 MHz) and E5a (1176.45 MHz); And an information transmitter for providing information to the means for generating a copy code signal for the GPS and the Galileo signal inside the receiver.
이때, 상기 스펙트럼 감시부는 항법위성신호인 GPS L1, L2C, L5와 갈릴레오 E1, E5a신호를 모두 수신할 수 있는 GPS/갈릴레오 겸용 안테나로부터의 RF 신호에 존재하는 잡음을 제거하고, 신호를 증폭하며, RF 신호를 IF 신호레벨로 변환하는 모듈로 구성되며, IF 신호레벨에 대한 스펙트럼을 감시하는 것을 특징으로 한다. At this time, the spectrum monitoring unit removes the noise present in the RF signal from the GPS / Galileo combined antenna that can receive both GPS L1, L2C, L5 and Galileo E1, E5a signals, amplify the signal, It consists of a module that converts the RF signal to the IF signal level, characterized in that for monitoring the spectrum of the IF signal level.
또한, 본 발명에 따른 적응형 항법위성신호 획득 장치에서, 상기 항법위성신호에 대한 코드 지연 및 도플러 주파수 추정값을 산출하고, 상기 항법위성신호와 상기 복사코드신호간 신호상관을 수행하는 수단은, 다수개의 정합필터 및 상관기를 갖춘 정합필터 뱅크부 및 상관기 뱅크부; 및 지상의 환경에 따라 수신신호레벨이 다양한 GPS/갈릴레오 항법위성으로부터의 항법위성신호의 획득에 필요한 시간을 단축하기 위해 코드 길이가 짧은 GPS L1, 갈릴레오 E1, GPS L5, 갈릴레오 E5a, GPS L2C 의 순서로 신호획득에 사용되는 신호를 선정하는 신호선정부;로 구성됨을 특징으로 한다.In addition, in the adaptive navigation satellite signal acquisition apparatus according to the present invention, a means for calculating a code delay and a Doppler frequency estimate for the navigation satellite signal, and performing signal correlation between the navigation satellite signal and the copy code signal, A matched filter bank unit and a correlator bank unit having two matched filters and correlators; GPS L1, Galileo E1, GPS L5, Galileo E5a, and GPS L2C with short code lengths to shorten the time required for acquisition of navigation satellite signals from GPS / Galileo navigation satellites with varying signal levels according to the ground environment. It is characterized in that consisting of; signal selection unit for selecting a signal used for the signal acquisition.
이때, 상기 신호선정부는 상기 수신신호레벨이 -130 dBm인 경우에는 신호획득을 위한 신호로 GPS L1을 사용하여 신호획득을 수행하고, GPS L1 신호로 신호획득에 필요한 신호대 잡음비의 임계값을 초과하지 않으면 갈릴레오 E1 신호를 사용하여 신호획득을 수행하며, 상기 수신신호레벨이 -142 dBm 가량의 낮은 신호 환경 하에서는 GPS L5를 사용하여 신호획득을 수행하며, 상기 GPS L5 신호로도 신호획득이 되지 않으면, 갈릴레오 E5a 신호를 사용하여 신호획득을 시도하고, 신호획득이 되 지 않으면, GPS L2C 신호를 사용하여 신호획득을 수행하며, 신호획득을 위한 각 항법위성신호에 대해서는 동기 및 비동기 누적을 적용하는 것을 특징으로 한다.In this case, when the received signal level is -130 dBm, the signal line unit performs signal acquisition using GPS L1 as a signal for signal acquisition, and does not exceed a threshold value of the signal-to-noise ratio required for signal acquisition with a GPS L1 signal. Otherwise, the signal is acquired using the Galileo E1 signal, and the signal is acquired using the GPS L5 under a signal environment with the received signal level of about -142 dBm. If the signal is not obtained even with the GPS L5 signal, The signal acquisition is attempted using the Galileo E5a signal, and if the signal is not obtained, the signal is acquired using the GPS L2C signal, and synchronous and asynchronous accumulation is applied to each navigation satellite signal for signal acquisition. It is done.
또한, 본 발명에 따른 적응형 항법위성신호 획득 방법은, GPS 및 갈릴레오(Galileo) 항법위성으로부터 수신되는 항법위성신호를 획득하기 위한 방법에 있어서, 상기 항법위성으로부터 수신되는 항법위성신호에 대한 수신신호레벨을 감시하고, 상기 감시한 수신신호레벨에 따라 코드 길이가 짧은 순서대로 항법위성신호 GPS L1, 갈릴레오 E1, GPS L5, 갈릴레오 E5a, GPS L2C를 차례로 선택하여, 선택된 항법위성신호의 수신신호레벨이 기 설정된 임계값을 초과하면, 해당 항법위성신호를 획득하는 것을 특징으로 한다. In addition, the adaptive navigation satellite signal acquisition method according to the present invention is a method for obtaining a navigation satellite signal received from a GPS and a Galileo navigation satellite, the received signal for the navigation satellite signal received from the navigation satellite Monitors the level, selects the navigation satellite signals GPS L1, Galileo E1, GPS L5, Galileo E5a, and GPS L2C in order from the shortest code length according to the monitored reception signal level, so that the reception signal level of the selected navigation satellite signal When the predetermined threshold value is exceeded, a corresponding navigation satellite signal is obtained.
또한, 본 발명에 따른 적응형 항법위성신호 획득 방법은, GPS 및 갈릴레오 등과 같은 항법위성이 전송하는 항법위성신호를 모두 수신하여 처리하기 위한 적응형 항법위성신호 획득 방법에 있어서, GPS 및 갈릴레오 등의 가시위성으로부터 항법위성신호를 안테나를 통해 수신한 후 위성링크 상에서 발생된 잡음은 제거하고 필요한 항법위성신호는 증폭하며, RF 신호를 IF 신호로 변환하고, 변환된 상기 IF 신호를 신호처리 대역으로 변환하는 주파수 변환 과정; 코드 발생기를 이용하여 복사코드신호를 생성하고, 이를 수신된 코드와 상관과정을 수행하여 수신된 코드와 복사코드신호간의 전송한 코드와의 동기를 수행하여, 항법위성신호 코드에 대한 대략적인 시작 지점을 확인함은 물론 도플러 주파수에 대해서도 대략적인 값을 산출하는 신호획득 과정; 및 신호추적부에서 수신기의 정확한 위치를 산출하기 위해서 코드 지연에 대한 정확한 값 및 도플러 주파수에 대한 정확한 값을 도출하는 신호추적 과정;으로 이루어짐을 특징으로 한다. In addition, the adaptive navigation satellite signal acquisition method according to the present invention is an adaptive navigation satellite signal acquisition method for receiving and processing all navigation satellite signals transmitted by a navigation satellite such as GPS and Galileo. After receiving the navigation satellite signal from the visible satellite through the antenna, it removes the noise generated on the satellite link, amplifies the necessary navigation satellite signal, converts the RF signal into an IF signal, and converts the converted IF signal into a signal processing band. Frequency conversion process; A code generator is used to generate a copy code signal and perform correlation with the received code to synchronize the code transmitted between the received code and the copy code signal, thereby providing an approximate starting point for the navigation satellite signal code. The signal acquisition process of calculating the approximate value as well as confirming the Doppler frequency; And a signal tracking process for deriving the correct value for the code delay and the correct value for the Doppler frequency in order to calculate the correct position of the receiver in the signal tracker.
이때, 상기 신호획득 과정은 코드길이가 가장 짧은 GPS L1 신호의 코드를 이용하여 신호획득을 수행하는 제1 신호획득단계; 상기 GPS L1 신호의 코드를 이용하여 신호획득이 이루어지지 않으면, 갈릴레오 항법위성이 전송하는 갈릴레오 E1 신호의 코드를 사용하여 신호획득을 수행하는 제2 신호획득단계; 상기 갈릴레오 E1 신호의 코드로 신호획득이 되지 않으면, GPS L5 신호의 코드 및 상기 GPS L5 신호의 코드와 길이가 동일한 갈릴레오 E5a 신호의 코드 중 적어도 어느 하나를 사용하여 신호획득을 수행하는 제3 신호획득단계; 및 상기 GPS L5 신호의 코드 및 갈릴레오 E5a 신호의 코드를 사용해서도 신호획득이 이루어지지 않으면, GPS L2C 신호의 코드를 이용하여 신호획득을 수행하는 제4 신호획득단계;로 이루어짐을 특징으로 한다. In this case, the signal acquisition process may include a first signal acquisition step of performing signal acquisition using a code of a GPS L1 signal having a shortest code length; A second signal acquisition step of performing signal acquisition using a code of a Galileo E1 signal transmitted by a Galileo navigation satellite if the signal acquisition is not performed using the code of the GPS L1 signal; If the signal is not acquired by the code of the Galileo E1 signal, a third signal acquisition is performed using at least one of a code of a GPS L5 signal and a code of a Galileo E5a signal having the same length as the code of the GPS L5 signal. step; And a fourth signal acquisition step of performing signal acquisition using the code of the GPS L2C signal if the signal acquisition is not performed even by using the code of the GPS L5 signal and the code of the Galileo E5a signal.
이때, 상기 제2 내지 제4 신호획득단계는 상기 제1 신호획득단계에서 획득된 상기 GPS L1 신호의 코드에서 얻어진 값을 입력값으로 사용하여, 신호획득에 소요되는 시간을 줄임을 특징으로 한다. In this case, the second to fourth signal acquisition step is characterized by reducing the time required for signal acquisition by using a value obtained from the code of the GPS L1 signal obtained in the first signal acquisition step as an input value.
또한, 상기 제3 신호획득단계는 상기 GPS L5 신호의 데이터 채널 길이만큼만 이용하여 신호획득을 수행하고, 신호세기가 매우 미약한 상태에서는 파일롯 채널을 이용하되 동기 누적(Coherent Integration)과 비동기 누적(Non-Coherent Integration)을 모두 적용하여 신호획득을 수행하는 것을 특징으로 한다. In the third signal acquisition step, signal acquisition is performed using only the data channel length of the GPS L5 signal, and when the signal strength is very weak, a pilot channel is used, but coherent integration and asynchronous accumulation are performed. It is characterized by performing signal acquisition by applying all coherent integration).
상술한 바와 같이 본 발명은 GPS 및 갈릴레오 등의 항법위성이 전송한 항법위성신호가 다양하고, 수신기에서의 수신신호레벨이 장소와 지역에 따라 상이하다는 점에서 신호획득 기법에 사용하는 항법위성신호를 다양하게 함으로써, 환경에 따라 적응적으로 신호획득을 할 수 있도록 하기 위한 방안으로 항법위성이 전송하는 신호를 모두 이용하되, 수신신호 환경에 적절하게 사용하여 신호획득의 가능성과 수신신호 세기에 적응적으로 하여 항법위성신호에 대한 신호획득 확률과 신호획득 시간의 단축을 줄일 수 있다. As described above, the present invention provides a navigation satellite signal for use in a signal acquisition technique in that navigation satellite signals transmitted by navigation satellites such as GPS and Galileo are various, and the reception signal level at the receiver is different depending on the place and region. In order to acquire the signal adaptively according to the environment, it is possible to use all the signals transmitted by the navigation satellites, but it is appropriate to the receiving signal environment to adapt to the possibility of signal acquisition and the received signal strength. This can reduce the signal acquisition probability and the reduction of signal acquisition time for the navigation satellite signal.
이에 따라, 본 발명은 신호세기의 다양한 환경 하에서도 항법위성신호를 획득하도록 함은 물론 항법위성이 GPS 뿐만 아니라 갈릴레오 항법위성까지도 이용할 수 있도록 함으로써 항법위성서비스의 가용성 증대에 기여할 수 있어, 현재 GPS 항법위성신호만을 처리하는데 있어 수신신호 세기가 미약한 지역 및 고층건물이 많이 있는 도심지역에서도 원활한 항법위성신호를 수신할 수 있다. Accordingly, the present invention can contribute to increasing the availability of navigation satellite services by not only acquiring navigation satellite signals even under various environments of signal strength, but also allowing navigation satellites to use not only GPS but also Galileo navigation satellites. It is possible to receive smooth navigation satellite signals even in areas where the signal strength is weak in processing satellite signals only and in urban areas where there are many high-rise buildings.
또한, 본 발명은 항법위성시스템을 이용하는 분야를 다양화함은 물론 위성항법시스템이 보다 정확한 위치정보를 제공할 수 있게 되므로, 정밀한 위치정보의 활용도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can diversify the field using the navigation satellite system as well as the satellite navigation system can provide more accurate location information, thereby improving the utilization of the precise location information.
본 발명에 따른 적응형 항법위성신호 획득 장치 및 방법은 GPS 및 갈릴레오 항법위성의 항법위성신호의 수신확률을 높이고, 신호획득 시간을 단축시키며, 수신기가 자신의 위치를 산출하는데 소요되는 시간을 줄임에 따라 수신기의 성능을 향 상시킬 뿐만 아니라, 항법위성서비스 및 시스템의 가용성을 증대시킬 수 있는 적응형 항법위성신호 획득 장치 및 방법을 제공하기 위하여, 항법위성신호 수신기에서는 GPS 및 갈릴레오 등과 같은 항법위성이 전송하는 항법위성신호를 모두 수신하여 처리할 수 있는 GPS 및 갈릴레오 항법위성신호 복합수신 처리장치가 구비된다.Apparatus and method for adaptive navigation satellite signal acquisition according to the present invention increases the reception probability of GPS and Galileo navigation satellite navigation signal, shortens the signal acquisition time, and reduces the time required for the receiver to calculate its position. Accordingly, in order to provide an adaptive navigation satellite signal acquisition apparatus and method that can not only improve the performance of a receiver but also increase the availability of navigation satellite services and systems, navigation satellites such as GPS and Galileo are GPS and Galileo navigation satellite signal complex reception processing apparatus capable of receiving and processing all the transmitted navigation satellite signal is provided.
상기 복합수신 처리장치는 GPS 및 갈릴레오 등의 가시위성으로부터 항법위성신호를 안테나를 통해 수신한 후 위성링크 상에서 발생된 잡음은 제거하고 필요한 항법위성신호는 증폭하며 RF 신호를 IF 신호로 변환하고, IF 신호를 신호처리 대역으로 변환하기 위해서는 주파수 변환 과정을 수행한다. 주파수 변환이 이루어진 후 위성이 전송한 코드와의 동기를 위해 수신기 내부에서는 코드 발생기를 이용하여 복사코드신호를 생성하고, 이를 수신된 코드와 상관과정을 수행하여 수신된 코드와 복사코드신호간의 동기 과정을 수행한다. 이와 같은 동기 과정은 항법위성신호 코드에 대한 대략적인 시작 지점을 확인함은 물론 도플러 주파수에 대해서도 대략적인 값을 산출하는 신호획득 과정이다. The composite receiving processing apparatus receives a navigation satellite signal from a visible satellite such as GPS and Galileo through an antenna, removes noise generated on a satellite link, amplifies necessary navigation satellite signals, converts an RF signal into an IF signal, and IF In order to convert a signal into a signal processing band, a frequency conversion process is performed. After the frequency conversion, the receiver generates a copy code signal using a code generator to synchronize the code transmitted by the satellite, and performs a correlation process with the received code to synchronize the received code with the copy code signal. Do this. This synchronization process confirms the approximate starting point for the navigation satellite signal code as well as calculates the approximate value for the Doppler frequency.
이와 같은 신호획득 과정을 거친 다음 신호추적부에서는 수신기의 정확한 위치를 산출하기 위해서는 코드 지연에 대한 정확한 값 및 도플러 주파수에 대한 정확한 값 도출이 이루어져야 한다. 수신기의 신호획득 과정에서는 항법위성이 전송하는 항법위성신호에 대한 획득이 이루어지는데, 신호 획득에 대한 방법은 GPS 및 갈릴레오 항법위성으로부터 수신되는 항법위성신호에 대한 신호획득을 위해서는 코드길이가 가장 짧은 GPS L1 신호의 코드를 이용하여 신호획득을 수행하도록 함으로써 신호획득을 위해 소요되는 시간을 줄일 수 있도록 한다. GPS L1 신호의 코드를 이용하여 신호획득이 이루어지지 않으면, 갈릴레오 항법위성이 전송하는 갈릴레오 E1 신호의 코드를 사용하여 신호획득을 수행한다. 갈릴레오 E1 신호의 코드로도 신호획득이 되지 않으면 GPS L5 신호의 코드를 사용하거나 코드길이가 동일한 갈릴레오 E5a 신호의 코드를 사용한다. GPS L5 신호의 코드 또는 갈릴레오 E5a 신호의 코드를 사용해서도 신호획득이 이루어지지 않으면 GPS L2C 신호의 코드를 이용하여 신호획득을 수행하도록 한다. After the signal acquisition process, the signal tracking unit must derive the correct value for the code delay and the correct value for the Doppler frequency to calculate the exact position of the receiver. In the signal acquisition process of the receiver, a navigation satellite signal transmitted by the navigation satellite is acquired. The signal acquisition method uses a GPS having the shortest code length in order to acquire a navigation satellite signal received from a GPS and a Galileo navigation satellite. By using the code of the L1 signal to perform the signal acquisition to reduce the time required for signal acquisition. If the signal acquisition is not performed using the code of the GPS L1 signal, the signal acquisition is performed using the code of the Galileo E1 signal transmitted by the Galileo navigation satellite. If the code of the Galileo E1 signal does not acquire a signal, use the code of the GPS L5 signal or the code of the same Galileo E5a signal. If signal acquisition is not performed even by using the code of the GPS L5 signal or the code of the Galileo E5a signal, the signal acquisition is performed by using the code of the GPS L2C signal.
이때, 본 발명에 따른 적응형 항법위성신호 획득 장치 및 방법은 각 신호에 대한 신호획득에서는 가장 기본이 되는 GPS L1 신호의 코드에서 얻어진 값을 입력값으로 사용함으로써 신호획득에 소요되는 시간을 줄일 수 있도록 한다. 한편, GPS L5 신호에서와 같이 데이터 채널(Data Channel)과 파일롯 채널(Pilot Channel)을 사용하는 경우에는 데이터 길이만큼만 이용하여 신호획득을 하고자 하는 경우에는 데이터 채널을 이용하여 신호획득을 수행하지만 신호세기가 매우 미약한 상태에서는 파일롯 채널을 이용하되 동기 누적(Coherent Integration)과 비동기 누적(Non-Coherent Integration)을 모두 적용하여 신호획득이 이루어지도록 한다. 또한, 모든 항법위성신호에 대한 신호획득장치에서는 정합필터와 FFT(Fast Fourier Transform) 기법이 혼합된 알고리즘을 적용함으로써 신호획득에 필요한 하드웨어 상의 소요 메모리를 줄인다. In this case, the adaptive navigation satellite signal acquisition apparatus and method according to the present invention can reduce the time required for signal acquisition by using the value obtained from the code of the GPS L1 signal which is the most basic signal acquisition for each signal as an input value. Make sure On the other hand, when using a data channel and a pilot channel as in the GPS L5 signal, the signal acquisition is performed using the data channel when the signal is acquired using only the data length. In the very weak state, a pilot channel is used but signal acquisition is achieved by applying both coherent integration and non-coherent integration. In addition, in a signal acquisition device for all navigation satellite signals, a combination of a matching filter and fast fourier transform (FFT) technique is applied to reduce the required memory on hardware required for signal acquisition.
본 발명에 따른 적응형 항법위성신호 획득 장치 및 방법은 다양한 항법위성신호를 이용한 신호획득이 가능하기 때문에 수신기에서 현재 수신기 위치정보를 산출하고자 하는 경우, 사용에 따른 제약조건이 완화됨은 물론 신호획득과정에서 사용 되는 항법위성 신호를 다양하게 이용함으로써, 신호획득을 보다 신속하게 함은 물론 수신신호레벨이 다소 열악한 환경에서도 항법위성신호에 대한 획득이 이루어질 수 있도록 한다. The apparatus and method for adaptive navigation satellite signal acquisition according to the present invention can acquire signals using various navigation satellite signals, and thus, if the receiver wants to calculate current receiver position information, the constraints for use are alleviated, as well as the signal acquisition process. By using a variety of navigation satellite signals used in the system, the acquisition of navigation satellite signals can be made faster and the acquisition of navigation satellite signals is possible even in an environment where the reception signal level is rather poor.
본 발명에 따른 적응형 항법위성신호 획득 장치 및 방법은 항법수신기의 이용범위를 보다 활성화하는데 있어, 항법수신기에서 처리되는 신호의 범위를 GPS 항법위성신호는 물론 갈릴레오 항법위성신호까지를 처리되고, 수신되는 신호 레벨에 따라 적응적으로 항법위성신호 획득이 이루어지도록 다양한 항법위성신호를 이용함으로써, 항법위성신호에 대한 신호획득의 가능성과 신호획득에 소요되는 시간을 줄이거나 위성항법서비스 이용 분야의 확대에 크게 기여할 수 있다. 일례로, 본 발명에 따른 적응형 항법위성신호 획득 장치 및 방법은 실내에서 항법수신기를 이용하는 사용자에게 항법수신기를 통한 정확한 위치정보를 제공할 수 있어, 실내측위에 대한 위치정보를 활용하는 많은 사용자에게 편리성과 안전성을 제공하며, 자신의 위치정보를 상대방에게 보다 정확하게 알려줄 수 있어, 위치정보의 불확실성으로 인한 불안감 및 상대방으로 하여금 자신의 위치를 찾는데 크게 기여할 수 있다. Apparatus and method for adaptive navigation satellite signal acquisition according to the present invention further includes a GPS navigation satellite signal as well as a Galileo navigation satellite signal in the range of signals processed by the navigation receiver in further activating the usage range of the navigation receiver. By using various navigation satellite signals to adaptively acquire navigation satellite signals according to the signal level, it is possible to reduce the possibility of signal acquisition and the time required for acquisition of navigation satellite signals, or to expand the use of satellite navigation services. It can contribute greatly. For example, the adaptive navigation satellite signal acquisition apparatus and method according to the present invention can provide accurate location information through a navigation receiver to a user who uses a navigation receiver indoors, and thus to a large number of users who utilize the location information for indoor positioning. It provides convenience and safety, and can accurately inform its own location information to the other party, which can greatly contribute to anxiety and uncertainty caused by the uncertainty of the location information.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 적응형 항법위성신호 획득 장치 및 방법은 항법수신기에서의 이용되는 항법위성신호가 여러 가지이고, 각 신호가 수신기에 입력되는 신호레벨이 지상 환경에 따라 다양하기 때문에 신호 및 환경 따라 적응적으로 신호획득을 하도록 함으로써, 측위가 어려운 지역이나 도심지역에서 정확한 위치정보가 요구되는 응용분야에 크게 기여하기 위함임. 또한 항법위성으로부터 항법위성신호를 수신하여 이를 통해 자신의 위치를 산출하는 항법수신기에서는 수신신 호의 상태에 따라 신호에 대한 획득성능을 높이기 위하여 항법위성신호에 대한 누적시간을 가변적으로 수행함으로써, 수신기 레벨에서의 수신신호 성능을 향상시킬 수 있다. As described above, the adaptive navigation satellite signal acquisition apparatus and method according to the present invention have various navigation satellite signals used in the navigation receiver, and because the signal level input to the receiver varies depending on the ground environment. And by acquiring the adaptive signal according to the environment, it is to contribute greatly to the application field where accurate location information is required in the difficult location or urban area. In addition, the navigation receiver, which receives a navigation satellite signal from the navigation satellite and calculates its own location, performs a cumulative time for the navigation satellite signal in order to increase the acquisition performance of the signal according to the state of the reception signal. It is possible to improve the performance of the received signal at.
본 발명에 따른 적응형 항법위성신호 획득 장치는 GPS 및 갈릴레오등과 같은 항법위성이 전송하는 항법위성신호를 보다 신속하고 성공적으로 획득하는 기능을 가진 신호획득 장치; 수신기내 항법위성이 전송한 항법위성신호를 수신하되 기본적으로는 GPS L1 신호의 코드를 사용하여 신호획득을 하고, 이것을 통해 신호획득이 되지 않았을 경우에는 갈릴레오 E1 신호의 코드를 사용하며 그렇게 해서도 신호획득이 되지 않으면 GPS L5 또는 갈릴레오 E5a 신호를 이용하여 신호획득을 하는 등의 신호처리 수단; 수신기내 항법위성이 송신한 위치정보를 수신하여 수신기 자신의 위치를 산출해 낼 수 있는 위치정보 계산 수단을 포함한다. An adaptive navigation satellite signal acquisition device according to the present invention comprises: a signal acquisition device having a function of more quickly and successfully acquiring a navigation satellite signal transmitted by a navigation satellite such as GPS and Galileo; Receives the navigation satellite signal transmitted by the navigation satellite in the receiver, but basically acquires the signal using the code of the GPS L1 signal, and if the signal is not acquired through this, the code of the Galileo E1 signal is used. Signal processing means for acquiring a signal using a GPS L5 or Galileo E5a signal if it is not obtained; Position information calculation means for receiving the position information transmitted by the navigation satellite in the receiver to calculate the position of the receiver itself.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of preferred embodiments of the present invention will be given with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the same components in the figures represent the same numerals wherever possible. Specific details are set forth in the following description, which is provided to provide a more thorough understanding of the present invention. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 선글라스를 갖는 모자를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a hat having a sunglasses according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 적응형 항법위성신호 획득 장치의 블록구성도로서, 본 발명에 따라 항법위성으로부터 항법위성신호를 수신하여 신호획득을 수행하기 위한 적응형 항법위성신호 획득 장치 및 그 장치에서 수행되는 항법위성신호의 획득동작을 설명하기 위한 것이다.First, FIG. 1 is a block diagram of an adaptive navigation satellite signal acquisition device according to the present invention, and an adaptive navigation satellite signal acquisition device for receiving a navigation satellite signal from a navigation satellite and performing signal acquisition according to the present invention, and its It is for explaining the operation of acquiring the navigation satellite signal performed in the apparatus.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 적응형 항법위성신호 획득 장치는 GPS 및 갈릴레오 항법위성(100)으로부터 전송되는 항법위성신호를 보다 신속하고 효율적으로 획득하기 위하여 RF/IF 신호변환부(200), 반송파 제거부(300), I&Q신호 다운샘플링모듈(400), 코드발생기(500), 코드율변환부(600), 신호상관부(700), 신호누적부(800) 및 신호획득 임계치 초과 판단부(900)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the apparatus for acquiring the adaptive navigation satellite signal according to the present invention includes an RF / IF signal conversion unit for quickly and efficiently acquiring a navigation satellite signal transmitted from the GPS and the
상기 항법위성(100)은 GPS위성(110)과 갈릴레오 위성(120)을 포함하는 GNSS 네트워크 상의 항법위성이다. 항법위성(100)은 항법메시지와 시각정보, 각 위성에 대해 할당된 PRN 코드 등의 정보를 GPS 항법위성(110)인 경우, L1(1575.42MHz), L2C(1227.60MHz), L5(1176.45 MHz), 갈릴레오 항법위성(120)의 경우, E1(1575.42MHz), E5a(1176.45MHz)의 항법위성신호를 지상으로 송출한다. The
상기 RF/IF 신호변환부(200)는 GPS 및 갈릴레오 항법위성(100)으로부터 항법위성신호를 수신하는 안테나(210)와, 수신된 항법위성신호에 대해 잡음은 제거하고 신호는 증폭하는 저잡음 증폭부(220)와, RF 신호를 IF 신호로 변환해주는 RF/IF 신호변환기(230) 및 항법위성신호에 대한 스펙트럼을 추정하여 검출하는 스펙트럼 추정부(240)로 구성된다. 상기 RF/IF 신호변환부(200)는 항법위성신호에 대한 신호변 환을 위하여, RF 신호를 IF 신호 및 아나로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC부를 거쳐 무선 주파수 신호를 디지털 신호로 변환하는 기능을 수행한다. The RF / IF
상기 반송파 제거부(300)는 입력되는 항법위성신호를 처리 가능한 주파수 대역으로 변환하기 위하여, 사인성분의 신호와 90도의 위상차를 갖는 코사인 성분의 신호를 RF/IF 신호변환부(200)로부터 인가되는 입력신호와 곱하기 과정을 수행하는 곱셈기(310)와, 사인성분과 코사인 성분을 생성하는 사인 및 코사인 생성부(320) 및 IF신호에 대해 반송파를 제거하기 위한 기준 주파수인 28MHz를 생성하는 국부발진기(330)로 구성된다. 상기 반송파 제거부(300)는 입력신호의 형태에 따라 두 가지 형태로 구분되는데, 이에 대해서는 하기에서 수학식 1 및 수학식 2를 참조하여 상세히 설명한다. The
먼저, 수신된 신호가 복소수 형태이면, 하기의 수학식 1을 통해 기저대역에서 반송파가 제거된다.First, if the received signal is a complex form, the carrier is removed from the baseband through the following equation (1).
다음으로, 수신 신호가 실수 형태라면, 하기의 수학식 2를 통해 기저대역에서 실수형태의 신호를 복소수 형태의 신호로 변환하는 과정이 수행된다. Next, if the received signal is a real type, a process of converting the real type signal to a complex type signal in the baseband through the following equation (2).
상기 과정을 수행하기 위해 반송파 제거부(300)는 사인성분의 신호와 90도의 위상차를 갖는 코사인 성분의 신호를 입력신호와 곱하기 과정을 수행하는 곱셈기(310), 사인성분과 코사인 성분을 생성하는 사인 및 코사인 생성(320), IF신호에 대해 반송파를 제거하기 위한 기준 주파수 28MHz를 새성하는 국부발진기(330)로 구성되어 있다. In order to perform the above process, the
상기 I&Q신호 다운샘플링모듈(400)은 반송파 제거부(300)를 통과한 I 및 Q 채널 신호와 수신기 내부에서 생성한 복사코드신호간 상관 수행를 위해서, 입력신호에 대한 I 및 Q 채널의 샘플링 레이트를 2.046 MHz으로 다운샘플링을 수행해야 하는데, 이를 위해 I&Q 채널에 대한 신호 다운 샘플링 과정을 수행한다.The I & Q
상기 코드발생기(500)는 상기 I&Q신호 다운샘플링모듈(400)로부터 다운 샘플링된 입력신호와의 신호상관을 하기 위해서 수신기 내부에서 복사코드신호를 생성한다. 상기 코드발생기(500)는 입력되는 항법위성신호가 GPS 위성 및 갈릴레오 위성의 항법위성신호이므로 수신기 내부의 복사코드신호로 GPS PRN 코드생성기(510)와 갈릴레오 PRN 코드 생성기(520)로 구성된다.The
상기 코드율변환부(600)는 상기 코드발생기(500)에서 생성한 코드 중 입력되는 코드에 따라 해당 PRN을 선정하기 위하여 코드 선정 스위칭부(610)를 두며 선정된 항법위성신호에 대해서는 입력되는 신호와의 신호상관을 위해 2,048 MHz로 오버샘플링이 수행되도록 코드 오버 샘플러(620)로 구성된다.The code
상기 신호상관부(700)는 상기 I&Q신호 다운샘플링모듈(400)로부터 다운 샘플링된 입력신호와, 상기 코드발생기(500)에서 발생되어 상기 코드율변환부(600)에서 code rate이 변환된 복사코드신호의 신호상관을 수행하기 위하여, I&Q 정합 필터 뱅크(710) 및 I&Q 상관기 뱅크(720)로 구성된다.The
I채널 및 Q 채널에 대한 신호는 2,048개의 탭으로 구성된 I&Q 정합 필터 뱅크(710)에 샘플단위로 입력되며 입력되는 신호가 GPS L1, L2C, L5와 갈릴레오 E1, E5a 등 5가지의 항법위성신호가 입력되는 바, 이들 신호들을 모두 수용하기 위해서 상기 I&Q 정합 필터 뱅크(710)는 최소 5개의 정합필터를 포함한다. Signals for the I and Q channels are input to the I & Q matching
상기 신호누적부(800)는 상기 신호상관부(700)에서 상관이 이루어진 신호에 대해서 I 및 Q 채널에 각각 동기 누적을 수행하기 위한 동기 누적기(810)와, 해당 코드의 위상에 대한 도플러 주파수를 찾기 위해서는 시간영역을 주파수 영역으로 변환하기 위한 M-Point FFT(820) 및 상기 M-point FFT(820)를 통과한 신호에 대해서는 비동기 누적을 통해 해당 코드 위상과 도플러 주파수에 대한 파워를 계산하기 위한 비동기 누적기(830)로 구성된다.The
최종적으로 신호획득이 완료되기 위해서는 상기 비동기 누적기(830)를 통해 얻어진 파워값이 신호획득에 필요한 임계치를 초과해야 하므로, 상기 신호획득 임 계치 초과 판단부(900)는 상기 비동기 누적기(830)를 통해 얻어진 파워값이 신호획득에 필요한 임계치를 초과하는지 판단한다.Finally, in order for the signal acquisition to be completed, the power value obtained through the
상기한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 적응형 항법위성신호 획득장치에서의 신호획득 과정을 도 2를 참조하여 이하에서 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 적응형 항법위성신호 획득 과정을 나타낸 제어 흐름도이다.The signal acquisition process in the adaptive navigation satellite signal acquisition apparatus according to the present invention having the structure as described above will be described in detail below with reference to FIG. 2 is a control flowchart illustrating an adaptive navigation satellite signal acquisition process according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 GPS/갈릴레오 항법위성신호를 수신하여 IF신호로 변환하는 RF/IF 신호변환부(200), IF 데이터에 대한 I&Q신호 다운샘플링모듈(300), 코드 위상 지연값을 산출을 위한 항법위성신호별 정합필터(710), 상기 정합필터(710)를 거친 입력신호와 수신기 내부의 PRN 코드발생기(800)의 오버 샘플링값과 신호상관을 수행하는 각 신호별 상관장치(720), 도플러 주파수 값을 추정하기 위한 M-point FFT(820)를 포함하여 상관값에 대해 동기 누적을 수행하는 동기 누적기(810), 비동기 누적기(830)를 통해 I 및 Q 채널에서의 입력신호와 복사코드신호간 상관결과에 대하여 제곱 후 합산과 제곱근의 과정을 통해 얻은 결과값이 신호획득 임계값을 초과하는지를 판단하는 신호획득 임계값 초과 판단부(900)에 대한 수행절차를 나타내주고 있는 일실시예이다.2 is an RF /
RF/IF 신호변환부(200)는 항법위성(100)인 GPS 위성(110)과 갈릴레오 위성(120)으로부터 RF신호를 각각 수신한다. RF/IF 신호변환부(200)는 GPS 위성(110)으로부터는 GPS L1(1575.42 MHz), L2C(1227.60MHz), L5(1176.45 MHz)신호를 수신하고 갈릴레오 위성(120)으로부터는 E1(1575.42 MHz), E5a(1176.45 MHz)를 수신하며(S201), 항법위성(100)과 수신기간의 링크상에서의 발생되는 잡음 제거 및 IF 신 호로 변환하고(S203), 신호에 대한 스펙트럼을 감시하여(S205). 신호에 대한 스펙트럼 모니터링(S205)을 통해 항법위성신호가 GPS 항법위성(110)이 송출하는 신호인지, 갈릴레오 항법위성(120)이 송출하는 신호인지를 판단한다(S207). The RF / IF
상기 S207단계에서, 항법위성신호가 GPS 신호인지, 갈릴레오 신호인지가 판단되면, 각 항법위성신호에 대해 I&Q신호 다운샘플링모듈(300)에서 IF 다운 변환되고, 수신되는 신호가 CDMA 신호이므로 신호획득을 위해서는 신호에 대해 역확산을 위한 역확산 믹서를 통과시킨다. In step S207, if it is determined whether the navigation satellite signal is a GPS signal or a Galileo signal, the I & Q
역확산 믹서를 통과한 항법위성신호는 해당 신호가 GPS L1, GPS L2C, GPS L5 에 대한 정합필터에 해당 정보가 입력되도록 정합필터 뱅크(711)가 구비되어 있으며, 항법위성신호가 갈릴레오 E1, E5a 신호에 대해서도 정합필터에 해당 정보가 입력되도록 정합필터 뱅크(713)이 구비되어 있다. 정합필터(710)에서는 입력샘플에 대해 순차적 쉬프트 기능을 수행하며, 정합필터의 탭수는 2,048개가 구비되어 있고 각 신호에 대한 코드 지연을 추출하기 위해서는 입력코드에 대해 0.5칩 단위로 정합필터에 입력한다. The navigation satellite signal passing through the despreading mixer is provided with a matching
각 항법위성신호에 대한 정합필터를 통과한 신호에 대해서는 수신기 내부의 코드 발생기(500)에서 생성한 GPS 복사 코드와 갈릴레오 복사 코드 선정이 이루어지며, 코드 선정을 위한 장치로는 코드선정 스위치(610)가 사용된다. 상기 코드선정 스위치(610)는 RF 항법위성신호에 대한 감시기능을 수행하는 항법위성신호 모니터링(S205)으로부터의 정보에 따라 수신기 내부의 복사코드신호를 선정하고, 1.023 MHz을 2.048 MHz로 오버 샘플링한 후, 상관기 뱅크(720)를 통해 입력신호의 코드와 수신기 내부에서 발생된 복사코드신호를 서로 상관을 취하게 된다. For the signal passing through the matching filter for each navigation satellite signal, the GPS copy code and the Galileo copy code generated by the
상기 상관기 뱅크(720)의 구성으로는 GPS L1 신호 상관기, GPS L2C 상관기 및 GPS L5 상관기가 포함된 GPS 상관기(721)와, 갈릴레오 E1 신호 상관기 및 갈릴레오 E5a 신호 상관기가 포함된 갈릴레오 상관기(723)가 구비되어 있다. 상관기 뱅크(720)에서는 입력신호와 수신기 내부의 복사코드신호간 정확히 상관이 이루어지면, 잡음레벨 이하에 존재하고 있는 신호 전력이 잡음 레벨 보다 높게 나타나 신호획득이 가능하도록 한다. The
동기 누적기(810)에서는 I 채널 및 Q 채널에서의 상관기 출력값을 누적하며, 누적된 결과로부터 도플러 주파수를 찾기 위해서는 M Point FFT 모듈(820)이 구비되어 있어야 한다. 상기 M Point FFT 모듈(820)에서는 사용하고자 하는 FFT 포인트값이 2의 자승수를 사용해야 한다. I 채널 및 Q 채널에서의 동기 누적결과를 바탕으로 신호에 대한 전력값을 산출하기 위해서는 동기 누적결과에 대해 제곱을 수행하고 이를 합산한 뒤 제곱근의 형태를 취해야 하며 이러한 절차를 수행하는 모듈이 비동기 누적 모듈(830)이다. The
이어, 비동기 누적모듈(830)로부터 산출된 신호 전력값이 사전에 설정해 놓은 신호획득의 임계값을 초과하는지를 체크하는 신호획득 임계치 초과 판단부(900)를 구비해 놓아야 한다. 상기 판단부(900)에서 사용하는 신호획득의 임계값은 신호대 잡음비가 약 5 dB 이거나 신호전력의 최대값과 두 번째 값의 비율이 2배가 되는지를 체크하여 그 값을 넘으면, 그 지점에서의 코드 지연값과 도플러 주파수 값이 신호획득의 결과가 되는 것이다(S209). 이후에 위성항법 단말장치에서는 신호획득의 결과를 신호추적 단계로 전달하는 과정이 수행된다.Subsequently, the signal acquisition threshold exceeding
도 3은 본 발명에 따라 항법위성과 항법위성신호수신기간에 수행되는 적응형 항법위성신호 획득을 위한 메시지 처리를 나타낸 제어 흐름도로서, 본 발명에 따라 항법위성신호의 RF 스펙트럼 측정에서의 신호파형을 근거로 위성항법 수신기 내부의 복사코드신호 발생기 출력을 선택적으로 스위칭하기 위한 항법위성신호의 RF 스펙트럼 측정을 통한 신호처리 흐름 절차를 나타낸 정보 흐름의 일실시예이다. 3 is a control flowchart showing a message processing for acquiring an adaptive navigation satellite signal performed in a navigation satellite and a navigation satellite signal reception period according to the present invention, and showing the signal waveform in the RF spectrum measurement of the navigation satellite signal according to the present invention. On the basis of this, one embodiment of the information flow showing the signal processing flow procedure by measuring the RF spectrum of the navigation satellite signal for selectively switching the radiation code signal generator output inside the satellite navigation receiver.
본 발명에 따른 적응형 항법위성신호 획득 장치는, GPS 및 갈릴레오 항법위성(100)으로부터의 항법위성신호를 감시하고S301), 수신되는 항법위성신호의 RF 스펙트럼을 통해 해당 항법위성신호가 GPS 항법위성신호인지 아니면 갈릴레오 항법위성신호인지를 판단하여(S303), GPS 및 갈릴레오 항법위성신호에 대해 공통적으로 IF 및 ADC(Analog to Digial Converter)기능을 수행한다(S305). ADC를 통과한 신호는 디지털 신호이며, 이들 신호는 비트 단위로 정합필터(710)에 입력된다. The adaptive navigation satellite signal acquisition apparatus according to the present invention monitors the navigation satellite signals from the GPS and the
정합필터(710)에서는 입력되는 정보를 0.5 칩 단위로 쉬프트 시켜서 코드 지연을 일정 주기만큼 수행하고(S307), 정합필터를 통과한 샘플은 수신기 내부의 코드 발생기로부터의 코드와 서로 상관을 취한다(S309). 상관을 통해 코드에 대한 피크 값을 찾게 되고, 피크 값이 뜨는 곳이 대략적인 코드 값이 되며 해당 코드에서의 도플러 주파수 값을 찾기 위해서는 시간영역을 주파수 영역으로 변환해주는 FFT(S311) 과정을 수행한다. S311단계의 FFT 과정을 위한 사용되는 포인트 수는 구현하고자 하는 메모리 용량 등을 감안하여 선정하여야 하며, 처리시간을 보다 신속하게 하기 위해서는 포인트 수가 2의 자승으로 표현되는 포인트 수를 선정해야 한 다. FFT 및 동기 누적 과정으로부터 대략적인 코드 지연 위치와 도플러 주파수 값이 산출되며 그 값이 정상적인지를 판단하기 위해서는 전력값을 산출해야 하며 이를 위하여 비동기 누적 과정(S313)을 수행한다. 이어, S315단계로 진행하여, S313단계의 비동기 누적에 따른 결과값이 신호획득을 위해 사전에 정해놓은 전력값(SNR)을 초과하는지를 체크하고 해당 값이 임계값을 초과하게 되면, 한 채널에 대한 신호획득을 종료하게 된다. In the matched
상기한 바와 같이, 본 발명은 GPS 및 갈릴레오등의 항법위성이 제공하는 항법위성신호를 보다 신속하고 정확하게 신호획득을 함은 물론 신호세기가 다양한 환경하에서도 신호획득을 위해 사용하는 항법위성신호의 코드를 가변적으로 사용하여 신호획득을 수행하기 위하여, GPS 및 갈릴레오 위성항법시스템의 등장으로 항법위성신호가 다양해지는 환경에서 신호획득 시, 신호세기 및 수신기의 위치에 따라 다양한 항법위성신호를 가변적으로 사용하도록 함으로써 수신기에서의 항법위성신호획득에 대한 성공가능성을 높일 수 있음은 물론 항법위성신호의 세기가 다양한 환경하에서도 신호획득을 가변적으로 할 수 있도록 함으로써, 항법위성신호의 세기가 낮은 지역에서나 위성의 가시도가 열악한 지역에서도 항법위성신호에 대한 신호획득을 할 수 있으며, 항법위성 단말기의 활성화 및 항법위성 수신기의 신호획득의 정확성을 높일 수 있는 항법위성시스템에 이용될 수 있다.As described above, the present invention provides a faster and more accurate signal acquisition of navigation satellite signals provided by navigation satellites such as GPS and Galileo, as well as codes for navigation satellite signals used for signal acquisition under various environments. In order to perform the signal acquisition using the variably, GPS and Galileo satellite navigation systems are used to variably use the various navigation satellite signals according to the signal strength and the position of the receiver when the navigation satellite signals are diversified. As a result, it is possible to increase the probability of success in acquiring navigation satellite signals at the receiver, and to make the signal acquisition variable under varying environments, and the visibility of satellites is low in the area where the strength of navigation satellite signals is low. It is possible to acquire signals for navigation satellite signals even in poor regions. In addition, it can be used in the navigation satellite system that can activate the navigation satellite terminal and increase the accuracy of signal acquisition of the navigation satellite receiver.
또한, 본 발명은 GPS 및 갈릴레오 등으로부터 항법위성신호를 수신하여 신호 획득하는 위성항법시스템에 있어, 항법위성신호를 수신하고 수신된 신호에 대한 RF 스펙트럼을 모니터링하고, 모니터링 결과값을 수신기 내부에 있는 복사코드신호 발 생기의 선택 스위치로 보내줌으로써, GPS 및 갈릴레오 복합 수신신호 처리에서의 보다 다양한 항법위성신호를 처리할 수 있도록 함은 물론 지상의 위성항법 수신 환경에 보다 많은 항법위성신호를 수신 처리할 수 있도록 하며, 위성항법 시스템의 가용도 및 신호획득에 있어서의 성공 확률 및 신호획득을 보다 신속하게 할 수 있는 시스템 및 그 방법을 제공할 수 있고, 항법위성신호를 적응적으로 처리하는 장치에서는 현재보다 다양한 항법위성신호를 처리할 수 있어 항법시스템의 가용도도 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention is a satellite navigation system for receiving and receiving a navigation satellite signal from GPS, Galileo, etc., receiving a satellite navigation signal, monitoring the RF spectrum of the received signal, the monitoring result is located inside the receiver By sending a copy code signal selection switch to the GPS and Galileo complex receive signal processing, it is possible to process a wider range of navigation satellite signals as well as to receive more navigation satellite signals in the terrestrial satellite navigation receiving environment. It is possible to provide a system and a method for achieving the availability of the satellite navigation system and the probability of success in the signal acquisition and the signal acquisition more quickly, and an apparatus for adaptively processing the navigation satellite signal is currently A wider range of navigation satellite signals can be processed to improve the availability of the navigation system.
또한, 본 발명은 항법위성 다원화 시대 및 항법위성시스템을 이용한 응용분야가 크게 활성화되는 환경에서 보다 신속하게 정확하게 신호획득을 하는데 기여할 수 있는바, 항법위성 수신기를 활용한 응용분야 개척에도 크게 기여할 수 있다.In addition, the present invention can contribute to the acquisition of signals more quickly and accurately in an environment where navigation satellite pluralization and navigation satellite systems are greatly activated, and can greatly contribute to the development of applications using navigation satellite receivers. .
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램과 문서로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(CD(Compact Disk), 램(RAM:Random Access Memory), 롬(ROM:Read Only Memory), 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있다.As described above, the method of the present invention is implemented in a program and a document and can be read by a computer in a form of a computer readable recording medium (CD), random access memory (RAM), read only memory (ROM), and floppy. Disk, hard disk, magneto-optical disk, etc.). This process can be easily carried out by those of ordinary skill in the art.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다. Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.
도 1은 본 발명에 따른 적응형 항법위성신호 획득 장치의 블록구성도,1 is a block diagram of an adaptive navigation satellite signal acquisition device according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 적응형 항법위성신호 획득 과정을 나타낸 제어 흐름도, 2 is a control flowchart illustrating an adaptive navigation satellite signal acquisition process according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따라 항법위성과 항법위성신호수신기간에 수행되는 적응형 항법위성신호 획득을 위한 메시지 처리를 나타낸 제어 흐름도. 3 is a control flowchart showing message processing for adaptive navigation satellite signal acquisition performed during a navigation satellite and a navigation satellite signal reception period according to the present invention;
(도면의 주요한 부호에 대한 설명) (Description of Major Symbols in the Drawing)
100: 항법위성(GPS/갈릴레오) 110: 갈릴레오 위성100: GPS satellites (GPS / Galileo) 110: Galileo satellite
120: GPS 위성 200: RF/IF 신호변환부120: GPS satellite 200: RF / IF signal conversion unit
210: 수신안테나 220: 저잡음 증폭기(LNA)210: reception antenna 220: low noise amplifier (LNA)
230: RF to IF 변환기 240: 스펙트럼 감시부230: RF to IF converter 240: spectrum monitoring unit
300: 반송파 제거부 310: 곱셈모듈300: carrier removal unit 310: multiplication module
320: 사인/코사인 생성부 330: 국부발진기320: sine / cosine generator 330: local oscillator
400: I/Q 신호 다운샘플링 모듈 500: 코드발생기400: I / Q signal downsampling module 500: code generator
510: GPS 항법위성신호코드발생기510: GPS navigation satellite signal code generator
520: 갈릴레오 항법위성신호코드발생기520: Galileo navigation satellite signal code generator
600: 코드율 변환부 610: 코드선정 스위칭부600: code rate conversion unit 610: code selection switching unit
620: 코드-업 샘플링부 700: 신호상관부620: code-up sampling unit 700: signal correlation unit
710: 정합필터뱅크 720: 신호상관기 뱅크710: matched filter bank 720: signal correlator bank
800: 신호누적부 810: 동기방식 신호누적부800: signal accumulation unit 810: synchronous signal accumulation unit
820: FFT 처리부 830: 비동기방식 신호누적부820: FFT processor 830: asynchronous signal accumulation unit
900: 신호획득 임계치 초과 판단부900: signal acquisition threshold exceeded determination unit
Claims (13)
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