KR100260253B1

KR100260253B1 - 무선페이저를 이용한 dgps 전송 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100260253B1
Application number: KR1019980001217A
Authority: KR
Inventors: 최홍석; 표현명; 오종택; 이순호
Original assignee: 이계철; 한국전기통신공사
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 2000-07-01
Also published as: KR19990065777A

Abstract

본 발명은 무선 페이저를 이용한 DGPS(Differential Global Positioning System) 전송 방법 및 장치에 관한 것으로서, 무선 페이저를 이용하여 다중 기준국으로부터 발생하는 위치 오차 보정치를 전송하여 사용자의 위치를 정확히 계산하기 위한 기술인 바, 본 발명에 따르면 저렴한 통신 비용으로 DGPS를 구현할 수 있고, 단말기도 소형으로 구현할 수 있는 잇점이 있다.

Description

무선페이저를 이용한 ＤＧＰＳ 전송 방법 및 장치

본 발명은 무선 페이저를 이용한 DGPS(Differential Global Positioning System) 전송 방법 및 장치에 관한 것으로서, 무선 페이저를 이용하여 다중 기준국으로부터 발생하는 위치 오차 보정치를 전송하여 사용자의 위치를 정확히 계산하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

GPS는 인공위성을 이용한 위성 항법 시스템으로써 우주에 배치된 GPS 위성, 이것을 관제 제어하는 지상의 기지국 및 수신기를 갖는 사용자로 이루어진다. 1대의 수신기를 이용하여 사용자의 위치를 계측하는 경우, 그 정밀도는 약 100m정도이다.

최근에 GPS에 의한 위치 측정의 정밀도를 높이기 위한 방식으로 상대 측위 방식(Differential GPS: DGPS)이 연구되고 있는데 이는 GPS 오차 중 다중 경로 오차와 수신기 잡음 오차를 제외한 오차를 기준국과 사용자간의 공통오차로 간주하고 이와 같은 오차를 소거하는 것이 그 원리이다. 정확하게 위치를 알고 있는 기준국에서 GPS 수신기를 이용하여 위치를 계측하고 기준점의 위치와 GPS 수신기의 측정에 의한 위치 데이타를 조회하면 GPS 신호에 포함되어 있는 오차 성분을 검출하는 것이 가능하다. 이 기준국에서 일정한 거리 (예를 들어 100km) 내에 있는 GPS 수신기의 경우 그 위치 측정 오차는 기준국에서 검출된 오차와 큰 차이가 없다고 할 수 있다. 따라서, 이 GPS 수신기의 위치 데이타에서 이 오차를 제거하면 GPS 수신기에서의 위치의 정확도는 현저하게 향상된다.

DGPS에서 기준국은 미리 측정된 자신의 위치와 GPS 신호를 받아 계산된 위치를 비교하여 해당 순간의 GPS 신호에 의한 위치 오차 보정 정보를 계산하여 RTCM(Radio Technical Commission for Maritime Service) 포맷으로 사용자에게 전달하면, 사용자는 이 위치 오차 보정 정보를 자신의 위치 계산에 반영하여 정확한 위치를 계산하게 된다. 이때, DGPS 기준국과 사용자간의 거리가 멀어지면 (통상 100km 이상) 공통오차로 간주되었던 오차들의 공통의 특성이 점점 적어져서 DGPS를 사용하는 효과가 없어지게 된다. 이에 따라 하나의 DGPS 기준국이 담당할 수 있는 영역이 제한된다. 결국 넓은 지역을 서비스하기 위해서는 많은 수의 DGPS 기준국을 설치하여야 하며 이에 따라 다중 기준국에 적절한 오차 보정치 전송 방법을 사용하여야 한다. 이 전송 방식의 결정에는 시스템의 안정성이나 경제성 등이 고려되어야 한다.

기준국에서 사용자에게 위치 오차 보정 정보를 보내는데 사용될 통신 방식으로는 무선 데이타, TRS(Trunked Radio System: 주파수 공용 통신), PCS, 셀룰라폰, 무선 페이저, FM 방송 등의 여러가지가 사용될 수 있다. 이때 기준국에서 일정 주기 (보통 10초 이내의 주기)마다 다수의 사용자에게 오차 보정치 신호를 브로드캐스트하여야 한다는 목적면에서 볼때 가장 적절할 통신 방식을 선택하여야 한다. TRS나 FM 방송은 모뎀이나 디코더가 GPS 수신기에 탑재되어야 하므로 수신기의 크기가 커지고, PCS나 셀룰라폰은 비교적 통신 비용이 비싸다.

본 발명은 상기에 기술한 바와 같은 종래 요구사항을 감안하여, 무선 페이저를 이용하여 DGPS 오차 보정치 신호를 전송하는 위치 결정 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 DGPS 전송 시스템의 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 다중 기준국으로부터 수신한 위치 오차 보정 신호를 이용한 위치 결정 과정을 나타내는 순서도.

도 3은 본 발명에 따른 무선 페이저를 이용한 DGPS 단말기의 일실시예를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2a-2e : DGPS 기준국 3a-3e : 무선 페이저 중계국

4a-4e : 무선 페이저 기지국 5 : 사용자

6 : 음성 모듈 7 : LCD

8 : 제어 모듈 9 : 메모리

10 : 무선 모뎀 11 : DGPS 모듈

12 : 무선 페이저

상기와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 DGPS 오차 보정 신호를 이용하여 사용자의 위치를 결정하기 위한 방법은 다수의 위치 오차 보정치를 무선 페이저를 이용하여 다수의 기지국으로부터 전송하는 단계와;

상기 전송된 다수의 위치 오차 보정치를 수신하는 단계와;

수신된 다수의 오차 보정치를 이용하여 사용자의 위치를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 DGPS 오차 보정 신호를 이용하여 사용자의 위치를 결정하기 위한 장치는 다수의 위치 오차 보정치를 무선 페이저를 이용하여 전송하기 위한 다수의 기지국과;

상기 전송된 다수의 위치 오차 보정치를 수신하여 사용자의 위치를 계산하기 위한 단말 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적 및 특징들, 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 전체적인 DGPS 구성도를 나타낸 것으로 각 지역별로 무선 페이저 기지국 또는 중계국에 DGPS 기준국이 같이 설치되어 있다. 이들은 상호간 인터페이스 장치를 통해 DGPS 기준국에서 발생하는 보정 오차 신호가 일정 시간 간격으로 무선 페이저 기지국을 통해 브로드캐스팅 방식으로 사용자의 단말기로 전송된다. 대한민국 전지역을 커버하기 위해 다수의 DGPS 기준국이 필요하며 서울, 대전, 광주, 부산, 강릉, 제주 지역에 기준국이 설치된 시스템을 도시하였다.

도 2는 본 발명에 따라 DGPS 보정치를 이용하여 사용자 위치 계산을 하기 위한 알고리듬의 흐름도이다.

여러 DGPS 기준국으로부터 수신한 오차 보정치 신호를 이용하여 정확한 위치 결정을 하기 위한 방법은 여러가지가 있을 수 있다. 그 중 하나는 사용자로부터 일정한 거리내에 있는 기준국으로부터의 오차 보정치를 사용자의 단말기에서 수신받아서, 단말기에서 각 보정 신호 오차에 적절히 가중치를 주고 그 가중치 합을 구하여 정확한 위치 계산에 이용하는 방법이다.

또 다른 방법은 여러 기준국 중 하나가 집중 기준국으로서 유선으로 다른 기준국으로부터 오차 보정치를 수신받아서, 이 집중 기준국에서 가중치합을 구하고 그 결과 발생된 보정치의 최종값만을 사용자의 단말기에 무선 페이저를 이용하여 전송하는 방식이다.

전자의 방식에서는 집중 기준국이 필요없고, 후자의 방식을 사용하면 사용자의 단말기에서의 계산량과 무선 페이저를 통해 전송해야 하는 정보량이 적다.

도 2를 참조하면, 사용자의 단말기에서 수행되는 것으로 가정한 위치 보정 알고리듬을 도시한 것이다. 스텝 (S0)에서는 GPS 신호를 이용하여 오차를 포함하는 사용자의 의사거리를 결정한다. 스텝(S1)에서는 우선 각 DGPS 기준국으로부터 의사거리 보정치

PRC_i

를 수신받는다. 스텝(S2)에서는 수신받은 의사거리 보정치 중에서 기준국과 사용자간의 거리가 100km 이하인 오차 보정치만을 선택하고 나머지 오차 보정치는 버린다. 스텝(S3)에서는 사용자와 기준국과의 공간 비상관함수 및 기준국간의 공간 비상관 함수를 계산한다. 공간 비상관함수는 거리가 멀어질수록 기준국과 사용자간 또는 기준국간의 의사거리 오차의 상관 관계가 어떤 형태로 감소하는가를 나타내는 함수로서 오차 분석 방법이나 실험 측정 방법을 이용하여 구할 수 있다.

스텝(S4)에서는 i번째 기준국으로부터의 오차 보정치에 적용할 가중치

W i

를 다음과 같이 결정한다.

<식 1>

=

<식 2>

[G]=

여기에서

ρ_u

는 사용자의 GPS 수신기에서의 위치값의 표준편차를 나타내고,

ρ_ref

는 기준국의 GPS 수신기에서의 위치값의 표준편차를 나타내고,

ρ_riu

는 i번째 기준국과 사용자간의 공간 비상관함수를 나타내고,

ρ_rirj

는 i번째와 j번째 기준국간의 공간 비상관함수를 나타낸다.

스텝(S5)에서는 이전 스텝(S4)에서 구한 가중치(

W_i

)와 각기준국에서 전송된 의사거리 보정치(

PRC_i

)를 이용하여 사용자가 적용할 의사거리 보정치(

PRC_m

)를 다음 식에 의해 구한다.

<식 3>

PRC_m=W₁PRC₁+W₂PRC₂+⃛+W_nPRC_n

스텝(S2)에서 설명한 것처럼 위 식에서 고려되는

PRC_i

는 사용자로부터 일정한 거리내에 있는 기준국으로부터의 오차 보정치만 포함한다. 스텝(S6)에서는

PRC_m

을 이용하여 다음식과 같이 최종적인 의사거리 보정치(

PRC

)를 구한다.

<식 4>

PRC=PRC_u-PRC_m

즉 각 DGPS 수신기 자체에서 구한 사용자의 의사거리 보정치(

PRC_u

)에서 각 기준국으로부터의 보정치의 가중합(

PRC_m

)을 감산함으로써 정확한 보정치의 최종값(

PRC

)을 구한다.

스텝(S7)에서는 스텝 (S0)에서 GPS 신호로부터 구한 사용자의 의사거리 -전술한 바와 같이 오차를 포함하고 있는- 와 최종 보정치(

PRC

)를 이용하여 사용자의 정확한 위치를 구한다.

도 2를 참조하여 설명된 상기 알고리듬은 사용자의 단말기에서가 아니라 집중 기준국에서 수행되는 알고리듬으로 용이하게 변형될 수 있다.

도 3을 참조하면, DGPS 오차 보정치 전송에 무선 페이저를 이용하는 단말기의 일실시예가 도시되어 있다. 도시된 장치는 예를 들어 차량 관제 시스템 등의 사용자 단말기 형태로 구현된 장치로서 데이타뿐만 아니라 음성을 송수신할 수도 있다. 도 3의 단말기에서 보정 오차 신호 전송을 위하여는 무선 페이저를 이용하고 있으며, 위치 추적 신호 및 기타의 메시지 전송은 무선 데이타나 TRS 방식 등이 사용될 수 있다.

도 3에 도시된 단말기는 음성 데이타의 입출력을 위한 음성 모듈(6), 데이타의 디스플레이를 위한 LCD(liquid crystal display, 7) -터치 스크린과 일체형으로 되어 입력 장치로도 사용됨-, GIS(Geographic Information System) 데이타가 저장되어 있는 메모리(9), 음성 모듈(6), LCD(7), 메모리(9) 등을 제어하기 위한 제어 모듈(8), GPS 수신기를 포함하는 DGPS 모듈(11), 무선 페이저(12) 등으로 구성되어 있다.

단말기에서 위치 정보를 수신하고 계산하기 위하여, 우선 제어 모듈(8)은 메모리(9)에 내장된 GIS 데이타를 이용하여 디스플레이 장치(7)에 지도를 표시하도록 메모리 및 LCD(9)를 제어한다. DGPS 모듈(11)은 위성으로부터 GPS 신호를 수신하고, 무선 페이저(12)는 DGPS 기준국으로부터 보정 신호를 수신한다. 그 후, 수신받은 두 신호를 이용하여 도 2에 도시된 알고리듬에 따라 정확한 사용자의 위치를 계산한다. 계산된 정확한 위치값은 제어 모듈(8)에서 메모리(9)로부터의 GIS 데이타와 맵 매칭(map matching)되어, 그 정확한 위치가 LCD(7)에 디스플레이된다.

차량 관제 시스템에서 사용자가 단말기를 통해 관제소로부터 정보(예를 들어 위치/교통/생활 정보 등)를 요구하고, 이에 따라 관제소는 요구된 정보를 사용자에게 전송하며, 사용자의 단말기에서는 이 전송받은 정보를 디스플레이할 수 있는 기능을 구현할 수 있다. 이를 위하여 우선 단말기에서는 사용자가 LCD(7)와 일체로 구현된 터치 스크린을 통해 원하는 정보의 종류를 입력하고 제어 모듈(8)에서는 이에 따라 사용자의 정보 요구 신호를 생성하여 무선 모뎀(10)을 통해 중앙 관제소의 서버(도시되지 않음)로 전송한다.

관제소에서는 정보를 사용자에게 전송하고 이 정보는 무선 모뎀(10)에서 수신되어 제어 모듈(8)로 전달되고, 제어 모듈(8)은 LCD(7)을 제어하여 이 정보를 화면에 표시한다.

또한, 도 3에 도시된 단말기에서 음성을 송수신하는 기능을 수행하는 것도 가능한데, 이를 위하여, 음성 데이타가 음성 모듈(6)을 통해 입력되면 제어 모듈(8)을 이용하여 다중화되고 무선 모뎀(10)으로 전달되어 무선 모뎀(10)에서 변조된 후 무선 링크를 통해 수신자에게로 전달된다. 수신자측에서는 이 음성 신호를 받아 무선 모뎀에서 복조한 후 제어 모듈(8)울 통해 음성 모듈(6)로 입력하여 음성을 들을 수 있게 한다.

상기와 같은 무선 페이저를 이용한 DGPS 전송 방법 및 장치에 따르면, 저렴한 통신 비용으로 DGPS를 구현할 수 있고, 단말기도 소형으로 구현할 수 있다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims

DGPS(Differential Global Positioning System) 오차 보정치 신호를 이용하여 사용자의 위치를 결정하기 위한 DGPS 전송 방법에 있어서,

다수의 위치 오차 보정치를 무선 페이저를 이용하여 다수의 기지국으로부터 전송하는 단계와;

상기 전송된 다수의 위치 오차 보정치를 수신하는 단계와;

수신된 다수의 오차 보정치를 이용하여 사용자의 위치를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 DGPS 전송 방법.
제 1항에 있어서,

상기 수신 단계는 사용자의 단말기에서 무선 페이저를 이용하여 상기 다수의 위치 오차 보정치를 수신하는 단계를 포함하고,

상기 계산 단계는 상기 사용자의 단말기에서 상기 다수의 오차 보정치를 이용하여 사용자의 위치를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 DGPS 전송 방법.
제 1항에 있어서,

상기 수신 단계는 상기 다수의 무선 페이저 기준국으로부터의 다수의 위치 오차 보정치를 집중 기준국에서 유선으로 수신하는 단계를 포함하고;

상기 계산 단계는,

상기 집중 기준국에서 상기 다수의 오차 보정치를 이용하여 오차 보정치의 가중치합을 계산하는 단계와,

상기 가중치합을 무선 페이저를 이용하여 전송하는 단계와,

상기 가중치합을 사용자의 단말기에서 무선 페이저를 이용하여 수신하는 단계와,

상기 수신한 가중치합을 이용하여 사용자의 단말기에서 사용자의 위치를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 DGPS 전송 방법.
DGPS 오차 보정치 신호를 이용하여 사용자의 위치를 결정하기 위한 DGPS 전송 장치에 있어서,

다수의 위치 오차 보정치를 무선 페이저를 이용하여 전송하기 위한 다수의 기지국과;

상기 전송된 다수의 위치 오차 보정치를 수신하여 사용자의 위치를 계산하기 위한 단말 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 DGPS 전송 장치.
제 4항에 있어서,

상기 단말 장치는,

위치 오차 보정치를 수신하기 위한 무선 페이저와;

GPS 신호를 수신하기 위한 수단과;

상기 위치 오차 보정치와 GPS 신호를 이용하여 사용자의 위치를 계산하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 DGPS 전송 장치.
제 5항에 있어서,

상기 단말 장치는,

정보를 저장하기 위한 저장 수단과;

정보를 디스플레이하기 위한 수단과;

음성 데이타를 송수신하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DGPS 전송 장치.