KR100350485B1 - Method for searching the location on the earth using by two satellites - Google Patents

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Abstract

2개의 위성을 이용하여 지구상의 위치를 파악하는 방법에 있어서, 각 위성으로부터 빔 스폿 정보를 수신하는 제1과정과, 상기 각 빔 스폿 정보를 이용하여 다음 제1∼제4단계를 수행하여 각 위성에 대응하는 제1직선의 방정식과 제2직선의 방정식을 구하는 제2과정과, 제1단계: 현재 단말기의 위치로부터 빔 스폿의 경계까지 걸리는 시간 측정. 제2단계: 상기 측정 시간과 위성의 이동시간을 이용하여 거리값 계산. 제3단계: 상기 거리값을 각도와 거리의 비를 이용하여 각도값으로 변환. 제4단계: 상기 빔 스폿 정보에서 4개의 좌표점을 구하고, 상기 4개의 좌표점중 두 개의 좌표점을 연결하여 형성되는 직선과 동일한 기울기를 가지며 상기 직선으로부터 상기 제2단계에서 계산한 거리값 만큼 떨어진 직선의 방정식을 구함. 상기 제1 및 제2직선의 교차점을 찾아 위치를 확인하는 제3과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.A method of determining the position on the earth using two satellites, the first process of receiving beam spot information from each satellite and the following first to fourth steps using each beam spot information And a second step of obtaining a first linear equation and a second linear equation corresponding to the first step, and the first step: measuring the time taken from the current terminal position to the boundary of the beam spot. Second step: calculating a distance value using the measurement time and the travel time of the satellite. Step 3: converting the distance value into an angle value using a ratio of angle and distance. Fourth Step: Obtaining four coordinate points from the beam spot information and having the same slope as a straight line formed by connecting two coordinate points among the four coordinate points, the distance value calculated from the straight line by the second step Find the equation of a straight line that has fallen apart. And a third process of identifying an intersection by finding an intersection point of the first and second straight lines.

Description

2개의 위성을 이용하여 지구상의 위치를 파악하는 방법{METHOD FOR SEARCHING THE LOCATION ON THE EARTH USING BY TWO SATELLITES}METHOD FOR SEARCHING THE LOCATION ON THE EARTH USING BY TWO SATELLITES}

본 발명은 이동통신 단말기의 위치를 파악하기 위한 방법에 관한 것으로, 특히 2개의 위성을 이용하여 단말기 자체적으로 지구상의 위치를 파악할 수 있도록하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for determining the location of a mobile communication terminal, and more particularly, to a method for enabling the terminal itself to determine the location on the earth using two satellites.

이동체의 정확한 위치를 파악하는 기술은 오래 전부터 선박 및 항공기의 항법용으로 사용되어 왔으나 개인용 또는 차량용으로 사용되기 시작한 것은 위성을 이용한 자동 측위 시스템인 GPS(Global Positioning System)가 이용되기 시작한 1990년대 초반부터이다. GPS는 상공에 떠 있는 24개의 위성으로부터 시간과 위치에 대한 정보를 수신하여 삼각 측량의 원리로 현재의 3차원 위치 및 시간을 알아내는 방식이다.The technology for locating the exact position of the moving body has been used for navigation of ships and aircrafts for a long time, but it has been used for personal or vehicle use since the early 1990s when the Global Positioning System (GPS), an automatic positioning system using satellites, was used. to be. GPS receives time and position information from 24 satellites in the air and finds out the current three-dimensional position and time by the principle of triangulation.

휴대용 전화기와 관련된 네비게이션(navigation) 기능은 주로 다음 두 가지 방법을 통해 이루어지고 있다.Navigation functions related to mobile phones are mainly accomplished in two ways.

첫째, 기지국이 고정된 상태에서 전파의 강도를 측정하여 현재 단말기(휴대용 전화기)가 놓여 있는 위치를 찾는다.First, the base station is fixed to find the position where the terminal (mobile phone) is currently placed by measuring the strength of the radio wave.

도 1a 및 도 1b는 3개의 고정된 기지국을 이용하여 사용자의 위치를 파악하는 상황을 설명하기 위한 도면이다. 기지국 1, 2, 3은 각각 해당 위치에 고정되어 있다. 또한 상기 세 기지국은 지구상에서 자신의 절대적인 위치를 이미 알고 있으며, 이는 사용자의 위치를 파악하는 데 있어서 전제 조건이다. 각 기지국으로부터 수신되는 전계 강도를 측정하고, 각 기지국에서 사용자까지의 거리를 측정해서 이들 측정 결과들을 이용하여 위치를 파악한다.1A and 1B are diagrams for explaining a situation of identifying a user's location using three fixed base stations. Base stations 1, 2, and 3 are fixed at the respective positions. In addition, the three base stations already know their absolute position on the earth, which is a prerequisite for determining the position of the user. The electric field strength received from each base station is measured, and the distance from each base station to the user is measured to determine the location using these measurement results.

상기 방법은 기지국이 움직일 경우 사용자의 위치 파악이 불가능하다. 또한 주변에서 확인되는 기지국이 2개 이하인 경우에도 사용을 할 수 없다. 다시 말해서, 이 방법은 3개 이상의 고정된 기지국들이 있어야 측정이 가능하다. 그러므로 인공위성이 기지국이 되는 경우, 즉 이동 기지국인 경우에는 쓸모가 없어지는 기술인 것이다. 그래서 인공위성 통신을 하는 글로벌(global) 서비스에는 적합하지 않다. 또한 단말기에서 자체적으로 자신의 위치를 파악할 수가 없다.In this method, the user's location cannot be determined when the base station moves. In addition, even if there are two or less base stations confirmed in the vicinity can not be used. In other words, this method requires three or more fixed base stations to measure. Therefore, when the satellite becomes a base station, that is, a mobile base station, it is a technology that becomes useless. Therefore, it is not suitable for the global service of satellite communication. In addition, the terminal cannot determine its own location.

둘째, GPS수신기를 휴대용 전화기에 장착하여 위치를 찾는다.Second, the GPS receiver is mounted on the mobile phone to find a location.

도 2는 3개의 GPS 위성을 이용하여 사용자의 위치를 파악하는 상황을 설명하기 위한 도면이다. 휴대용 전화기에 장착된 GPS 수신기(100)가 GPS 1, 2, 3 위성에서 주어지는 정보들을 이용하여 사용자, 즉 상기 휴대용 전화기를 소지한 사람의 현재 위치를 알아낸다.FIG. 2 is a diagram for describing a situation of identifying a location of a user using three GPS satellites. The GPS receiver 100 mounted on the portable telephone uses the information given by the GPS 1, 2, and 3 satellites to determine the current location of the user, that is, the person holding the portable telephone.

하지만 휴대용 전화기를 점점 소형, 경량화 하려는 현재의 추세에 비추어 볼 때 GPS수신기를 휴대용 전화기에 장착한다는 것은 부정적인 요소로 작용할 측면이 크다.However, in light of the current trend toward smaller and lighter portable phones, mounting GPS receivers on mobile phones is a negative factor.

GPS수신기를 장착하는 방법은 상기와 같은 휴대용 전화기의 경우뿐만 아니라 다른 이동체, 예를 들면 자동차 네비게이션의 경우에도 마찬가지 문제를 갖는다. 즉 GPS수신기를 자동차에 새로 장착한다는 것은 비용 측면에서 부담이 된다. 또한 GPS 위성이 지구에서 가장 멀리 떨어져 있는 위성중의 하나이므로 전파의 수신 감도가 현저히 나쁜 상황에 있기 때문에 고층 빌딩 숲이나 고가도로 밑과 같은 곳에서는 수신이 힘들어 자신의 위치를 파악하는 데 상당한 어려움이 따른다.The method of mounting the GPS receiver has the same problem not only in the case of the portable telephone as described above but also in the case of other mobile objects such as car navigation. In other words, a new GPS receiver in a car is costly. Also, since GPS satellites are one of the farthest satellites in the world, the reception sensitivity of the radio waves is very poor, so it is difficult to receive them in places such as skyscrapers or under elevated roads. .

따라서 본 발명의 목적은 단 2개의 위성을 이용하여 단말기 자체적으로 지구상의 위치를 파악할 수 있도록 하는 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for determining the location of the earth by the terminal itself using only two satellites.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 2개의 위성을 이용하여 지구상의 위치를 파악하는 방법에 있어서, 각 위성으로부터 빔 스폿 정보를 수신하는 제1과정과, 상기 각 빔 스폿 정보를 이용하여 다음 제1∼제4단계를 수행하여 각 위성에 대응하는 제1직선의 방정식과 제2직선의 방정식을 구하는 제2과정과, 제1단계: 현재 단말기의 위치로부터 빔 스폿의 경계까지 걸리는 시간 측정. 제2단계: 상기 측정 시간과 위성의 이동시간을 이용하여 거리값 계산. 제3단계: 상기 거리값을 각도와 거리의 비를 이용하여 각도값으로 변환. 제4단계: 상기 빔 스폿 정보에서 4개의 좌표점을 구하고, 상기 4개의 좌표점중 두 개의 좌표점을 연결하여 형성되는 직선과 동일한 기울기를 가지며 상기 직선으로부터 상기 제2단계에서 계산한 거리값 만큼 떨어진 직선의 방정식을 구함. 상기 제1 및 제2직선의 교차점을 찾아 위치를 확인하는 제3과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for determining a location on the earth using two satellites, the method comprising: receiving beam spot information from each satellite; Performing a first to fourth step to obtain a first linear equation and a second linear equation corresponding to each satellite; and the first step: measuring the time taken from the current terminal position to the boundary of the beam spot. Second step: calculating a distance value using the measurement time and the travel time of the satellite. Step 3: converting the distance value into an angle value using a ratio of angle and distance. Fourth Step: Obtaining four coordinate points from the beam spot information and having the same slope as a straight line formed by connecting two coordinate points among the four coordinate points, the distance value calculated from the straight line by the second step Find the equation of a straight line that has fallen apart. And a third process of identifying an intersection by finding an intersection point of the first and second straight lines.

도 1a 및 도 1b는 3개의 고정된 기지국을 이용하여 사용자의 위치를 파악하는 상황을 설명하기 위한 도면1A and 1B are diagrams for explaining a situation of identifying a user's location using three fixed base stations.

도 2는 3개의 GPS 위성을 이용하여 사용자의 위치를 파악하는 상황을 설명하기 위한 도면2 is a view for explaining a situation of determining the location of a user using three GPS satellites

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 위치 판단 방법을 좌표상에서 설명하기 위한 도면3 is a view for explaining a position determination method according to an embodiment of the present invention in coordinates;

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 위치 판단 방법을 나타낸 순서도4 is a flowchart illustrating a position determining method according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 인공위성의 종류 등과 같은 특정(特定) 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, specific matters such as specific types of satellites, etc., are provided to help a more general understanding of the present invention, and it is to be understood that the present invention may be practiced without these specific matters. It is self-evident to those who have knowledge. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 위치 판단 방법을 좌표상에서 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 위치 판단 방법을 나타낸 순서도 이다.3 is a view for explaining a position determination method according to an embodiment of the present invention in coordinates, and FIG. 4 is a flowchart illustrating a position determination method according to an embodiment of the present invention.

아이코(ICO), 이리듐(IRIDIUM), 글로벌 스타(GLOBAL STAR) 및 IMT-2000용 등과 같은 인공위성들은 셀(cell) 방식을 사용한다. 즉 인공위성들은 지상으로 빔 스폿(beam spot)을 쏘는데, 서로 이웃하는 빔 스폿끼리는 일정 정도 겹치는 부분이 존재한다. 이 빔 스폿들의 바깥 부분(가장자리)을 연결하면 하나의 큰 원을 형성한다. 그러므로 상기 원 내부의 빔 스폿들은 상기 큰 원을 나누는 셀의 개념으로 볼 수 있다. 일 예로, ICO 위성의 경우 180여개의 빔 스폿을 가진다.Satellites such as ICO, IRIDIUM, GLOBAL STAR and IMT-2000 use a cell method. That is, satellites shoot beam spots to the ground, where neighboring beam spots overlap each other to some extent. Connecting the outer parts of these beam spots forms one large circle. Therefore, the beam spots inside the circle can be regarded as the concept of a cell dividing the large circle. For example, the ICO satellite has about 180 beam spots.

인공위성들은 항상 동일한 궤도를 돌아 일정한 시간에 일정한 위치에 오는 특성을 갖는다. 그러므로 그 인공위성들은 각자의 셀에 대한 좌표 및 그 좌표의 속도를 가지고 있다. 또한 인공위성은 그러한 셀 관련 정보를 지속적으로 보내주는 바, 본 발명의 실시 예에서 이용하고자 하는 위성의 속도(셀 이동속도), 빔의 직경 및 꼭지 좌표점(셀 좌표) 등은 기본적으로 알 수 있는 정보인 것이다. 단, 빔 스폿의 정보를 획득하는 데 있어서 전제되어야 할 조건은 두 셀이 조금이라도 엇갈리게 지나가야 한다는 것이다.Satellites have the characteristic of always going around the same orbit and coming to a certain position at a certain time. Therefore, the satellites have coordinates for their cells and their coordinate speeds. In addition, the satellite continuously transmits such cell-related information. In this embodiment of the present invention, the satellite speed (cell movement speed), the beam diameter, and the vertex coordinate point (cell coordinate) can be basically known. It's information. However, the precondition for obtaining the beam spot information is that the two cells must cross each other slightly.

도 3을 참조하면, 4개의 좌표점(A, B, C, D 혹은 A', B', C', D')은 소정의 각도(degree)를 가진다. 위성의 지구 자전 속도는 k km/s로 가정하고, 거리(d km)와 상기 각도와의 관계는 1。를 m km로 가정한다. 또한 한 셀의 직경을 1km로 한다.Referring to FIG. 3, four coordinate points A, B, C, D or A ', B', C ', and D' have a predetermined degree. The earth's rotational speed of the satellite is assumed to be k km / s, and the relationship between the distance (d km) and the angle is assumed to be 1 ° m km. In addition, the diameter of one cell is 1 km.

현재 사용자가 있는 곳에서 빔 스폿(셀)의 경계까지 걸리는 시간을 측정한다. 이때 단위는 초(second)로 한다. 핸드오버(hand over)를 하기 때문에 빔 스폿의 경계를 찾을 수 있다. 구체적으로 설명하면, 모든 인공위성 서비스에서는 다음 셀로 핸드오프를 하기 위해서 근접 셀에 내려오는 전파의 세기를 측정하고 있다. 물론 현재 자기가 위치하고 있는 셀의 전파의 세기도 측정하고 있다. 그러므로 2셀에서의 서로 다른 주파수의 전파의 세기를 측정하여 일정한 값이 되면 그것을 셀의 경계로 판단하면 된다.The time taken from the current user to the boundary of the beam spot (cell) is measured. In this case, the unit is second. Because of the handover, the boundary of the beam spot can be found. Specifically, all satellite services measure the strength of radio waves falling to the neighbor cell in order to handoff to the next cell. Of course, the intensity of the radio waves of the cell in which it is located is also measured. Therefore, by measuring the intensity of the radio waves of different frequencies in the two cells and a certain value can be determined as the cell boundary.

빔 경계까지 걸리는 시간과 위성의 이동시간을 이용하여 거리(d = ks km)를 계산한다. 그리고 그 계산된 거리를 각도와 거리의 비를 이용하여 각도로 변환한다().The distance (d = ks km) is calculated using the time taken to the beam boundary and the moving time of the satellite. The calculated distance is then converted to an angle using the ratio of the angle to the distance ( ).

한 축의 위(경)도 직선 방정식은 다음과 같이 구한다. 직선 AD와 기울기는 동일하고 상기 직선 AD로부터 거리는 d만큼 떨어진 직선의 방정식을 구한다. 동일한 방법으로 다음 번 셀도 직선 A'D'에 평행한 직선의 방정식을 구한다. 그렇게 해서 두 개의 직선의 방정식의 교차점을 찾으면 지구상에서의 자신의 위치를 알 수 있다.The latitude-longitude linear equation of one axis is given by The straight line AD and the slope are the same, and the distance from the straight line AD obtains an equation of a straight line separated by d. In the same way, the next cell also finds an equation of a straight line parallel to the straight line A'D '. Thus, by finding the intersection of two straight line equations, we know our position on Earth.

직선 AD의 방정식을 y = ax + b라고 가정하고, 상기 직선 AD가 두 점 A(x1, y1)와 D(x4, y4)를 지난다고 가정하면, 직선의 기울기 a는 다음 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. 그러므로 직선 AD의 방정식 y는 다음 수학식 2와 같이 표현된다.Suppose the equation of the straight line AD is y = ax + b, and assume that the straight line AD passes two points A (x 1 , y 1 ) and D (x 4 , y 4 ), then the slope a of the straight line is It can be expressed as Equation 1. Therefore, the equation y of the straight line AD is expressed as Equation 2 below.

또한 직선 AD는 점 D(x4, y4)를 지나는 바, b는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다. In addition, the straight line AD passes through the point D (x 4 , y 4 ), and b may be expressed as Equation 3 below.

그러므로 직선 AD의 방정식 y는 다음 수학식 4와 같이 표현된다. 한편 직선 y = ax를 x축으로 m, y축으로 n만큼 이동시킬 경우 그 이동된 직선은 y = a(x - m) + n으로 나타내어짐은 주지의 사실이다. 그런데 도 3의 직선 AD로부터 수직방향으로 떨어진 거리 d를 기울기로 하는 직각삼각형을 가정하고, 그 밑변을 m, 높이를 n이라 가정하며, 상기 밑변 m을 포함하는 가로축(x': 도시하지 않음.)과 점D(x4, y4)가 있는 x축은 서로 평행하다고 가정하면, 상기 m은, 상기 n은로 나타낼 수 있다. 그래서 상기 수학식 4와 같이 표현되는 직선 AD를 거리 d만큼 평행 이동한 직선의 방정식은 다음 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. 여기서 거리 d는 전술한 바와 같이로 변환할 수 있는 바, 다음 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다. Therefore, the equation y of the straight line AD is expressed as Equation 4 below. On the other hand, if the straight line y = ax is moved by m on the x axis and n on the y axis, it is well known that the moved straight line is represented by y = a (x-m) + n. By the way, a right triangle is assumed to incline a distance d away from the straight line AD of FIG. ) And the x-axis with point D (x 4 , y 4 ) are parallel to each other, N is It can be represented by. Therefore, an equation of a straight line in which the straight line AD, which is expressed as in Equation 4, is moved in parallel by the distance d may be expressed as in Equation 5 below. Where the distance d is It can be converted to, and can be expressed as Equation 6 below.

상기 수학식 6은 다음 수학식 7과 같이 정리될 수 있다.Equation 6 may be summarized as in Equation 7 below.

여기서 -는이므로는이다.here - Is Because of Is to be.

이렇게 하여 직선 AD와 평행하고 d만큼 떨어진 직선의 방정식을 구할 수 있으며, 이를 다른 축에도 동일하게 적용하여 직선 A'D'와 평행한 직선의 방정식을 구할 수 있다. 두 직선의 방정식을 구해서 교점을 찾으면 지구상의 위치가 파악된다.In this way, an equation of a straight line parallel to the straight line AD and separated by d can be obtained. The same equation can be applied to other axes to obtain a straight line equation parallel to the straight line A'D '. Finding the intersection point by solving the equations of two straight lines reveals the location on Earth.

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 만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 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 to the described embodiments, but should be defined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.

상술한 바와 같이 본 발명은 단 2개의 위성을 이용하여 지구상의 위치를 파악할 수 있고, 단말기가 자체적으로 자신의 위치를 파악 할 수 있는 장점이 있다. 또한 새로운 장비의 추가가 필요 없어서 경제적이다.As described above, the present invention can grasp the location on the earth using only two satellites, and the terminal can grasp its own location by itself. It is also economical because there is no need to add new equipment.

Claims (2)

2개의 위성을 이용하여 지구상의 위치를 파악하는 방법에 있어서,In the method of determining the position on earth using two satellites, 각 위성으로부터 빔 스폿 정보를 수신하는 제1과정과,A first process of receiving beam spot information from each satellite, 상기 각 빔 스폿 정보를 이용하여 다음 제1∼제4단계를 수행하여 각 위성에 대응하는 제1직선의 방정식과 제2직선의 방정식을 구하는 제2과정과,A second step of obtaining first and second equations corresponding to each satellite by performing the following first to fourth steps using the beam spot information; 제1단계: 현재 단말기의 위치로부터 빔 스폿의 경계까지 걸리는 시간 측정.First step: measuring the time taken from the current terminal position to the boundary of the beam spot. 제2단계: 상기 측정 시간과 위성의 이동시간을 이용하여 거리값 계산.Second step: calculating a distance value using the measurement time and the travel time of the satellite. 제3단계: 상기 거리값을 각도와 거리의 비를 이용하여 각도값으로 변환.Step 3: converting the distance value into an angle value using a ratio of angle and distance. 제4단계: 상기 빔 스폿 정보에서 4개의 좌표점을 구하고, 상기 4개의 좌표점중 두 개의 좌표점을 연결하여 형성되는 직선과 동일한 기울기를 가지며 상기 직선으로부터 상기 제2단계에서 계산한 거리값 만큼 떨어진 직선의 방정식을 구함.Fourth Step: Obtaining four coordinate points from the beam spot information and having the same slope as a straight line formed by connecting two coordinate points among the four coordinate points, the distance value calculated from the straight line by the second step Find the equation of a straight line that has fallen apart. 상기 제1 및 제2직선의 교차점을 찾아 위치를 확인하는 제3과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.And a third process of identifying an intersection by finding an intersection point of the first and second straight lines. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2과정에서 근접 빔 스폿에 대응하는 전파의 세기와 현재 위치에 해당하는 빔 스폿에 대응하는 전파의 세기를 측정하여 서로 다른 주파수이고 일정한 값을 갖는 전파의 세기가 측정되면 빔 스폿의 경계로 판단함을 특징으로 하는 방법.In the second process, the intensity of the radio wave corresponding to the proximity beam spot and the intensity of the radio wave corresponding to the beam spot corresponding to the current position are measured. Judging.
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