KR100389704B1

KR100389704B1 - Ｇｐｓ와 ｉｎｓ를 탑재하여 연속 측위가 가능한 이동통신 단말기 및 그 측위방법

Info

Publication number: KR100389704B1
Application number: KR10-2000-0033677A
Authority: KR
Inventors: 지규인; 이영식; 이영재; 박찬국; 홍진석; 이중원
Original assignee: 지규인
Priority date: 2000-06-19
Filing date: 2000-06-19
Publication date: 2003-07-02
Also published as: KR20010113370A

Abstract

본 발명은 GPS와 INS를 탑재하여 연속 측위가 가능한 이동통신 단말기 및 그 측위방법에 관한 것으로, 단독 측위가 가능하면서 기지국 또는 INS로부터의 도플러 정보를 이용하여 측위 속도의 개선이 가능한 GPS 수신기와 다수의 가속도 센서 및 자이로 센서를 혼합하여 단독 추측 항법이 가능한 INS 유니트의 강결합을 구현하고, 상기 GPS 수신기와 단독 무선 측위가 가능한 CDMA를 통합하여 혼합 항법 알고리즘을 구현하며, 상기 CDMA와 INS 유니트의 결합을 통하여 GPS의 사용유무에 관계없이 연속적인 측위가 가능하도록 함으로써, 절대 위치 20미터 이내의 위치 정확도를 제공하는 GPS 측위 방식과 연속적인 자세 정보를 제공할 수 있는 다중센서 구조의 INS 유니트의 장점만을 이용하여 긴급 위치 송출시 발생하는 기존 단말기의 대응 시간 지연 문제와 부정확한 위치 오차가 발생하는 기술적 한계를 GPS와 INS 유니트, 그리고 CDMA 망의 효율적 통합으로 극복할 수 있으므로 이동 통신 단말기의 긴급 위치정보 송출의 실시간 구현, 연속적인 실시간 측위 정보, 정밀한 실내 측위 등 기존 단말기로는 제공이 불가능한 측위 정보를 이동 통신 단말기 사용자에게 제공할 수 있게 된다.

Description

ＧＰＳ와 ＩＮＳ를 탑재하여 연속 측위가 가능한 이동통신 단말기 및 그 측위방법{MOBILE COMMUNICATING DEVICE AND THE METHOD FOR CONTINUOUS LOCATION USING GPS AND INS}

본 발명은 GPS(Global Positioning System)와 INS(Inertial Navigation System)를 탑재하여 연속 측위가 가능한 이동통신 단말기에 관한 것으로, 특히 GPS/INS/CDMA(Code Devision Multiple Access)의 적절한 상호간 통합 방식과 이를 운용하기 위한 다양한 측위 알고리즘을 구현한 이동통신 단말기의 제작 및 저 전력 형태의 적당한 하드웨어를 구현하고자 하며, 이로 인해 측위 방식에 있어서 연속적이고 신속하고 상호 보완적인 측위 정보 서비스를 제공할 수 있는 완전성을 갖춘 통합 측위 시스템을 구현하도록 한 것이다.

최근 무선 이동통신 단말기의 긴급서비스 제공을 목적으로 위성항법시스템 및 관성항법기술이 결합되어 단말기의 현 위치를 계산 및 공유하는 방법이 다수 대두되며, 종래에는 GPS와 INS의 결합, GPS와 이동통신 단말기의 결합이 이 분야 측위 기술의 주요 응용 분야지만 두 가지의 결합은 각각 목적을 달리하는 적용 분야에 있어서의 독립적인 결합이었다.

상기한 세가지 측위 방식, 즉 GPS, INS, CDMA망은 각각이 장단점을 갖고 있으므로 서로의 장단점을 보완하기 위해 GPS/INS 또는 GPS/CDMA 등의 결합을 통한 통합 측위 시스템이 개발되어 왔지만, 이런 결합 방식으로는 완전한 형태의 측위 서비스 제공이 어렵게 된다.

즉, GPS/INS 결합의 경우는 연속적인 측위가 가능한 반면, 측위 서비스를 위해서는 별도의 통신 수단이 필요하고, GPS/CDMA의 경우는 통신 단말기 특성상 짧은 순간의 위치정보만 서비스가 가능한 단점이 있다. 또한, 실내에서는 GPS수신이 안되므로 GPS를 이용한 측위 기술의 사용이 불가능하며 전력상의 제약으로 위치오차가 수십 미터가 되는 단 한 점만을 계산하므로 위치추적 서비스에 많은 비용이 소모되는 어려움이 있다.

더욱이 종래 기술은 모두가 자립식이 아닌 외부 위성정보, 또는 기지국 정보 등 외부로부터 정보를 입수해야만 위치계산이 가능하므로 그 신호가 단절되면 전혀 측위가 불가능한 상태가 되는 단점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 주변 CDMA기지국 신호를 이용한 삼각측량법과 GPS를 탑재한 경우 GPS의 측위정보를 이용하는 방법 및 상기 두가지 방법을 혼합한 상태에서 극소형 INS를 추가로 결합하여 기존 측위 방법으로 구현이 불가능한 실내 측위, 연속 측위, 실시간 위치추적 등의 서비스가 가능하도록 통합 측위 시스템을 구현한 GPS와 INS를 탑재하여 연속 측위가 가능한 이동통신 단말기를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 종래 기술이 갖고 있는 GPS/INS 결합에 있어서의 추가 통신 수단 요구, GPS/CDMA 결합에 있어서의 위치 정보 제공 제약, GPS수신 측위 기술 적용의 제한이라는 문제점을 해결하기 위해 세 가지 측위 시스템, 즉 GPS, INS, CDMA 측위 방식의 장단점을 서로 보완할 수 있는 방식으로 GPS/INS, GPS/CDMA, CDMA/INS 등의 결합과, 필요에 따라서 상호간의 강결합을 통해 GPS/INS/CDMA를 적절히 통합할 수 있는 GPS와 INS를 탑재하여 연속 측위가 가능한 이동통신 단말기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 단독 측위가 가능하면서 기지국 또는 INS로부터의 도플러 정보를 이용하여 측위 속도의 개선이 가능한 GPS 수신기와 다수의 가속도 센서 및 자이로 센서를 혼합하여 단독 추측 항법이 가능한 INS 유니트의 강결합을 구현하고, 상기 GPS 수신기와 단독 무선 측위가 가능한 CDMA를 통합하여 혼합 항법 알고리즘을 구현하며, 상기 CDMA와 INS 유니트의 결합을 통하여 GPS의 사용유무에 관계없이 연속적인 측위가 가능하도록 상기 INS 유니트는 단말기의 가속도, 속도, 방향각을 계산하기 위해 가속도 추정용 칼만 필터, 속도 추정용 칼만 필터, 방향 추정용 칼만 필터 및 추측항법 모듈로 구성하며, 각 모듈에 대한 선택적인 전력공급을 할 수 있도록 전력관리 모듈이 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 GPS와 INS를 탑재하여 연속 측위가 가능한 것을 특징으로 한다.또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 측위방법은 현 위치정보에 대해 GPS의 상태와 CDMA의 측위 가능 여부를 판별하는 단계와, 이동 통신 단말기의 통신 모듈과 신호처리 모듈이 GPS 신호와 이동통신 신호를 수신하여 GPS 위성까지의 의사거리와 기지국간 의사거리를 측정하는 단계와, 가속도센서 및 자이로센서를 내장한 INS 유니트가 센서 정보를 이용하여 이동통신 단말기의 초기 정렬을 수행하는 단계와, INS 유니트가 센서 정보를 이용하여 이동통신 단말기의 위치정보를 추측항법으로 계산하는 단계와, 상기 INS 유니트에 구현된 추측항법과 가속도 및 방향정보를 이용하여 INS 유니트가 GPS 수신기를 위한 도플러 추정값을 계산하는 단계와, 상호 정보를 혼합하여 연속적인 측위를 가능하게 하는 GPS/INS 혼합 항법 알고리즘을 단말기의 마이크로프로세서가 수행하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.상기에서, GPS의 사용이 불가능한 상태에서도 관성센서로부터의 가속도 및 각속도 정보와 기지국과 단말기 사이의 통신신호로부터의 거리정보만을 측정값으로 하여 CDMA/INS 통합항법 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.상기에서, GPS와 CDMA신호를 모두 사용하여도 측위가 불가능한 상태이면 관성센서로부터의 가속도 및 각속도 측정값만을 이용하여 추측항법기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의하여 일반적인 방법으로 통합된 전력관리가 포함된 GPS/INS/CDMA 복합 단말기의 구성도.

도 2는 GPS와 INS가 강결합으로 통합된 전력관리가 포함된 이동통신 단말기의 또다른 실시예에 대한 구성도.

도 3은 GPS와 CDMA가 회로를 공유하는 구조를 갖는 전력관리가 포함된 통합된 이동통신 단말기의 또다른 실시예에 대한 구성도.

도 4는 통합 단말기에 사용된 가속도 센서와 자이로 센서 유니트와 각 센서 데이터를 하나로 묶는 구조를 갖는 INS의 구성도.

도 5는 도2에서 GPS와 INS가 강결합으로 통합되었을 때의 구조를 도시한 상세도.

도 6은 도2와 도3에서 CDMA가 기지국으로부터 받은 GPS 위성정보 및 기지국 정보와 GPS 정보를 결합하는 구조도.

도 7은 GPS, INS, CDMA의 부분 결합과 전체의 결합구조를 도시한 상세도.

도 8은 GPS, INS, CDMA의 통합 알고리즘이 처리되는 순서도.

도 9는 GPS와 INS의 강결합 통합 알고리즘이 처리되는 순서도.

도 10은 GPS와 CDMA가 통합되어 수행되는 알고리즘의 처리 순서도.

도 11은 CDMA와 INS만을 이용한 통합 알고리즘의 처리 순서에 대한 흐름도.

< 도면의 주요부분에 대한 설명>

1,1a,1b : 이동 통신용 안테나 2,2a,2b : GPS안테나

3,3a,3b : RF/IF 변환기 4,4a,4b : 통신 신호 변조기

5,5a,5b : 신호처리 모듈 6,6a,6b : 마이크로 프로세서

7,7a : GPS 수신기 8,8a,8b : 전력관리 모듈

9,9a,9b : INS 유니트 10,10a,10b : 복합 이동통신 단말기

11 : INS 유니트 35,48 : GPS/CDMA 통합 필터

49 : GPS/INS 통합 필터 50 : GPS/INS/CDMA 통합 필터

이하, 본 발명에 의한 이동통신 단말기를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제1실시예를 보인 블록도로서, 이동 통신용 안테나(1), 이동 통신용 안테나(1)에 연결된 통신 모듈, 이에 연결된 신호처리 모듈(5), GPS 안테나(2), 이 GPS 안테나(2)에 연결된 GPS 수신기(7), INS 센서 모듈, 상기 신호처리 모듈(5)과 GPS 수신기(7) 및 INS 모듈의 출력을 받아 연산 및 처리하는 마이크로 프로세서 모듈(6), 각 모듈에 연결되어 전력을 관리하는 전력관리 모듈(8)로 이루어져 있다.

본 발명에 의한 제2실시예의 구성은 도2에 도시한 바와 같이, 이동 통신용 안테나(1a), 이동 통신용 안테나(1a)에 연결된 통신 모듈, 이에 연결된 신호처리 모듈(5), GPS 안테나(2a), INS 센서 모듈과 강결합 구조를 가질 수 있는 GPS 안테나(2a)와 연결된 GPS 수신기(7a), 신호처리 모듈(5a)과 GPS 수신기(7a) 그리고 INS 모듈의 출력을 받아 처리하는 마이크로 프로세서 모듈(6a), 각 모듈에 연결되어 전력을 관리하는 전력관리 모듈(8a)로 이루어져 있다.

본 발명에 의한 제3실시예의 구성은 도 3에 도시한 바와 같이, 이동 통신용 안테나(1b), GPS 안테나(2b), GPS 수신기와 강결합 구조를 가질 수 있는 두 개의 안테나와 연결된 통신 모듈, 이에 연결된 신호처리 모듈(5b), INS 센서 모듈, 신호처리 모듈(5b)과 INS 모듈의 출력을 받아 처리하는 마이크로 프로세서 모듈(6b), 각 모듈에 연결되어 전력을 관리하는 전력관리 모듈(8b)로 이루어져 있다.

도 1, 도 2, 도 3에 있어서 INS 모듈의 구성은 도 4에 도시된 바와 같이, 다수의 가속도 센서(13)와 다수의 자이로 센서(14)가 연결되어 있는 센서 유니트(12)와 이들 센서로부터 일정한 속도로 데이터 샘플링을 수행하는 센서 데이터 멀티 채널 샘플링 유니트(15), 샘플링된 각 센서 데이터로부터 오차 보정과 추측항법 연산 및 자세 정보를 추출하는 센서데이타 연산 및 처리 유니트(16), 이를 다른 모듈로 전달하는 경로인 데이터 입출력 유니트(17)로 되어 있다.

도 2에 있어서 강결합으로 이루어진 GPS/INS 결합 구조도는 도 5에 도시된 바와 같이, GPS 안테나(21)와 연결된 GPS 수신기(22), 다수의 가속도 센서와 다수의 자이로 센서가 연결되어 있는 INS 센서모듈(23), 상기 GPS 수신기(22) 및 INS 센서모듈(23)로부터 가속도 정보를 받아 가속도 센서의 바이어스와 가속도 오차를 추정하여 가속도에 대한 보정을 수행하는 가속도 추정용 칼만 필터(24), 상기 GPS 수신기(22) 및 INS 센서모듈(23)로부터 속도 정보를 받아 가속도 센서로부터 추정된 속도의 바이어스와 속도오차를 추정하여 속도에 대한 보정을 수행하는 속도 추정용 칼만 필터(25), 상기 GPS 수신기(22) 및 INS 센서모듈(23)로부터 방향 정보를 받아 자이로 센서의 바이어스와 방향각 오차를 추정하여 방향각에 대한 보정을 수행하는 방향 추정용 칼만 필터(25), 각 필터로부터 추정된 자세정보를 이용하여 추측항법(Dead Reckoning Navigation)을 수행하고 자세의 도플러 추정값을 계산하여 GPS 수신기(22)에 피드백을 수행하는 추측항법 모듈(27), 추측항법 모듈(27)로부터 위치를 계산하는 위치 필터(28)로 구성된다.

도 1 또는 도 3에 있어서 GPS/CDMA 통합필터를 나타낸 구조도는 도 6에 도시한 바와 같이, GPS안테나(31)와 연결된 GPS수신기(33), CDMA안테나(32)와 연결되어 외부 기지국(Base Station)과 통신하는 CDMA 모듈(34), GPS수신기(33) 및 CDMA 모듈(34)로부터 수신된 GPS 위성정보와 기지국의 PN(Pseudo-random Noise)신호를 이용하여 도플러 추정값을 계산하여 GPS수신기(33)로 피드백을 수행하고, CDMA망을 이용한 측위를 수행하여 TOA(Time of Arrival), TDOA(Time Difference of Arrival) 정보를 추정하여 CDMA모듈(34)로 위치정보를 피드백하는 GPS/CDMA 혼합 항법 알고리즘을 수행하는 GPS/CDMA 통합필터(35)로 구성된다.도 1, 도 2, 도 3에 있어서 측위 관점에서의 GPS/INS/CDMA 통신망 결합구조도는 도 7에 도시된 바와 같이, 기지국(42)으로부터 파일롯 신호를 받아 TOA, TDOA 정보를 추정하여 제공하는 CDMA 모듈(44), GPS 위성과 수신기간의 의사거리, 정밀한 시각정보 및 단말기의 자세, 위치 및 속도정보를 제공하는 GPS 수신기(46), 단말기의 가속도, 각속도 및 자세정보를 신속하게 제공하는 INS 모듈(47), CDMA망을 이용하여 측위를 수행하고, GPS 위성정보를 받아 GPS/CDMA 알고리즘을 수행하는 GPS/CDMA 혼합 항법 모듈(48), GPS 수신기(46)로 입력되는 위성신호에 의해 단말기와 GPS 위성간 의사거리를 측정하고, INS 모듈(47)로부터 가속도, 속도, 방향각 등의 자세정보를 검출하는 GPS/INS 혼합 항법 모듈(49), 상기 GPS/CDMA 혼합 항법 모듈(48) 및 GPS/INS 혼합 항법 모듈(49)로부터 생성된 정보들을 이용하여 통합 알고리즘을 수행하는 GPS/INS/CDMA 통합 필터(50)로 구성된다.

도 1, 도 2, 도 3에 있어서 GPS/INS/CDMA 통신망 통합 알고리즘의 동작 수행 순서는 도 8에 간략화 하였으며 그 수행 절차를 설명하면 다음과 같다.

1. 이동통신 단말기의 위치정보에 대한 요청이 발생하는지를 검사한다(110).

2. 위치 정보에 대한 요청이 없으면 저 전력상태의 대기상태를 유지한다.

3. 위치 정보에 대한 요청이 있을 경우, 단말기가 저장하고 있던 최종 위치정보가 현재 시각의 현재 위치를 가리키는지 판별한다(120).

4. 현재 저장 위치가 사용 가능한 현 위치를 나타내는 것이 판별되면 현 위치정보를 그대로 전송한다.

5. 현 위치 정보가 현재 시간의 위치가 아니라고 판별되면 측위를 위한 과정으로 이동한다.

6. 이동 통신용 안테나(1,1a,1b)로부터 수신되는 기지국(들)의 PN신호를 통신 모듈을 거쳐서 신호처리 모듈을 통과시켜 단말기와 기지국간 의사거리(들)와 보정 시각을 측정한다(130).

7. GPS 안테나로부터 수신되는 GPS 위성신호를 GPS수신기에 통과시켜서 위성신호의 전달시간을 측정하고, 위성의 위치정보와 보정값을 이용하여 단말기와 GPS 위성간 의사거리를 측정한다(140).

8. INS 센서 모듈로부터 실시간으로 출력되는 움직임 정보를 센서별로 오차 보정을 수행하고 가속도, 속도, 방향각 등의 자세정보를 검출하며, 이를 이용하여 GPS 수신기를 위한 도플러 추정값을 계산한다(150).

9. 메인 프로세서는 GPS로부터 의사거리 현재시각, CDMA 모듈로부터 기지국간 의사거리 및 보정 시각 정보, INS 모듈로부터 순간 자세정보를 받아 GPS/INS/CDMA 통합 필터링 알고리즘을 수행하여 단말기의 현 위치를 계산한다(160).

10. 메인 프로세서가 계산한 새로운 위치정보를 저장 및 전송한다(170)(180).

11. 만약 외부 관제 시스템으로부터 단말기의 현 위치 정보의 추적 요청이 있으면 단말기는 추적 모드에 해당하는 최적 전력 관리모드를 수행하고 GPS와 INS로부터 연속적인 위치계산을 수행하고 이를 일정한 시간 간격으로 전송한다.

도 2와 도 3에 있어서 GPS/INS의 결합 구조에 대한 기본 알고리즘 동작 순서는 도 9에 간략화하여 도시하였으며 그 수행 절차과정은 다음과 같다.

1. 확보된 GPS 데이터로부터 위치계산 여부와 DOP, 위성수 등을 고려하여 GPS의 상태를 판별한다(210).

2. INS 유니트로부터 가속도 센서(13)와 자이로 센서(14) 각각의 데이터를 확보한다(220).

3. GPS 상태를 판별하여 사용 가능한 상태로 판별되면 GPS로부터의 가속도 정보와 가속도 센서의 가속도 출력을 측정값으로 하는 가속도 추정용 칼만 필터를 수행한다(230). 여기서 가속도 추정용 칼만 필터는 가속도 센서의 바이어스와 가속도 오차를 추정하여 가속도에 대한 보정을 수행한다. GPS가 가용하지 않을 경우 가속도 센서의 자기 보정을 수행한다.

4. GPS 상태를 판별하여 사용 가능한 상태로 판별되면 GPS로부터의 속도 정보와 가속도 센서의 속도 출력을 측정값으로 하는 속도 추정용 칼만 필터를 수행한다(240). 여기서 속도 추정용 칼만 필터는 가속도 센서로부터 추정된 속도의 바이어스와 속도 오차를 추정하여 속도에 대한 보정을 수행하고 속도 추정치를 계산한다. GPS가 가용하지 않을 경우 속도의 자기 보정을 수행한다.

5. GPS 상태를 판별하여 사용 가능한 상태로 판별되면 GPS로부터의 방향각 정보와 자이로 센서의 방향각 출력을 측정값으로 하는 방향 추정용 칼만 필터를 수행한다(250). 여기서 방향 추정용 칼만 필터는 자이로 센서의 바이어스와 방향각 오차를 추정하여 방향각에 대한 보정을 수행하고 방향각을 추정한다. GPS가 가용하지 않을 경우 자이로 센서의 자기 보정을 수행한다.

6. 추정된 가속도, 속도, 방향각 정보를 이용하여 센서의 초기 정렬을 수행한다.(260)

7. 각 필터의 가속도, 속도, 방향값을 이용하여 이전 시간부터의 도플러 값을 추정한다(270).

8. 추정된 도플러 값을 GPS 수신기에 반영한다(280).

9. GPS의 상태를 판별하여 INS 모듈이 추정한 도플러 값을 선택적으로 적용한다(290).

10. GPS가 갱신되었을 경우 INS 모듈의 각 센서에 대한 오차 보정을 다시 실행한다.

11. 추측항법을 이용하여 새로운 위치를 계산한다(300).

도 1과 도 3에 있어서 GPS/CDMA의 결합 구조에 대한 기본 알고리즘 동작 순서는 도 10에 간략화하여 도시하였으며 그 수행 절차는 다음과 같다.

1. 필요시 이동통신 기지국으로부터 GPS의 위성정보를 수신한다(410).

2. 기지국으로부터 GPS 위성정보가 수신되면 GPS수신기에 전달하고, 수신기는 그 정보를 이용하여 자신의 위성 추적부에 적용하여 위성간의 의사거리를 계산한다(420).

3. 단말기는 수신되는 기지국의 PN신호를 이용하여 기지국간의 의사거리를 계산한다(430).

4. GPS가 위치계산이 가능한 만큼의 의사거리를 확보하면 GPS의 위치를 저장한다.

5. GPS가 위치계산을 할 수 없는 3개미만의 의사거리를 확보하고 있다면 기지국간의 의사거리 개수를 검사한다(450).

6. 기지국간의 의사거리가 위치계산이 가능한 3개 이상이면 CDMA/INS 통합 알고리즘을 수행한다(490).

7. 기지국간의 의사거리 개수가 위치계산을 할 수 없는 3개 미만인 경우는 이 의사거리 개수와 GPS의 의사거리 개수를 더한 개수가 3개 이상인지 검사한다(470).

8. 두 의사거리 개수가 위치계산을 할 수 없는 3개 미만인 경우는 CDMA/INS 통합 알고리즘을 수행한다.

9. 두 의사거리가 위치계산이 가능한 3개 이상이면 이 의사 거리들을 이용하여 하이므리드 GPS/CDMA 측위 알고리즘을 수행한다(480).

10. 계산된 새로운 위치정보를 현 위치로 갱신한다.

11. 새로운 현재 위치를 전송한다(500).

도 1, 도 2, 도 3에 있어서 CDMA/INS의 결합구조에 대한 기본 알고리즘 수행 절차는 도 11에 도시하였듯이 다음과 같은 순서로 동작을 수행한다.

1. 확보된 GPS의 의사거리 개수와 기지국간의 의사거리 개수를 검사한다(610).

2. 두 의사거리의 총 개수가 위치계산을 할 수 없는 3개 미만인 경우는 INS만을 이용한 추측항법 알고리즘을 수행한다(640).

3. 계산된 새로운 위치정보를 현 위치로 갱신한다(650).

4. 새로운 현재 위치를 전송한다(660).

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면 분리된 GPS와 INS의 결합으로 연속 측위를 가능하게 할 수 있고, 다시 각각을 CDMA 측위와 결합함으로써 단독 또는 결합된 구성으로부터 측위 정보 제공을 위한 수단을 확보할 수 있다. 또한, CDMA/INS의 결합 또는 단독 INS가 가능하므로 GPS에 의존하지 않는 측위 시스템 구성이 가능하기 때문에 어떠한 상황에서도 측위가 가능한 진정한 연속 측위 시스템을 구현할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 통합 측위 기능이 탑재된 복합 이동 통신 단말기는 절대 위치 20미터 이내의 위치 정확도를 제공하는 GPS 측위 방식과 연속적인 자세 정보를 제공할 수 있는 다중센서 구조의 INS 유니트의 장점만을 이용하여 긴급 위치 송출시 발생하는 기존 단말기의 시간 지연 문제와 부정확한 위치 오차가 발생하는 기술적 한계를 GPS와 INS 유니트, 그리고 CDMA 망의 효율적 통합으로 극복할 수 있으므로 이동 통신 단말기의 긴급 위치정보 송출의 실시간 구현, 연속적인 실시간 측위 정보, 정밀한 실내 측위 등 기존 단말기로는 제공이 불가능한 측위 정보를 이동 통신 단말기 사용자에게 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 이동 통신 단말기가 GPS 신호를 수신하지 못하더라도 CDMA망과 INS 센서만을 이용한 정확한 실시간 측위가 가능하며, 또한 CDMA망의 운영에 이상이 발생하더라도 나머지 측위 유니트를 이용한 측위가 가능하기 때문에 특정한 한 개의 측위 시스템에 얽매이지 않아도 된다. 특히 본 발명에 사용되는 INS 유니트는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)를 이용한 소형 센서들로 구성되도록 하였기 때문에 소형 휴대용 복합 항법 단말기의 구현이 가능하다.

따라서, 본 발명으로 인해 기존의 측위 시스템들이 갖지 못하던 측위 정보의 정확성, 연속성, 완전성, 가용성 등을 모두 확보할 수 있으므로 새로운 개념의 복합 항법 시스템의 개발도 가능하다.

Claims

단독 측위가 가능하면서 기지국 또는 INS로부터의 도플러 정보를 이용하여 측위 속도의 개선이 가능한 GPS 수신기와 다수의 가속도 센서 및 자이로 센서를 혼합하여 단독 추측 항법이 가능한 INS 유니트의 강결합을 구현하고, 상기 GPS 수신기와 단독 무선 측위가 가능한 CDMA를 통합하여 혼합 항법 알고리즘을 구현하며, 상기 CDMA와 INS 유니트의 결합을 통하여 GPS의 사용유무에 관계없이 연속적인 측위가 가능하도록 상기 INS 유니트는 단말기의 가속도, 속도, 방향각을 계산하기 위해 가속도 추정용 칼만 필터, 속도 추정용 칼만 필터, 방향 추정용 칼만 필터 및 추측항법 모듈로 구성하며, 각 모듈에 대한 선택적인 전력공급을 할 수 있도록 전력관리 모듈이 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 GPS와 INS를 탑재하여 연속 측위가 가능한 이동통신 단말기.
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현 위치정보에 대해 GPS의 상태와 CDMA의 측위 가능 여부를 판별하는 단계와, 이동 통신 단말기의 통신 모듈과 신호처리 모듈이 GPS 신호와 이동통신 신호를 수신하여 GPS 위성까지의 의사거리와 기지국간 의사거리를 측정하는 단계와, 가속도센서 및 자이로센서를 내장한 INS 유니트가 센서 정보를 이용하여 이동통신 단말기의 초기 정렬을 수행하는 단계와, INS 유니트가 센서 정보를 이용하여 이동통신 단말기의 위치정보를 추측항법으로 계산하는 단계와, 상기 INS 유니트에 구현된 추측항법과 가속도 및 방향정보를 이용하여 INS 유니트가 GPS 수신기를 위한 도플러 추정값을 계산하는 단계와, 상호 정보를 혼합하여 연속적인 측위를 가능하게 하는 GPS/INS 혼합 항법 알고리즘을 단말기의 마이크로프로세서가 수행하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 GPS와 INS를 탑재하여 연속 측위가 가능한 이동통신 단말기의 측위방법.
제4항에 있어서, GPS의 사용이 불가능한 상태에서도 관성센서로부터의 가속도 및 각속도 정보와 기지국과 단말기 사이의 통신신호로부터의 거리정보만을 측정값으로 하여 CDMA/INS 통합항법 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 수신없이도 측위가 가능한 이동통신 단말기의 측위방법.
제5항에 있어서, GPS와 CDMA신호를 모두 사용하여도 측위가 불가능한 상태이면 관성센서로부터의 가속도 및 각속도 측정값만을 이용하여 추측항법기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 GPS와 INS를 탑재하여 연속 측위가 가능한 이동통신 단말기의 측위방법.