KR100443128B1 - 지피에스 단말기의 위치 추적 방법 - Google Patents

지피에스 단말기의 위치 추적 방법 Download PDF

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KR100443128B1 KR10-2002-0011396A KR20020011396A KR100443128B1 KR 100443128 B1 KR100443128 B1 KR 100443128B1 KR 20020011396 A KR20020011396 A KR 20020011396A KR 100443128 B1 KR100443128 B1 KR 100443128B1
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술 분야
본 발명은 지피에스 단말기의 위치 추적 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제
본 발명은, 현재 관찰 가능한 위성의 배치에 관한 정보를 지피에스(GPS) 단말기가 저장함으로서 현재 관측 불가능한 위성 신호를 검출하기 위한 노력을 하지 않아도 되므로 빠른 시간 안에 현재의 위치를 계산해 낼 수 있음은 물론 특히 지피에스(GPS) 단말기에 DOP가 가장 좋은 위성의 배치 정보를 기억시킴으로써 보다 정확한 데이터를 빠른 시간에 계산할 수 있도록 하기 위한 지피에스 단말기의 위치 추적 방법을 제공함에 그 목적이 있음.
3. 발명이 해결 방법의 요지
본 발명은, 지피에스(GPS) 단말기의 위치 추적 장치에 적용되는 위치 추적 방법에 있어서, 단말기내에 저장된 시간대별 위성의 배치 정보를 이용하여 현재 관측 가능한 위성들에 대한 오차가 적용된 위성 목록을 추출하는 제 1 단계; 상기 추출된 위성 목록에서 관측 가능한 위성들에 대한 신호를 DOP(Dilution Of Precision)값을 이용하여 검출하는 제 2 단계; 및 상기 검출된 위성 신호로부터 단말기의 위치를 계산하여 현재 위치를 표시하는 제 3 단계를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 단말기의 위치 추적 등에 이용됨.

Description

지피에스 단말기의 위치 추적 방법{Method for searching location point of GPS mobile phone}
본 발명은 지피에스 단말기의 위치 추적 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 관측 가능한 위성들 중 DOP(Dilution Of Precision) 값이 좋은 위성들을 우선 선택하여 신속히 현재의 위치를 계산하기 위한 지피에스 단말기의 위치 추적 방법에 관한 것이다.
현재 지구의 주위에는 GPS(Global Position System) 위성이 6개의 궤도를 따라 11시간 58분을 주기로 공전하고 있다. 도 1은 지구를 공전하고 있는 GPS 위성을 보여주는 도면으로, 위성이 일정한 궤도로 지구를 공전하고 있기 때문에 현재 GPS 위성의 배치(constellation)는 24시간 후에 다시 볼 수 있다. 엄밀히 말하면 위성의 공전 주기가 11시가 58분이므로 위성의 도착 시간은 매 24시간마다 4분씩 빨라진다.
보통, 사용자의 위치를 좁은 공간으로 한정시키면(약 수백Km정도) 현재 사용자가 볼 수 있는 위성의 배치(constellation)도 예측할 수 있다. 예를 들면 2001년 1월 1일 24시간 동안 시간대 별로 관찰할 수 있는 위성을 기록하였다고 하면, 하루동안 위성을 관찰한 결과는 (표 1)과 같다.
여기서, 편의상 24개의 위성을 아라비아 숫자(1.2.3.... 24)로 구분하여 표시한다.
시간 관찰 가능한 위성 번호
0~5시 1, 2, 3, 4, 5
5~10시 3, 4, 5, 6, 7
10~15시 5, 6, 7, 8
15~20시 7, 8, 9, 10
20~24시 9, 10, 1, 2
상기 (표 1)를 바탕으로 2001년 1월 16일의 각 시간대 별 관찰 가능한 위성을 예측할 수 있다. 1일과 16일은 15일 차이다. 매일 위성 도착 시간이 4분씩 늦어지므로 16일의 위성 도착 시간은 1일에 비해 15x4=60분이 늦어졌음을 예측할 수 있다. 이 사실을 바탕으로 2001년 1월 16일의 각 시간대 별 관찰 가능한 위성을 표로 나타내면 (표 2)와 같다.
시간 관찰 가능한 위성 번호
0~4시 1, 2, 3, 4, 5
4~9시 3, 4, 5, 6, 7
9~14시 5, 6, 7, 8
14~19시 7, 8, 9, 10
19~23시 9, 10, 1, 2
23~24시 1, 2, 3, 4, 5
한편, 상기와 같이 (표 2)를 통해 각 시간대별 관찰 가능한 위성을 확인할 수 있다면, 각 시간대별 위성 도착 시간은 도 2a 및 도 2b와 같은 간단한 기구를이용하면 쉽게 알 수 있다.
상기 기구의 사용 방법은 다음과 같다. 기구는 두개의 동심원으로 이루어 졌는데 바깥쪽 원은 시간을 나타내고 안쪽 원을 그 시간대에 관찰 가능한 위성을 나타낸다. 만약, 6시에 관찰 가능한 위성을 알고 싶다면 6시의 안쪽 동심원에 나타나 있는 위성의 숫자 3,4,5,6,7을 읽으면 된다. 위 기구는 매일 안쪽 동심원을 시계 반대 방향으로 4분씩 회전시킴으로써 계속 사용할 수 있다.
예를 들면, 위 기구의 표가 2001년 1월 1일의 관찰 가능 위성을 나타낸다면, 2001년 1월 16일의 관찰 가능 위성을 알기 위해서는 안쪽 동심원을 1시간만큼 시계 반대 방향으로 돌리면 된다.
한편, 위성에서 전송되는 메시지는 DS/SS(Direct Sequence Spread Spectrum)과정을 거친 후에 전송된다. 그러므로, 지피에스(GPS) 단말기에 입력된 위성 신호에서 메시지를 복원하거나 현재 관측 가능한 위성을 찾기 위해서는 획득(Acquisition)과정을 거쳐야 한다.
보통, 획득은 상관기를 이용하여 수행하는데, 지피에스 단말기에서 획득하는 시간을 줄이기 위해 병렬 상관기를 사용하고 있다.
그러나, 종래의 지피에스 단말기는 24개의 위성 중 어떤 것이 관측 가능한지 모르기 때문에 24개의 위성 신호에 대하여 상관 계산을 수행한 후에야 사용 가능한 위성 즉, 관측 가능한 위성을 찾을 수 있었다. 그러므로, 지피에스 단말기가 관측 불가능한 위성이나 DOP(Dilution Of Precision)값이 좋지 않은 위성부터 획득할 경우 지피에스 단말기의 TIFF(Time to First Fix) 즉, 관측 가능한 위성으로 고정하기 위한 시간이 불필요하게 낭비되는 문제점이 있었다.
부연 설명하면, 일반 지피에스(GPS) 단말기는 상관기를 사용하여 각 위성에서 들어온 CDMA 신호에서 위성 메시지를 복원해 낸다. 지피에스 단말기는 현재 위성 배치에 관한 정보를 가지고 있지 않기 때문에 24개의 위성에 대해서 모두 위와 같은 동작함으로 인해 불필요한 시간이 낭비되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 현재 관찰 가능한 위성의 배치에 관한 정보를 지피에스(GPS) 단말기가 저장함으로서 현재 관측 불가능한 위성 신호를 검출하기 위한 노력을 하지 않아도 되므로 빠른 시간 안에 현재의 위치를 계산해 낼 수 있음은 물론 특히 지피에스(GPS) 단말기에 DOP가 가장 좋은 위성의 배치 정보를 기억시킴으로써 보다 정확한 데이터를 빠른 시간에 계산할 수 있도록 하기 위한 지피에스 단말기의 위치 추적 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 지구를 공전하고 있는 GPS 위성을 보여주는 도면.
도 2a 및 도 2b는 각 시간대별 위성 도착 시간을 확인하기 위한 기구를 보여주는 도면.
도 3은 관측 가능한 GPS 위성 배치를 보여주는 도면.
도 4a 및 도 4b는 동일시간에 두 지역에서 관찰된 위성의 배치를 각각 나타내는 도면.
도 5는 도 4a 및 도 4b에 도시된 두 지역의 거리 차를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 적용되는 지피에스 단말기의 위치 추적 장치에 대한 제 1실시예 블록 구성도.
도 7은 도 6에 도시된 RF/IF 컨버터에 대한 일실시예 상세 구성도.
도 8은 본 발명에 따른 지피에스 단말기의 위치 추적 방법에 대한 제 1실시예 흐름도.
도 9는 기지국과의 정보 교환을 통한 지피에스 단말기의 위치 추적 방법을 설명하기 위한 도면.
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 적용되는 지피에스 단말기의 위치 추적 장치에 대한 제 2실시예 블록 구성도.
도 11은 본 발명에 따른 지피에스 단말기의 위치 추적 방법에 따른 제 2실시예 흐름도.
도 12a 및 도 12b는 본 발명에 적용되는 지피에스 단말기의 위치 추적 장치에 대한 제 3실시예 블록 구성도.
도 13은 본 발명에 따른 지피에스 단말기의 위치 추적 방법에 대한 제 3실시예 흐름도.
도 14는 도 13에 도시된 지피에스 단말기의 위치 추적과 연계되는 기지국측에서의 위치 추적 방법에 대한 일실시예 흐름도.
도 15a 및 도 15b는 본 발명에 적용되는 지피에스 단말기의 위치 추적 장치에 대한 제 4실시예 블록 구성도.
도 16은 본 발명에 따른 지피에스 단말기의 위치 추적 방법에 대한 제 4 실시예 흐름도.
도 17은 도 16에 도시된 지피에스 단말기의 위치 추적과 연계되는 기지국측에서의 위치 추적 방법에 대한 일실시예 흐름도.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
610 : RF/IF 컨버터 620 : ADC
630 : DSP 640 : 메모리
660 : 모뎀 670 : 마이크로 프로세서
710 : 대역 통과 필터(BPF) 720, 770 : 저잡음 증폭기
730 : REF 클럭 740 : PLL
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 지피에스(GPS) 단말기의 위치 추적 장치에 적용되는 위치 추적 방법에 있어서, 지피에스 단말기내에 저장된 시간대별 위성의 배치 정보를 이용하여 현재 관측 가능한 위성들에 대한 오차를 보상한 위성 목록을 추출하는 제 1 단계; 상기 추출된 위성 목록을 이용하여 관측 가능한위성들에 대한 신호를 검출하는 제 2 단계; 및 상기 검출된 위성 신호로부터 지피에스 단말기의 위치를 계산하여 현재 위치를 표시하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, GPS 단말기의 위치 추적 장치에 적용되는 위치 추적 방법에 있어서, 기지국으로부터 전송된 위치 정보와 지피에스 단말기내의 위성 위치 예측 프로그램을 이용하여 현재 위성 위치를 계산하여 현재 관측 가능한 위성 목록을 추출하는 제 1 단계; 상기 추출된 위성 목록을 이용하여 DOP(Dilution Of Precision)값에 따라 관측 가능한 위성들에 대한 신호를 검출하는 제 2 단계; 및 상기 검출된 위성 신호로부터 지피에스 단말기의 위치를 계산하여 현재 위치를 표시하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, GPS 단말기의 위치 추적 장치에 적용되는 위치 추적 방법에 있어서, 지피에스 단말기내에 저장된 시간대별 위성의 배치 정보를 이용하여 현재 관측 가능한 위성들에 대한 오차를 보상한 위성 목록을 추출하는 제 1 단계; 상기 추출된 위성 목록을 이용하여 관측 가능한 위성들에 대한 신호를 검출하는 제 2 단계; 상기 검출된 위성 신호로부터 지피에스 단말기의 위치를 계산하고, 계산된 위치 정보를 기지국으로 전송하는 제 3 단계; 및 상기 기지국으로부터 보정된 지피에스 단말기의 위치 정보를 수신하고, 이를 이용하여 지피에스 단말기의 현재 위치를 계산하여 표시하는 제 4 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, GPS 단말기의 위치 추적 장치에 적용되는 위치 추적 방법에 있어서, 지피에스 단말기내에 저장된 시간대별 위성의 배치 정보를 이용하여 현재 관측 가능한 위성들에 대한 오차를 보상한 위성 목록을 추출하는 제 1 단계; 상기 추출된 위성 목록을 이용하여 관측 가능한 위성들에 대한 신호를 검출하는 제 2 단계; 및 상기 검출된 위성 신호와 기지국으로부터 수신된 위치 보정 데이터를 이용하여 DGPS를 수행하여 지피에스 단말기의 현재 위치를 계산하여 표시하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 지피에스 단말기의 위치 추적 방법에 대한 바람직한 실시예에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 제 1실시예에 적용되는 이론적인 배경을 도 3 내지 도 5를 통해 설명한다.
도 3은 관측 가능한 GPS 위성 배치의 한 예를 보여주는 도면으로, 현재 GPS위성의 배치가 도 3과 같다고 하면, 관측 가능한 위성 번호는 13, 21, 1, 3, 22, 25, 31, 15 및 17 이다. 따라서, GPS 단말기는 기존 GPS 모듈을 사용하여 관측된 위성 위치를 찾아내기 위해서는 24개의 위성 PN code를 사용하여 차례로 획득(Acquisition)을 시도하여야 한다.
이때, GPS 단말기가 초기에 운 좋게 위성 13, 위성 21, 위성 1 혹은 위성 31, 위성 14, 위성 17 등부터 획득(Acquisition)을 시도하여 위치를 계산해 낼 수도 있으나 이런 경우 DOP 값이 좋지않기 때문에 위치의 정확도가 떨어지게 된다.
만약, 정확도가 떨어지는 위성 배치(constellation)를 알고 있다면 GPS 단말기는 1, 22, 3, 25번 위성에 대하여 우선 획득(Acquisition)을 시도함으로써 현재 관측 불가능한 위성에 대한 획득(Acquisition)을 하지 않아도 된다. 또한, 가장DOP 값이 좋은 위성들을 선택하여 우선 획득(Acquisition)을 시도함으로써 초기에 얻은 위치 계산치의 정확도를 높일 수 있다.
여기서, 본 발명에서의 GPS 단말기는 동기식인 IS-95 기반의 셀룰라 폰 및 PCS 폰을 비롯하여, IMT(International Mobile Telecommunication)-2000 그리고, 비 동기식인 W-CDMA은 물론 차세대 단말기에 적용된다.
우리나라의 경우, 최북단에서 최남단까지는 600~700Km정도 된다. 그러므로 서울에서 관측 가능한 위성과 제주에서 관측 가능한 위성은 달라질 수밖에 없다. 도 4a는 서울에서 관측된 위성의 배치를 나타낸 것이고, 도 4b는 제주도에서 관측되는 위성의 배치를 나타낸 것이다.
도 4a 및 도 4b에서 확인된 바에 의하면, 두 지역에서 관찰된 위성의 배치는 약간의 차이만을 보인다. 이것은 위성이 20,200Km의 아주 높은 곳에 위치하고 서울과 제주도 사이의 거리가 지구 전체 둘레에 비해 매우 가깝기 때문이다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, A 지역을 서울로, B지역을 제주도로 하면, A와 B 사이의 거리는 600Km 정도이다. 지구의 반지름이 6300Km이므로 A-지구중심-B가 이루는 각 R = 600/(6300x2pi)x360 = 5.5도이다.
한편, A와 B에 그려진 접선은 각각 지역의 지평선을 나타낸다. R = 5.5도 이므로 두 지역의 지평선이 이루는 각은 5.5도이다. 그러므로 A지역과 B지역에서 관찰할 수 있는 위성은 거의 동일함을 알 수 있다.
이때, 서울에서 관찰된 위성 중 흩어진 정도가 가장 좋은 위성은 1,22,3,25라고 하고, 제주도에서는 22,3,31,25라고 하자. 그러면, 22,3,25번 위성은 서울과제주에서 공통으로 나타나고 있고, 1번은 서울에만, 31번은 제주에서만 나타나고 있다.
따라서, 현재 시간에 관찰되는 위성은 13,21,1,22,17,15,3,31,25,16 및 18이고, DOP가 좋은 우선 검색해야 할 위성은 22,3,25,1 및 31이다.
그러므로 상기와 같은 방법을 이용함으로서, 각 시간대 별로 관찰 가능한 위성 배치에 관한 표를 작성할 수 있을 것이다. 이런 식으로 서울과 제주도에서 관찰 가능한 위성의 합집합을 사용함으로써, 우리나라 전역을 커버할 수 있는 표를 만들 수 있을 것이다.
결론적으로, 상기와 같이 작성된 표 즉, 시간대별 위성 배치에 따른 정보를 데이터화하여, 이를 GPS 단말기에 저장함으로서, 위치 추적에 따른 시간을 줄일 수 있다.
이제, 도 6 내지 도 8을 통해 제 1 실시예에 따른 위치 추적을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명에 적용되는 지피에스 단말기의 위치 추적 장치에 대한 제 1실시예 블록 구성도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 지피에스 단말기 위치 추적 장치는 크게 GPS 모듈(600)과 단말기 제어 모듈(650)은 포함하며, 상기 GPS 모듈(600)에서 도면 부호 610은 RF/IF 컨버터, 620은 ADC, 630은 DSP, 640은 메모리이고, 상기 단말기 제어 모듈(650)에서 도면부호 660은 모뎀이고, 670은 마이크로 프로세서이다.
여기서, 상기 RF/IF 컨버터(610)는 GPS로부터 수신되어 고주파 증폭된 위성정보를 중간주파 증폭을 통해 변환하여 ADC(620)로 전송한다. 상기 ADC(620)는 RF/IF 컨버터(610)로부터 전송받은 아날로그 형태의 위성 정보 신호를 디지털 신호로 변환하여 DSP(Digital Signal Processor: 630)로 전달한다. 상기 DSP(630)는 메모리(640)에 저장된 시간대별 위성 배치 정보를 이용하여 현재 관측 가능한 위성을 계산한다.
따라서, 상기 DSP(630)는 현재 계산된 관측 위성 정보를 토대로 ADC(620)을 통해 입력되는 정보에 의해 위치를 계산한다.
상기 모뎀(660)은 기지국(미도시)과의 통신을 통해 호 시도, 위치 정보등을 교환하며, 수신된 정보를 마이크로 프로세서(670)에 전달한다.
도 7은 도 6에 도시된 RF/IF 컨버터에 대한 일실시예 상세 구성도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 RF/IF 컨버터에서 도면부호 710은 BPF(Band Pass Filter), 도면부호 720, 770은 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier : LNA), 760은 합성기, 730은 클럭 발진기, 740은 PLL이고, 상기 750은 VCO, 780은 표면탄성파(SAW) 필터를 각각 나타낸다.
상기 BPF(710)는 안테나를 통해 입력되는 GPS 위성 정보를 밴드 패스 필터링을 통해 저잡음 증폭기(720)로 전달한다. 상기 저잡음 증폭기(720)는 위성에서 들어온 신호를 증폭하여 합성기(760)로 출력한다. 상기 합성기(760)는 RF신호를 IF 대역의 신호로 바꾸어 주는 역할을 한다. 이때, 합성기에서 사용되는 클럭은 VCO(750)에 의해 공급된다. 한편 상기 PLL(740)에서는 클럭 발진기(730)와 VCO(750) 출력 신호를 비교하여 VCO(750)에 피드백 신호를 출력한다. 따라서, 상기 저잡음 증폭기(770)는 합성기(760)의 출력 신호를 증폭하여 SAW 필터(780)에 전달한다. 상기 SAW 필터(780)는 저잡음 증폭기(770)에서 입력된 신호 중 원하는 대역의 신호만을 통과시킨 후 ADC(620)에 전달한다.
도 8은 본 발명에 따른 지피에스 단말기의 위치 추적 방법에 대한 제 1실시예 흐름도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 먼저 메모리에 저장된 각 시간대별로 관찰 가능한 위성 정보에서 위성 도착시간에 따른 오차를 계산후 현재 관측 가능한 위성 리스트를 추출한다(801). 그리고, 상기 추출된 위성 리스트를 통해 계산하여 DOP값이 가장 좋은 위성을 선택한다(802).
그후, 상기 선택된 위성에 대한 획득 동작을 시도하여(803), 시도한 위성에 대한 신호가 검출되는지를 판단한다(804).
상기 과정(804)에서 판단한 결과, 시도한 위성 신호가 검출될 경우에는 상기 검출된 위성 정보로부터 GPS 단말기의 위치를 계산하고(808), 계산된 GPS 단말기의 현재 위치 및 시간을 도출한 후 본 루프를 종료한다(809).
한편, 상기 과정(804)에서 판단한 결과, 시도한 위성에 대한 신호가 검출되지 않을 경우에는 현재 관측 가능한 다른 위성들 즉, 추출된 위성 리스트에서 DOP값이 가장 좋은 위성을 제어한 위성들에 대해서 획득을 시도한다(805).
이때, 시도한 다른 위성들의 신호가 검출되는지를 판단하는데(806), 상기 과정(806)에서 판단한 결과, 다른 위성들의 신호가 검출될 경우에는 검출된 위성 신호를 이용하여 GPS 단말기의 위치를 계산하는 과정(808)으로 진행하여 루프를 수행한다.
반면, 상기 과정(806)에서 판단한 결과, 다른 위성들의 신호가 검출되지 않을 경우에는 지금까지 시도하지 않았던 위성들 즉, 추출된 위성 리스트에서 제외된 위성들에 대해 획득을 시도한 후(807), 검출된 위성 신호를 이용하여 GPS 단말기의 위치를 계산하는 과정(808)으로 진행하여 루프를 수행한다.
즉, 도 3에 도시된 바에 의해, 과정(803)은 1,3,22 및 25 위성에 대하여 획득을 시도하는 것이며, 과정(805)은 13,21,17,15 및 31번 위성에 대한 획득을 수행함을 의미하며, 과정(807)은 나머지 위성 신호에서 획득을 수행함을 의미한다.
이제, 본 발명의 제 2 실시예를 도 9 내지 도 11을 통해 자세히 살펴본다.
상기 제 2 실시에서는 상기 GPS 단말기에 현재 위성 위치를 계산할 수 있는 프로그램을 내장시킨다. 여기서, 상기 프로그램은 현재의 대략적인 위치를 가지고 관측 가능한 위성과 그 위성의 위치를 계산해 주는 프로그램이다.
도 9, 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, GPS 단말기가 통신을 하고 있는 기지국이 만약 분당 1 기지국이라면, 기지국은 단말기에 현 위치가 경기도라는 사실을 알려 준다. 예를 들면, 경기, 전남, 뉴욕 등의 데이터들이 GPS 단말기로 전송될 수 있다. GPS 단말기에서는 이러한 데이터를 받아 현재의 관측 가능한 위성을 계산하고, 그 위성의 위치를 계산해 낸다.
즉, 기지국에서는 현재의 대략적인 위치를 GPS 단말기로 전송한다. 그러면, GPS 단말기는 기지국의 신호로부터 현재의 위치가 경기도라는 사실을 알 수 있다. 도 9에서 A는 기지국이 제한한 GPS 단말기의 위치이다. GPS 단말기는 자신의 위치가 A, 즉 경기도로 한정이 되기 때문에 현재 관측 가능 위성과 그 위성들의 위치를 내부 프로그램을 사용하여 알아낼 수 있다.
부연 설명하면, 상기 기지국은 일정 간격을 두고 계속적으로 GPS 단말기의 대략적인 위치 데이터를 GPS 단말기로 전송하면, 상기 GPS 단말기는 모뎀 및 마이크로프로세서를 통해 위치 데이터를 수신하여, GPS 모듈의 DSP에 전송한다. 따라서, 상기 DSP는 현재 단말기의 대략적인 위치 데이터를 메모리에 저장하고, 상기 저장된 위치 데이터와 RF/IF 컨버터 및 ADC를 통해 입력되는 위성 정보를 참조하여 현재 관측 가능한 위성과 그 위성의 위치를 계산할 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 지피에스 단말기의 위치 추적 방법에 따른 제 2실시예 흐름도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, GPS 단말기는 기지국으로부터 전송된 대략적인 위치 정보를 입력받고(1101), 상기 입력된 대략적인 위치 정보와 함께 기 저장된 위치 예측 프로그램을 사용하여 현재 위성의 위치를 계산한다(1102).
그리고, 상기 계산된 위성 위치를 참조하여 현재 관측 가능한 위성 목록을 추출한다(1103). 그리고, 상기 추출된 위성 목록을 통해 계산하여 DOP값이 가장 좋은 위성을 선택한다(1104).
그후, 상기 DOP값이 가장 좋은 위성에 대한 획득 동작을 시도하여(1105), 시도한 위성 신호가 검출되는지를 판단한다(1106).
상기 과정(1106)에서 판단한 결과, 시도한 위성 신호가 검출될 경우에는 상기 검출된 위성 정보로부터 GPS 단말기의 위치를 계산하고(1110), 계산된 현재 위치 및 시간을 도출한 후 본 루프를 종료한다(1111).
한편, 상기 과정(1106)에서 판단한 결과, 시도한 위성 신호가 검출되지 않을 경우에는 현재 관측이 가능한 다른 위성들 즉, 추출된 위성 목록중에 DOP값이 가장 좋은 위성을 제외한 위성들에 대해서 획득을 시도한다(1107).
이때, 시도한 다른 위성들의 신호가 검출되는지를 판단하는데(1108), 상기 과정(1108)에서 판단한 결과, 다른 위성들의 신호가 검출될 경우에는 검출된 데이터로부터 위치를 계산하는 과정(1110)으로 진행한다.
상기 과정(1108)에서 판단한 결과, 다른 위성들의 신호가 검출되지 않을 경우에는 지금까지 시도하지 않았던 위성들 즉, 추출된 위성 목록에서 제외된 위성들에 대해 획득을 시도한 후(1109), 과정(1110)으로 진행하여 위치 계산을 수행한다.
한편, 이제까지 살펴본 제 1 실시예 및 제 2 실시예는 GPS 단말기에서 위치 데이터를 계산하고 있다. 따라서, 전파 굴절, 페이딩, 노이즈등의 문제로 인해 정확도가 떨어질 수 있음을 간과할 수 없다.
이에 후술될 제 3 실시예 및 제 4 실시예에서는 단말기의 정확도를 높이기 위해서 DGPG를 이용한 방법을 자세히 설명한다.
여기서, DGPS(Differential Global Position System)은 공지된 바와 같이, 정확한 위치를 알고있는 곳에 GPS 단말기에서 계산된 위치와 알고 있는 현재 위치를 다른 GPS 단말기와 비교함으로써 위치 보정값을 찾아내는 방식이다. 그러므로 기지국을 정확한 위치를 알고 있는 기준점으로 생각하여 DGPS를 수행할 수 있다.
또한 상기 방법은 기지국과 지피에스 단말기를 연동시킬 경우 무선 통신 사업자는 응급 상황에서의 단말기의 위치 추적, 지도 정보 제공, 현 위치 정보를 사용하는 다양한 게임 등 다양한 부가 서비스를 할 수 있을 것이다.
본 발명의 제 3 실시예는 기지국이 주도하여 DGPS를 수행하는 것으로, 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이, 지피에스 단말기는 먼저 기지국에 제 1 실시예에서 기술된 방법으로 계산된 현재 위치 데이터를 기지국으로 전송한다. 그러면, 상기 기지국은 지피에스 단말기로부터 전송받은 위치 데이터를 보정한 후, 상기 보정된 위치 데이터를 지피에스 단말기로 전송하는 것이다.
부연 설명하면, 지피에스 단말기에서는 내장된 GPS 모듈과 메모리에 기 저장된 관측 가능한 위성 정보를 토대로 지피에스 단말기의 현재 위치를 계산하여 위치 데이터를 추출한다. 이때, 추출된 위치 데이터는 위도 경도 데이터일 수도 있고, ECEF 좌표를 사용하는 데이터일 수도 있다. 즉, 지피에스 단말기의 위치 데이터란 현재의 위치를 나타내는 모든 종류의 데이터를 의미한다. 따라서, 기지국에서는 이 위치 데이터를 받아 DGPS를 수행한 뒤 보정된 위치 데이터를 지피에스 단말기로 전송한다. 이때 보정된 위치 데이터라 함은 위도, 경도, 고도 데이터일 수 있고 또 ECEF 좌표를 사용하는 데이터일 수도 있다.
도 13은 본 발명에 따른 지피에스 단말기의 위치 추적 방법에 대한 제 3실시예 흐름도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, GPS 단말기는 메모리에 저장된 각 시간대별로 관찰 가능한 위성 정보에서 위성 도착시간에 따른 오차를 계산후 현재 관측 가능한 위성 목록을 추출한다(1301). 그리고, 상기 추출된 위성 목록을 통해 계산하여 DOP값이 가장 좋은 위성을 선택한다(1302).
그후, 상기 선택된 위성에 대한 획득 동작을 시도하여(1303), 시도한 위성 신호가 검출되는지를 판단한다(1304).
상기 과정(1304)에서 판단한 결과, 시도한 위성 신호가 검출될 경우에는 상기 검출된 위성 정보로부터 GPS 단말기의 위치를 계산하고(1308), 계산된 현재 위치 정보를 기지국으로 전송한다(1309).
그리고, 상기 GPS 단말기는 기지국으로부터 보정된 지피에스 단말기의 정확한 위치 데이터를 수신하고(1310), 상기 수신된 정확한 위치 데이터를 이용하여 현재 위치 및 시간을 도출하고 본 루프를 종료한다(1311).
한편, 상기 과정(1304)에서 판단한 결과, 시도한 위성 신호가 검출되지 않을 경우에는 현재 관측 가능한 다른 위성들 즉, 추출된 위성 목록중에 DOP값이 가장 좋은 위성을 제외한 다른 위성들에 대해서 획득을 시도한다(1305).
이때, 시도한 다른 위성들의 신호가 검출되는지를 판단하는데(1306), 상기 과정(1306)에서 판단한 결과, 다른 위성들의 신호가 검출될 경우에는 검출된 데이터로부터 위치를 계산하는 과정(1308)으로 진행하여 루프를 수행한다.
상기 과정(1306)에서 판단한 결과, 다른 위성들의 신호가 검출되지 않을 경우에는 지금까지 시도하지 않았던 위성들 즉, 추출된 위성 목록에 제외된 위성들에 대해 획득을 시도한 후(1307), 과정(1308)으로 진행하여 위치 계산을 수행한다.
즉, 도 3에 도시된 바에 의해, 과정(1303)은 1,3,22 및 25 위성에 대하여 획득을 시도하는 것이며, 과정(1305)은 13,21,17,15 및 31번 위성에 대한 획득을 수행함을 의미하며, 과정(1307)은 나머지 위성 신호에서 획득함을 의미한다.
도 14는 도 13에 도시된 지피에스 단말기의 위치 추적과 연계되는 기지국측에서의 위치 추적 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 상기 GPS 기지국은 통신 접속된 GPS 단말기로부터 현재 위치를 계산하고(1401), 상기 계산된 위치값과 기존에 알려진 현재 위치 정보를 비교하여 보정된 위치 데이터를 도출한다(1402).
이후, 지피에스 단말기로부터 위치 데이터가 수신될 경우에는 수신된 지피에스 단말기의 위치 데이터와 상기 도출된 보정 데이터를 이용하여 지피에스 단말기의 정확한 위치 값을 계산한다(1403).
그리고, 상기 기지국은 계산된 정확한 위치값을 설정된 데이터 형태로 지피에스 단말기로 전송하고 본 루프를 종료한다(1404).
본 발명의 제 4 실시예는 지피에스 단말기가 주도하여 DGPS를 수행하는 것으로, 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이, GPS 기지국은 GPS 모듈에 의해 측정된 위치와 이미 알려진 위치를 비교하여 보정 데이터를 만들고 이것을 지피에스 단말기로 전송한다. 여기서, 상기 지피에스 단말기와 기지국의 위치 오차가 같기 때문에 결국 지피에스 단말기는 보정 데이터를 사용하여 정확한 위치를 알아낼 수 있다.
즉, 상기 지피에스 단말기는 제 1 실시예에서 기술된 위치 추적 방법에 따라 위치를 계산한다. 이때, 기지국은 지피에스 단말기들에 위치 보정 데이터를 broadcasting한다. 각 지피에스 단말기들은 이 보정값을 받아 위치 보정을 실시하게 된다. 이 방식은 지피에스 단말기가 DGPS 계산 과정을 주도하기 때문에 기지국의 장비가 간단해 질 수 있다.
이때, 사용할 수 있는 지피에스 단말기의 하드웨어 실시예는 다음과 같다. 기지국은 고정되어 있고 기지국의 정확한 위치는 이미 알려져 있다고 가정한다. GPS 기지국은 GPS 모듈을 사용하여 현재의 위치를 계산하고 이 값을 알려진 값과 비교하여 보정 데이터를 만들어 낸다. 기지국은 보정 데이터를 모든 지피에스단말기에 브로드캐스팅(broadcasting)하며 지피에스 단말기는 이를 받아 DGPS를 수행하게 된다.
도 16은 본 발명에 따른 지피에스 단말기의 위치 추적 방법에 대한 제 4 실시예 흐름도이다.
도 16에 도시된 바와 같이, GPS 단말기는 메모리에 저장된 각 시간대별로 관찰 가능한 위성 정보에서 위성 도착시간에 따른 오차를 계산후 현재 관측 가능한 위성 목록을 추출한다(1601). 그리고, 상기 추출된 위성 목록을 통해 계산하여 DOP값이 가장 좋은 위성을 선택한다(1602).
그후, 상기 선택된 위성에 대한 획득 동작을 시도하여(1603), 시도한 위성 신호가 검출되는지를 판단한다(1604). 상기 과정(1604)에서 판단한 결과, 시도한 위성 신호가 검출될 경우에는 상기 검출된 위성 정보로부터 GPS 단말기의 위치를 계산한다(1608),
이후, 상기 GPS 단말기는 기지국으로부터 브로드케스팅 방식으로 위치 보정 데이터를 수신하고(1609), 상기 수신된 위치 보정 데이터와 계산된 GPS 단말기의위치 데이터를 토대로 정확한 현재 위치 및 시간을 도출하고 본 루프를 종료한다(1610).
한편, 상기 과정(1604)에서 판단한 결과, 시도한 위성 신호가 검출되지 않을 경우에는 현재 관측 가능한 다른 위성들 즉, 추출된 위성 목록중에 DOP값이 가장 좋은 위성을 제외한 다른 위성들에 대해서 획득을 시도한다(1605).
이때, 시도한 다른 위성들의 신호가 검출되는지를 판단하는데(1606), 상기 과정(1606)에서 판단한 결과, 다른 위성들의 신호가 검출될 경우에는 검출된 데이터로부터 위치를 계산하는 과정(1608)으로 진행하여 루프를 수행한다.
상기 과정(1606)에서 판단한 결과, 다른 위성들의 신호가 검출되지 않을 경우에는 지금까지 시도하지 않았던 위성들 즉, 추출된 위성 목록에 제외된 위성들에 대해 획득을 시도한 후(1607), 과정(1608)으로 진행하여 위치 계산을 수행한다.
즉, 도 3에 도시된 바에 의해, 과정(1603)은 1,3,22 및 25 위성에 대하여 획득을 시도하는 것이며, 과정(1605)은 13,21,17,15 및 31번 위성에 대한 획득을 수행함을 의미하며, 과정(1607)은 나머지 위성 신호에서 획득함을 의미한다.
도 17은 도 16에 도시된 단말기의 위치 추적과 연계되는 기지국측에서의 위치 추적 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 기지국에서는 기지국의 GPS 단말기로부터 현재 위치를 계산하고(1701), 상기 계산된 위치값과 기존에 알려진 현재 위치를 비교하여 위치 보정 데이터를 추출한다.
그리고, 기지국에서는 추출된 위치 보정 데이터를 브로드캐스팅 방식으로 각지피에스 단말기로 전송하고 본 루프를 종료한다(1703).
이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 다양한 다른 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 지피에스 단말기의 위치 추적 방법은, 지피에스 단말기가 각 시간대별로 관찰 가능한 위성 정보를 갖고, 위성 도착시간에 따른 오차를 계산하여 현재 관측 가능한 위성 목록을 추출함으로서, 상기 추출된 위성 목록에 대해 우선적으로 접속을 시도함에 따른 시간을 줄일 수 있는 유용한 발명이다.

Claims (13)

  1. 지피에스(GPS) 단말기의 위치 추적 장치에 적용되는 위치 추적 방법에 있어서,
    다수의 지역에서 각 시간대 별로 관찰 가능한 위성들의 배치에 관한 표를 각각 생성하고, 각각 생성된 표들에 모두 포함된 위성만을 합집합 형태로 추출하여 단말기내에 저장하는 제 1 단계;
    상기 단말기내에 저장된 시간대별 위성의 배치 정보를 이용하여 현재 관측 가능한 위성들에 대한 오차가 적용된 위성 목록을 추출하는 제 2 단계;
    상기 추출된 위성 목록에서 관측 가능한 위성들에 대한 신호를 DOP(Dilution Of Precision)값을 이용하여 검출하는 제 3 단계; 및
    상기 검출된 위성 신호로부터 단말기의 위치를 계산하여 현재 위치를 표시하는 제 4 단계
    를 포함하는 지피에스 단말기의 위치 추적 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 위성들에 대한 오차는,
    위성의 공전 주기(11시간 58분)에 의해 24시간마다의 도착시간이 빨라지는 4분인 것을 특징으로 하는 지피에스 단말기의 위치 추적 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 단계는,
    상기 추출된 위성 목록 중에 DOP(Dilution Of Precision)값이 가장 작은 위성을 선택하고, 상기 선택된 위성에 대한 신호의 검출을 확인하는 제 5 단계;
    상기 제 5 단계의 확인 결과, 위성 신호가 검출되지 않을 경우 위성 목록 중 DOP(Dilution Of Precision)값이 가장 작은 위성을 제외한 다른 위성들에 대한 신호의 검출을 확인하는 제 6 단계; 및
    상기 제 6 단계의 확인 결과, 위성 신호가 검출되지 않을 경우 위성 목록에서 제외된 모든 위성들에 대한 신호의 검출을 확인하는 제 7 단계
    를 포함하는 지피에스 단말기의 위치 추적 방법.
  5. GPS 단말기의 위치 추적 장치에 적용되는 위치 추적 방법에 있어서,
    기지국으로부터 전송된 위치 정보와 단말기내의 위성 위치 예측 프로그램을이용하여 위성 위치를 계산하여 현재 관측 가능한 위성 목록을 추출하는 제 1 단계;
    상기 추출된 위성 목록에서 관측 가능한 위성들에 대한 신호를 DOP(Dilution Of Precision)값을 이용하여 검출하는 제 2 단계; 및
    상기 검출된 위성 신호로부터 단말기의 위치를 계산하여 현재 위치를 표시하는 제 3 단계
    를 포함하는 지피에스 단말기의 위치 추적 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 전송되는 위치 정보는,
    단말기와 통신을 수행하고 있는 기지국의 대략적인 위치 정보인 것을 특징으로 하는 지피에스 단말기의 위치 추적 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는,
    상기 추출된 위성 목록 중에 DOP(Dilution Of Precision)값이 가장 작은 위성을 선택하고, 상기 선택된 위성에 대한 신호의 검출을 확인하는 제 4 단계;
    상기 제 4 단계의 확인 결과, 위성 신호가 검출되지 않을 경우 위성 목록 중DOP(Dilution Of Precision)값이 가장 작은 위성을 제외한 다른 위성들에 대한 신호의 검출을 확인하는 제 5 단계; 및
    상기 제 5 단계의 확인 결과, 위성 신호가 검출되지 않을 경우 위성 목록에서 제외된 모든 위성들에 대한 신호의 검출을 확인하는 제 6 단계
    를 포함하는 지피에스 단말기의 위치 추적 방법.
  8. GPS 단말기의 위치 추적 장치에 적용되는 위치 추적 방법에 있어서,
    단말기내에 저장된 시간대별 위성의 배치 정보를 이용하여 현재 관측 가능한 위성들에 대한 오차가 적용된 위성 목록을 추출하는 제 1 단계;
    상기 추출된 위성 목록에서 관측 가능한 위성들에 대한 신호를 DOP(Dilution Of Precision)값을 이용하여 검출하는 제 2 단계; 및
    상기 검출된 위성 신호로부터 단말기의 위치를 계산하고, 계산된 위치 정보를 기지국으로 전송하는 제 3 단계; 및
    상기 기지국으로부터 보정된 단말기의 위치 정보를 수신하고, 이를 이용하여 단말기의 현재 위치를 계산하여 표시하는 제 4 단계
    를 포함하는 지피에스 단말기의 위치 추적 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는,
    상기 추출된 위성 목록 중에 DOP(Dilution Of Precision)값이 가장 작은 위성을 선택하고, 상기 선택된 위성에 대한 신호의 검출을 확인하는 제 5 단계;
    상기 제 4 단계의 확인 결과, 위성 신호가 검출되지 않을 경우 위성 목록 중 DOP(Dilution Of Precision)값이 가장 작은 위성을 제외한 다른 위성들에 대한 신호의 검출을 확인하는 제 6 단계; 및
    상기 제 6 단계의 확인 결과, 위성 신호가 검출되지 않을 경우 위성 목록에서 제외된 모든 위성들에 대한 신호의 검출을 확인하는 제 7 단계
    를 포함하는 지피에스단말기의 위치 추적 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 3 단계에서 기지국으로 전송되는 위치 정보는,
    위도, 경도 및 고도 정보 또는 ECFF 좌표를 사용하는 정보인 것을 특징으로 하는 지피에스단말기의 위치 추적 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 5 단계에서 기지국에서 보정된 위치 정보는,
    단말기로부터 수신한 위치 정보와 DGPS 수행에 의해 현재 기지국에서 계산된위치 정보를 비교하여 보정된 정보인 것을 특징으로 하는 지피에스단말기의 위치 추적 방법.
  12. GPS 단말기의 위치 추적 장치에 적용되는 위치 추적 방법에 있어서,
    단말기내에 저장된 시간대별 위성의 배치 정보를 이용하여 현재 관측 가능한 위성들에 대한 오차가 적용된 위성 목록을 추출하는 제 1 단계;
    상기 추출된 위성 목록에서 관측 가능한 위성들에 대한 신호를 DOP(Dilution Of Precision)값을 이용하여 검출하는 제 2 단계; 및
    상기 검출된 위성 신호와 기지국으로부터 수신된 위치 보정 데이터를 이용하여 DGPS(Differential Global Position System)의 수행으로 단말기의 현재 위치를 계산하여 표시하는 제 3 단계
    를 포함하는 지피에스단말기의 위치 추적 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는,
    상기 추출된 위성 목록 중에 DOP(Dilution Of Precision)값이 가장 작은 위성을 선택하고, 상기 선택된 위성에 대한 신호의 검출을 확인하는 제 4 단계;
    상기 제 4 단계의 확인 결과, 위성 신호가 검출되지 않을 경우 위성 목록 중DOP(Dilution Of Precision)값이 가장 작은 위성을 제외한 다른 위성들에 대한 신호의 검출을 확인하는 제 5 단계; 및
    상기 제 5 단계의 확인 결과, 위성 신호가 검출되지 않을 경우 위성 목록에서 제외된 모든 위성들에 대한 신호의 검출을 확인하는 제 6 단계
    를 포함하는 지피에스 단말기의 위치 추적 방법.
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