KR100506382B1 - 광역 의사위성 항법 시스템 - Google Patents

광역 의사위성 항법 시스템 Download PDF

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Abstract

광역 의사위성 항법 시스템에 관하여 개시한다. 본 발명은, 하나의 주의사위성과 복수 개의 부의사위성들과 셀기준국이 설치되어 이루어지는 셀이 복수 개 형성되되, 어느 하나의 셀이 형성하는 영역의 일부와 인접한 셀이 형성하는 영역의 일부는 중첩되도록 각각 형성된 상기 셀들과; 상기 중첩되는 영역 각각에 설치되어, 셀들의 주의사위성들로부터 송출되는 거리 측정신호를 각각 입력받아 출력하는 각각의 지역기준국들과; 지역기준국들로부터 상기 거리 측정신호를 각각 입력받아 상기 주의사위성들의 클럭을 자신이 보유한 기준 클럭과 동기시키는 명령을 주의사위성들을 향하여 출력하는 주기준국이 구비되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 사용자의 위치를 확인할 수 있는 영역이 종래의 수 km에서 수 백 km까지 확장되게 되며, GPS, GLONASS, Galileo 시스템과 같은 GNSS 시스템과 연계하여 운용될 수 있고, GNSS시스템과는 독립적인 형태이므로 실내/외에서 자유롭게 이용될 수 있는 항법시스템을 저렴한 비용을 들여 효과적으로 구축할 수 있으며, GPS, GLONASS, Galileo 등의 서비스가 중지되어도 이를 효과적으로 대체할 수 있다.

Description

광역 의사위성 항법 시스템{Wide area pseudolite navigation system}
본 발명은 광역 의사위성 항법 시스템에 관한 것으로서, 특히 지역 동기식 의사위성군을 이용한 항법 시스템으로 이루어진 셀을 복수 개 형성하고, 각각의 셀들을 네트워크로 연결한 동기식 의사위성군을 이용한 광역 의사위성 항법 시스템에 관한 것이다.
동기식 의사위성군을 이용한 항법 시스템은 사용자의 위치를 계산하여 위치를 확인하는 데 사용된다.
도 1a는 종래의 지역 동기식 의사위성군을 이용한 항법 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 1a를 참조하면, 항법 시스템을 구성하는 하나의 셀에는 클럭 동기의 기준이 되는 하나의 주(主)의사위성(111)과, 주의사위성(111)을 기준으로 하여 소정 거리에 각각 위치되어 있는 복수 개의 부(副)의상위성들(11, 12, 13, 14)과, 부의사위성들(11, 12, 13, 14)의 클럭을 주의사위성(111)의 클럭에 정확하게 동기시키기 위한 셀기준국(121)이 설치된다. 여기서, 셀이란 상술한 바와 같이 셀기준국(121), 주의사위성(111), 및 부의사위성들(11, 12, 13, 14)이 설치됨으로써 사용자의 위치를 확인할 수 있는 영역의 기본단위를 말한다. 셀기준국(121)은 셀 내부에 존재하는 모든 의사위성들(111, 11, 12, 13, 14)의 신호를 측정할 수 있는 장소에 설치된다.
도 1b는 도 1a에 따른 종래의 지역 동기식 의사위성군을 이용한 항법 시스템에 의한 클럭 동기를 설명하기 위한 블록도이다. 여기서, 모든 의사위성들의 위치 및 셀기준국의 위치는 측위나 측량의 방법을 사용하여 정확히 알 수 있다고 가정한다.
도 1b를 참조하면, 셀기준국(121)에는 셀 내부에 있는 주의사위성(111)으로부터 송출되는 거리 측정 신호(S0)와 모든 부의사위성들(11, 12, 13, 14)로부터 송출되는 거리 측정 신호들(S1, S2, S3, S4)이 각각 수신된다. 그러면, 셀기준국(121)에서는 주의사위성(111)의 측정 신호(S0)가 셀기준국(121)에 도달된 시간과 부의사위성들(11, 12, 13, 14)의 측정 신호들(S1, S2, S3, S4) 각각이 도달된 시간을 각각 차분(差分)한 값과, 주의사위성(111)과 셀기준국(121) 사이의 기하학적 거리와 부의사위성들(11, 12, 13, 14) 각각과 셀기준국(121) 사이의 기하학적 거리 각각을 차분한 값을 비교하여 부의사위성들(11, 12, 13, 14) 각각의 클럭과 주의사위성(111)의 클럭 사이의 동기 오차를 측정하게 된다. 이렇게 측정된 클럭 동기 오차를 입력으로 사용하는 시각 동기 제어 명령 생성 알고리즘을 사용하여 셀기준국(121)과 주의사위성(111) 및 부의사위성들(11, 12, 13, 14) 각각을 연결하는 통신 인프라를 통해 부의사위성들(11, 12, 13, 14)에 시각 동기 명령신호(SS1, SS2, SS3, SS4)를 각각 전달하면 부의사위성들(11, 12, 13, 14)의 클럭이 주의사위성(111)의 클럭에 정확하게 동기되게 된다.
하지만, 종래의 지역 동기식 의사위성군을 이용한 항법 시스템은 하나의 주의사위성과 셀기준국을 사용하므로 의사위성 항법 시스템이 구현될 수 있는 영역이 수 km 정도로 좁았다. 이것은 셀기준국이 모든 의사위성 신호를 수신할 수 있어야 하는 데, 산, 고층 빌딩 등과 장애물들이 많은 환경에서는 그 적용범위가 상당히 제약을 받기 때문이다. 즉, 넓은 영역에 거쳐 분포된 사용자의 위치를 계산하기 위한 항법 시스템으로서는 부적합하였다. 그런데, 최근 이동 통신 시장에서 요구하는 항법 시스템은 광범위한 영역에서 많은 사용자들이 움직이면서 사용할 수 있어야 하므로, 상술한 문제를 해결할 수 있는 기술이 시급히 요구된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 사용자의 위치를 확인할 수 있는 영역을 확장시킬 수 있는 광역 의사위성 항법 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 광역 의사위성 항법 시스템은: 사용자의 위치를 확인할 수 있는 영역의 기본단위로서, 상기 영역을 형성하도록 하나의 주의사위성과 상기 주의사위성을 기준으로 하여 소정 거리에 각각 위치되는 복수 개의 부의사위성들과 상기 부의사위성들의 클럭을 상기 주의사위성의 클럭에 동기시키기 위한 셀기준국이 설치되어 이루어지는 셀이 복수 개 형성되되, 어느 하나의 셀이 형성하는 영역의 일부와 인접한 셀이 형성하는 영역의 일부는 중첩되도록 각각 형성된 상기 셀들과; 상기 셀들이 각각 형성하는 영역 중에서 상기 중첩되는 영역 각각에 설치되어, 자신이 설치된 영역을 포함하는 셀들의 주의사위성들로부터 송출되는 거리 측정신호를 각각 입력받아 출력하는 각각의 지역기준국들과; 상기 지역기준국들로부터 상기 거리 측정신호를 각각 입력받아 상기 주의사위성들의 클럭을 자신이 보유한 기준 클럭과 동기시키는 명령을 생성하여 상기 주의사위성들을 향하여 출력하는 주기준국이 구비되는 것을 특징으로 한다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 종래의 지역 동기식 의사위성군을 이용한 항법 시스템으로 이루어진 셀을 복수 개 형성하고, 각각의 셀들을 네트워크로 연결함으로써 각각의 셀들에 속해 있는 모든 의사위성들의 클럭을 정확히 동기시키는 것이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 동기식 의사위성군을 이용한 광역 의사위성 항법 시스템을 나타낸 개략도이고, 도 2b는 동기식 의사위성군을 이용한 광역 의사위성 항법 시스템에 의한 주의사위성들의 클럭 동기를 설명하기 위한 블록도이며, 도 2c는 도 2a에 따른 동기식 의사위성군을 이용한 광역 의사위성 항법 시스템의 클럭 동기 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 실시예에 따른 광역 의사위성 항법 시스템은 종래, 즉 도 1a에 따른 지역 동기식 의사위성군을 이용한 항법 시스템을 하나의 셀로 하는 복수 개의 셀(셀 #1, 셀 #2, 셀 #3, 셀 #4, 셀 #5)과, 지역기준국들(210, 220, 230)과, 주기준국(300)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 각각의 셀(셀 #1, 셀 #2, 셀 #3, 셀 #4, 셀 #5)에 포함되는 부의사위성들과 셀기준국은 도 1a에 도시된 바와 같으므로 생략되었다.
각각의 셀들(셀 #1, 셀 #2, 셀 #3, 셀 #4, 셀 #5)은 어느 하나의 셀, 예컨대 셀 #1이 형성하는 영역의 일부와 인접한 셀, 예컨대 셀 #2가 형성하는 영역의 일부가 중첩되도록 각각 형성된다. 따라서, 전체적으로는 모든 셀들(셀 #1, 셀 #2, 셀 #3, 셀 #4, 셀 #5)이 형성하는 영역이 중첩되게 되므로 사용자가 셀과 셀 사이를 이동하여도 지속적으로 그리고 전영역에서 사용자의 위치를 확인할 수 있다.
지역기준국들(210, 220, 230)은 셀들(셀 #1, 셀 #2, 셀 #3, 셀 #4, 셀 #5)이 형성하는 영역 중에서 중첩되는 영역 각각에 설치되어, 지역기준국들(210, 220, 230) 각각은 자신들이 설치된 영역을 포함하는 셀들의 주의사위성들로부터 송출되는 거리 측정신호를 각각 입력받아 출력한다. 예를 들어, 셀 #1이 형성하는 영역과 셀 #2가 중첩되는 영역에는 제1 지역기준국(210)이, 셀 #3과 셀 #4가 중첩되는 영역에는 제2 지역기준국(220)이, 셀 #4와 셀 #5가 중첩되는 영역에는 제3 지역기준국(330)이 각각 설치된다. 이 경우에는, 제1 지역기준국(210)에는 제1 주의사위성(111)이 송출한 거리 측정신호(S01)와 제2 주의사위성(112)이 송출한 거리 측정신호(S02)가 입력되고, 제2 지역기준국(220)에는 제3 주의사위성(113)이 송출한 거리 측정신호(S03)와 제4 주의사위성(114)이 송출한 거리 측정신호(S04)가 입력되며, 제3 지역기준국(230)에는 제4 주의사위성(114)이 송출한 거리 측정신호(S04)와 제5 주의사위성(115)이 송출한 거리 측정신호(S05)가 입력된다. 이 때, 도 2a 및 도 2b와 같이 셀 #4가 셀 #1이 형성하는 영역 및 셀 #2와 중첩되게 되면 제1 지역기준국(210)에 제4 주의사위성(114)이 송출한 거리 측정신호(S04)가 입력되게 된다.
주기준국(300)은 제1 내지 제3 지역기준국(210, 220, 230)으로부터 출력된 거리 측정신호(S01, S02, S03, S04, S05)를 각각 입력받아 주의사위성들(111, 112, 113, 114, 115)의 클럭을 자신(300)이 보유한 기준 클럭과 동기시키는 명령(SS01, SS02, SS03, SS04, SS05)을 생성하여 주의사위성들(111, 112, 113, 114, 115)을 향하여 출력한다. 주기준국(300)에서 주의사위성들(111, 112, 113, 114, 115)의 클럭을 자신(300)이 보유한 기준 클럭과 동기시키는 명령을 생성하는 과정과 생성된 명령의 전달은 종래기술에서 설명한 셀기준국(121)에서 부의사위성들(11, 12, 13, 14)의 클럭을 주의사위성(111)의 클럭에 동기시키는 과정과 동일하므로 반복되는 설명은 생략한다.
주기준국(300)의 기준 클럭으로는 세슘 클럭 또는 루비듐 클럭과 같은 원자 클럭이 사용되어 질 수 있고, GPS(Global Positioning System), GLONASS(GLObal Navigation Satellite System) 또는 Galileo와 같은 위성항법 시스템의 시각 동기 장치를 사용하여 생성된 클럭이 사용되어 질 수 있다. 이 때, 위성항법 시스템의 시각 동기 장치로는 다른 위성항법 시스템의 시각 동기 장치가 이용되어도 좋다.
한편, 동기 의사위성군의 주파수로는 L1, 미래의 GPS 위성에 사용될 L2 및 L5 뿐 만 아니라 임의의 주파수를 사용할 수 있고, 동기 의사위성군의 PRN(pseudorandom noise) 코드로는 C/A-코드, P-코드 뿐 만 아니라 특성이 좋은 의사램덤(Pseudo-random) 코드도 사용할 수 있으며, 동기 의사위성군의 PRN 코드 속도(Rate)는 1.023MHz, 10.23MHz, 및 12MHz 뿐 만 아니라 임의의 속도로 사용할 수 있다.
도 1a 내지 도 2b와 결부해서 도 2c를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 동기식 의사위성군을 이용한 광역 의사위성 항법 시스템의 클럭 동기 과정, 즉 초기화과정을 설명한다.
먼저, 주기준국(300)은 지역기준국(210, 220, 230)들을 통하여 각각의 주의사위성(111, 112, 113, 114, 115)로부터 송출된 거리 측정신호(S01, S02, S03 , S04, S05)를 각각 입력받아 각각의 주의사위성(111, 112, 113, 114, 115)으로 클럭 동기 명령(SS01, SS02, SS03, SS04, SS05)을 출력한다. 그러면, 모든 주의사위성들(111, 112, 113, 114, 115)의 클럭은 정확하게 동기시킨다. 이와 같이 각 셀의 주의사위성의 클럭이 주기준국의 클럭에 동기되면, 각각의 셀기준국(121, ‥‥)에서는 각 셀 내부의 부의사위성들(11, 12, 13, 14, ‥‥)의 클럭을 동기시킨다. 모든 셀들의 주의사의성들(111, 112, 113, 114, 115) 및 부의사위성들(11, 12, 13, 14, ‥‥)이 동기되면 본 발명의 실시예에 따른 광역 의사위성 항법 시스템의 초기화가 완료된다.
이 때, 주의사위성들 및 부의사위성들에 GPS, GLONASS, 또는 Galileo 등과 같은 위성 항법 시스템을 이용한 시각 동기 장치가 구비되어 있다면 초기화 과정이 상당히 빨리 진행될 수 있다. 따라서, GPS, GLONASS, Galileo 등과 같은 위성 항법 시스템을 이용할 수 있는 환경이라면 이를 적극 활용하면 더욱 좋다. 물론, 본 발명의 실시예에 따른 동기식 의사위성군을 이용한 광역 의사위성 항법 시스템의 경우 주기준국의 기준 클럭에 모든 의사위성들의 클럭이 동기 되므로 GPS, GLONASS. 또는 Galileo 등과 같은 위성 항법 시스템이 반드시 필요한 것은 아니다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 지역 동기식 의사위성군을 이용한 항법 시스템으로 이루어진 셀을 복수 개 형성하고, 각각의 셀들을 네트워크로 연결함으로써 각각의 셀들에 속해 있는 모든 의사위성들의 클럭을 정확히 동기시킴으로써, 사용자의 위치를 확인할 수 있는 영역이 종래의 수 km에서 수 백 km까지 확장되게 된다.
본 발명은 현재 미 국방성에 의하여 운영되고 있는 GPS와 러시아의 GLONASS, 유럽에서 운영되게 될 Galileo 시스템과 같은 GNSS(Global Navigation Satellite System) 시스템과 연계하여 운용될 수 있다.
또한, GNSS시스템과는 독립적인 형태이므로, 실내/외에서 자유롭게 이용될 수 있는 항법시스템을 저렴한 비용을 들여 효과적으로 구축할 수 있으며, 이 경우에는 GPS, GLONASS, Galileo 등의 서비스가 중지되어도 이를 효과적으로 대체할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.
도 1a는 종래의 지역 동기식 의사위성군을 이용한 항법 시스템을 나타낸 개략도;
도 1b는 도 1a에 따른 종래의 지역 동기식 의사위성군을 이용한 항법 시스템에 의한 클럭 동기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 동기식 의사위성군을 이용한 광역 의사위성 항법 시스템을 나타낸 개략도;
도 2b는 동기식 의사위성군을 이용한 광역 의사위성 항법 시스템에 의한 주의사위성들의 클럭 동기를 설명하기 위한 블록도; 및
도 2c는 도 2a에 따른 동기식 의사위성군을 이용한 광역 의사위성 항법 시스템의 클럭 동기 과정을 설명하기 위한 순서도이다.

Claims (6)

  1. 사용자의 위치를 확인할 수 있는 영역의 기본단위로서, 상기 영역을 형성하도록 하나의 주의사위성과 상기 주의사위성을 기준으로 하여 소정 거리에 각각 위치되는 복수 개의 부의사위성들과 상기 부의사위성들의 클럭을 상기 주의사위성의 클럭에 동기시키기 위한 셀기준국이 설치되어 이루어지는 셀이 복수 개 형성되되, 어느 하나의 셀이 형성하는 영역의 일부와 인접한 셀이 형성하는 영역의 일부는 중첩되도록 각각 형성된 상기 셀들과;
    상기 셀들이 각각 형성하는 영역 중에서 상기 중첩되는 영역 각각에 설치되어, 자신이 설치된 영역을 포함하는 셀들의 주의사위성들로부터 송출되는 거리 측정신호를 각각 입력받아 출력하는 각각의 지역기준국들과;
    상기 지역기준국들로부터 상기 거리 측정신호를 각각 입력받아 상기 주의사위성들의 클럭을 자신이 보유한 기준 클럭과 동기시키는 명령을 생성하여 상기 주의사위성들을 향하여 출력하는 주기준국이 구비되는 광역 의사위성 항법 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 주기준국의 기준 클럭으로는 원자 클럭 또는 위성항법 시스템의 시각 동기 장치를 사용하여 생성된 클럭이 사용되는 것을 특징으로 하는 광역 의사위성 항법 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 위성항법 시스템의 시각 동기 장치로는 다른 위성항법 시스템의 시각 동기 장치가 이용되는 것을 특징으로 하는 광역 의사위성 항법 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 주의사위성에는 위성항법 시스템의 시각 동기 장치가 각각 탑재되는 것을 특징으로 하는 광역 의사위성 항법 시스템.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 원자 클럭은 세슘 클럭 또는 루비듐 클럭인 것을 특징으로 하는 광역 의사위성 항법 시스템.
  6. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 위성항법 시스템은 GPS, GLONASS 또는 Galileo인 것을 특징으로 하는 광역 의사위성 항법 시스템.
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