KR100523335B1 - GPS Receiver having Precise-Controlled Local Oscillator, GPS Clock Device and Duplexed GPS Clock Device using the GPS Receiver - Google Patents

GPS Receiver having Precise-Controlled Local Oscillator, GPS Clock Device and Duplexed GPS Clock Device using the GPS Receiver Download PDF

Info

Publication number
KR100523335B1
KR100523335B1 KR10-2003-0008619A KR20030008619A KR100523335B1 KR 100523335 B1 KR100523335 B1 KR 100523335B1 KR 20030008619 A KR20030008619 A KR 20030008619A KR 100523335 B1 KR100523335 B1 KR 100523335B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gps
local oscillator
signal
oscillator
control value
Prior art date
Application number
KR10-2003-0008619A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20040072955A (en
Inventor
윤상준
이승일
조윤상
서흥석
이정일
Original Assignee
주식회사 네비콤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 네비콤 filed Critical 주식회사 네비콤
Priority to KR10-2003-0008619A priority Critical patent/KR100523335B1/en
Publication of KR20040072955A publication Critical patent/KR20040072955A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100523335B1 publication Critical patent/KR100523335B1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13Receivers
    • G01S19/35Constructional details or hardware or software details of the signal processing chain
    • G01S19/37Hardware or software details of the signal processing chain
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13Receivers
    • G01S19/20Integrity monitoring, fault detection or fault isolation of space segment
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13Receivers
    • G01S19/23Testing, monitoring, correcting or calibrating of receiver elements

Abstract

본 발명은 GPS 수신기의 국부발진기를 제어할 수 있는 회로와 알고리즘을 제안하여 원자 시계급의 정확도와 안정도를 갖는 시각과 주파수를 공급할 수 있는 GPS 수신기 및 그를 이용한 GPS 클럭장치에 관한 것으로, 정밀 제어가 가능한 국부발진기와, 국부발진기를 제어하는 신호처리부를 포함하며, GPS 신호로부터 생성되는 내부 1PPS(Pulse Per Second) 신호와 국부발진기를 분주하여 생성되는 출력 1PPS 신호의 위상차이 정보를 이용하여, 국부발진기의 시각 및 주파수의 오차를 예측하고 국부발진기의 제어값을 출력하며, 국부발진기의 온도 특성 데이터 및/또는 경년(Aging) 특성 데이터를 이용하여 제어값을 더 정밀하게 제어할 수 있다. The present invention relates to a GPS receiver and a GPS clock device using the same, by providing a circuit and an algorithm capable of controlling a local oscillator of a GPS receiver and supplying time and frequency having an accuracy and stability of atomic clock. Local oscillator including a local oscillator and a signal processor for controlling the local oscillator, and using the phase difference information of the internal 1PPS (Pulse Per Second) signal generated from the GPS signal and the output 1PPS signal generated by dividing the local oscillator. It is possible to predict the error of time and frequency of the local oscillator, output the control value of the local oscillator, and control the control value more precisely using temperature characteristic data and / or age characteristic data of the local oscillator.

본 발명에 의하면, GPS 수신기의 국부발진기를 직접 제어함으로써 GPS 수신기 이외에 별도의 국부발진기 및 마이크로프로세서를 구비하고 있던 기존의 GPS 클럭장치에 비하여 시스템의 효용성과 경제성을 더욱 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 위성의 추적상태가 불안정한 환경에서도 정밀하고도 안정된 시각정보를 보장한다. According to the present invention, the local oscillator of the GPS receiver can be directly controlled to further improve the efficiency and economy of the system as compared to the conventional GPS clock device having a separate local oscillator and microprocessor in addition to the GPS receiver. This guarantees accurate and stable visual information even under unstable tracking conditions.

Description

정밀 제어 가능 국부발진기를 구비하는 지피에스 수신기, 지피에스 클럭장치및 이중화 지피에스 클럭장치 {GPS Receiver having Precise-Controlled Local Oscillator, GPS Clock Device and Duplexed GPS Clock Device using the GPS Receiver} GPS receiver, GPS clock device and duplexed GPS clock device using the GPS receiver with precision controllable local oscillator {GPS Receiver having Precise-Controlled Local Oscillator}

본 발명은 정밀 제어 가능 국부발진기를 구비하는 지피에스 수신기, 지피에스 클럭장치 및 이중화된 GPS 클럭장치, 더 상세하게는 소정의 제어회로에 의하여 정밀한 제어가 가능한 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기와, 별도의 시각 전용 GPS 수신기를 이용하지 않고 정밀 제어가 가능한 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기로 구성된 GPS 클럭장치와, 전술한 GPS 수신기를 이용한 두 개 이상의 GPS 클럭부로 이루어진 이중화 GPS 클럭장치에 관한 것이다. The present invention provides a GPS receiver having a precisely controllable local oscillator, a GPS clock device and a redundant GPS clock device, and more particularly a GPS receiver having a local oscillator capable of precise control by a predetermined control circuit, and a separate view. The present invention relates to a GPS clock device including a GPS receiver having a local oscillator capable of precise control without using a dedicated GPS receiver, and a redundant GPS clock device including two or more GPS clock units using the aforementioned GPS receiver.

일반적으로, GPS수신기의 국부발진기(Local Oscillator: LO)는 수신기의 RF부에 기준 주파수를 공급하는 장치이다. 일반적으로 GPS 수신기의 측정치(Measurements)는 각 GPS 위성에 고유한 PRN(Pseudo Random Noise) 코드의 위상, 수신된 캐리어(Carrier)의 위상과 주파수 정보들에 의한 도달시각(TOA; Time of Arrival)에 기초를 두고 있기 때문에 GPS 수신기의 국부발진기는 매우 중요한 부분이라 할 수 있다. In general, a local oscillator (LO) of a GPS receiver is a device that supplies a reference frequency to an RF unit of a receiver. In general, GPS receiver measurements are based on the time of arrival (TOA) based on the phase of the Pseudo Random Noise (PRN) code unique to each GPS satellite, the phase and frequency information of the received carrier. The local oscillator of a GPS receiver is a very important part because it is based.

그러나 우수한 안정도를 가지고 있는 발진기는 GPS 수신기의 다른 부분에 비하여 개발이 늦어져 GPS 수신기의 어느 부품보다 고가이고 가장 큰 부품이 되었다. 비용 또는 장치의 크기 등을 고려하여, 오늘날의 일반적인 GPS 수신기에서는 비록 안정도는 좋지 않지만 저가이고 소형인 TCXO (Temperature-Compensated Crystal Oscillator)를 국부발진기로 주로 사용하게 되었고, 이러한 TCXO의 온도와 주파수의 상관관계를 분석하여 그 주파수 오차를 보상하는 알고리즘은 이미 잘 알려져 있다. 그러나 특수한 목적의 GPS 수신기에는 전술한 TCXO보다 우수한 안정도를 가지고 있는 발진기를 사용할 필요성이 있다. However, the oscillator with excellent stability is slower than other parts of the GPS receiver, making it the most expensive and largest component of any GPS receiver. Considering the cost or the size of the device, in today's general GPS receivers, although the stability is not good, the low cost and small size-compensated crystal oscillator (TCXO) is mainly used as a local oscillator. Algorithms for analyzing the relationship and compensating for the frequency error are well known. However, special purpose GPS receivers need to use an oscillator having better stability than the aforementioned TCXO.

본 발명에서는 자체적으로 GPS 수신기의 국부발진기의 주파수를 제어할 수 있는 회로와 알고리즘을 이용하여 원자 시계급의 정확도와 안정도를 갖는 시각과 주파수를 공급할 수 있는 GPS 수신기를 제안하였다. The present invention proposes a GPS receiver capable of supplying time and frequency with atomic clock accuracy and stability using circuits and algorithms that can control the frequency of the local oscillator of the GPS receiver.

또한 기존의 GPS 클럭코어(Clock Core)를 이용한 GPS 클럭장치를 대신하여 국부발진기를 제어하는 본 발명에 의한 GPS 수신기를 이용한 GPS 클럭장치를 제안하고자 한다. In addition, the present invention proposes a GPS clock device using a GPS receiver according to the present invention for controlling a local oscillator in place of a conventional GPS clock device using a GPS clock core.

우선 종래의 GPS 수신기 및 GPS 클럭장치의 구성을 대략적으로 살펴본다. First, the configuration of a conventional GPS receiver and a GPS clock device will be described.

GPS 수신기GPS receiver

GPS는 미국 국방부에서 군사용으로 개발한 새로운 위성항법 시스템으로 현재 24개의 GPS 위성을 이용한 항법 서비스를 전세계적으로 무료로 제공하고 있다. GPS는 기존 항법 시스템에 비해 정확성이 높고 사용이 간편하며 시간과 장소 그리고 기상상황에 관계없이 사용할 수 있다는 장점이 있다. 또 이동하는 사용자의 3차원 위치, 속도, 자세, 시간에 대한 10가지 정보를 동시에 제공할 수 있는 기능을 갖고 있다. 위치정보는 WGS84라는 기준좌표로, 시간은 GPS 시간이라는 기준 시간으로 통일되어 제공된다. 따라서 사용자는 GPS 수신기만 있으면 자신의 시간과 공간에 대한 정보를 언제 어디서나 아주 손쉽게 얻을 수 있다. GPS is a new satellite navigation system developed for military use by the US Department of Defense and currently provides free navigation service using 24 GPS satellites worldwide. GPS has the advantage of being more accurate and easy to use than the existing navigation system, and can be used regardless of time, place and weather conditions. In addition, it has the function to simultaneously provide 10 kinds of information about the moving user's three-dimensional position, speed, posture, and time. Location information is a reference coordinate called WGS84, and time is provided unified with a reference time called GPS time. Therefore, users can get information about their time and space very easily anytime and anywhere with a GPS receiver.

도 1은 종래의 일반적인 GPS 수신기의 기능 블록도로서, 크게 GPS 신호를 수신하는 GPS 안테나(11)와, 다운 컨버터(Down Convertor; 12),상관기부(Correlation System; 13), 발진기(Oscillator; 14), 온도센서(15), 안테나 체크 회로(16) 및 신호처리부(마이크로프로세서; 17)로 이루어진다. 1 is a functional block diagram of a conventional GPS receiver, which includes a GPS antenna 11, a down convertor 12, a correlation system 13, and an oscillator 14 that receive a GPS signal largely. ), A temperature sensor 15, an antenna check circuit 16, and a signal processor (microprocessor) 17.

이러한 GPS 수신기는 먼저 수신된 GPS 신호를 다운컨버터(Down Convertor)를 통하여 신호를 중간 주파수 대역(Intermediate Frequency)으로 변환한뒤 상관기부(Correlation System)에 전달한다. 이러한 다운컨버터는 여러 개의 믹서(Mixer)들로 구성되는데 발 진기로부터 기준 주파수를 입력받아 VCO(Voltage Controlled Oscillator)를 제어하는 위상잠금루프(Phase Locked Loop; PLL)를 구성하고 합성(Synthesized)된 주파수를 각 믹서들로 공급하게 된다. 상관기부에서는 캐리어 추적 루프(Carrier Tracking Loop)를 이용하여 입력된 IF(Intermediate Frequency) 신호로부터 캐리어(Carrier)를 제거하고, GPS 신호를 구성하고 있는 PRN 코드는 수신기 내부에서 생성된 동일한 코드와 코릴레이션(Correlation)하여 적분된 데이터(Data)를 신호처리부(Microprocessor)에 전달한다. The GPS receiver first converts the received GPS signal into an intermediate frequency through a down-converter and delivers the signal to a correlation system. The downconverter is composed of several mixers, which receive a reference frequency from the oscillator to form a phase locked loop (PLL) that controls a voltage controlled oscillator (VCO) and synthesizes the synthesized frequency. To each mixer. The correlator removes a carrier from an IF signal input by using a carrier tracking loop, and the PRN code constituting the GPS signal is correlated with the same code generated inside the receiver. (Correlation) delivers the integrated data to the microprocessor.

신호처리부(Microprocessor)에서는 상관기부(Correlation System)에서 입력된 적분 데이터와 측정 데이터를 이용하여 각 위성들과의 의사거리(Pseudorange) 및 의사거리율(Pseudorange rate)을 계산하고 GPS 위성 데이터를 추출하게 되며, 소정의 항법알고리즘을 통하여 수신기의 위치, 속도, 시간 등의 정보를 산출한다. The microprocessor calculates the pseudorange and pseudorange rate from each satellite and extracts GPS satellite data by using the integral and measured data input from the correlation system. Through the predetermined navigation algorithm, information such as the position, speed, and time of the receiver is calculated.

오늘날의 일반적인 GPS 수신기에서는 비록 안정도는 좋지 않지만 저가이고 소형인 TCXO(Temperature-Compensated Crystal Oscillator)를 국부발진기로 주로 사용하게 되었고 TCXO의 온도와 주파수의 상관관계를 분석하여 그 주파수 오차를 보상하는 알고리즘은 이미 잘 알려져 있다.In today's general GPS receivers, although the stability is not good, the low cost and compact Temperature-Compensated Crystal Oscillator (TCXO) is mainly used as a local oscillator, and the algorithm that compensates for the frequency error by analyzing the temperature and frequency correlation of TCXO Already known.

GPS 클럭코어(Clock Core) 및 그를 이용한 GPS 클럭장치GPS clock core and GPS clock device using the same

일반적으로 GPS는 위치추적의 용도로만 사용되는 것으로 알려져 있으나 GPS로부터 획득할 수 있는 1PPS 신호와 TOD(Time Of Date)는 장기적으로 매우 안정된 시각원으로 사용할 수 있다. In general, GPS is known to be used only for location tracking, but the 1PPS signal and TOD (Time Of Date) that can be obtained from GPS can be used as a very stable time source in the long term.

22,000Km의 궤도를 돌고 있는 24개의 GPS위성은 각각 세슘 원자시계와 루비듐 원자시계를 탑재하고 있으며 이들 원자시계는 지상국(Control Segment)의 감시 및 제어를 받는다. 또한, 각 위성은 UTC(Universal Time Coordinate)에 대한 원자시계의 오차를 자신의 항법 메시지에 실어서 송출한다. The 24 GPS satellites, orbiting 22,000 km, are equipped with a cesium atomic clock and a rubidium atomic clock, respectively, which are monitored and controlled by a ground station (Control Segment). In addition, each satellite transmits its own navigation message with the error of the atomic clock against UTC (Universal Time Coordinate).

일반적으로 TCXO를 이용하는 GPS 수신기에서 얻을 수 있는 1PPS는 약 100nsec 이내로 단기안정도(Short Term Stability) 면에서는 1.0×10-8급으로 그리 우수한 편은 아니다. 그러나, GPS의 1PPS는 UTC에 대한 위상 편이(Phase Drift)가 거의 없으므로 장기안정도(Long Term Stability) 면에서는 원자시계를 대체할 수 있는 매우 정확한 시각 및 주파수원이 될 수 있다.In general, the 1PPS that can be obtained from a TCXO-enabled GPS receiver is less than about 100 nsec, which is not so good as 1.0 × 10 -8 in terms of short Term Stability. However, GPS's 1PPS has little phase drift to UTC, making it a very accurate time and frequency source that can replace atomic clocks in terms of long term stability.

일반적인 GPS 클럭 코어(Clock Core)는 단기적으로 불안정한 GPS의 1PPS를 필터링(Filtering)하기 위하여 구간평균이나 칼만필터(Kalman Filter) 등을 사용하고 있다. 이러한 필터는 GPS 클럭코어(C lock Core)의 출력이 단기 안정도 면에서는 우수한 발진기의 특성을 유지하고, 장기 안정도 면에서는 GPS의 1PPS 특성을 보이도록 구현된다. 결과적으로 GPS를 이용하여 장기 및 단기안정도가 모두 우수한 시각 및 주파수를 획득할 수 있다.General GPS clock cores use interval averages or Kalman filters to filter 1PPS of unstable GPS in the short term. Such a filter is implemented such that the output of the GPS lock core maintains excellent oscillator characteristics in terms of short-term stability and shows 1PPS characteristics of GPS in terms of long-term stability. As a result, GPS can be used to obtain time and frequency with excellent long-term and short-term stability.

종래의 GPS 클럭코어는 도 2와 같은 구성을 하고 있으며, GPS 신호에 포함되어 있는 1PPS, TOD 등의 시간 정보를 제공하는 GPS 수신기(21)와, 클럭코어의 자체 발진기(22), GPS 수신기로부터의 시간정보와 자체 발진기의 출력 사이의 차이를 감지하기 위한 위상감지기(Phase Detector; 23), 위상차이에 따라 자체 발진기의 주파수 및 시간을 제어하기 위한 필터를 포함하는 신호처리부(24)를 포함한다. 신호처리부는 소정의 제어 알고리즘과 적절한 필터링에 의하여 위상차이에 따른 자체 발진기의 주파수 및 시간을 제어한다. The conventional GPS clock core has the configuration as shown in FIG. 2, and includes a GPS receiver 21 for providing time information such as 1PPS and TOD included in the GPS signal, a self-oscillator 22 of the clock core, and a GPS receiver. Phase Detector (23) for detecting the difference between the time information and the output of the self-oscillator, and a signal processor 24 including a filter for controlling the frequency and time of the self-oscillator according to the phase difference . The signal processor controls the frequency and time of the self oscillator according to the phase difference by a predetermined control algorithm and appropriate filtering.

이렇듯, 현재 이용되고 있는 대부분의 GPS 클럭 코어(Clock Core)는 도 2에서와 같이 GPS 수신기 제조 회사에서 공급하는 시각(時刻) 전용 GPS 수신기를 기준시각 공급원으로 장착하고 있고, GPS 수신기의 국부발진기와 별도로 제공되는 GPS 클럭 코어용 발진기를 구비하고 있다. 따라서, 시각 전용 GPS 수신기의 출력과 별도의 GPS 클럭코어용 발진기의 출력으로부터 시각차를 측정하고 그에 따라 GPS 클럭코어용 발진기를 제어하는 제어부가 독립적으로 구현된다. 여기서 독립적이란 의미는 두 부분이 물리적으로 분리 가능한 입력 출력관계로 연결되었다는 것을 의미하며, 다시 말해, 시각 전용 GPS 수신기 및 GPS클럭코어 두 부분의 동작을 관장하는 마이크로프로세서가 각각 독립적으로 존재함을 의미한다. As such, most of the GPS clock cores currently used are equipped with a time-only GPS receiver supplied by a GPS receiver manufacturer as a reference time source, as shown in FIG. An oscillator for a GPS clock core is provided separately. Therefore, the controller for measuring the time difference from the output of the time-only GPS receiver and the output of the GPS clock core oscillator separate from the output and accordingly controls the oscillator for the GPS clock core is independently implemented. Independent means that the two parts are connected in a physically separable input and output relationship, that is, there are independent microprocessors that manage the operation of the two parts of the GPS clock core and the GPS clock core. do.

즉, 도 2에서와 같이 시각 전용 GPS 수신기로부터의 시각 정보를 입력받고 자체 발진기의 출력과 비교한 후, 그 차이에 따라 자체 발진기를 제어하는 구성을 하고 있다는 것이다 . 일반적인 GPS 수신기를 응용한 제품(GPS 클럭장치 등)들은 무수히 많이 있다. 그러나 대부분 GPS 수신기와의 단순한 인터페이스(Interface) 회로만 구현하고 수신기의 프로토콜(Protocol)만 맞추어 사용하고 있다. In other words, as shown in FIG. 2, after receiving the time information from the time-only GPS receiver and comparing the output with the oscillator, the oscillator is controlled according to the difference. There are many products that use common GPS receivers (GPS clock devices, etc.). However, most of them implement only simple interface circuit with GPS receiver and use only protocol of receiver.

이와 같이 GPS 수신기가 독립되어 있는 구조의 GPS 클럭 코어는 다음과 같은 단점을 가지고 있다. 첫째, GPS 기저대역 프로세스 부분과 발진기의 제어 프로세스 부분이 분리된 구조로 하드웨어 주변 장치들이 중복되어 있으므로 소형화, 집적화 되는 현재의 추세를 극복하는데 어려움이 있다. 둘째, 대부분의 시각전용 GPS 수신기에서 GPS 클럭코어(Clock Core)에 공급되는 정보가 한정되어 있으므로 GPS 항법 메시지 정보 등을 공유하고 처리할 수가 없으므로 응용분야가 제한된다. 셋째, 위성의 추적상태가 불안정한 환경에서 수신기의 1PPS가 순간적으로 UTC에 크게 벗어날 경우 발진기의 제어에 치명적인 영향을 줄 수 있다.As described above, the GPS clock core having the structure independent of the GPS receiver has the following disadvantages. First, since the GPS peripheral band process part and the control process part of the oscillator are separated from each other and the hardware peripherals are overlapped, it is difficult to overcome the current trend of miniaturization and integration. Second, since the information supplied to the GPS clock core is limited in most visual GPS receivers, application fields are limited because the GPS navigation message information cannot be shared and processed. Third, if the receiver's 1PPS is momentarily out of UTC in an environment where satellite tracking is unstable, it can have a fatal effect on the control of the oscillator.

본 발명은 이러한 종래의 GPS 수신기 및 GPS 클럭장치가 가지는 단점을 극복하기 위하여 제안된 것으로 다음과 같은 목적을 가진다. The present invention has been proposed to overcome the disadvantages of the conventional GPS receiver and GPS clock device has the following object.

본 발명의 목적은 GPS 수신기에 구비된 국부발진기를 직접 제어할 수 있는 회로와 알고리즘을 추가하여 원자시계급의 정확도와 안정도를 갖는 시각과 주파수를 공급할 수 있는 GPS 수신기 및 그를 이용한 GPS 클럭장치를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a GPS receiver and a GPS clock device using the same, by adding a circuit and an algorithm capable of directly controlling a local oscillator provided in a GPS receiver to supply time and frequency with atomic clock accuracy and stability. will be.

본 발명의 다른 목적은 GPS 수신기의 국부발진기를 직접 제어함에 있어서, GPS 위성신호가 수신되는 상태에서는 GPS 잠금모드로 제어하고, GPS 위성신호가 없거나 오차가 임계치 이상인 경우에는 홀드오버 모드로 동작하는 GPS 수신기의 국부발진기 제어방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to directly control the local oscillator of the GPS receiver, when the GPS satellite signal is received in the GPS lock mode, and when there is no GPS satellite signal or the error operating in the holdover mode GPS It is to provide a local oscillator control method of a receiver.

본 발명의 다른 목적은 직접 정밀 제어되는 국부발진기를 구비하는 둘 이상의 GPS 클럭부로 이루어진 GPS 클럭장치와 그를 이용한 이중화 방법을 제공함으로써 더 안정적이고 정밀한 시간정보를 제공할 수 있도록 하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a GPS clock device comprising two or more GPS clock units having a local oscillator directly and precisely controlled, and a duplication method using the same, thereby providing more stable and accurate time information.

본 발명에 의한 정밀제어 가능한 국부발진기를 포함하는 GPS 수신기는 다음과 같은 구성을 가진다. GPS receiver including a precisely controllable local oscillator according to the present invention has the following configuration.

하나 이상의 GPS 신호 수신 안테나와, 안테나에서 수신된 GPS 신호를 중간주파수 대역 신호로 변환하는 다운컨버터(Downconvertor)와, 소정의 신호처리부에 의하여 정밀하게 제어되는 국부발진기와, 다운컨버터로부터의 중간 주파수 대역 신호의 캐리어를 제거하여 GPS 신호에 포함된 PRN코드를 추출하고 자체적으로 생성한 대응 코드와의 코릴레이션을 수행한 후 생성된 적분 데이터를 신호처리부로 전달하는 상관기부(Correlation System)와, 상기 상관기부로부터의 데이터를 기초로 내부 기준 시각(1PPS)을 생성하는 기준시각 생성부(1PPS Generator)와, 상기 국부발진기의 출력을 분주하여 생성된 출력 1PPS 신호와 상기 기준시각 생성부로부터의 내부 1PPS의 위상차이를 감지하는 위상탐지부 (Phase Detection System)와, 온도센서(Temperature Sensor)와, 안테나의 연결상태를 확인하는 안테나 체크 회로와, 위상탐지부, 온도센서 및 안테나 체크 회로 중 하나 이상으로부터의 데이터를 입력받아 국부발진기의 제어값을 출력하는 기능을 구비하는 신호처리부(또는 마이크로프로세서), 및 국부발진기의 제어 알고리즘에 대한 정보를 저장하고 있는 저장부를 포함한다. One or more GPS signal receiving antennas, a downconverter for converting GPS signals received from the antenna into intermediate frequency band signals, a local oscillator precisely controlled by a predetermined signal processor, and an intermediate frequency band from the downconverter Correlation system for extracting the PRN code included in the GPS signal by removing the carrier of the signal, performing correlation with the corresponding code generated by itself, and delivering the generated integral data to the signal processor, and the correlation A reference time generator (1PPS Generator) for generating an internal reference time (1PPS) based on data from a base, and an output 1PPS signal generated by dividing an output of the local oscillator and an internal 1PPS from the reference time generator. Check the connection between phase detection system, temperature sensor, and antenna to detect phase difference A signal processor (or microprocessor) having a function of receiving data from at least one of an antenna check circuit, a phase detector, a temperature sensor, and an antenna check circuit and outputting control values of a local oscillator, and a control of a local oscillator It includes a storage unit for storing information about the algorithm.

물론 , 상기 신호처리부는 전술한 기능 이외에 GPS 수신기가 가지는 기본적인 기능인, 상관기부로부터의 적분 데이터와 측정 데이터를 이용하여 위성과의 의사거리를 산출하고 소정의 항법알고리즘을 이용하여 현재 자신의 위치, 시간을 포함하는 항법해를 산출하는 항법해 산출 기능을 추가로 구비하고 있다. Of course, the signal processing unit calculates a pseudo distance from the satellite using integrated data and measurement data from the correlator, which is a basic function of the GPS receiver, in addition to the above-described functions, and uses a predetermined navigation algorithm to determine its current position and time. A navigation solution calculation function for calculating a navigation solution including a is further provided.

상기 국부발진기는 OCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator)이며, 각각의 OCXO 마다 고유한 온도특성, 갱년특성 데이터가 상기 저장부에 저장되어 있는 것이 바람직하다. The local oscillator is an OCXO (Oven Controlled Crystal Oscillator), it is preferable that each of the OCXO unique temperature characteristics, menopausal characteristics data is stored in the storage unit.

상기 신호처리부는 위상탐지부로부터 입력되는 내부 1PPS 신호와 국부발진기의 출력을 분주하여 생성한 출력 1PPS 신호의 위상차이 정보를 이용하여, 국부발진기의 시각 및 주파수의 오차를 예측하고 국부발진기의 제어값을 출력하며, 이 때 저장부에 저장되어 있는 국부발진기의 온도 특성 데이터 및/또는 경년(Aging) 특성 데이터를 이용하여 제어값을 더 정밀하게 산출하도록 할 수 있다. The signal processor estimates the error of time and frequency of the local oscillator using the phase difference information of the internal 1PPS signal input from the phase detector and the output 1PPS signal generated by dividing the output of the local oscillator. In this case, the control value may be more precisely calculated using temperature characteristic data and / or Aging characteristic data of the local oscillator stored in the storage.

신호처리부는 1 이상의 GPS 신호가 정상적으로 수신되어 적절한 내부 1PPS 신호를 출력하는 경우에는 전술한 바와 같은 GPS 잠금모드에 의하여 국부발진기 제어값을 산출하며, GPS 신호가 수신되지 아니하거나, 안테나에 장애가 발생한 경우 또는 내부 1PPS가 출력 1PPS와 임계치 이상 차이가 발생하는 경우에는 홀드오버 모드로 국부발진기 제어값을 산출하도록 한다. When the signal processing unit normally receives one or more GPS signals and outputs an appropriate internal 1PPS signal, the signal processor calculates a local oscillator control value according to the GPS lock mode as described above, and when the GPS signal is not received or an antenna fails. Alternatively, when the internal 1PPS differs from the output 1PPS by more than a threshold value, the local oscillator control value is calculated in the holdover mode.

상세하게 살펴보면, 신호처리부는 안테나 체크 회로로부터 모든 안테나가 작동하지 않는 상태 신호 또는 GPS 신호의 입력이 제한되는 상태 신호가 입력되거나, 내부 1PPS 신호와 출력 1PPS 신호의 차이가 소정의 임계값을 초과하는 경우에는 수신되는 GPS 신호로부터 산출되는 내부 1PPS 신호를 이용한 제어값 산출 대신, 저장부에 저장된 국부발진기의 온도 특성 데이터 및/또는 경년(Aging) 특성 데이터만을 이용하여 국부발진기의 제어값을 산출하는 홀드오버 모드(Holdover Mode)로 동작하는 것이 바람직하다. In detail, the signal processing unit receives a state signal in which all antennas do not operate or a state signal for limiting input of a GPS signal from an antenna check circuit, or a difference between an internal 1PPS signal and an output 1PPS signal exceeds a predetermined threshold. In this case, instead of calculating a control value using an internal 1PPS signal calculated from a received GPS signal, a hold for calculating a control value of the local oscillator using only temperature characteristic data and / or aging characteristic data of the local oscillator stored in the storage unit. It is desirable to operate in Holdover Mode.

또한, 신호처리부는 1 이상의 GPS 위성으로부터 신호가 수신되는 경우에는 GPS 잠금모드로 동작하며, GPS 잠금모드는 3개 이상의 GPS 위성 신호가 소정 시간 이상 수신되는 경우 해당 소정 시간동안의 위치정보를 기초로 현재 수신기의 위치를 확정한 후 제어값을 산출하는 위치 홀드 모드(Position Hold Mode)와, 3개 미만의 GPS 위성으로부터의 신호가 수신되는 경우에는 그 시점에서의 수신기 위치를 확정한 후 제어값을 산출하는 신속 위치 홀드 모드(Quick Position Hold Mode)로 이루어지는 것이 바람직하다. In addition, the signal processing unit operates in the GPS lock mode when a signal is received from one or more GPS satellites, and the GPS lock mode is based on the location information during the predetermined time when three or more GPS satellite signals are received for a predetermined time or more. Position Hold Mode, which calculates the control value after determining the current position of the receiver, and when receiving signals from less than three GPS satellites, determines the receiver position at that point in time. It is preferable that the calculation is made in a quick position hold mode.

GPS 잠금모드에서의 국부발진기 제어값 산출 방법을 더 상세하게 살펴보면, GPS 잠금모드에서 마이크로프로세서는 위상탐지부로부터 소정 시간마다 내부 1PPS 신호와 출력 1PPS 신호 사이의 타임 인터벌(Time Interval) 값을 입력받아 제어주기에 따라서 소전 시간 주기동안 구간평균값을 계산하고, 구간 평균값과 칼만필터(Kalman Filter)를 사용하여 시각 및 주파수의 오차를 예측하고 발진기의 온도계수를 산출하여 제어값을 결정한다. 이 때, 발진기의 주파수 특성을 고려하여 초기에는 짧은 주기로 제어를 실행하고 어느 정도(약 1시간)의 시간이 경과되면 제어주기를 길게 하여 주파수의 정확도와 안정도를 보장할 수 있다. 이렇게 제어주기를 조절하는 것은 제어 루프의 응답 특성의 밴드폭을 조절하는 효과를 가진다. 즉, 주기를 짧게 하는 것은 응답 특성 밴드 폭을 넓혀 응답속도를 빠르게 하나, 1PPS의 잡음에 민감하게 하며, 주기를 길게 하는 것은 응답 밴드 폭을 좁혀 응답속도를 느리게 하고, 결과적으로 1PPS의 잡음을 제거하는 효과를 갖는다. Looking at the method of calculating the local oscillator control value in the GPS lock mode in more detail, in the GPS lock mode, the microprocessor receives a time interval value between the internal 1PPS signal and the output 1PPS signal every predetermined time from the phase detector. The interval average value is calculated during the preheating time period according to the control period, and the interval average value and the Kalman Filter are used to predict the error of time and frequency, and the temperature coefficient of the oscillator is calculated to determine the control value. At this time, in consideration of the frequency characteristics of the oscillator, the control is initially performed in a short cycle, and when a certain amount of time (about 1 hour) has elapsed, the control cycle can be lengthened to ensure the accuracy and stability of the frequency. Adjusting the control period in this way has the effect of adjusting the bandwidth of the response characteristics of the control loop. In other words, a shorter period of time widens the response characteristic band to increase the response speed, but it is sensitive to noise of 1PPS, and a longer period of time narrows the response band width to slow the response speed, resulting in the elimination of 1PPS noise. Has the effect.

홀드오버 모드에서는 마이크로프로세서가 홀드오버 모드로 진행되기 이전의 GPS 잠금모드 동안 발진기를 제어하기 위한 제어값과 발진기의 현재 표면 온도 또는 발진기의 소모전류를 해당 시간과 함께 한 제어주기에 한 번씩 기록하다가, 홀드오버 모드로 전환되면 상기 기록된 정보를 이용하여 최소자승 알고리즘(Least Square Algorithm)을 이용하여 발진기의 경년(Aging) 계수와 온도 계수(온도에 따른 발진기의 주파수 출력변화율)를 추정한 후 발진기의 제어값을 산출한다. In holdover mode, the microprocessor records the control values for controlling the oscillator, the current surface temperature of the oscillator, or the current consumption of the oscillator once per control period, along with the time, during the GPS lock mode prior to the holdover mode. In the holdover mode, the oscillator is estimated after estimating the age coefficient and temperature coefficient of the oscillator using the least square algorithm using the recorded square algorithm. Calculate the control value of.

홀드오버 모드에서의 제어값 산출은, 우선 추정된 경년계수와 온도계수의 적합성을 판단하고, 적합하게 추청된 경우에는 경과시간(dt), 온도변화(dT), 경년계수 중 하나 이상을 측정하여 제어값(DAC)의 증분(PRE_dDAC)을 구하고, 제어값의 증분을 직전 제어주기에서의 제어값(DAC_k-1)과 더하여 현재의 제어값(DAC_k)을 구하고, 발진기의 온도특성 테이블(Table)로부터 현재 온도와 매핑(Mapping)되는 온도특성 제어값 증분(TEMP_DAC)을 더함으로써 산출된다. The control value calculation in the holdover mode first determines the suitability of the estimated aging coefficient and the temperature coefficient and, if appropriately, measures one or more of elapsed time (dt), temperature change (dT), and aging coefficient. The increment of the control value DAC (PRE_dDAC) is obtained, and the control value DAC_k-1 is obtained by adding the increment of the control value with the control value DAC_k-1 in the previous control period, and the temperature characteristic table of the oscillator is obtained. Calculated by adding the temperature characteristic control value increment (TEMP_DAC) mapped from the current temperature to the current temperature.

상기 국부발진기 및 위상탐지부로부터의 데이터를 기초로 필요한 정보를 출력하는 시간/주파수 구동부를 추가로 포함할 수 있다. 즉, 시간/주파수 구동부는 국부발진기로부터 주파수 관련 데이터를 입력받고, 위상탐지부로부터 시간 관련 데이터를 입력받은 후 필요한 시스템 클럭신호와 같은 주파수 출력, 시간 출력, TOD 출력 등을 생성하여 출력한다. The apparatus may further include a time / frequency driver for outputting necessary information based on data from the local oscillator and the phase detector. That is, the time / frequency driver receives frequency-related data from the local oscillator, receives time-related data from the phase detector, and generates and outputs a frequency output, a time output, a TOD output, and the like, such as a required system clock signal.

또한, 신호처리부로부터의 제어값을 아날로그 신호로 변환하고 필터링하여 아날로그 제어 신호를 생성하는 D/A컨버터 및/또는 필터수단을 추가로 포함할 수 있다. The apparatus may further include a D / A converter and / or filter means for converting and filtering the control value from the signal processor into an analog signal to generate an analog control signal.

상기 신호처리부는 아날로그 제어신호(S_con)가 N이상 N+1 미만의 값인 경우, N의 제어값을 (N+1-S_con)시간동안 출력하고, N+1의 제어값을 (S_con-N) 시간만큼 출력하되, 각각의 제어값을 짧은 셀로 나누어 교차적으로 출력함으로써 고루 분포하도록 하는 소프트웨어 펄스폭 변조 방식을 이용하는 것이 바람직하다. When the analog control signal S_con is greater than or equal to N and less than N + 1, the signal processor outputs a control value of N for (N + 1-S_con) time and outputs a control value of N + 1 to (S_con-N). It is preferable to use a software pulse width modulation scheme that outputs as time, but distributes each control value evenly by dividing each control value into short cells.

본 발명에 의한 GPS 클럭장치는 소정 장치에 정밀한 클럭을 제공하거나 시간정보를 제공하기 위한 것으로, 전술한 구성의 GPS 수신기와, GPS 수신기로부터의 기준 주파수를 입력받아 필요한 사양의 클럭 또는 시간정보를 생성하는 주파수 합성기를 포함하여 구성될 수 있다. The GPS clock device according to the present invention is to provide a precise clock to a predetermined device or to provide time information. The GPS clock device according to the present invention receives a reference frequency from the GPS receiver and the GPS receiver of the above-described configuration, and generates clock or time information having a required specification. It can be configured to include a frequency synthesizer.

또한, 본 발명에 의한 이중화 구조의 GPS 클럭장치는 두 개 이상의 GPS 클럭부로 이루어져 있으며, 각각의 GPS 클럭부는 전술한 구성의 GPS 수신기와, GPS 수신기로부터의 기준 주파수를 입력받아 필요한 사양의 클럭을 생성하는 주파수 합성부(Frequency Synthesizer)와, 서로의 자체 진단 데이터를 송수신하기 위한 중복 인터페이스부(Redundancy Interface)와, 외부로 클럭 또는 시간정보를 출력하고 활성화 또는 비활성화 제어되는 출력구동부(Output Driver)를 포함하며, 현재 활성화된 클럭부에 장애가 발생한 경우 해당 클럭부의 출력구동부를 비활성화시키고 다른 클럭부의 출력구동부를 활성화시키는 이중화동작을 수행한다. In addition, the GPS clock device of the redundant structure according to the present invention is composed of two or more GPS clock unit, each GPS clock unit receives the GPS receiver of the above-described configuration, and the reference frequency from the GPS receiver to generate a clock of the required specification Frequency Synthesizer, Redundancy Interface for transmitting / receiving each other's self-diagnostic data, and Output Driver which outputs clock or time information to the outside and is activated or deactivated. If a failure occurs in the currently activated clock unit, the clock driver deactivates the output driver of the corresponding clock unit and activates the output driver of the other clock unit.

이하에서는 첨부되는 도면을 참고로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

우선, 본 발명에 의한 GPS 수신기 또는 GPS 클럭장치의 성능(또는 요구되는 사양) 및 본 발명에 의한 GPS 수신기 및 GPS 클럭장치의 기본적인 제어 알고리즘에 대하여 간략히 알아본다. First, the performance (or required specification) of the GPS receiver or GPS clock device according to the present invention and the basic control algorithm of the GPS receiver and GPS clock device according to the present invention will be briefly described.

본 발명에 의한 GPS 클럭 코어 및 GPS 클럭 장치의 성능(필요 사양)Performance (required specification) of GPS clock core and GPS clock device according to the present invention

1) 시각 및 주파수의 성능1) visual and frequency performance

기존의 GPS Clock Core를 대체하기 위해서는 기본적인 출력인 시각과 주파수의 정확도와 안정도가 확보되어야 한다. In order to replace the existing GPS clock core, the accuracy and stability of the basic output time and frequency must be secured.

먼저 주파수의 정확도는 기본적으로 가장 중요한 성능이다. 도 3의 결과는 본 발명에 의한 GPS 클럭 코어의 기본 주파수인 10MHz의 정확도를 주파수 카운터를 이용하여 측정한 것이다. 주파수 카운터의 기준 주파수는 세슘 원자시계의 10MHz 를 사용하였다. First of all, frequency accuracy is basically the most important performance. The results of FIG. 3 are measured using a frequency counter to measure the accuracy of 10 MHz, which is the fundamental frequency of the GPS clock core according to the present invention. The reference frequency of the frequency counter used 10 MHz of cesium atomic clock.

Spec. < 5.8 10Spec. <5.8 10 -13-13 (1 day Average)  (1 day Average)

주파수의 안정도는 위 측정결과를 후처리하여 얻을 수 있다. 결과는 다음의 도 4에 도시하였다. The stability of the frequency can be obtained by post-processing the above measurement results. The results are shown in the following FIG. 4.

Spec. < 1.0 10Spec. <1.0 10 -11-11 (ADEV : 4<<8103, : Sampling Time )  (ADEV: 4 << 8103,: Sampling Time)

GPS 클럭코어(Clock Core)의 기본 시각(1PPS)의 정확도 측정을 위하여 GPS의 1PPS와 동기시킨 세슘 원자시계의 1PPS출력을 기준으로 하여 시각 차이를 5일 동안 주파수 카운터를 이용하여 측정하였고 그 분포는 도 5에 도시하였다. 여기서 안테나 케이블(Cable)과 1PPS 연결 케이블 등에 의한 시각 오차 바이어스(Bias)는 측정 오차의 평균으로 가정하고 제거하였다. 결과는 다음과 같이 정리된다. In order to measure the accuracy of the basic clock (1PPS) of the GPS clock core, the time difference was measured using a frequency counter for 5 days based on the 1PPS output of the cesium atomic clock synchronized with the GPS 1PPS. 5 is shown. Here, the visual error bias (Bias) by the antenna cable and the 1PPS connection cable is assumed as the average of the measurement error and removed. The results are summarized as follows.

Spec. : 10ns (1σ) , 22ns (2σ)Spec. : 10ns (1σ), 22ns (2σ)

2) 발진기 제어 알고리즘2) Oscillator Control Algorithm

본 발명에 의한 GPS 클럭코어의 발진기 제어에는 도 6에서와 같이 크게 GPS 신호를 이용할 수 있는 GPS 잠금 상태(GPS Locked Mode)와, GPS신호를 사용할 수 없는 홀드오버 상태(Holdover Mode)를 위한 두 가지의 제어 알고리즘 (Algorithm)을 필요로 한다. In the oscillator control of the GPS clock core according to the present invention, as shown in FIG. 6, there are two types of GPS locked states for using a GPS signal and a holdover mode for not using a GPS signal. Requires a control algorithm of.

GPS 잠금모드의 경우에는 GPS 수신기의 1PPS 와 발진기의 출력주파수를 분주한 1PPS의 시각 차이를 측정하고 수 십초에서 수 백초 동안 이 값을 평균을 취하거나 확률 필터를 거치면 UTC와 GPS 클럭코어에서 생성되는 1PPS의 시각 오차를 추정할 수 있다. 또한 그 추정 시각오차의 변화량을 살펴보면 현재 GPS 클럭코어 자체 발진기로부터 출력되는 주파수 오차를 추정할 수가 있다. 발진기 제어부는 이 추정 오차를 최소화하도록 비례(Proportional) 또는 비례 적분(Proportional and Integral) 제어기로 구현된다.In the GPS lock mode, the time difference between 1PPS of the GPS receiver and 1PPS divided by the oscillator's output frequency is measured and averaged over a few tens to hundreds of seconds, or a probability filter is generated from UTC and the GPS clock core. The visual error of 1PPS can be estimated. Also, by looking at the variation of the estimated time error, the frequency error output from the current GPS clock core self oscillator can be estimated. The oscillator controller is implemented as a proportional or proportional and integral controller to minimize this estimation error.

GPS 위성 신호를 수신할 수 없는 경우에는 수신기의 1PPS를 신뢰할 수 없으므로 GPS 클럭코어는 홀드오버(Holdover) 상태로 동작하여야 한다. 루비듐 같이 외란 민감도 및 경년변화율 (Aging) 성능이 좋은 발진기를 사용하는 경우에는 GPS 잠금모드 상태의 최종 제어값을 그대로 유지하는 방법을 쓰지만 OCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator)와 같이 외란 민감도 및 경년변화율 성능이 요구되는 성능에 비하여 우수하지 못한 경우는 OCXO의 온도특성, 경년변화율 특성 등을 OCXO 마다 모델링하여 제어함으로써 성능을 개선시키는 것이 필요하다.If the GPS satellite signal cannot be received, the 1PPS of the receiver is unreliable, so the GPS clock core should be operated in a holdover state. When using an oscillator with good disturbance sensitivity and aging performance, such as rubidium, the final control value of the GPS lock mode is maintained. However, the disturbance sensitivity and aging rate performance, such as OCXO (Oven Controlled Crystal Oscillator) In the case of not being superior to the required performance, it is necessary to improve the performance by modeling and controlling the temperature characteristics of the OCXO and the characteristics of aging change for each OCXO.

3) GPS 클럭장치의 필요 출력 성능3) Required output performance of GPS clock device

일반적으로 무선통신 네트워크 시스템에서 사용되고 있는 GPS 클럭장치는 GPS 클럭코어에서 출력하는 10MHz. 1PPS, TOD 출력 이외에 시스템 클럭(System Clock), 1PP2S 등을 출력할 수 있어야 하며, GPS 잠금모드인 경우 이외에 위성을 정상적으로 추적하지 못하는 홀드오버 상태에서도 각 출력 성능이 보장되어야 한다. 일반적인 GPS 클럭장치의 필요 출력성능은 다음의 <표 1>과 같다.In general, the GPS clock device used in the wireless communication network system is 10MHz output from the GPS clock core. In addition to 1PPS and TOD output, it should be able to output system clock, 1PP2S, etc., and each output performance should be guaranteed even in the holdover state where satellites cannot be tracked normally except in the GPS lock mode. The required output performance of general GPS clock device is shown in <Table 1>.

GPS 클럭장치의 출력성능 Output performance of GPS clock device ItemItem SpecificationSpecification 10MHz10 MHz AccuracyAccuracy < 1.0 10-11 (GPS Locked, 1 day Average)<1.0 10 -11 (GPS Locked, 1 day Average) < 1.0 10-10 (Holdover, 1 day Average)<1.0 10 -10 (Holdover, 1 day Average) StabilityStability < 1.0 10-11 (ADEV : =100sec, : Sampling Time )<1.0 10 -11 (ADEV: = 100sec,: Sampling Time) 1PPS1PPS AccuracyAccuracy < 200ns (GPS Locked, 2)<200 ns (GPS Locked, 2) < 8sec (after 24hr of Holdover)<8sec (after 24hr of Holdover) System ClockSystem clock AccuracyAccuracy < 1.0 10-11 (1 day Average)<1.0 10 -11 (1 day Average) < 1.0 10-10 (Holdover, 1 day Average)<1.0 10 -10 (Holdover, 1 day Average) StabilityStability < 1.0 10-11 (ADEV : =100sec, : Sampling Time )<1.0 10 -11 (ADEV: = 100sec,: Sampling Time) 1PP2S1PP2S Accuracy Accuracy <100ns (Time Difference with 1PPS)<100ns (Time Difference with 1PPS)

또한 GPS 클럭장치는 필요에 따라서 이중화 동작을 수행하여야 한다. 이중화 동작이란 2개의 GPS 클럭 출력이 서로 연결되어 있는 상태에서 소프트웨어 및/또는 하드웨어의 동작에 문제가 발생할 때 문제가 생긴 시각 및 주파수의 출력들이 정상적인 시각 및 주파수의 출력들로 대체되도록 연속적으로 스위칭되는 동작을 의미한다. 기본적으로 GPS 클럭장치는 무선통신 네트워크 시스템의 핵심적인 장비이기 때문에 시스템 전체의 안정성을 강화하기 위하여 이러한 이중화 방식으로 설계가 되어 있다. GPS 클럭장치가 이중화 동작을 수행하기 위해서는 GPS 위성의 추적상태를 포함한 다양한 자체 진단 기능을 가지고 있어야 하며 출력이 연결되어 있는 상대 시스템에 자신의 진단 결과를 알려주고 상대방의 진단결과를 읽어오는 기능을 수행하여야 한다. In addition, the GPS clock device should perform a redundant operation as necessary. Redundancy operation means that when two GPS clock outputs are connected to each other, when a problem occurs in the operation of the software and / or hardware, the troubled time and frequency outputs are continuously switched to be replaced with the normal time and frequency outputs. It means action. Basically, since the GPS clock device is the core equipment of the wireless communication network system, it is designed in such a redundancy method to enhance the stability of the whole system. In order to perform the redundancy operation, the GPS clock device must have various self-diagnostic functions including the tracking status of GPS satellites, and inform the counterpart system to which its output is connected and perform the function of reading the counterpart's diagnosis result. do.

본 발명에 따른 시스템의 구성Configuration of the System According to the Invention

본 발명에 따른 시스템, 즉 GPS 수신기는 도 7에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 GPS 신호 수신 안테나(GPS Antenna; 110)와, 안테나에서 수신된 GPS 신호를 중간주파수 대역 신호로 변환하는 다운컨버터(Down Convertor; 111)와, 소정의 신호처리부에 의하여 정밀하게 제어되는 국부발진기(Oscillator; 112)와, 다운컨버터로부터의 중간 주파수 대역 신호의 캐리어를 제거하여 GPS 신호에 포함된 PRN코드를 추출하고 자체적으로 생성한 대응 코드와의 코릴레이션을 수행한 후 생성된 적분 데이터를 신호처리부로 전달하는 상관기부(Correlation System; 113)와, 상기 상관기부로부터의 데이터를 기초로 내부 기준 시각(1PPS)을 생성하는 기준시각 생성부(1PPS Generator; 114)와, 상기 국부발진기의 출력을 분주하여 생성된 출력 1PPS 신호와 상기 기준시각 생성부로부터의 내부 1PPS의 위상차이를 감지하는 위상탐지부(Phase Detection System; 115)와, 온도센서(Temperature Sensor; 116)와, 안테나의 연결상태를 확인하는 안테나 체크 회로(Antenna Check Circuit; 117)와, 위상탐지부, 온도센서 및 안테나 체크 회로 중 하나 이상으로부터의 데이터를 입력받아 국부발진기의 제어값을 출력하는 기능을 구비하는 신호처리부로서의 마이크로프로세서(Microprocessor; 118), 국부발진기의 제어 알고리즘에 대한 정보를 저장하고 있는 저장부로서의 비휘발성 메모리(Non-Volatile Memory; 119)를 포함한다. As illustrated in FIG. 7, the system according to the present invention, that is, a GPS receiver, includes one or more GPS signal receiving antennas (GPS antennas) 110 and a down converter for converting GPS signals received from the antennas into intermediate frequency band signals. 111, a local oscillator 112 precisely controlled by a predetermined signal processor, and a carrier of an intermediate frequency band signal from the downconverter are removed to extract a PRN code included in the GPS signal. A correlator (113) for performing the correlation with the generated corresponding code and transferring the generated integral data to the signal processor, and generating an internal reference time (1PPS) based on the data from the correlator. Phase difference between the 1PPS generator 114 and the output 1PPS signal generated by dividing the output of the local oscillator and the internal 1PPS from the reference time generator. Phase detection unit (Phase Detection System; 115), temperature sensor (Temperature Sensor; 116), antenna check circuit (Antenna Check Circuit 117) for checking the connection state of the antenna, phase detection unit, temperature sensor And a microprocessor (118) as a signal processor having a function of receiving data from at least one of the antenna check circuits and outputting control values of the local oscillator, and a storage unit storing information on the control algorithm of the local oscillator. Non-volatile memory (Non-Volatile Memory) 119 as an example.

물론, 국부발진기 제어값을 변환하고 필터링하기 위한 D/A 컨버터(120)와 필터(121), 위상탐지부와 국부발진기로부터의 입력을 기초로 필요한 주파수/시간 정보를 생성·출력하기 위한 시간/주파수 구동부(Time&Frequency Driver; 122), 안테나 체크 회로와 마이크로프로세서를 연결하는 인터페이스 회로(Interface Circuit; 123) 등이 추가로 포함되어 있을 수 있다.Of course, time for generating and outputting necessary frequency / time information based on inputs from the D / A converter 120 and the filter 121, the phase detector and the local oscillator for converting and filtering the local oscillator control values. A frequency driver 122 may further include an interface circuit 123 connecting the antenna check circuit and the microprocessor.

또한 , 본 발명에 의한 GPS 클럭장치는 위와 같은 GPS 수신기로부터 정밀한 시간 또는 주파수 정보를 입력받고 클럭장치가 적용될 장치에 요구되는 클럭, 시간 정보, 주파수 정보를 합성하는 주파수 합성부를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 클럭은 임의의 시스템 클럭 등이 될 수 있다. In addition, the GPS clock device according to the present invention may further include a frequency synthesizer for receiving accurate time or frequency information from the GPS receiver as described above and synthesizing the clock, time information, and frequency information required for the device to which the clock device is applied. . This clock can be any system clock or the like.

이러한 GPS 수신기 또는 GPS 클럭장치에 포함된 GPS 수신기의 동작은 다음과 같다. The operation of the GPS receiver or GPS receiver included in the GPS clock device is as follows.

국부발진기(112)를 제어하는 GPS 수신기는 먼저 수신된 GPS 신호를 다운컨버터(Down Convertor; 111)를 통하여 신호를 중간 주파수 대역신호(IF 신호)로 다운 변환한 뒤 상관기부(Correlation System; 113)에 전달한다. 이러한 다운컨버터(Down Convertor; 111)는 여러 개의 믹서(Mixer)들을 구비하고 있는데 제어가 진행중인 발진기로부터 기준 주파수를 입력받아 VCO(Voltage Controlled Oscillator)를 제어하는 PLL을 구성하고 합성된(Synthesizing) 주 파수를 각 믹서(Mixer)들에게 공급하게 된다. The GPS receiver controlling the local oscillator 112 first converts the received GPS signal down to an intermediate frequency band signal (IF signal) through a down-converter (111) and then correlates (Correlation System) 113. To pass on. The down-converter 111 includes a plurality of mixers. The down-converter 111 receives a reference frequency from an oscillator under control and configures a PLL to control a voltage controlled oscillator (VCO) and synthesizes the synthesized frequency. Is supplied to each mixer.

상관기부(Correlation System; 113)에서는 소정의 반송파 추적 루프(Carrier Tracking Loop)를 이용하여 입력된 IF(Intermediate Frequency) 신호의 캐리어(Carrier; 또는 반송파)를 제거하고 GPS 신호를 구성하고 있는 PRN 코드를 추출한다. 그 뒤 수신기 내부에서 생성된 동일한 코드와 추출한 PRN 코드를 코릴레이션(Correlation)하여 적분된 데이터를 생성하여 마이크로프로세서(118)로 전달한다. 또한 상관기부(Correlation System; 113)에서는 기준시각 생성부(1PPS Generator; 114)가 발진기 제어를 위한 기준 시각(1PPS)을 제공할 수 있도록 기본적인 클럭(Clock)을 제공한다.The correlator system 113 removes a carrier (or carrier) of the input IF signal using a predetermined carrier tracking loop and removes the PRN code constituting the GPS signal. Extract. Thereafter, the same code generated inside the receiver and the extracted PRN code are correlated to generate integrated data, and then deliver the integrated data to the microprocessor 118. In addition, the correlation system 113 provides a basic clock so that the reference time generator 1PPS 114 may provide a reference time 1PPS for controlling the oscillator.

위상탐지부(Phase Detection System; 115)는 기준시각 생성부(1PPS Generator; 114)로부터 UTC에 동기 되어진 내부 1PPS와 국부발진기로부터의 10MHz 클럭을 입력으로 한다. 국부발진기로부터 입력 받은 10MHz 클럭을 분주하여 출력 1PPS를 생성하고 제어 초기에는 내부 1PPS와 동기를 맞추어 준다. 한번 동기가 이루어 지고 나면 그 이후에는 발진기의 드리프트(Drift)로 인하여 내부 1PPS와 출력 1PPS는 위상차이가 발생하게 되고 이 위상차이 데이터가 마이크로프로세서(118)에 전달되어 진다.The phase detection system 115 inputs an internal 1PPS synchronized with UTC and a 10MHz clock from the local oscillator from the reference time generator 1PPS Generator 114. The 10MHz clock input from the local oscillator is divided to generate 1PPS output and synchronized with the internal 1PPS at the beginning of control. Once synchronized, thereafter, a phase difference occurs between the internal 1PPS and the output 1PPS due to the drift of the oscillator, and the phase difference data is transferred to the microprocessor 118.

온도센서(Temperature Sensor; 116)는 발진기의 온도를 측정하여 인터페이스회로(Interface Circuit; 123)를 통하여 마이크로프로세서(Microprocessor; 118)에 전달하고 안테나 체크 회로(Antenna Check Circuit; 117)는 GPS 안테나의 연결상태를 모니터링(Monitoring) 하여 안테나의 연결상태가 정상인 지 아니면 오픈(Open)혹은 단락(Short)인지 여부를 표시하는 안테나 상태 신호를 인터페이스 회로(123)를 통하여 마이크로프로세서(118)로 전달한다. The temperature sensor 116 measures the temperature of the oscillator and transmits the temperature to the microprocessor 118 through the interface circuit 123, and the antenna check circuit 117 connects the GPS antenna. Monitoring status is transmitted to the microprocessor 118 through the interface circuit 123 to indicate the antenna status signal indicating whether the antenna connection is normal or open or short (short).

시간/주파수 구동부(Time & Frequency Driver; 122)는 국부발진기(112)로부터 주파수를 입력받고 위상탐지부(Phase Detection System; 115)로부터 시각을 입력받아 출력 사양에 따라 적절히 출력한다.The time / frequency driver 122 receives a frequency from the local oscillator 112 and receives a time from a phase detection system 115 and outputs the time according to the output specification.

D/A 컨버터(120) 및 필터(121)는 마이크로프로세서(118)로부터 입력 받은 발진기의 제어값을 아날로그값으로 변환하고 필터링하여 발진기 제어에 사용될 수 있는 제어신호를 발생시킨다. The D / A converter 120 and the filter 121 convert a control value of the oscillator received from the microprocessor 118 into an analog value and filter it to generate a control signal that can be used for oscillator control.

마이크로프로세서(Microprocessor; 118)는 상관기부(Correlation System; 113)에서 입력된 적분 데이터와 측정 데이터를 이용하여 각 위성들과의 의사거리(Pseudorange) 및 의사거리율(Pseudorange rate)을 계산하고 GPS 위성 데이터를 추출하게 되는데 항법알고리즘을 통하여 수신기의 위치, 시간 등의 정보를 출력한다. 또한 위상탐지부(Phase Detection System; 115)로부터 내부 1PPS 와 출력 1PPS의 위상차를 입력받아 시각 및 주파수의 오차를 예측하고 보정하여 발진기의 제어값을 출력하는데 이때 비휘발성 메모리(Non-Volatile Memory; 119)에 저장되어 있는 발진기의 온도 특성 데이터, 경년 데이터 등을 활용하여 더욱 정밀한 제어값을 결정한다.The microprocessor 118 calculates the pseudorange and pseudorange rate from each satellite using the integrated data and the measurement data inputted from the correlation system 113, and calculates the GPS satellites. It extracts data, and outputs information such as receiver's position and time through navigation algorithm. In addition, the phase detection unit 115 receives a phase difference between the internal 1PPS and the output 1PPS to predict and correct errors of time and frequency, and outputs control values of the oscillator.Non-Volatile Memory (119) The temperature control data of the oscillator and the secular data are used to determine more precise control values.

이 때, 만약 안테나가 오픈되어 있거나 위성을 더 이상 추적하지 못하는 경우 혹은 내부 1PPS가 상대적으로 안정된 출력 1PPS보다 특정값 이상 벗어나는 경우는 내부 1PPS를 기준으로 하지 않는 홀드오버(Holdover) 제어를 하게 된다. 이때는 발진기의 경년(Aging) 특성과 온도특성 만을 활용하는 홀드오버(Holdover) 알고리즘을 이용하여 발진기를 제어하게 된다. 이러한 홀드오버 모드의 제어 알고리즘에 대해서는 아래에서 다시 설명한다. At this time, if the antenna is open or the satellite is no longer tracked or if the internal 1PPS deviates by a certain value from the relatively stable output 1PPS, the holdover control is not performed based on the internal 1PPS. At this time, the oscillator is controlled by using a holdover algorithm that utilizes only the aged and temperature characteristics of the oscillator. The control algorithm of the holdover mode will be described later.

본 발명에 따른 GPS 수신기의 동작 소프트웨어Operating software of the GPS receiver according to the present invention

본 발명에 따른 GPS 수신기 또는 그를 이용한 GPS 클럭장치의 동작 소프트웨어(Software)는 태스크 스위칭(Task Switching) OS(Operating System)를 기반으로 하고 있는데 크게 인터럽트 루틴(ISR)과 멀티태스킹 루틴으로 구성되고, 멀티태스킹 루틴은 100ms 마다 발생하는 TIC을 기준으로 구성하였으며 100ms 태스크와 1s 태스크가 있다. The operation software of the GPS receiver or the GPS clock device using the same is based on a task switching operating system (OS), and is mainly composed of an interrupt routine (ISR) and a multitasking routine. The tasking routine is based on a TIC that occurs every 100ms, and there are 100ms and 1s tasks.

인터럽트 루틴은 멀티태스킹 루틴보다 우선 순위를 가지고 상관기부(Correlation System)에서 900㎲ 마다 발생되는 인터럽트 신호에 의하여 수행된다. 도 8은 멀티태스킹 루틴에 의한 각 태스크의 동작을 우선순위에 따라서 나타낸 것이다.The interrupt routine has priority over the multitasking routine and is performed by an interrupt signal generated every 900 ms in the correlation system. 8 illustrates the operation of each task by the multitasking routine in order of priority.

우선순위가 매겨진 각 태스크의 동작은 다음과 같다. The actions of each prioritized task are as follows:

1.측정 태스크(Take Meas. Task)로 측정 데이터(Measurement Data)를 수집하고 국부 반송파 주파수를 업데이트한다(S81).1.Measurement data is collected by a measurement task and a local carrier frequency is updated (S81).

2.항법 태스크(Nav. Task)로 측정 데이터를 처리하여 항법해를 구하고 위치를 업데이트한다. 그러나 GPS 클럭 코어의 특성상 1시간 동안 계산되어진 위치를 평균 내어 그 평균위치로 수신기의 위치를 확정하는 위치 홀드 모드(Position Hold Mode)인 경우는 더 이상 위치를 업데이트하지 않는다(S82).The navigation data is processed by the navigation task to find the navigation solution and update the position. However, in the position hold mode in which the position calculated for one hour is averaged and the receiver is determined as the average position due to the nature of the GPS clock core, the position is no longer updated (S82).

3.제어 태스크(Control Task)로 GPS 잠금조건(GPS Locked Condition)이 만족할 경우 GPS 잠금 제어를 수행하고 그렇지 않은 경우는 홀드오버 모드(Holdover)로 발진기의 온도특성, 경년(Aging) 특성 등을 고려하여 제어를 수행한다(S83, S84, S85). 여기서 GPS 잠금조건은 추적하고 있는 위성의 수가 1개 이상이고 인핸스드 T-RAIM(Enhanced T-RAIM) 알고리즘에 의하여 내부 1PPS가 정상이라고 판단된 경우이다.3. If GPS Locked Condition is satisfied by Control Task, GPS Locked Control is performed. Otherwise, Holdover Mode is used to consider the oscillator's temperature characteristics and Aging characteristics. Control is performed (S83, S84, S85). The GPS locking condition is a case where the number of satellites being tracked is one or more and the internal 1PPS is determined to be normal by an enhanced T-RAIM algorithm.

4.디스플레이 태스크 (Display Task)로 모니터링용 데이터를 UART을 통하여 전송한다(S86).4. The display task (Display Task) transmits the monitoring data through the UART (S86).

5.대화 태스크(Diag. Task)로 발진기의 온도와 안테나 연결상태에 관련된 정보를 가져와 처리한다. 또한 사용자에 의하여 입력된 명령어를 점검하고 이벤트가 발견되면 그 내용을 플래쉬 메모리에 저장한다(S87).5. It is a conversation task (Diag. Task) to get the information related to the temperature of the oscillator and the antenna connection state and processing. In addition, it checks the command input by the user and if the event is found and stores the contents in the flash memory (S87).

6.프로세싱 태스크(ProcSbf. Task)로 수신되어진 항법 메시지 정보를 처리하고 저장한다(S88).6. Process and store the navigation message information received by the processing task (ProcSbf.Task) (S88).

7.할당 태스크(Alloc. Task)는 GPS 위성을 할당하는 역할을 한다(S89).7. Assign task (Alloc.Task) serves to allocate the GPS satellites (S89).

도 9는 인터럽트 루틴에 의한 각 동작을 시간 순서에 따라 나타낸 것이다.9 illustrates each operation by the interrupt routine in chronological order.

인터럽트 루틴은 멀티태스킹 루틴보다 우선 순위를 가지고 Correlation System에서 900㎲ 마다 발생되는 인터럽트 신호에 의하여 수행된다. 인터럽트 루틴의 각 단계의 동작을 상세하게 설명하면 다음과 같다.The interrupt routine has priority over the multitasking routine and is executed by the interrupt signal generated every 900 ms in the Correlation System. The operation of each step of the interrupt routine will be described in detail as follows.

1.PRN 코드의 상관값은 코드의 한 주기(1ms)동안 상관기부(Correlation System)에서 적분된다. 따라서 마이크로프로세서(Microprocessor)는 1ms를 넘지 않는 주기로 적분값을 읽어야 하므로 900㎲ 마다 발생하는 인터럽트로 처리된다. 각 채널(Channel)로부터 입력된 적분값은 반송파 추적 루프(Carrier Tracking Loop)와 코드 추적 루프(Code Tracking Loop)를 업데이트하는데 사용되는데 위성을 추적하기 위하여 필수적인 부분이라 할 수 있다(S91).1. The correlation value of the PRN code is integrated in the Correlation System for one period (1 ms) of the code. Therefore, the microprocessor is treated as an interrupt that occurs every 900 ms because it must read the integral value at a period not exceeding 1 ms. The integral value input from each channel is used to update the carrier tracking loop and the code tracking loop, which may be an essential part for tracking satellites (S91).

2.UTC에 동기된 내부 1PPS를 생성하기 위하여 내부 1PPS의 생성에 필요한 기본 클럭인 TIC의 주기를 조정하고 적절한 타이밍(Timing)에 내부 1PPS를 출력한다(S92).2. In order to generate the internal 1PPS synchronized to the UTC, the period of the TIC, which is a basic clock required for generating the internal 1PPS, is adjusted, and the internal 1PPS is output at an appropriate timing (S92).

3.내부 1PPS가 발생된 이후 적절한 타이밍(Timing)에 TOD를 업데이트(Update)하고 출력한다(S93).3. After the internal 1PPS is generated, the TOD is updated and output at an appropriate timing (S93).

4.제어 태스크(Control Task)에서 업데이트(Update)된 발진기의 제어값(DAC)을 읽어와 PWM(Pulse Width Modulation)을 수행하고 출력한다(S94).4. The control task reads the control value (DAC) of the updated oscillator and performs PWM (Pulse Width Modulation) and outputs it (S94).

마이크로프로세서(Microprocessor)로부터 출력되는 발진기의 제어값은 D/A 컨버터에 입력되어 발진기의 제어 전압(Control Voltage)을 생성한다. 본 발명에 사용한 D/A 컨버터는 16-Bits의 시리얼 데이터(Serial Data)를 입력으로 한다. 따라서 발진기 제어값의 범위는 0에서 65535까지의 정수이다. 그러나 본 발명에서는 더욱 정밀한 제어를 위하여 제어값의 스텝(Step)을 0.01로 할 수 있는 방법을 고안하였다. 따라서, 마이크로프로세서는 10ms 마다 제어값을 D/A 컨버터에 전달하는데, 만약 30000.46의 제어값을 출력한다면 30000의 값을 540ms동안 30001의 값을 460ms동안 출력하는 소프트웨어 펄스폭 변조(Software PWM)의 방법을 사용하였다. 그러나 이러한 방법은 발진기의 안정도를 낮추는 결과를 가지고 올 수 있으므로 본 발명에서는 540ms, 460ms의 시간을 각각 연속되게 출력한 것이 아니라 10ms 단위로 나누어 규칙적으로 고루 분포하도록 하는 PWM의 응용방식을 사용한다. The control value of the oscillator output from the microprocessor is input to the D / A converter to generate the control voltage of the oscillator. The D / A converter used in the present invention takes 16-bits of serial data as input. Thus, the range of oscillator control values is an integer from 0 to 65535. However, the present invention has devised a method that can make the step of the control value to 0.01 for more precise control. Therefore, the microprocessor transfers the control value to the D / A converter every 10ms. If it outputs the control value of 30000.46, the method of software pulse width modulation (Software PWM) outputs 30000 value for 540ms and 30001 value for 460ms. Was used. However, since this method may bring about a result of lowering the stability of the oscillator, the present invention uses an application method of PWM to regularly distribute evenly by dividing by 10ms instead of continuously outputting the time of 540ms and 460ms.

5.TIC이 발생되어진 시점이라면 진행중인 태스크를 저장하고 가장 우선순위가 높은 태스크를 실행시킨다(S95).5. If the TIC is generated, it stores the task in progress and executes the highest priority task (S95).

발진기 제어 동작Oscillator Control Action

도 10은 본 발명에 의한 GPS 수신기 또는 GPS 클럭장치의 발진기 제어 동작 천이도이다. 10 is a transition diagram illustrating an oscillator control operation of a GPS receiver or a GPS clock device according to the present invention.

도 10에 의하면 GPS 잠금모드(GPS Locked Mode)는 GPS 위성을 정상적으로 추적하고 있는 경우이며 내부 1PPS를 기준으로 하여 발진기를 제어한다. 시스템에 전원이 인가되고 정상적으로 위성을 추적하여 3차원 픽스(3D-Fix)가 되면 시스템은 자동 사이트 서베이(Automatic Site Surveying)를 소정 기간, 예를 들면 1시간 동안 수행하고 수집된 위치의 평균을 계산하여 시스템의 위치를 고정시키는 위치 홀드 모드(Position Hold Mode)를 적용한다. 이는 위치를 정확하게 확정함으로써 더욱 정확한 시각정보를 얻기 위함이다. 그런데 만약 사이트 서베이(Site Surveying)를 진행하고 있는 중에 GPS 위성 신호의 수신상태가 좋지 않아 가시 위성의 개수가 3개 미만으로 된 경우에는 그 때까지 서베이된 위치로 빠르게 위치를 고정시켜 정확한 시각정보를 보장하는 신속 위치 홀드 모드(Quick Position Hold Mode)로 동작하도록 하는 것이 바람직하다. According to FIG. 10, a GPS locked mode is a case where a GPS satellite is normally tracked and controls an oscillator based on an internal 1PPS. When the system is powered up and the satellite is normally tracked and 3D-Fixed, the system performs automatic site surveying for a period of time, eg 1 hour, and calculates the average of the collected locations. Position hold mode to fix the position of the system. This is to obtain more accurate visual information by accurately determining the position. However, if the number of visible satellites is less than 3 due to poor reception status of GPS satellite signals during the site survey, it is possible to quickly fix the position to the surveyed position until that time. It is desirable to operate in a guaranteed Quick Position Hold Mode.

한편, 홀드오버 모드(Holdover Mode)는 GPS 위성을 단 1개도 추적하지 못하는 경우, 또는 내부 1PPS가 출력 1PPS와 임계치 이상 차이가 발생한 경우에 적용되며, 홀드 오버 모드에서는 저장된 경년(Aging) 특정 정보 및 온도 특성정보만을 이용하여 발진기를 제어한다.On the other hand, holdover mode is applied when a single GPS satellite cannot be tracked, or when an internal 1PPS differs from the output 1PPS by more than a threshold value, and in holdover mode, stored aging information and Only the temperature characteristic information is used to control the oscillator.

복구 모드(Recovery Mode)는 홀드오버(Holdover Mode)에서 위성을 다시 추적하게 되면 이를 점검하는 일과 출력 1PPS를 내부 1PPS와 동기시키는 일을 수행하며 자동적으로 GPS 잠금 모드(GPS Locked Mode)로 전환하는 역할을 한다. Recovery Mode performs the task of checking the satellite again in Holdover Mode, synchronizing the output 1PPS with the internal 1PPS, and automatically switching to GPS Locked Mode. Do it.

마이크로프로세서는 GPS 잠금 모드에서 도 11과 같은 제어 동작을 수행한다. The microprocessor performs the control operation as shown in FIG. 11 in the GPS lock mode.

GPS 잠금모드에서 마이크로프로세서의 동작을 살펴보면, 마이크로프로세서 는 위상탐지부로부터 매초마다 타임 인터벌(Time Interval) 값을 입력받아 제어주기에 따라서 5초, 20초, 50초 동안 평균을 낸다(S111 내지 S113). 발진기의 주파수 특성을 고려하여 초기에는 짧은 주기로 제어를 실행하고 약 1시간의 시간이 경과되면 제어주기를 길게 하여 주파수의 정확도와 안정도를 보장할 수 있다. 구간 평균값이 계산되어 지면 칼만필터(Kalman Filter)를 사용하여 시각 및 주파수의 오차를 예측하고 발진기의 온도계수를 예측하여 제어값(제어전압)을 결정하고 제어를 수행한다(S114 내지 S117).Referring to the operation of the microprocessor in the GPS lock mode, the microprocessor receives a time interval value every second from the phase detector and averages the signals for 5 seconds, 20 seconds, and 50 seconds according to the control period (S111 to S113). ). In consideration of the frequency characteristics of the oscillator, the control is performed initially at a short cycle, and when the time of about 1 hour has elapsed, the control cycle is extended to ensure the accuracy and stability of the frequency. When the average value of the interval is calculated, the Kalman Filter is used to predict the error of time and frequency, and the temperature coefficient of the oscillator is predicted to determine the control value (control voltage) and perform the control (S114 to S117).

또한 마이크로프로세서는 홀드오버 모드에서는 도 12와 같은 제어동작을 수행한다.In addition, the microprocessor performs the control operation as shown in FIG. 12 in the holdover mode.

홀드오버 모드에서의 마이크로프로세서의 동작을 살펴보면, 마이크로프로세서는 홀드오버 모드로 진행되기 이전의 GPS 잠금모드 동안 발진기를 제어하기 위한 DAC값과 발진기의 표면 온도 또는 발진기의 소모전류를 해당 시간과 함께 한 제어주기에 한 번씩 기록한다. 홀드오버 모드로 전환되면 이 정보를 이용하여 최소자승 알고리즘(Least Square Algorithm)을 이용하여 발진기의 경년(Aging) 계수와 온도 계수(온도에 따른 발진기의 주파수 출력변화율)를 추정한다(S121).Looking at the microprocessor's operation in holdover mode, the microprocessor has to adjust the DAC value and oscillator surface temperature or current consumption of the oscillator along with the time to control the oscillator during the GPS lock mode prior to the holdover mode. Record once every control cycle. When the changeover to the holdover mode is performed, the age coefficient and temperature coefficient (frequency change rate of the oscillator according to temperature) of the oscillator are estimated using the least square algorithm using the least square algorithm (S121).

국부발진기는 일반적으로 온도변화에 대해 비선형적인 주파수 출력 변화특성을 보이므로 본 발명에서는 이 비선형 특성을 테이블(Table)화하여 발진기 제어 시에 적용한다.The local oscillator generally exhibits nonlinear frequency output change characteristics with respect to temperature change, and thus, the present invention applies this nonlinear characteristic to a table and applies the oscillator control.

홀드오버 모드에서는 경년(Aging)계수와 온도계수를 한꺼번에 추정하거나 경년(Aging) 계수만을 추정하는 방식을 이용한다. 그리고 한꺼번에 추정한 경년(Aging) 계수와 온도계수의 적합성을 판단하고 적합하게 추정되었을 경우에는 경과시간(dt)과 온도변화(dT)를 측정하여 DAC의 증분(PRE_dDAC)을 구한다. 적합성 판단에서 온도계수가 잘못 추정된 것으로 판단되면 경년(Aging) 계수와 경과시간(dt) 만을 이용하여 DAC의 증분(PRE_dDAC)을 구한다(S122 내지 S124).In the holdover mode, the age coefficient and the temperature coefficient are estimated all at once or only the age coefficient is estimated. In addition, the suitability of the estimated Aging coefficient and the temperature coefficient are judged at the same time, and when it is properly estimated, the elapsed time (dt) and the temperature change (dT) are measured to obtain an increment of the DAC (PRE_dDAC). If it is determined that the temperature coefficient is incorrectly estimated in the suitability judgment, the increment (PRE_dDAC) of the DAC is obtained using only the Aging coefficient and the elapsed time dt (S122 to S124).

앞에서 구한 증분(PRE_dDAC)을 전 제어주기에서의 DAC_k-1과 더하여 현재의 DAC_k를 구하고, 발진기의 온도특성 테이블(Table)로부터 현재 온도와 매핑(Mapping)되는 TEMP_DAC를 더하여 D/A 컨버터를 제어하기 위한 제어값으로서의 CONTROL DAC값을 구한다(S125). To control the D / A converter by adding the previously obtained increment (PRE_dDAC) to DAC_k-1 in all control periods and obtaining the current DAC_k, and adding TEMP_DAC which is mapped with the current temperature from the temperature characteristic table of the oscillator. A CONTROL DAC value as a control value for the control is obtained (S125).

내부 1PPS 감시동작Internal 1PPS monitoring operation

원자 시계급의 정확도와 안정도를 갖는 시각과 주파수를 공급하기 위해서는 내부 1PPS의 정확도가 보장되어야 한다. 본 발명을 통하여 개발된 시스템에서는 내부 1PPS를 감시하기 위하여 T-RAIM 알고리즘과 높은 단기 안정도를 갖고 있는 발진기의 주파수 출력을 이용하는 방법을 혼용하여 사용하고 있다. 도 13은 GPS 위성들의 예외적인 문제 발생시 혹은 안테나 주변환경의 예외적인 변화에 의한 내부 1PPS를 감시하는 동작 방법을 나타내고 있다. To provide time and frequency with atomic clock accuracy and stability, the accuracy of the internal 1PPS must be guaranteed. In the system developed through the present invention, the T-RAIM algorithm and the method using the frequency output of the oscillator having high short-term stability are used to monitor the internal 1PPS. FIG. 13 illustrates an operation method of monitoring an internal 1PPS when an exceptional problem occurs in GPS satellites or an exceptional change in the surrounding environment of the antenna.

도 13을 참고하면, 먼저 내부 1PPS와 높은 단기 안정도를 가지고 있는 발진기의 주파수를 분주하여 생성된 출력1PPS와의 타임 인터벌(Time Interval)을 매초 측정하여 10초 동안 평균을 낸다(S131). 그 평균값이 300ns이상의 값을 가지고 있는 경우 T-RAIM 알고리즘을 적용할 수 있는지 판단한다(S132, S133). 그 조건은 먼저 시스템의 위치가 고정되어야 하며 추적하는 위성의 개수가 8개 이상 되어야 하며 의사거리잔차(Pseudorange Residual)가 300ns이상 되어야 한다. 이러한 조건이 만족될 경우 오류가 발생한 위성을 찾고 제거할 수 있다(S134). 만약 위의 조건이 만족되지 못할 경우에는 홀드오버 모드(Holdover Mode)로 발진기 제어 모드를 변경하여 동작한다(S135). Referring to FIG. 13, first, a time interval between an internal 1PPS and an output 1PPS generated by dividing a frequency of an oscillator having high short-term stability is measured every second and averaged for 10 seconds (S131). If the average value has a value of 300 ns or more, it is determined whether the T-RAIM algorithm can be applied (S132, S133). The condition is that the position of the system must be fixed first, the number of satellites to be tracked must be 8 or more, and the pseudorange residual must be 300ns or more. If such a condition is satisfied, the satellite in error can be found and removed (S134). If the above conditions are not satisfied, the oscillator control mode is changed to the holdover mode (S135).

그 이후 계속 타임 인터벌(Time Interval)을 동일한 방법으로 감시하여 타임 인터벌(Time Interval)이 300ns이내가 되는 경우 GPS 잠금모드(GPS Locked Mode) 로 발진기의 제어 모드를 다시 변경하여 동작한다(S136 내지 S140). 만약 300ns 이상의 값을 계속 유지 할 경우 다시 T-RAIM 알고리즘 적용 조건이 만족하는지 확인하여 만족할 경우 오류가 발생한 위성을 찾아 제거하여 GPS 잠금모드로 변경하고 그렇지 않은 경우는 계속하여 타임 인터벌(Time Interval)을 감시하며 홀드오버 모드(Holdover Mode)를 유지한다. After that, the time interval is continuously monitored in the same manner, and when the time interval is less than 300ns, the control mode of the oscillator is changed again to the GPS locked mode (S136 to S140). ). If it keeps more than 300ns, check if T-RAIM algorithm application condition is satisfied again. If it is satisfied, find and remove the satellite that has error and change it to GPS lock mode. Otherwise, continue to set the time interval. Monitor and maintain Holdover Mode.

본 발명에 의한 GPS 클럭장치의 구성Configuration of GPS Clock Device According to the Present Invention

국부발진기를 제어하는 본 발명에 의한 GPS 수신기를 이용한 GPS 클럭장치의 구성의 일예는 도 14와 같다. An example of the configuration of a GPS clock device using a GPS receiver according to the present invention for controlling a local oscillator is shown in FIG. 14.

우선, 본 발명에 의한 이중화 기능을 가지는 GPS 클럭장치는 두 개의 GPS 클럭부(A, B; 140)로 이루어져 있으며, 각각의 GPS 클럭부는 도 7에 도시된 바와 같은 본 발명에 의한 GPS 수신기(GPS Receiver controlling Local Oscillator; 141)와, 주파수 합성부(Frequency Synthesizer; 142), 다른 GPS 클럭부와의 진단 데이터를 교환하기 위한 중복 인터페이스(Redundancy Interface; 143), 출력구동부(Output Driver; 144)를 포함하여 구성된다. 또한, 필요한 경우 1PPS2S를 생성하기 위한 분주기(Divider; 145)를 추가로 포함할 수 있다. First, a GPS clock device having a redundancy function according to the present invention comprises two GPS clock units (A and B) 140, and each GPS clock unit is a GPS receiver according to the present invention as shown in FIG. Receiver controlling Local Oscillator (141), Frequency Synthesizer (142), Redundancy Interface (143) for exchanging diagnostic data with other GPS clock units, Output Driver (144) It is configured by. In addition, if necessary, it may further include a divider 145 for generating 1PPS2S.

각 구성요소의 동작은 다음과 같이 이루어진다. The operation of each component is as follows.

국부발진기를 제어하는 본 발명에 의한 GPS 수신기(141)는 주파수 합성부(Frequency Synthesizer; 142)에 기준주파수 (10MHz)를 공급하며 주파수 합성부(Frequency Synthesizer) 내부의 PLL을 초기화하기 위한 신호를 출력하고 발진기의 주파수(10MHz), 출력 1PPS, TOD의 출력을 출력 구동부(Output Driver)에 전달한다. 또한 중복 인터페이스(Redundancy Interface; 143)를 통하여 GPS 클럭부 자체 진단결과를 상대 GPS 클럭부에 전달하고 상대 GPS 클럭부의 진단 결과를 입력받을 뿐만 아니라 그 진단 결과에 따라 출력구동부(Output Driver; 144)를 활성화(Enable) 혹은 비활성화(Disable)하는 역할을 수행하게 된다.The GPS receiver 141 according to the present invention for controlling a local oscillator supplies a reference frequency (10 MHz) to a frequency synthesizer (142) and outputs a signal for initializing a PLL inside the frequency synthesizer (Frequency Synthesizer). The frequency of the oscillator (10MHz), the output 1PPS, the output of the TOD is transmitted to the output driver (Output Driver). In addition, the redundancy interface 143 transmits the self-diagnosis result of the GPS clock unit to the relative GPS clock unit, receives the diagnosis result of the relative GPS clock unit, and outputs the output driver 144 according to the diagnosis result. It will play a role of enabling or disabling.

주파수 합성부(Frequency Synthesizer; 142)는 국부발진기를 제어하는 GPS 수신기로부터 기준주파수(10MHz)를 입력받아 필요한 시스템 클럭을 생성하고 분주기(Divider; 145)를 통하여 1PP2S를 생성한다. 이렇게 생성된 시스템 클럭과 1PP2S는 출력 구동부(Output Driver; 144)룰 통하여 출력된다. The frequency synthesizer 142 receives a reference frequency (10 MHz) from a GPS receiver controlling a local oscillator, generates a necessary system clock, and generates 1PP2S through a divider 145. The generated system clock and 1PP2S are output through the output driver 144.

이러한 이중화 구조의 GPS 클럭장치는, GPS 클럭장치에 전원이 인가되면 그 중 하나의 GPS 클럭부의 출력 구동부(Output Driver)가 활성화(Enable)되고 나머지 하나는 비활성화(Disable)된다. 만약 하나의 GPS 클럭부(Clock A)의 출력 구동부(Output Driver)가 활성화(Enable) 되었다면 나머지 GPS 클럭부(Clock B)는 GPS 클럭부 A의 주파수를 추적하여 동일한 위상의 주파수와 시각을 생성한다. 만약 GPS 클럭부 A의 소프트웨어 또는 하드웨어에 문제가 진단되면 GPS 클럭부 A의 출력 구동부는 비활성화되고, 동시에 다른 GPS 클럭부 B의 출력 구동부가 활성화된다. 이러한 이중화 방식으로 주파수 및 시각 출력이 스위칭됨으로써 하나의 GPS 클럭부에 장애가 발생한 경우에도 문제없이 제 기능을 수행할 수 있게 된다. When a power is applied to the GPS clock device, an output driver of one of the GPS clock units is enabled and the other is disabled. If the output driver of one GPS clock unit (Clock A) is enabled, the other GPS clock unit (Clock B) tracks the frequency of the GPS clock unit A to generate the frequency and time of the same phase. . If a problem is diagnosed in the software or hardware of the GPS clock unit A, the output driver of the GPS clock unit A is deactivated, and at the same time, the output driver of the other GPS clock unit B is activated. The frequency and time outputs are switched in such a redundant manner so that a function can be performed without a problem even when a GPS clock unit fails.

물론, 이중화 기능이 구비되지 않은 단순한 GPS 클럭장치는 본 발명에 의한 GPS 수신기 이외에, GPS 수신기로부터의 시간/주파수 정보를 입력받아 필요한 소정의 시간/주파수 신호를 생성하기 위한 주파수 합성부를 포함하여 구성할 수도 있을 것이다. Of course, a simple GPS clock device having no redundancy function may be configured to include a frequency synthesizer for generating a predetermined time / frequency signal in addition to the GPS receiver according to the present invention by receiving time / frequency information from the GPS receiver. Could be

도 15는 종래의 GPS 수신기를 이용한 GPS 클럭장치와 본 발명에 의한 GPS 수신기를 이용한 GPS 클럭장치의 구성을 비교 도시하는 도면으로, 도면 왼쪽 블록은 종래 방식에 의한 GPS 클럭장치(150)를, 우측 블록은 본 발명에 의한 GPS 클럭장치(150')를 도시한다.FIG. 15 is a view illustrating a comparison between a GPS clock device using a conventional GPS receiver and a GPS clock device using a GPS receiver according to the present invention. The block on the left shows a GPS clock device 150 according to a conventional method. The block shows a GPS clock device 150 'in accordance with the present invention.

종래의 시각전용 GPS 수신기를 구비하는 GPS 클럭장치의 경우에는, 발진기, 저장부 및 마이크로프로세서를 구비하는 GPS 수신기 이외에, 별도의 GPS 클럭코어용 마이크로프로세서와 저장부(미도시) 및 발진기(제어부)를 추가로 구비하여야 하므로 구성요소가 중복으로 구비됨으로써 장치가 복잡해지고 제작 비용이 증가하였으나, 본 발명에 의한 GPS 클럭장치(150')의 경우에는 본 발명에 의한 정밀제어 가능한 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기 이외에 주파수합성부 및 중복 인터페이스와 같이 반드시 필요한 구성요소만으로 이루어지므로 장치가 간단해질 수 있는 것이다. In the case of a GPS clock device having a conventional GPS receiver for vision only, in addition to a GPS receiver having an oscillator, a storage unit and a microprocessor, a microprocessor, a storage unit (not shown) and an oscillator (control unit) for a separate GPS clock core are provided. Since the device is complicated and the manufacturing cost is increased by additionally providing components, the GPS clock device 150 'according to the present invention has a GPS having a local oscillator which can be precisely controlled according to the present invention. In addition to the receiver, only the necessary components such as a frequency synthesizer and a redundant interface can simplify the device.

도 16은 별도의 시각 전용 GPS 수신기를 이용하던 종래의 기존의 GPS 클럭코어(Clock Core)의 하드웨어 구성도로서, GPS 안테나, 자체 발진기를 구비하는 디지털 신호 프로세서(DSP)와, GPS 수신기 제어부, RAM, 플래쉬메모리, 안테나 체크 회로 등으로 이루어진 시각전용 GPS수신기를 별도로 구비하고 있으며, GPS 클럭코어용 제어부, 클럭코어용 플래쉬메모리와 RAM, 클럭코어용 발진기 등을 추가로 구비하고 있음을 알 수 있다. 이 경우, GPS 수신기의 제어부는 단순히 GPS 신호부터 산출되는 주파수 또는 시간 데이터를 클럭코어용 제어부에 넘겨주는 역할을 하며, 정밀한 시각 제어를 위한 알고리즘의 수행은 별도의 클럭코어용 제어부와 플래쉬메모리(또는 RAM)를 이용하여 이루어졌다. 따라서, 다수의 구성요소가 중복으로 소요됨으로써 시스템의 효율성을 감소시키는 것을 알 수 있다. FIG. 16 is a hardware configuration diagram of a conventional GPS clock core using a separate time-only GPS receiver, and includes a GPS antenna, a digital signal processor (DSP) having a self-oscillator, a GPS receiver controller, and a RAM. In addition, it is provided with a GPS receiver for vision only, which is composed of a flash memory, an antenna check circuit, and the like, and further includes a GPS clock core controller, a clock core flash memory and a RAM, and a clock core oscillator. In this case, the control unit of the GPS receiver simply serves to pass the frequency or time data calculated from the GPS signal to the control unit for the clock core, and the execution of the algorithm for precise time control is performed by a separate control unit for the clock core and the flash memory (or RAM). Thus, it can be seen that multiple components are redundantly consumed, thereby reducing the efficiency of the system.

이에 반해서, 도 17은 본 발명에 의한 정밀 제어 가능한 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기의 하드웨어 구성도로서 , 도 16의 종래 GPS 클럭코어와 비교할 때, 발진기, 제어부 및 저장부 등 다수의 구성요소가 통합됨으로써 훨씬 간단한 구조를 가지게 됨을 알 수 있다. In contrast, FIG. 17 is a hardware configuration diagram of a GPS receiver having a precisely controllable local oscillator according to the present invention. Compared with the conventional GPS clock core of FIG. 16, a plurality of components such as an oscillator, a controller, and a storage unit are integrated. It can be seen that the structure is much simpler.

도 18은 본 발명에 의한 정밀 제어 가능한 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기의 신호처리부(Processing부)의 하드웨어 구성도로서, 데이터 전송을 위한 UART와, 12채널 상관기, 타임마크 생성부, ARM7 타입의 마이크로프로세서, MPC, 내부 RAM, PLC, RTC, GPIO 등으로 이루어져 있다.FIG. 18 is a hardware configuration diagram of a signal processing unit (processing unit) of a GPS receiver having a local oscillator which can be precisely controlled according to the present invention. It consists of processor, MPC, internal RAM, PLC, RTC, GPIO, etc.

도 19는 본 발명에 의한 정밀 제어 가능한 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기의 FPGA를 구성하는 하드웨어의 구성도로서, 도 17에 도시된 FPGA는 10MHz 카운터와, 안테나 오픈/단락 감지신호를 전달하기 위한 안테나 체크 인터페이스, 발진기의 온도 데이터를 전달하기 위한 온도센서 인터페이스, PLL 인터페이스, 리드/라이트 인터페이스, 진단 지시기(Diagnostic Indicator), 1PPS 생성부 등으로 이루어져 있다. 19 is a block diagram of the hardware constituting the FPGA of the GPS receiver having a local oscillator which can be precisely controlled according to the present invention. The FPGA shown in FIG. 17 is an antenna for transmitting a 10 MHz counter and an antenna open / short detection signal. It consists of a check interface, a temperature sensor interface for transferring temperature data of the oscillator, a PLL interface, a lead / right interface, a diagnostic indicator, and a 1PPS generator.

도 20은 본 발명에 의한 정밀 제어 가능한 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기의 소프트웨어 구성도로서, 누적된 데이터의 동기를 위한 비트 및 프레임 동기 모듈, 반송파 추적 루프로서의 FLL 또는 PLL 모듈, 코드 추적 로프로서의 DLL 모듈, 의사거리 및 의사거리 비율 획득 모듈, 홀드오버 제어 알고리즘 모듈, 발진기 제어 모듈, 시간/주파수 오차 예측 모듈, TOD 생성 모듈, 항법해 산출 모듈, 위성 데이터 추출 모듈 등을 포함하고 있다. 20 is a software configuration diagram of a GPS receiver having a precisely controllable local oscillator according to the present invention, which is a bit and frame synchronization module for synchronizing accumulated data, an FLL or PLL module as a carrier tracking loop, and a DLL as a code tracking rope. Modules, pseudorange and pseudorange ratio acquisition modules, holdover control algorithm modules, oscillator control modules, time / frequency error prediction modules, TOD generation modules, navigation solution calculation modules, satellite data extraction modules, and more.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may various modifications without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed herein are not intended to limit the present invention but to describe the present invention, and the spirit and scope of the present invention are not limited by these embodiments. It is intended that the scope of the invention be interpreted by the following claims, and that all descriptions within the scope equivalent thereto shall be construed as being included in the scope of the present invention.

본 발명에 의한 GPS 수신기 또는 GPS 클럭장치는 GPS 수신기의 국부발진기를 직접 제어함으로써 GPS 수신기 이외에 별도의 국부발진기 및 마이크로프로세서를 구비하고 있던 기존의 GPS 클럭장치를 대체할 수 있는 시각 및 주파수를 공급할 수 있다. The GPS receiver or GPS clock device according to the present invention can supply time and frequency that can replace the existing GPS clock device having a separate local oscillator and microprocessor in addition to the GPS receiver by directly controlling the local oscillator of the GPS receiver. have.

따라서 기존의 GPS 클럭장치가 별도의 GPS 수신기를 사용함으로써 가지고 있는 많은 단점을 해결하였다. Therefore, the conventional GPS clock device has solved many disadvantages by using a separate GPS receiver.

첫째, GPS 기저대역 프로세스 부분과 발진기의 제어 프로세스 부분이 통합되어 있어 시스템의 효용성과 경제성을 더욱 향상시킬 수 있다. First, the GPS baseband process portion and the oscillator control process portion are integrated to further improve the system's utility and economics.

둘째, 대부분의 시각전용 GPS 수신기에서 GPS 클럭장치 또는 GPS 클럭코어에 공급되는 정보가 한정되어 있으므로 GPS 항법 메시지 정보 등을 공유하고 처리할 수가 없는 반면 본 발명을 통하여 제시된 시스템은 이 문제를 해결하여 많은 응용분야에 널리 사용될 수 있다.Second, since the information supplied to the GPS clock device or the GPS clock core is limited in most visual GPS receivers, the GPS navigation message information and the like cannot be shared and processed, whereas the system proposed by the present invention solves this problem. It can be widely used in applications.

셋째 , 기존의 GPS 클럭장치 또는 클럭코어는 위성의 추적상태가 불안정한 환경에서 수신기의 1PPS가 순간적으로 UTC에 크게 벗어날 경우 발진기의 제어에 치명적인 영향을 줄 수 있는 반면 본 발명을 통하여 제시된 시스템은 앞에서 제시한 내부 1PPS감시 알고리즘을 적용하여 고도로 안정된 시각정보를 보장할 수 있다.Third, the existing GPS clock device or clock core can have a fatal effect on the control of the oscillator when the receiver's 1PPS is momentarily out of UTC in an environment where satellite tracking is unstable. One internal 1PPS monitoring algorithm can be applied to ensure highly stable visual information.

넷째, GPS 수신기의 발진기를 직접 제어하므로 항법 알고리즘에서의 클럭 오차를 최소화하여 더욱 정확한 위치 및 시각정보를 보장한다. Fourth, since the oscillator of the GPS receiver is directly controlled, the clock error in the navigation algorithm is minimized to ensure more accurate position and visual information.

결론적으로 임베디드 (Embedded) 응용 시스템을 개발할 경우, 이미 만들어진 GPS 수신기를 이용하는 것보다는 정밀한 제어가 가능한 GPS 수신기 기능을 포함하는 GPS 칩세트를 이용함으로써, 시스템의 효용성과 경제성을 더욱 향상시킬 수 있다. In conclusion, when developing an embedded application system, it is possible to further improve the utility and economic efficiency of the system by using a GPS chip set including a GPS receiver function that can be precisely controlled, rather than using an already constructed GPS receiver.

도 1은 종래의 일반적인 GPS 수신기의 블록도,1 is a block diagram of a conventional GPS receiver,

도 2는 종래의 일반적인 GPS 클럭 코어(GPS Clock Core)의 구조를 나타내는 도면, 2 is a view showing the structure of a conventional GPS clock core (GPS Clock Core),

도 3은 GPS 클럭 코어의 주파수 측정결과, 구체적으로는 정확도에 대한 측정결과 그래프,3 is a frequency measurement result of the GPS clock core, specifically, a measurement result graph for accuracy;

도 4는 GPS 클럭 코어의 주파수 측정결과, 구체적으로는 안정도에 대한 측정결과 그래프,4 is a frequency measurement result of the GPS clock core, specifically, a measurement result graph for stability;

도 5는 GPS 클럭 코어의 시각 측정결과, 구체적으로는 정확도에 대한 측정결과 그래프, 5 is a time measurement result of the GPS clock core, specifically, a measurement result graph for accuracy;

도 6은 일반적인 GPS 수신기를 이용한 GPS 클럭코어의 발진기 제어 블록도,6 is an oscillator control block diagram of a GPS clock core using a general GPS receiver;

도 7은 본 발명에 의한 정밀 제어 가능한 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기의 블록도,7 is a block diagram of a GPS receiver having a precisely controllable local oscillator according to the present invention;

도 8은 본 발명에 의한 GPS 수신기 또는 GPS 클럭장치의 멀티태스킹 루틴에 의한 동작 순서도,8 is a flowchart illustrating operations by a multitasking routine of a GPS receiver or a GPS clock device according to the present invention;

도 9는 본 발명에 의한 GPS 수신기 또는 GPS 클럭장치의 인터럽트 루틴에 의한 동작 순서도,9 is an operation flowchart by an interrupt routine of a GPS receiver or a GPS clock device according to the present invention;

도 10은 본 발명에 의한 GPS 수신기 또는 GPS 클럭장치의 발진기 제어 동작 천이도,10 is a transition diagram of an oscillator control operation of a GPS receiver or a GPS clock device according to the present invention;

도 11은 본 발명에 의한 GPS 수신기 또는 GPS 클럭장치의 GPS 잠금 모드(Locked Mode)에서의 발진기 제어 순서도, 11 is a flowchart illustrating an oscillator control in a GPS locked mode of a GPS receiver or a GPS clock device according to the present invention;

도 12는 본 발명에 의한 GPS 수신기 또는 GPS 클럭장치의 홀드오버 모드(Holdover Mode)에서의 발진기 제어 순서도, 12 is a flowchart illustrating an oscillator control in a holdover mode of a GPS receiver or a GPS clock device according to the present invention;

도 13은 본 발명에 의한 GPS 수신기 또는 GPS 클럭장치의 내부 1PPS 감시동작 순서도,13 is a flowchart illustrating an internal 1PPS monitoring operation of a GPS receiver or a GPS clock device according to the present invention;

도 14는 본 발명에 의한 정밀 제어 가능한 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기를 이용한 GPS 클럭장치의 블록도,14 is a block diagram of a GPS clock device using a GPS receiver having a local oscillator which can be precisely controlled according to the present invention;

도 15는 종래의 GPS 수신기를 이용한 GPS 클럭장치와 본 24발명에 의한 GPS 수신기를 이용한 GPS 클럭장치의 구성을 비교 도시하는 도면, FIG. 15 is a view showing a comparison of the configuration of a GPS clock device using a GPS receiver according to the present invention and a GPS clock device using a conventional GPS receiver; FIG.

도 16은 별도의 시각 전용 GPS 수신기를 이용하던 종래의 기존의 GPS 클럭코어(Clock Core)의 하드웨어 구성도,16 is a hardware configuration diagram of a conventional GPS clock core using a separate time-only GPS receiver;

도 17은 본 발명에 의한 정밀 제어 가능한 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기의 하드웨어 구성도,17 is a hardware configuration diagram of a GPS receiver having a local oscillator capable of precise control according to the present invention;

도 18은 본 발명에 의한 정밀 제어 가능한 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기의 신호처리부(Processing부)의 하드웨어 구성도,18 is a hardware configuration diagram of a signal processing unit (processing unit) of the GPS receiver having a local oscillator capable of precise control according to the present invention;

도 19는 본 발명에 의한 정밀 제어 가능한 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기의 FPGA를 구성하는 하드웨어의 구성도,19 is a configuration diagram of hardware constituting an FPGA of a GPS receiver having a local oscillator which can be precisely controlled according to the present invention;

도 20은 본 발명에 의한 정밀 제어 가능한 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기의 소프트웨어 구성도이다. 20 is a software configuration diagram of a GPS receiver having a local oscillator capable of precise control according to the present invention.

Claims (16)

하나 이상의 GPS 신호 수신 안테나;One or more GPS signal receiving antennas; 상기 안테나에서 수신된 GPS 신호를 중간주파수 대역 신호로 변환하는 다운컨버터(Downconvertor); A down converter for converting the GPS signal received from the antenna into an intermediate frequency band signal; 소정의 신호처리부에 의하여 정밀하게 제어되는 국부발진기;A local oscillator precisely controlled by a predetermined signal processor; 상기 다운컨버터로부터의 중간 주파수 대역 신호의 캐리어를 제거하여 GPS 신호에 포함된 PRN코드를 추출하고 자체적으로 생성한 대응 코드와의 코릴레이션을 수행한 후 생성된 적분 데이터를 신호처리부로 전달하는 상관기부(Correlation System);A correlator unit which removes the carrier of the intermediate frequency band signal from the downconverter, extracts the PRN code included in the GPS signal, performs a correlation with the corresponding code generated by itself, and delivers the generated integrated data to the signal processor. (Correlation System); 상기 상관기부로부터의 데이터를 기초로 내부 기준 시각(1PPS) 신호를 생성하는 기준시각 생성부(1PPS Generator);A reference time generator (1PPS Generator) for generating an internal reference time (1PPS) signal based on the data from the correlator; 상기 국부발진기의 출력을 분주하여 생성된 출력 1PPS 신호와 상기 기준시각 생성부로부터의 내부 1PPS 신호의 위상차이를 감지하는 위상탐지부(Phase Detection System);A phase detection unit detecting a phase difference between the output 1PPS signal generated by dividing the output of the local oscillator and the internal 1PPS signal from the reference time generator; 상기 국부발진기의 표면 온도를 측정하고, 온도 특성 데이터를 이용하여 상기 국부발진기의 온도 계수를 산출하는 온도센서(Temperature Sensor);A temperature sensor measuring a surface temperature of the local oscillator and calculating a temperature coefficient of the local oscillator using temperature characteristic data; 안테나의 연결상태를 확인하는 안테나 체크 회로; An antenna check circuit for checking a connection state of the antenna; 상기 위상탐지부로부터의 상기 위상 차이 데이터, 상기 온도센서로부터의 온도 계수 데이터 및 안테나 체크 회로로부터의 상기 안테나 연결 상태 데이터 중 하나 이상을 입력받아 이상 유무를 확인하여 상기 국부발진기의 제어값을 출력하고, 상기 상관기부로부터의 적분 데이터와 측정 데이터를 이용하여 위성과의 의사거리를 산출하고 최소자승 항법알고리즘을 이용하여 현재 자신의 위치, 시간을 포함하는 항법해를 산출하는 항법해 산출 기능 및 상기 산출된 항법해 및 상기 국부발진기의 제어값을 이용하여 상기 국부발진기의 주파수 및 시각오차를 정밀 보정하는 기능을 구비하는 신호처리부; 및Receiving one or more of the phase difference data from the phase detection unit, the temperature coefficient data from the temperature sensor, and the antenna connection state data from the antenna check circuit to check whether there is an abnormality, and output a control value of the local oscillator; And a navigation solution calculation function for calculating a pseudo distance from the satellite using integrated data and measured data from the correlator and calculating a navigation solution including a current position and time using a least-squares navigation algorithm. A signal processor having a function of precisely correcting the frequency and visual error of the local oscillator using the navigation solution and the control value of the local oscillator; And 상기 국부발진기의 제어 알고리즘에 대한 정보를 저장하고 있는 저장부를 포함하며,It includes a storage unit for storing information about the control algorithm of the local oscillator, 상기 국부발진기는 OCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator)를 포함하는 제어 가능 오실레이터(발진기)이며, 해당 오실레이터(발진기)마다 고유한 온도특성 및 갱년특성 데이터 중 하나 이상이 상기 저장부에 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 정밀 제어 가능 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기.The local oscillator is a controllable oscillator (oscillator) including an Oven Controlled Crystal Oscillator (OCXO), wherein at least one of temperature and menopausal characteristic data unique to each oscillator (oscillator) is stored in the storage unit. GPS receiver having a precisely controllable local oscillator. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 신호처리부는 위상탐지부로부터 입력되는 내부 1PPS 신호와 출력 1PPS 신호의 위상차이 정보를 이용하여, 국부발진기의 시각 및 주파수의 오차를 예측하고 국부발진기의 제어값을 산출하여 출력하며, 상기 제어값 산출시에는 제어값을 더 정밀하게 산출하기 위하여 상기 저장부에 저장되어 있는 해당 국부발진기의 온도 특성 데이터 및 경년(Aging) 특성 데이터 중 하나 이상을 이용하는 것을 특징으로 하는 정밀 제어 가능 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기 . The signal processor estimates the time and frequency error of the local oscillator using the phase difference information between the internal 1PPS signal and the output 1PPS signal input from the phase detector, calculates and outputs the control value of the local oscillator, and outputs the control value. In the calculation, a precision controllable local oscillator having at least one of temperature characteristic data and age characteristic data of the corresponding local oscillator stored in the storage unit is used to calculate the control value more precisely. GPS receiver. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 신호처리부는 GPS 신호가 수신되지 아니한 경우, 상기 안테나 체크회로로부터 안테나 장애 발생신호가 입력되는 경우, 및 내부 1PPS가 출력 1PPS 와 임계치 이상 차이가 발생하는 경우 중 하나 이상의 경우에는 홀드오버 모드로 국부발진기 제어값을 산출하며, 상기 홀드오버 모드에서는 수신되는 GPS 신호로부터 산출되는 내부 1PPS 신호를 이용한 제어값 산출하는 GPS 잠금모드 대신, 저장부에 저장된 국부발진기의 온도 특성 데이터 및/또는 경년(Aging) 특성 데이터만을 이용하여 국부발진기의 제어값을 산출하는 것을 특징으로 하는 정밀 제어 가능 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기.The signal processor localizes to the holdover mode when at least one of a GPS signal is not received, an antenna failure occurrence signal is input from the antenna check circuit, and an internal 1PPS is greater than or equal to the output 1PPS. The oscillator control value is calculated, and in the holdover mode, the temperature characteristic data and / or aging of the local oscillator stored in the storage unit, instead of the GPS lock mode for calculating the control value using the internal 1PPS signal calculated from the received GPS signal. A GPS receiver having a precise controllable local oscillator, characterized in that the control value of the local oscillator is calculated using only the characteristic data. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 신호처리부는 1 이상의 GPS 위성으로부터 신호가 수신되는 경우에는 GPS 잠금모드로 동작하여 상기 국부발진기 제어값을 산출하며,The signal processing unit calculates the local oscillator control value by operating in a GPS lock mode when a signal is received from at least one GPS satellite. 상기 GPS 잠금모드에서는 3개 이상의 GPS 위성 신호가 소정 시간 이상 수신되는 경우 해당 소정 시간동안의 위치정보를 기초로 현재 GPS 수신기의 위치를 확정한 후 제어값을 산출하는 위치 홀드 모드(Position Hold Mode)와, In the GPS lock mode, when three or more GPS satellite signals are received for a predetermined time or more, a position hold mode for determining a position of the current GPS receiver based on the position information for a predetermined time and calculating a control value (Position Hold Mode) Wow, 3개 미만의 GPS 위성으로부터의 신호가 수신되는 경우에는 그 시점에서의 수신기 위치를 확정한 후 제어값을 산출하는 신속 위치 홀드 모드(Quick Position Hold Mode) 중 하나 이상에 의하여 제어값을 산출하는 것을 특징으로 하는 정밀 제어 가능 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기 .When signals from less than three GPS satellites are received, calculating the control value by one or more of the Quick Position Hold Modes, which determine the receiver position at that point and then calculate the control value. GPS receiver with precision controllable local oscillator. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, The method according to claim 5 or 6, 상기 GPS 잠금모드에서 신호처리부는 위상탐지부로부터 소정 시간마다 내부 1PPS 신호와 출력 1PPS 신호 사이의 타임 인터벌(Time Interval) 값을 입력받아 제어주기에 따라서 소정 시간 주기동안 구간평균값을 계산하고, 구간 평균값과 칼만필터(Kalman Filter)를 사용하여 시각 및 주파수의 오차를 예측하고 발진기의 온도계수를 산출하며, 예측된 오차값과 산출된 온도계수를 이용하여 제어값을 결정하는 것을 특징으로 하는 정밀 제어 가능 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기 .In the GPS lock mode, the signal processor receives a time interval value between an internal 1PPS signal and an output 1PPS signal at a predetermined time from a phase detector and calculates a section average value for a predetermined time period according to a control period. And Kalman Filter to predict the error of time and frequency, calculate the temperature coefficient of the oscillator, and use the predicted error value and the calculated temperature coefficient to control precisely. GPS receiver with local oscillator. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 국부발진기의 주파수 특성을 고려하여 제어 초기에는 짧은 주기로 제어를 실행하고 소정 기간이 경과되면 제어주기를 길게 하여 주파수의 정확도와 안정도를 보장하는 것을 특징으로 하는 정밀 제어 가능 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기 .GPS receiver having a precisely controllable local oscillator characterized in that the control is performed in a short period at the beginning of the control in consideration of the frequency characteristics of the local oscillator and the control period is extended after a predetermined period of time to ensure the accuracy and stability of the frequency. . 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, 상기 홀드오버 모드에서 신호처리부는 홀드오버 모드로 진행되기 이전의 GPS 잠금모드 동안 발진기를 제어하기 위한 제어값과 발진기의 현재 표면 온도 또는 발진기의 소모전류를 해당 시간과 함께 한 제어주기에 한 번씩 기록하다가, 홀드오버 모드로 전환되면 상기 기록된 정보를 이용하여 최소자승 알고리즘(Least Square Algorithm)을 이용하여 발진기의 경년(Aging) 계수와 온도 계수를 추정한 후 추정된 경년계수 및 온도계수 중 하나 이상을 이용하여 발진기의 제어값을 산출하는 것을 특징으로 하는 정밀 제어 가능 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기. In the holdover mode, the signal processor records the control value for controlling the oscillator, the current surface temperature of the oscillator, or the current consumption of the oscillator once per control period with the corresponding time during the GPS lock mode before the holdover mode. In the transition to the holdover mode, at least one of the estimated age coefficient and the temperature coefficient is estimated after estimating the aging coefficient and the temperature coefficient of the oscillator using the least square algorithm using the recorded square algorithm. GPS receiver having a precisely controllable local oscillator, characterized in that for calculating the control value of the oscillator. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 홀드오버 모드에서의 제어값은, 추정된 상기 경년계수와 온도계수의 적합성을 판단하고, 적합하게 추청된 경우에는 국부발진기의 경과시간(dt), 온도변화(dT), 경년계수 중 하나 이상을 측정하여 제어값(DAC)의 증분(PRE_dDAC)을 구하고, 제어값의 증분을 직전 제어주기에서의 제어값 (DAC_k-1)과 더하여 현재의 제어값(DAC_k)을 구하며, 상기 저장부에 저장되어 있는 국부발진기의 온도특성 테이블(Table)로부터 현재 국부발진기의 온도와 매핑(Mapping)되는 온도특성 제어값 증분(TEMP_DAC)을 더함으로써 산출되는 것을 특징으로 하는 정밀 제어 가능 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기.The control value in the holdover mode determines the suitability of the estimated aging coefficient and the temperature coefficient, and if appropriately requested, one or more of the elapsed time (dt), the temperature change (dT), and the aging coefficient of the local oscillator. To obtain an increment (PRE_dDAC) of the control value (DAC), obtain the current control value (DAC_k) by adding the increment of the control value with the control value (DAC_k-1) in the previous control period, and store the data in the storage unit. GPS receiver having a precisely controllable local oscillator, which is calculated by adding a temperature characteristic control value increment (TEMP_DAC) mapped to the temperature of the current local oscillator from a temperature characteristic table of the local oscillator. . 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 신호처리부로부터의 국부발진기 제어값을 아날로그 신호로 변환하고 필터링하여 아날로그 제어 신호를 생성하는 D/A컨버터 및/또는 필터수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 제어 가능 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기. GPS having a precisely controllable local oscillator further comprising a D / A converter and / or filter means for converting and filtering the local oscillator control value from the signal processor into an analog signal to generate an analog control signal. receiving set. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 상기 신호처리부는 아날로그 제어신호(S_con)가 N이상 N+1 미만의 값인 경우, N의 제어값을 (N+1-S_con)시간동안 출력하고, N+1의 제어값을 (S_con-N) 시간만큼 출력하되, 각각의 제어값을 짧은 셀로 나누어 교차적으로 출력함으로써 고루 분포하도록 하는 소프트웨어 펄스폭 변조 방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 정밀 제어 가능 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기 . When the analog control signal S_con is greater than or equal to N and less than N + 1, the signal processor outputs a control value of N for (N + 1-S_con) time and outputs a control value of N + 1 to (S_con-N). A GPS receiver having a precisely controllable local oscillator for outputting as much as time, but using a software pulse width modulation method that divides each control value into short cells and distributes the result evenly. 하나 이상의 GPS 신호 수신 안테나;One or more GPS signal receiving antennas; 상기 안테나에서 수신된 GPS 신호를 중간주파수 대역 신호로 변환하는 다운컨버터(Downconvertor); A down converter for converting the GPS signal received from the antenna into an intermediate frequency band signal; 소정의 신호처리부에 의하여 정밀하게 제어되는 국부발진기;A local oscillator precisely controlled by a predetermined signal processor; 상기 다운컨버터로부터의 중간 주파수 대역 신호의 캐리어를 제거하여 GPS 신호에 포함된 PRN코드를 추출하고 자체적으로 생성한 대응 코드와의 코릴레이션을 수행한 후 생성된 적분 데이터를 신호처리부로 전달하는 상관기부(Correlation System);A correlator unit which removes the carrier of the intermediate frequency band signal from the downconverter, extracts the PRN code included in the GPS signal, performs a correlation with the corresponding code generated by itself, and delivers the generated integrated data to the signal processor. (Correlation System); 상기 상관기부로부터의 데이터를 기초로 내부 기준 시각(1PPS) 신호를 생성하는 기준시각 생성부(1PPS Generator);A reference time generator (1PPS Generator) for generating an internal reference time (1PPS) signal based on the data from the correlator; 상기 국부발진기의 출력을 분주하여 생성된 출력 1PPS 신호와 상기 기준시각 생성부로부터의 내부 1PPS 신호의 위상차이를 감지하는 위상탐지부(Phase Detection System);A phase detection unit detecting a phase difference between the output 1PPS signal generated by dividing the output of the local oscillator and the internal 1PPS signal from the reference time generator; 상기 국부발진기의 표면 온도를 측정하고, 온도 특성 데이터를 이용하여 상기 국부발진기의 온도 계수를 산출하는 온도센서(Temperature Sensor);A temperature sensor measuring a surface temperature of the local oscillator and calculating a temperature coefficient of the local oscillator using temperature characteristic data; 안테나의 연결상태를 확인하는 안테나 체크 회로; An antenna check circuit for checking a connection state of the antenna; 상기 위상탐지부로부터의 상기 위상 차이 데이터, 상기 온도센서로부터의 온도 계수 데이터 및 안테나 체크 회로로부터의 상기 안테나 연결 상태 데이터 중 하나 이상을 입력받아 이상 유무를 확인하여 상기 국부발진기의 제어값을 출력하고, 상기 상관기부로부터의 적분 데이터와 측정 데이터를 이용하여 위성과의 의사거리를 산출하고 최소자승 항법알고리즘을 이용하여 현재 자신의 위치, 시간을 포함하는 항법해를 산출하는 항법해 산출 기능 및 상기 산출된 항법해 및 상기 국부발진기의 제어값을 이용하여 상기 국부발진기의 주파수 및 시각오차를 정밀 보정하는 기능을 구비하는 신호처리부; 및Receiving one or more of the phase difference data from the phase detection unit, the temperature coefficient data from the temperature sensor, and the antenna connection state data from the antenna check circuit to check whether there is an abnormality, and output a control value of the local oscillator; And a navigation solution calculation function for calculating a pseudo distance from the satellite using integrated data and measured data from the correlator and calculating a navigation solution including a current position and time using a least-squares navigation algorithm. A signal processor having a function of precisely correcting the frequency and visual error of the local oscillator using the navigation solution and the control value of the local oscillator; And 상기 국부발진기의 제어 알고리즘에 대한 정보를 저장하고 있는 저장부를 포함하며,It includes a storage unit for storing information about the control algorithm of the local oscillator, 상기 국부발진기는 OCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator)를 포함하는 제어 가능 오실레이터(발진기)이며, 해당 오실레이터(발진기)마다 고유한 온도특성 및 갱년특성 데이터 중 하나 이상이 상기 저장부에 저장되는 GPS 수신기와,The local oscillator is a controllable oscillator (oscillator) including an Oven Controlled Crystal Oscillator (OCXO), a GPS receiver in which one or more of temperature and menopausal characteristic data unique to each oscillator (oscillator) is stored in the storage unit; 상기 GPS 수신기로부터의 기준 주파수를 입력받아 필요한 사양의 클럭 신호, 주파수 신호 또는 시간 신호를 생성하여 제공하는 주파수 합성부A frequency synthesizer that receives a reference frequency from the GPS receiver and generates and provides a clock signal, a frequency signal, or a time signal of a required specification. 를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 제어 가능 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기를 이용한 GPS 클럭장치. GPS clock device using a GPS receiver having a precise controllable local oscillator comprising a. 삭제delete 두 개 이상의 GPS 클럭부로 이루어진 이중화 구조의 GPS 클럭장치로서, Redundant GPS clock device consisting of two or more GPS clock units, 하나 이상의 GPS 신호 수신 안테나;One or more GPS signal receiving antennas; 상기 안테나에서 수신된 GPS 신호를 중간주파수 대역 신호로 변환하는 다운컨버터(Downconvertor); A down converter for converting the GPS signal received from the antenna into an intermediate frequency band signal; 소정의 신호처리부에 의하여 정밀하게 제어되는 국부발진기;A local oscillator precisely controlled by a predetermined signal processor; 상기 다운컨버터로부터의 중간 주파수 대역 신호의 캐리어를 제거하여 GPS 신호에 포함된 PRN코드를 추출하고 자체적으로 생성한 대응 코드와의 코릴레이션을 수행한 후 생성된 적분 데이터를 신호처리부로 전달하는 상관기부(Correlation System);A correlator unit which removes the carrier of the intermediate frequency band signal from the downconverter, extracts the PRN code included in the GPS signal, performs a correlation with the corresponding code generated by itself, and delivers the generated integrated data to the signal processor. (Correlation System); 상기 상관기부로부터의 데이터를 기초로 내부 기준 시각(1PPS) 신호를 생성하는 기준시각 생성부(1PPS Generator);A reference time generator (1PPS Generator) for generating an internal reference time (1PPS) signal based on the data from the correlator; 상기 국부발진기의 출력을 분주하여 생성된 출력 1PPS 신호와 상기 기준시각 생성부로부터의 내부 1PPS 신호의 위상차이를 감지하는 위상탐지부(Phase Detection System);A phase detection unit detecting a phase difference between the output 1PPS signal generated by dividing the output of the local oscillator and the internal 1PPS signal from the reference time generator; 상기 국부발진기의 표면 온도를 측정하고, 온도 특성 데이터를 이용하여 상기 국부발진기의 온도 계수를 산출하는 온도센서(Temperature Sensor);A temperature sensor measuring a surface temperature of the local oscillator and calculating a temperature coefficient of the local oscillator using temperature characteristic data; 안테나의 연결상태를 확인하는 안테나 체크 회로; An antenna check circuit for checking a connection state of the antenna; 상기 위상탐지부로부터의 상기 위상 차이 데이터, 상기 온도센서로부터의 온도 계수 데이터 및 안테나 체크 회로로부터의 상기 안테나 연결 상태 데이터 중 하나 이상을 입력받아 이상 유무를 확인하여 상기 국부발진기의 제어값을 출력하고, 상기 상관기부로부터의 적분 데이터와 측정 데이터를 이용하여 위성과의 의사거리를 산출하고 최소자승 항법알고리즘을 이용하여 현재 자신의 위치, 시간을 포함하는 항법해를 산출하는 항법해 산출 기능 및 상기 산출된 항법해 및 상기 국부발진기의 제어값을 이용하여 상기 국부발진기의 주파수 및 시각오차를 정밀 보정하는 기능을 구비하는 신호처리부; 및Receiving one or more of the phase difference data from the phase detection unit, the temperature coefficient data from the temperature sensor, and the antenna connection state data from the antenna check circuit to check whether there is an abnormality, and output a control value of the local oscillator; And a navigation solution calculation function for calculating a pseudo distance from the satellite using integrated data and measured data from the correlator and calculating a navigation solution including a current position and time using a least-squares navigation algorithm. A signal processor having a function of precisely correcting the frequency and visual error of the local oscillator using the navigation solution and the control value of the local oscillator; And 상기 국부발진기의 제어 알고리즘에 대한 정보를 저장하고 있는 저장부를 포함하며,It includes a storage unit for storing information about the control algorithm of the local oscillator, 상기 국부발진기는 OCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator)를 포함하는 제어 가능 오실레이터(발진기)이며, 해당 오실레이터(발진기)마다 고유한 온도특성 및 갱년특성 데이터 중 하나 이상이 상기 저장부에 저장되는 GPS 수신기와,The local oscillator is a controllable oscillator (oscillator) including an Oven Controlled Crystal Oscillator (OCXO), a GPS receiver in which one or more of temperature and menopausal characteristic data unique to each oscillator (oscillator) is stored in the storage unit; 상기 GPS 수신기로부터의 기준 주파수를 입력받아 필요한 사양의 클럭을 생성하는 주파수 합성부(Frequency Synthesizer)와, A frequency synthesizer for receiving a reference frequency from the GPS receiver and generating a clock having a required specification; 상기 GPS 클럭부 서로의 자체 진단 데이터를 송수신하기 위한 중복 인터페이스부(Redundancy Interface)와, A redundancy interface for transmitting and receiving self-diagnostic data of the GPS clock units; 외부로 클럭 또는 시간정보를 출력하기 위한 것으로, 활성화 또는 비활성화 제어되는 출력구동부(Output Driver)를 포함하며, It is for outputting clock or time information to an external device, and includes an output driver which is activated or deactivated. 현재 활성화된 클럭부에 장애가 발생한 경우 해당 클럭부의 출력구동부를 비활성화시키고 다른 클럭부의 출력구동부를 활성화시키는 이중화동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 정밀 제어 가능 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기를 이용한 이중화 구조의 GPS 클럭장치.In case of a failure of the currently active clock unit, a redundant structure GPS using a GPS receiver having a precisely controllable local oscillator, which performs a duplication operation of deactivating the output driver of the corresponding clock unit and activating the output driver of the other clock unit. Clock device. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 GPS 클럭장치는 상기 주파수 합성부로부터의 입력을 기초로 1PPS2S 신호를 출력하기 위한 분주기(Divider)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 제어 가능 국부발진기를 구비하는 GPS 수신기를 이용한 이중화 구조의 GPS 클럭장치. The GPS clock device further includes a divider for outputting a 1PPS2S signal based on an input from the frequency synthesizer, wherein the GPS clock device has a redundant structure using a GPS receiver having a precisely controllable local oscillator. GPS clock device.
KR10-2003-0008619A 2003-02-11 2003-02-11 GPS Receiver having Precise-Controlled Local Oscillator, GPS Clock Device and Duplexed GPS Clock Device using the GPS Receiver KR100523335B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-0008619A KR100523335B1 (en) 2003-02-11 2003-02-11 GPS Receiver having Precise-Controlled Local Oscillator, GPS Clock Device and Duplexed GPS Clock Device using the GPS Receiver

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-0008619A KR100523335B1 (en) 2003-02-11 2003-02-11 GPS Receiver having Precise-Controlled Local Oscillator, GPS Clock Device and Duplexed GPS Clock Device using the GPS Receiver

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040072955A KR20040072955A (en) 2004-08-19
KR100523335B1 true KR100523335B1 (en) 2005-11-22

Family

ID=37360307

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2003-0008619A KR100523335B1 (en) 2003-02-11 2003-02-11 GPS Receiver having Precise-Controlled Local Oscillator, GPS Clock Device and Duplexed GPS Clock Device using the GPS Receiver

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100523335B1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101164312B1 (en) 2009-10-19 2012-07-09 한국전력공사 Apparatus for gerating 1 pulse per second synchronizing signal by using irig-b signal of gps
KR20180134175A (en) * 2017-06-08 2018-12-18 국방과학연구소 Spoofing signal generating apparatus for spoofing global navigation satellite system and method thereof
WO2019232610A1 (en) * 2018-06-06 2019-12-12 Microsemi Semiconductor Ulc Non-linear oven-controlled crystal oscillator compensation circuit

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10492145B2 (en) 2016-02-17 2019-11-26 Nokia Solutions And Networks Oy Method and apparatus for reducing energy consumption
KR102181604B1 (en) * 2019-03-12 2020-11-24 한국전력공사 Apparatus for synchronizing time based on global navigation satellite system and method thereof
CN112286034B (en) * 2020-10-31 2022-08-09 武汉中海庭数据技术有限公司 Whole vehicle data time synchronization method and device, electronic equipment and storage medium

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101164312B1 (en) 2009-10-19 2012-07-09 한국전력공사 Apparatus for gerating 1 pulse per second synchronizing signal by using irig-b signal of gps
KR20180134175A (en) * 2017-06-08 2018-12-18 국방과학연구소 Spoofing signal generating apparatus for spoofing global navigation satellite system and method thereof
KR101971722B1 (en) * 2017-06-08 2019-04-23 국방과학연구소 Spoofing signal generating apparatus for spoofing global navigation satellite system and method thereof
WO2019232610A1 (en) * 2018-06-06 2019-12-12 Microsemi Semiconductor Ulc Non-linear oven-controlled crystal oscillator compensation circuit

Also Published As

Publication number Publication date
KR20040072955A (en) 2004-08-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2331984B1 (en) Method and apparatus for a global navigation satellite system receiver coupled to a host computer system
US9952562B2 (en) Timing signal generating device, electronic apparatus, moving object, method of generating timing signals, and method of controlling satellite signal receiver
EP2051094B1 (en) GPS receiver raim with slaved precision clock
KR100741599B1 (en) Skipping z-counts and accurate time in gps receivers
KR100964934B1 (en) Method and apparatus for processing of satellite signals without time of day information
US10700690B2 (en) Timing signal generation device, electronic device, and moving object
US20030085839A1 (en) Methods and apparatuses of positioning a mobile user in a system of satellite differential navigation
EP1451605A2 (en) Calibrated real time clock for acquisition of gps signals during low power operation
US10782415B2 (en) Timing signal generation device and electronic apparatus
BR112013017960B1 (en) Method and system for determining satellite clock corrections
JP6379549B2 (en) Timing signal generating apparatus and electronic device
US10168434B2 (en) Reference signal generation device, electronic device, moving object, data communication device, and terrestrial digital communication network
US10222482B2 (en) Position information generation device, timing signal generation device, electronic apparatus, and moving object
JP2013506818A (en) Positioning system
US8724760B2 (en) GPS aided open loop coherent timing
US6865380B2 (en) Method, apparatus and system for frequency stabilization using cellular signal bursts
KR100523335B1 (en) GPS Receiver having Precise-Controlled Local Oscillator, GPS Clock Device and Duplexed GPS Clock Device using the GPS Receiver
Krawinkel et al. Application of miniaturized atomic clocks in kinematic GNSS single point positioning
EP3975431A1 (en) Apparatus, system and method for generating an output oscillator signal, transceiver, mobile device and base station
JP2016195347A (en) Timing signal generator, electronic apparatus and moving body
JP2017059971A (en) Timing signal generator, electronic apparatus and movable body
JP2016031277A (en) Positioning device, timing signal generation device, electronic equipment and mobile object

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121011

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131014

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141001

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151012

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161010

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170926

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181011

Year of fee payment: 14

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191014

Year of fee payment: 15