KR100622329B1

KR100622329B1 - 위성 위치확인 시스템에서 고도 정보를 이용하는 방법 및시스템

Info

Publication number: KR100622329B1
Application number: KR1020007012365A
Authority: KR
Inventors: 셰인브래트레오니드
Original assignee: 스냅트랙 인코포레이티드
Priority date: 1998-05-05
Filing date: 1999-04-13
Publication date: 2006-09-13
Also published as: MXPA00010881A; ATE423329T1; IL159182A0; EP1840591B1; IL159182A; CN1670543A; DE69940447D1; CN100549721C; IL139469A; ATE369571T1; HK1079849A1; JP2002532679A; KR20010052313A; ES2338168T3; AU763226B2; WO1999057575A2; JP2012042475A; JP4938172B2; EP1840592A1; CN1218191C

Abstract

이동 위치확인 시스템 (SPS) 수신기의 위치를 결정하는 방법 및 장치. 방법의 일 예로서, 셀 오브젝트 정보가 결정된다. 이 셀 오브젝트 정보는 셀 오브젝트 로케이션 또는 셀 오브젝트 아이덴티피케이션 중 적어도 하나를 포함한다. 고도가 이동 SPS 수신기에 연결된 (및 통상적으로는 집적화된) 셀 기반 통신 시스템과 무선으로 통신하는 셀 사이트 송신기에 기초하여 선택된 셀 오브젝트 정보로부터 결정된다. 이동 SPS 수신기의 위치가 셀 오브젝트 정보로부터 결정된 고도를 사용하여 계산된다. 방법의 다른 예로서, 고도 의사측정이 이동 SPS 수신기의 고도의 추산으로부터 결정된다. 이 고도의 추산은 셀 기반 시스템에서의 셀 기반 정보 소오스로부터일 수 있고, 또는 비 셀 기반 시스템에서의 무선 기지국의 라디오 유효범위의 영역의 평균 고도일 수 있다. 고도 의사측정이 적어도 하나의 의사범위가 결함 상태인지를 결정하기 위한 결함 검출의 여분 측정 및 아이솔레이션 기술로서 사용될 수 있다. 대신으로 (또는 부가적으로), 추산된 고도와 계산된 고도의 비교가 SPS 위성과 이동 SPS 수신기 사이의 적어도 하나의 의사범위의 상태를 결정한다. 이 예의 하나의 실시예로서, 위치가 위치 해석 알고리즘으로부터 결정되고, 상태가 (결함 상태가 아닌) 제 1 상태인 경우 적어도 하나의 의사범위가 위치 해석 알고리즘에 사용된다.

Description

위성 위치확인 시스템에서 고도 정보를 이용하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR USING ALTITUDE INFORMATION IN A SATELLITE POSITIONING SYSTEM}

본 발명은 위성 위치 확인 시스템 수신기의 위성의 고도에 관한 정보로부터의 확장 (augmentation) 또는 원조 (aiding) 를 사용하는 위성 위치확인 시스템에 관한 것이다.

U.S. Global Positioning System (GPS) 과 같은 종래의 위성 위치확인 시스템 (SPS) 은 위성들로부터의 신호를 사용하여 위치를 결정한다. 종래의 SPS 수신기는 보통 지구 궤도를 도는 복수개의 GPS 위성들로부터 동시에 전송된 신호들의 상대적인 도착 시간을 계산함에 의해 위치를 결정한다. 이러한 위성들은, 그들의 메시지의 부분으로서, 일정 시간에서의 위성의 위치를 특정시키는 시간 타이밍의 데이터는 물론 위성 위치확인 데이터 둘 모두를 전송한다. 이 데이터는 종종 위성 궤도력 (ephemeris) 데이터로 불린다. 종래의 SPS 수신기들은 통상적으로 SPS 신호들을 조사하고 획득하며, 복수의 위성들의 궤도력 데이터를 판독하고, 이 위성들의 의사범위 (pseudorange) 들을 결정하고, 이 의사범위와 위성들로부터의 궤도력 데이터로부터 SPS 수신기들의 위치를 계산한다.

종래의 SPS 시스템은 두가지의 상황 (나쁜 위성 기하학 상황 또는 3차원 위치확인을 위한 측정의 결함) 의 상황에서 고도의 도움을 때때로 사용한다. 대부분의 경우들에서, 나쁜 위성 기하학 상황은 수직 방향에서의 안 좋은 관찰성능에 의해 야기된다. 예를 들어, 만약 계산에 사용되는 모든 위성들의 유닛 벡터들이 임의의 반-각도 (half angle) 의 콘 (cone) 에 놓일 때, 유닛 벡터들이 단지 2차원 공간에 걸친다면 유닛 벡터들의 팁(tip)들의 꼭대기 상에 면을 위치시키는 것이 가능하다. 면에 수직인 제 3 의 방향 또는 차원에서의 오류는 관찰불가능하고, 이는 단일 조건 (singularity condition) 이라 불린다. 높은 빌딩들이 GPS 수신기 안테나를 둘러싸는 도시의 계곡 환경들에서는, 관찰되는 유일한 위성들은 높은 상승 각도에서 뿐이다. 이러한 신호 조건들은 여기에서 설명한 단일 조건과 유사하다. 또한, 큰 다중경로 오차들은 수직 방향의 큰 오류들을 야기하는 경향이 있다.

종래의 고도 원조 (altitude aiding) 는 지구의 중심에서 그의 중심을 갖고 구체 (sphere) 의 표면으로서 가시화될 수 있는 고도의 의사측정에 기초한다. 이 구체는 반경 (radius) 을 갖는데, 이는 타원체 (WGS84 가 타원 모델들 중 하나가 될 수 있음) 에 의해 통상적으로 규정되는 지구의 표면에 관한 지구의 반경 및 고도를 포함한다. 고도 원조를 수행하는 수많은 기술들이 있으나, 모든 기술들은 고도 의사측정의 크기인 구체의 표면을 규정하는데 요구되는 고도의 사전 지식에 의존한다. 통상적으로, 측정된 고도는 GPS 수신기의 운영자에 의해 수동으로 공급될 수 있거나, 또는 지구의 표면과 같은 어떤 프리셋 (preset) 값으로 설정되거나 예전의 3차원 해석 (solution) 으로부터의 고도로 설정된다.

종래의 GPS 기술은 또한 이동 GPS 수신기는 GPS 신호들을 수신하나 그의 위치를 계산하지 않는 경우에 고도 원조를 사용해왔고, 그의 위치 계산을 수행하는 기지국에 의존한다. 미국특허 제 5,225,842 호는 단지 3 개의 위성들의 사용을 허용하기 위하여 고도 원조를 사용하는 시스템을 개시한다. 측정된 고도는 통상적으로 토폴로지 또는 측지 데이터베이스와 같은 매핑 정보로부터 유도된다. 이러한 환경에서, 기지국의 고도 정보는 또한 이용 가능하다.

이 접근방식의 단점은, 통상적으로, 합리적인 고도 추산을 갖는 고도 원조가 적용되기 전에 초기 2차원 해석이 이루어진다는 점이다. 그러면, 고도는 위도 및 경도 좌표계의 함수로서 수직 데이터베이스로부터 추출될 수 있다.

종래 기술들이 고도 정보의 사용으로부터 일정한 장점을 제공하는 반면에, 이는 이동 GPS 수신기가 상대적으로 큰 지리적인 범위 상의 임의의 위치에 위치될 수 있는 분배 프로세싱 시스템의 경우에는 잘 동작하지 않는다. 게다가, 이 종래의 기술들은 특정한 의사범위가 결함이 있더라도, 모든 이용가능한 의사범위들로 고도 정보를 사용한다.

본 발명은 고도 정보의 사용으로 이동 위성 위치확인 시스템 (SPS) 수신기의 위치를 결정하기 위한 다양한 방법들 및 장치들을 제공한다. 본 발명에 따른 방법의 일 예로서, 셀 오브젝트 (cell object) 정보가 결정된다. 이 셀 오브젝트 정보는 셀 오브젝트 로케이션 (location) 또는 셀 오브젝트 아이덴티피케이션 (identification) 중 하나 이상을 포함한다. 일 예로서, 셀 오브젝트는 셀 사이트일 수 있고, 아이덴티피케이션은 셀 사이트의 아이덴티파이어 (identifier) 일 수 있으며, 위치는 셀 사이트의 위도 및 경도일 수 있다.

고도는 셀 오브젝트 정보로부터 결정되는데, 이는 이동 SPS 수신기에 결합되어 있는 (통상적으로 집적화되어 있는) 셀 기반 통신 시스템을 갖는 무선 통신에서의 셀 사이트 송신기에 기반하여 선택된다. 즉, 고도는 이동 SPS 수신기의 통신 시스템을 갖는 통신에서의 셀 사이트 송신기에 결합된 셀 오브젝트 정보로부터 결정된다. 이동 SPS 수신기의 위치는 셀 오브젝트 정보로부터 결정된 고도를 사용하여 계산된다.

본 발명에 따른 방법의 다른 일 예로서, 고도 의사측정이 결정되고, 이 의사측정은 이동 SPS 수신기의 고도의 측정을 사용한다. 이러한 고도의 추산은 셀 기반 통신 시스템에서의 셀 기반 정보 소오스로부터 유도되거나 비 셀 (non-cell) 기반 시스템에서의 무선 기지국의 유효범위의 영역의 고도들 또는 고도의 수학적 표현 또는 평균 고도일 수 있다. 하나의 태양으로서, 고도의 추산과 SPS 위성들의 의사범위로부터 (또는 의사범위 및 고도 의사측정으로부터) 계산된 고도의 비교가 SPS 위성과 이동 SPS 수신기 사이의 하나 이상의 의사범위에서의 조건을 결정한다. 또다른 태양으로서, 고도 의사측정은 (SPS 위성의 의사범위를 갖는) 여분 측정으로서 사용될 수 있고, 잘못된 감지 및 격리 기술들은 의사범위들 또는 네비게이션 해석 중 하나 이상의 상태 (예를 들어 결함의 유무) 를 결정하기 위한 여분 측정을 사용할 때 수단으로 이용될 수 있다. 이 태양의 하나의 실시예로서, 위치는 위치 해석 알고리즘으로부터 결정되고, 만약 의사범위의 상태가 결함이 없는 상태와 같은 제 1 상태이면, 적어도 하나의 의사범위가 위치 해석 알고리즘에 사용된다. 네비게이션 해석의 재계산은 (결함있는 의사범위들이 네비게이션 해석의 재계산으로부터 확인되고 배제된 이후에) 결함이 없는 의사범위들만을 사용하여 수행될 수 있다. 다양한 이동 SPS 수신기들 및 기지국들이 또한 이하에 기재된다. 본 발명의 다양한 다른 태양들 및 실시예들이 이하에 더 기재된다.

삭제

본 발명은 유사한 구성요소들에는 같은 참조번호를 사용하는 첨부 도면들에 도시된 바로서 예시되나, 이에 제한되는 것은 아니다.

도 1 은 각 셀들이 셀 사이트에 의해 서비스되고, 각 셀들이 종종 이동 교환 센터로 불리는 셀 기반 교환 센터에 연결되는 복수의 셀들을 갖는 셀 기반 통신 시스템을 도시한다.

도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 로케이션 (location) 서버 시스템의 구현을 도시한다.

도 3a 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연합된 SPS 수신기 및 통신 시스템의 예를 도시한다.

도 3b 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 SPS 참조 스테이션의 예를 도시한다.

도 4 는 이동 SPS 수신기의 추산된 고도를 결정하는데 사용되는 셀 기반 정보 소오스의 예를 도시한다.

도 5 는 본 발명에 따른 고도 원조를 사용하는 하나의 방법의 흐름도이다. 도 5a 및 도 5b 는 본 발명에 따른 고도 원조를 사용하는 방법들을 나타내는 두개의 다른 흐름도이다.

도 6 은 본 발명에 따른 고도 원조를 사용하는 다른 방법을 도시하는 흐름도이다.

본 발명은 위성 위치확인 시스템들의 고도 원조를 사용하는 다양한 방법들 및 장치들을 제공한다. 다음의 상세한 설명 및 도면들이 본 발명을 설명하나 이에 대한 개선을 제한하는 것은 아니다. 다양한 구체적인 세부설명들이 본 발명의 충분한 이해를 제공하기 위해 기술될 것이다. 그러나, 어떤 부분에서는 공지 또는 종래의 설명은 불필요하게 본 발명을 불명료하게 하지 않기 위하여 기재되지 않을 것이다.

고도 원조 정보의 사용에 관한 다양한 세부적인 것들을 기재하기 전에, 본 발명이 사용되는 하나의 태양에 대해 기재하는 것이 유용할 것이다. 따라서, 도 1, 2, 3a 및 3b 에 대한 예비적인 설명이 셀 기반 통신 시스템에서의 고도 원조의 사용을 설명하기 전에 제공될 것이다.

도 1 은 각 셀들이 특정한 지리상 지역 또는 위치를 서비스하게 설계된, 복수의 셀 사이트들을 포함하는 셀 기반 통신 시스템 (10) 의 예를 도시한다. 이러한 셀룰러 기반 또는 셀 기반 통신 시스템들의 예들은 셀 기반 전화 시스템들과 같은 공지 기술이다. 셀 기반 통신 시스템 (10) 은 2개의 셀들 (12 및 14) 을 포함하고, 이 둘 모두는 셀룰러 서비스 영역 (11) 내에서 규정된다. 또한, 시 스템 (10) 은 셀들 (18 및 20) 을 포함한다. 셀 사이트들 및/또는 셀룰러 서비스 영역들에 대응하는 복수의 다른 셀들이, 셀룰러 교환 센터 (24) 및 셀룰러 교환 센터 (24b) 와 같은, 하나 이상의 셀룰러 교환 센터들에 결합되어 시스템 (10) 에 또한 포함될 수 있다.

셀 (12) 와 같은 각 셀들 안에는, 도 1 에 도시된 수신기 (16) 과 같은 이동 GPS 수신기와 연합될 수 있는 통신 수신기를 갖는 무선 통신 매개체를 통해 통신하게 설계되어 있는, 안테나 (13a) 를 포함하는 셀 사이트 (13) 와 같은 무선 셀 또는 셀룰러 사이트가 존재한다. GPS 수신기 및 통신 시스템을 갖는 이러한 연합된 시스템의 예가 도 3a 에 도시되고, GPS 안테나 (77) 및 통신 시스템 안테나 (79) 둘 모두를 포함할 수 있다.

각 셀 사이트는 셀룰러 교환 센터에 연결된다. 도 1 에서, 셀 사이트들 (13, 15 및 19) 는 연결들 (13b, 15b 및 19b) 를 통해 각각 교환 센터 (24) 에 연결되고, 셀 사이트 (21) 는 연결 (21b) 를 통해 다른 교환 센터 (24b) 와 연결된다. 이러한 연결들은 통상적으로 각 셀사이트와 셀룰러 교환 센터 (24 및 24b) 사이의 회선 (wire line) 연결이다. 각 셀 사이트는 셀 사이트에 의해 서비스되는 통신 시스템들과 통신하기 위해 안테나를 포함한다. 일 예로서, 셀 사이트는 셀 사이트에 의해 서비스되는 영역에서의 이동 셀룰러 전화들과 통신하는 셀룰러 전화 셀 사이트일 수 있다. 셀 (4) 에 도시된 수신기 (22) 와 같은, 하나의 셀 내의 통신 시스템은 사실 신호 방해에 기인하여 (또는 셀 사이트 (21) 이 수신기 (22) 와 통신할 수 없는 다른 이유 때문에) 셀 (18) 의 셀 사이트 (19) 와 통신할 수 있다는 것이 이해된다. 복수의 셀 사이트들이 통신 시스템을 포함하는 이동 GPS 수신기와 데이터 (보통 음성은 아님) 를 통신할 수 있다는 것이 또한 사실이다.

본 발명의 통상적인 실시예로서, 이동 GPS 수신기 (16) 는 GPS 수신기와 통신 시스템이 동일한 하우징에 의해 포함되도록, GPS 수신기가 집적화된 셀 기반 통신 시스템을 포함한다. 이러한 것의 일 예는 셀룰러 전화 트랜시버와 공통의 회로를 공유하는 집적화된 GPS 수신기를 갖는 셀룰러 전화이다. 이 연합된 시스템이 셀룰러 전화 통신들을 위해 사용될 때, 송신은 수신기 (16) 와 셀 사이트 (13) 사이에서 발생한다. 수신기 (16) 으로부터 셀사이트 (13) 으로의 송신은 연결 (13b) 을 경유해 셀룰러 교환 센터 (24) 로 전파되고, 셀룰러 교환 센터 (24) 에 의해 서비스되는 셀에서의 다른 셀룰러 전화 또는 (통상적으로 유선인) 연결 (30) 을 통해 육지 기반 전화 시스템/네트워크 (28) 를 통해 다른 전화로 전파된다. 상기 유선이라는 용어가 광섬유 및 구리 케이블 등과 같은 다른 비무선 연결들을 포함한다는 것이 이해된다. 수신기 (16) 와 통신하는 다른 전화로부터의 송신이 셀룰러 교환 센터 (24) 로부터 연결 (13b) 및 셀 사이트 (13) 을 통해 다시 수신기 (16) 로 종래의 방법으로 전달된다.

(어떤 실시예에서는 SPS 서버 또는 로케이션 서버로 불리는) 원거리 데이터 처리 시스템 (26) 이 시스템 (10) 에 포함되고, 하나의 실시예에서, SPS 수신기에 의해 수신된 SPS 신호들을 사용하는 이동 SPS 수신기 (예를 들어 수신기 16) 의 위치를 결정하는 데 사용된다. SPS 서버 (26) 는 연결 (27) 을 통해 육지 기반 전화 시스템/네트워크 (28) 와 연결될 수 있고, 선택적으로 (통신 네트워크일 수 있는) 연결 (25) 을 통해 셀룰러 교환 센터 (24) 와 연결되고, 또한 선택적으로 (연결 25 로서 동일한 또는 상이한 통신 네트워크일 수 있는) 연결 (25b) 을 통해 센터 (24b) 에 연결된다. 연결들 (25 및 27) 이 비록 무선일 수 있으나 통상적으로 유선 연결들이라는 것이 이해될 것이다. 또한 시스템 (10) 의 선택적인 구성요소로서 도시된 것은 네트워크 (28) 를 통해 SPS 서버 (26) 와 연결된 다른 컴퓨터 시스템으로 이루어진 콰이어리 (query) 단자 (29) 이다. 콰이어리 단자 (29) 는, 셀들 중 하나에서의 특정한 SPS 수신기의 부분을 위해, 리퀘스트를 SPS 서버 (26) 로 보낼 수 있고, SPS 서버는 GPS 수신기의 위치를 결정하고 그 위치를 콰이어리 단자 (29) 로 다시 보고하기 위하여 셀룰러 교환 센터를 통해 특정한 SPS 수신기와의 통화를 개시한다. 다른 실시예로서, GPS 수신기의 위치 결정은 이동 GPS 수신기의 사용자에 의해 개시될 수 있고, 예를 들면 이동 GPS 수신기의 사용자가 셀 전화의 911 을 눌러 이동 GPS 수신기의 위치에서의 긴급 상황을 알리고 이것이 여기에 기재된 바와 같은 방식으로 위치 프로세스를 개시할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예로서, 각 셀 사이트는 데이터를 셀 사이트를 통해 이동 GPS 수신기로의/로부터의 데이터를 통신하는 GPS 로케이션 서버를 포함할 수 있다. 본 발명은 또한 비 셀 기반 시스템을 사용하는 점대점 구조와 같은 다른 통신 구조에서 사용될 수 있다.

셀룰러 기반 또는 셀 기반 통신 시스템이 하나 이상의 송신기를 갖는 통신 시스템이고, 그 각각의 송신기는 임의의 순간의 시간에서 미리 규정된 상이한 지리적인 영역을 서비스한다는 것이 이해되어야 한다. 통상적으로, 비록 포함하는 영역은 셀룰러 시스템의 특성에 의존하지만, 각 송신기는 20 마일 이하의 지리적인 반경을 갖는 셀을 서비스하는 무선 송신기이다. 셀룰러 통신 시스템에는 셀룰러 전화, PCS (personal communication system), SMR (specialized mobile radio), 원웨이 및 투웨이 페이저 시스템, RAM, ARDIS 및 무선 패킷 데이터 시스템들과 같은 수많은 유형이 있다. 통상적으로, 미리 정해진 지리적인 영역들은 셀들로 불리고, 복수의 셀들은 도 1 에 도시된 셀룰러 서비스 영역 (11) 과 같은 셀룰러 서비스 영역으로 함께 집합되고, 이 복수의 셀들은 육지 기반 전화 시스템들 및/또는 네트워크들과의 연결을 제공하는 하나 이상의 셀룰러 교환 센터들과 연결된다. 서비스 영역은 종종 과금 (billing) 의 목적으로 사용된다. 따라서, 하나 이상의 서비스 영역에서의 셀들이 하나의 교환 센터와 연결되는 경우가 있을 수 있다. 예를 들어, 도 1 에서, 셀들 (1 및 2) 은 서비스 영역 (11) 내이고, 셀 (3) 은 서비스 영역 (13) 내이나, 3 개 모두 교환 센터 (24) 와 연결된다. 대신으로, 하나의 서비스 영역내의 셀들이 특히 인구밀도가 높은 지역에서 다른 교환 센터들에 연결되는 경우도 있을 수 있다. 일반적으로, 서비스 영역은 서로 지리적으로 근접한 셀들의 집합으로서 정의된다. 상기 기재에 맞는 셀룰러 시스템들의 다른 태양은 셀룰러 기지국 또는 셀 사이트들이 통상적으로 지구 궤도를 도는 위성들인 위성 기반이다. 이러한 시스템에서, 셀 섹터 (sector) 들 및 서비스 영역들은 시간의 함수로서 움직인다. 이러한 시스템들의 예는 Iridium, Globalstar, Orbcomm 및 Odyssey 이다.

도 2 는 도 1 에서의 SPS 서버 (26) 로서 사용될 수 있는 SPS 서버 (50) 의 예를 도시한다. 도 2 의 SPS 서버 (50) 는 폴트-톨러런트 (fault-tolerant) 디지털 컴퓨터 시스템일 수 있는 데이터 처리 유닛 (51) 을 포함한다. SPS 서버 (50) 는 또한 모뎀 또는 다른 통신 인터페이스 (52) 및 모뎀 또는 다른 통신 인터페이스 (53) 및 모뎀 또는 다른 통신 인터페이스 (54) 를 포함한다. 이러한 통신 인터페이스들은 3 개의 다른 네트워크들 사이의 도 2 에 도시된 로케이션 서버로/로부터의 정보의 교환을 위한 연결을 제공하고, 이는 네트워크들 (60, 62 및 64) 로서 도시된다. 네트워크 (60) 는 셀룰러 교환 센터 또는 센터들 및/또는 육지 기반 전화 시스템 스위치들 또는 셀 사이트들을 포함한다. 따라서, 네트워크 (60) 는 셀들 (18 및 20) 은 물론 셀룰러 교환 센터들 (24 및 24b) 및 육지 기반 전화 시스템/네트워크 (28) 및 셀룰러 서비스 영역 (11) 을 포함한다고 생각될 수 잇다. 네트워크 (64) 는 도 1 의 콰이어리 단자 (29) 또는 911 긴급 전화 호출에 대답하는 통상적인 제어 센터인 공중 안전 응답 포인트 (PSAP) 라 생각될 수 있다. 콰이어리 단자 (29) 의 경우에 있어, 이 단자는 셀 기반 통신 시스템의 다양한 셀들에 위치한 지정된 이동 SPS 수신기로부터 위치 정보를 획득하기 위하여 서버 (26) 로 콰이어리를 보내는데 사용될 수 있다. 이 순간에, 위치확인 동작이 이동 GPS 수신기의 사용자 이외의 어떤 사람에 의해 개시된다. 셀룰러 전화를 포함하는 이동 GPS 수신기로부터의 911 전화 호출의 경우에, 위치확인 프로세스는 셀룰러 전화의 사용자에 의해 개시된다. 도 1 의 GPS 참조 네트워크 (32) 를 나타내는 네트워크 (62) 는 GPS 수신기들의 네트워크이고, 이 GPS 수신기들은 차동 GPS 수정 정보를 제공하기 위하여 설계되고, 또한 (통상적으로 전체의 원 위성 네비게이션 메시지의 부분으로서의) 위성 궤도력 데이터를 포함하는 GPS 신호 데이터를 데이터 처리 유닛으로 제공하는 GPS 참조 수신기들이다.. 서버 (50) 가 매우 넓은 지리적인 영역을 서비스할 때, 선택적인 GPS 수신기 (56) 와 같은 지역적인 선택적인 GPS 수신기는 이 영역을 통해 이동 SPS 수신기들이 관찰되는 모든 GPS 위성들을 관찰할 수 없을 수도 있다. 따라서, 네트워크 (62) 는 본 발명에 따른 넓은 영역에 적용 가능한 (통상적으로 원 전체의 위성 네비게이션 메시지의 부분으로서의) 위성 궤도력 데이터 및 차동 GPS 수정 데이터를 수집하고 제공한다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 대용량 기억 장치 (55) 는 데이터 처리 유닛 (51) 에 연결된다. 통상적으로, 대용량 기억 (55) 은 도 1 의 수신기 (16) 와 같은 이동 SPS 수신기로부터의 의사범위들을 수신한 후에 GPS 위치확인 계산을 수행하기 위한 데이터 및 소프트웨어용 기억장치를 포함한다. 이러한 의사범위들은 보통 셀 사이트 및 셀룰러 교환 센터 및 모뎀 또는 다른 인터페이스 (53) 를 통해 정상적으로 수신된다. 대용량 기억 장치 (55) 는 또한 적어도 하나의 실시예에서, 모뎀 또는 다른 인터페이스 (54) 를 통해 GPS 참조 네트워크 (32) 에 의해 제공되는 위성 궤도력 데이터를 수신하고 사용하는데 사용되는 소프트웨어를 포함한다. 대용량 기억 장치 (55) 는 또한 통상적으로 셀 사이트 아이덴티파이어, 셀 사이트 지리적인 위치 및 대응하는 고도와 같은 셀 오브젝트 정보를 기억하는 데이터베이스를 포함하는데, 통상적으로 이 고도는 셀 사이트 지리적인 위치와 연결된 고도 및 특정 셀 사이트와의 라디오 통신에서의 이동 SPS 수신기를 위한 추산된 고도와 연관된 고도이다. 이 셀 오브젝트 정보 및 대응하는 고도는 셀 기반 정보 소오스이고, 이의 예는 도 4 에 도시되고, 이하에 부가적으로 설명된다.

본 발명의 통상적인 실시예로서, 도 1 의 GPS 참조 네트워크 (32) (도 2 의 네트워크 62) 가 GPS 네트워크에서의 다양한 참조 수신기들의 가시권의 위성들로부터의 원 위성 데이터 메시지들을 제공함은 물론 차동 GPS 정보 및 GPS 측정들을 제공하므로, 선택적인 GPS 수신기 (56) 는 필요하지 않다. 모뎀 또는 다른 인터페이스 (54) 를 통한 네트워크로부터 획득한 위성 궤도력 데이터가 이동 GPS 수신기용 위치 정보를 계산하기 위하여 이동 GPS 수신기로부터 획득되는 의사범위들과 함께 통상적으로 종래의 방법으로 사용된다는 것이 이해될 것이다. 인터페이스들 (52, 53 및 54) 이 데이터 처리 유닛을 네트워크 (64) 의 경우 다른 컴퓨터 시스템으로, 네트워크 (60) 의 경우 셀룰러 기반 통신 시스템들로, 네트워크 (62) 에서의 컴퓨터 시스템과 같은 송신 장치들로 연결시키기 위해 모뎀 또는 다른 적당한 통신 인터페이스가 될 수 있다. 하나의 실시예로서, 네트워크 (62) 가 넓은 지리적인 영역에 걸쳐 확산된 GPS 참조 수신기들의 확산된 조합을 포함한다는 것이 이해될 것이다. 어떠한 실시예로서, 셀룰러 기반 통신 시스템을 통해 이동 GPS 수신기와 통신하는 셀 사이트 또는 셀룰러 서비스 영역 근처의 수신기 (56) 로부터 획득한 차동 GPS 수정 정보가, 이동 GPS 수신기의 근사 위치에 적합한 차동 GPS 수정 정보를 제공할 것이다. 다른 경우로서, 네트워크 (62) 로부터의 차동 수정들은 연합되어 이동 SPS 수신기의 위치에 적합한 차동 수정을 계산한다.

도 3a 는 GPS 수신기 및 통신 시스템 트랜시버를 포함하는 일반적인 연합된 시스템을 도시한다. 하나의 실시예로서, 통신 시스템 트랜시버는 셀룰러 전화이다. 시스템 (75) 은 GPS 안테나 (77) 를 갖는 GPS 수신기 (76) 및 통신 안테나 (79) 를 갖는 통신 트랜시버 (78) 를 포함한다. GPS 수신기 (76) 는 도 3a 에 도시된 바와 같이 연결 (80) 을 통해 통신 트랜시버 (78) 에 연결된다. 동작의 한 형태로서, 통신 시스템 트랜시버 (78) 는 안테나 (79) 를 통해 근사 도플러 정보를 수신하고, 이 근사 도플러 정보를 링크 (80) 를 경유하여 GPS 안테나 (77) 를 통해 GPS 위성들로부터의 GPS 신호들을 수신함에 의해 의사범위 결정을 수행하는 GPS 수신기 (76) 로 제공한다. 이 의사범위는 통신 시스템 트랜시버 (78) 를 통해 도 1 에 도시된 GPS 서버 (26) 와 같은 로케이션 서버로 전송된다. 통상적으로 통신 시스템 트랜시버 (78) 는 신호를 안테나 (79) 를 통해 셀 사이트로 보내고, 이 셀 사이트는 이 정보를 다시 도 1 의 GPS 서버 (26) 와 같은 GPS 서버로 전달한다. 시스템 (75) 을 위한 다양한 실시예들의 예가 종래 기술로 공지된다. 예를 들어, 미국특허 제 5,663,734 호는 개선된 GPS 수신기 시스템을 활용하는 연합된 GPS 수신기 및 통신 시스템의 예를 개시한다. 다른 연합된 GPS 및 통신 시스템의 예가 1996년 5월 23일 출원되어 공동 계류중인 출원 제 08/652,833 호에서 개시된다. SPS 수신기들을 갖는 수많은 대체적인 통신 시스템들은 물론 도 3a 의 시스템 (75) 은 본 발명의 방법에 의해 사용되어 본 발명의 GPS 참조 네트워크와 같이 동작할 수 있다.

도 3b 는 GPS 참조 스테이션을 위한 하나의 실시예를 도시한다. 각 참조 스테이션이 이 방식에 의해 이루어지고 통신 네트워크 또는 매개체에 결합될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 통상적으로, 도 3b 의 GPS 참조 스테이션 (90) 과 같은 각 GPS 참조 스테이션은 안테나 (91) 의 범위의 GPS 위성들로부터의 GPS 신호들을 수신하는 GPS 안테나 (91) 에 연결된 듀얼 주파수 GPS 참조 수신기 (92) 를 포함할 수 있다. 대신으로, GPS 참조 수신기는 관심 영역을 포함하는데 요구되는 수정의 정확도에 의존하는 단일의 주파수 수신기가 될 수 있다. GPS 참조 수신기들은 종래 기술로서 공지된 것이다. 본 발명의 하나의 실시예에 따른 GPS 참조 수신기 (92) 는 수신기 (92) 로부터의 출력으로서 적어도 2가지 유형의 정보를 제공한다. 의사범위 출력 (93) 은 프로세서 및 네트워크 인터페이스 (95) 로 제공되고, 이러한 의사범위 출력들은 GPS 안테나 (91) 의 범위의 위성들을 위해 종래의 방법으로 의사 범위 차동 수정들을 계산하는데 사용된다. 프로세서 및 네트워크 인터페이스 (95) 는 종래 기술로서 공지된 GPS 참조 수신기로부터 데이터를 수신하기 위한 인터페이스들을 갖는 종래의 디지털 컴퓨터 시스템일 수 있다. 프로세서 (95) 는 의사범위 데이터를 처리하기 위해 설계된 소프트웨어를 통상적으로 포함하여 GPS 안테나 (91) 의 범위의 각 위성을 위한 적절한 의사범위 수정을 결정한다. 이 의사범위 수정들은 네트워크 인터페이스를 통해 다른 GPS 참조 스테이션들이 통상적으로 결합되어 있는 통신 네트워크 또는 매개체 (96) 로 전송된다. 본 발명의 다른 실시예로서, 참조 수신기로부터의 의사범위 데이터가 네트워크 (96) 을 통해, 차동 수정들이 계산되는 GPS 서버 (26) 같은 중앙 위치로 전달된다. 다른 실시예로서, 출력 (93) 은 참조 수신기 (92) 에 의해 생성된 차동 수정들을 포함한다. GPS 참조 수신기 (92) 는 또한 위성 궤도력 데이터 출력 (94) 를 제공한다. 이 데이터는 프로세서 및 네트워크 인터페이스 (95) 로 제공되고, 이 데이터는 통신 네트워크 (96) 로 전송된다.

위성 궤도력 데이터 출력 (94) 은 통상적으로 각 GPS 위성들로부터 수신된 실제 GPS 신호들로 인코드된 전체 원 (raw) 50 보드 (baud) 네비게이션 이진 데이터의 적어도 일부를 제공한다. 위성 궤도력 데이터는 GPS 위성들로부터의 GPS 신호에 있어 초당 50 비트 속도의 데이터 스트림으로서 브로드캐스트되는 네비게이션 메시지의 일부이고, GPS ICD-200 이라는 문헌에 상세히 기재되어 있다. 프로세서 및 네트워크 인터페이스 (95) 는 이 위성 궤도력 데이터 출력 (94) 을 수신하고 그를 실시간 또는 거의 실시간으로 통신 네트워크 (96) 로 전송한다. 이 위성 궤도력 데이터는 통신 네트워크로 송신되고, 본 발명의 태양에 따라 네트워크를 통해 다양한 로케이션 서버들에서 수신된다.

본 발명의 어떤 실시예들로서, 위성 궤도력 데이터 같은 네비게이션 메세지의 단지 일정한 세그먼트들만이 네트워크 인터페이스들 및 통신 네트워크를 위한 대역폭 요구를 감소시키기 위하여 로케이션 서버들로 보내질 수 있다. 통상적으로 또한, 이 데이터는 연속적으로 제공될 필요가 없을 수도 있다. 예를 들어, 5 프레임들 모두 보다는 위성 클록과 궤도력 정보를 담은 단지 처음의 3 프레임들만이 일정한 기초 상에서 통신 네트워크 (96) 로 송신될 수 있다. Norman F. Krasner 의 1997년 2월 3일 출원되어 동시 계류중인 미국 출원 제 08/794,649 호에 기재된 방법과 같은, 위성 데이터 메시지들과 관련된 시간을 측정하기 위한 방법을 수행하기 위하여, 실시간 또는 거의 실시간에서 하나 이상의 GPS 참조 수신기들로부터 네트워크로 송신된 전체의 네비게이션 메시지를, 로케이션 서버가 수신할 수 있다는 것이 본 발명의 하나의 실시예로부터 이해될 수 있을 것이다. 여기에 사용된 바로서, 용어 "위성 궤도력 데이터 (satellite ephemeris data)" 는 GPS 위성에 의해 송신된 위성 네비게이션 메시지 (즉 50 보드의 메시지) 의 단지 일부 또는 위성 궤도력 데이터의 적어도 수학적 표현인 데이터를 포함한다. 예를 들어, 용어 "위성 궤도력 데이터" 는 GPS 위성으로부터 송신된 GPS 신호로 인코드된 50 보드의 데이터 메시지의 적어도 일부의 표현을 말한다. 참조 수신기 (92) 의 범위에서의 상이한 GPS 위성들로부터의 상이한 GPS 신호들로 디코드된 GPS 참조 수신기 (92) 가 위성 궤도력 데이터를 담고 있는 이진 데이터 출력 (94) 을 제공한다는 것이 또한 이해될 수 있다.

도 4 는 하나의 실시예가 도 1 에 도시된 GPS 서버 (26) 같은 데이터 처리 스테이션에서 유지될 수 있는 셀 기반 정보 소오스의 예를 도시한다. 대신으로, 이 정보 소오스는 도 1 에 도시된 셀 사이트 (13) 같은 각 셀 사이트들에서 또는 도 1 의 셀룰러 교환 센터 (24) 같은 셀룰러 교환 센터에서 유지될 수 있다. 그러나, 통상적으로 이 정보는 셀룰러 교환 센터에 결합된 로케이션 서버에서 유지되고 정기적으로 업데이트된다. 이 정보 소오스는 다양한 포맷의 데이터를 유지할 수 있고, 도 4 에 도시된 포맷이 포맷의 단지 일 예를 설명하는 것이라는 것이 이해될 것이다. 통상적으로, 추산된 고도 (203) 같은 각 추산된 고도는 셀 사이트 또는 서비스 영역을 위한 셀 사이트 로케이션 또는 아이덴티피케이션 같은 대응하는 위치를 포함할 것이다. 셀 기반 정보 소오스 (201) 에서의 이 정보는 각기 열들 (208 및 210) 에 도시된 셀 서비스 영역들 및 셀 사이트들의 아이덴티피케이션 같은 셀 오브젝트 정보를 포함하는 데이터베이스에서 유지될 수 있고, 또한 이는 열 (212) 에 도시된 정보 같은 셀 사이트 로케이션을 포함할 수 있다. 각 추산된 고도의 경우에서, 셀 사이트 로케이션 또는 셀 사이트 아이덴티피케이션 중 적어도 하나가 존재한다. 각 추산된 고도가 셀 사이트로부터의 라디오 신호 유효범위에 의해 포함된 지리적인 영역의 평균 고도일 수 있다는 것이 이해될 것이다. 셀 사이트 주변의 고도들의 다른 수학적 표현들이 사용될 수 있다. 셀 사이트의 위치가 이동 SPS 수신기들이 특정한 영역에서 발견될 수 있는 고도들의 대표가 아니므로, 특정한 셀 사이트의 고도 보다는 셀 사이트 주변의 고도들을 사용하는 것이 유용하다.

셀 기반 정보 소오스 (201) 의 사용이, 본 발명의 방법의 예를 도시하는 도 5 와 함께 기재될 것이다. 다음의 기재에서, 이동 SPS 수신기는 SPS 신호들을 수신하고 이 신호들로부터 의사범위들을 결정할 것이지만, 이동 수신기에서의 위치 해석 계산을 완료하지는 않을 것이라고 가정될 것이다. 오히려, 이동 수신기는 이러한 의사범위들을 라디오 통신에서의 특정 셀 사이트로 전송하고, 이 셀 사이트는 상기 의사범위들을 이동 교환 센터로 포워딩할 것이고, 이동 교환 센터는 상기 의사범위들을 다시 도 1 의 GPS 서버 (26) 같은 로케이션 서버로 포워딩할 것이다. 그러면, 이 GPS 서버는 본 발명의 예에 따라 고도 원조 정보를 사용하여 위치 계산을 완료할 것이다. 이 특정한 예로서, 셀 오브젝트 정보가 단계 (301) 에서 결정된다. 이는 도 3a 에 도시된 수신기 같은 이동 SPS 수신기에 결합된 이동 셀 기반 통신 시스템과 무선 통신하는 셀 사이트를 위한 위치 또는 셀 사이트 아이덴티파이어를 수신하는 GPS 서버에 의해 발생할 수 있다. 예를 들어, 셀 사이트는 그의 아이덴티파이어 정보를 포워드할 수 있고, 그의 위치를 그의 의사범위 정보와 함께 이동 SPS 수신기로부터 GPS 서버로 포워드할 수 있다. 단계 (303) 에서, GPS 서버는 셀 오브젝트 정보로부터 이동 SPS 수신기를 위한 추산된 고도를 결정한다. 하나의 실시예로서, SPS 서버는 데이터베이스 룩업 동작을 수행하여, 데이터베이스로의 인덱스로서 셀 오브젝트 정보를 사용함에 의해 추산된 고도를 획득할 수 있다. 이 데이터베이스는 도 2 에 도시된 대용량 기억장치 (55) 에서 유지될 수 있다. 만약 셀 사이트의 로케이션이 위도 및 경도를 제공함에 의해 제공된다면, 서버는 이 위도 및 경도를 사용하여 이 점에서의 지구의 표면의 고도를 찾을 수 있다. 대신으로, 셀 사이트 아이덴티파이어가 셀 사이트 번호 또는 다른 아이덴티피케이션과 같이 제공되는 경우, 이 셀 오브젝트 정보는 추산된 고도를 획득하는데 사용될 수 있고, 추산된 고도 (205) 는 셀 사이트 번호 (B1) 이 추산된 고도 (205) 를 확인하기 위해 사용되는 그러한 상황의 예가 될 수 있다. 단계 (305) 에서, GPS 서버는 추산된 고도를 사용하여 이동 GPS 수신기의 위치를 결정한다. 이 고도가 위치 해석 계산을 확장시키고 도와주는 공지된 방법이 있다.

도 5a 및 도 5b는 추산된 고도가 본 발명에 따라 사용될 수 있는 방법을 도시한다. 도 5a의 방법은 셀 오브젝트 정보가 결정되는 단계 (311) 에서 개시한다. 이후, 이 정보는 도 5a의 단계 (313) 에서 사용되어 셀 오브젝트 정보를 기초로 한 이동 SPS 수신기용의 초기 추산 지리학적 위치 (위도, 경도 및 고도로서 지정될 수 있는) 를 결정한다. 이 방법의 일 예로서, 셀 정보는 데이터 베이스에서 셀 오브젝트 정보와 연관된 추정 로케이션을 찾기 위한 인덱스로서 사용된다. 이후, 이 추산된 로케이션은 도 5a의 단계 (315) 에서 사용되어, 이동 SPS 수신기의 위치 (예컨대, 계산된 위도 및 경도) 를 계산한다. 이후, 이 계산된 위도 및 경도는 도 5a 의 단계 (317) 에서 사용되어 추산된 고도를 결정한다. 이것은, 계산된 위도 및 경도로부터 추산된 고도를 획득하기 위하여, 제 2 데이터 베이스에서 데이터 베이스 룩업 (look up) 동작을 실행함으로써 행해질 수 있다. 이 경우에, 제 2 데이터 베이스는, 도 5a 에 사용된 제 2 데이터 베이스가 위도 및 경도의 보다 많은 가능한 조합을 위한 고도를 제공하는 데 보다 광범위하다는 점을 제외하고, 도 4 에 도시된 데이터베이스와 유사하다. 도 5a 에 사용된 이 제 2 데이터 베이스는 모든 가능한 위도 및 경도의 조합을 위한 고도를 가질 수 없을 것이나, 보간 논리가 사용되어 계산된 위도 및 경도에 근접한 위도 및 경도에서의 데이터베이스의 고도 중에서 보간으로써 고도를 결정할 수 있다. 도 5a 의 단계 (317) 에서 획득된 고도는 단계 (319) 에서 사용되어, 위치를 재계산할 수 있다 (효과적으로 향상된 위치 계산).

제 2 데이터 베이스는 계산된 위치가 결정될 때 마다 위도/경도/고도 조합을 부가함으로써 사용되므로, 시간이 경과하면서 향상될 수 있다. 즉, 본 발명의 시스템을 수 차례 사용함으로써 (예컨대, "911"이 셀 전화의 사용자에 의하여 눌려질 때마다), 데이터베이스로의 엔트리가 부가될 수 있으며, 주어진 위도 및 경도에서의 어떠한 고도 불일치 (conflict) 도 평균화될 수 있다 (또는, 정확한 GPS 수신기 판독에 의하여 "수작업으로 (manually)" 체크되도록 플래그 (flag) 될 수 있다). 이것은 시간 경과에 따라 지표면의 로버스트 3차원 데이터 베이스를 생성할 것이다. 도 5b 는 엔트리를 제 2 데이터 베이스로 입력하는 본 방법의 예를 도시한다. 단계 (325) 에서, 이동 SPS 수신기 위치의 초기 추산은 이동 SPS 수신기 위치를 계산하기 위하여 사용된다. 이후, 계산된 위치 (위도, 경도 및 고도 조합) 가 사용되어 제 2 데이터 베이스를 업데이트한다 (단계 329 에서 고도 데이터 베이스로 칭함).

상기 설명이 특정 구조를 가정하였으나, 본 발명은 다수의 구조 및 다수의 다른 예에서 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예컨대, 위도 정보가 셀 사이트에서 기억될 수 있으며, 이동 SPS 수신기로부터의 의사범위 정보와 함께 로케이션 서버 또는 GPS 서버로 전송될 수 있다. 이것은, 서버가 통신하며 자신의 고도 정보를 가지지 않은 셀 사이트가 존재할 때, 서버가 데이터 베이스를 유지하는 것이 여전히 유리할 수 있어도, 각 GPS 서버가 데이터 베이스를 유지한다는 요구를 제거할 것이다. 다른 대안으로, 고도 정보는 SPS 위성을 획득하고 추적하고, 의사범위를 결정하고, SPS 위성으로부터 위성 궤도력 정보를 판독하고, 이것의 위치를 결정함으로써 통상적인 방식으로 자신의 위치를 결정하는 이동 SPS 수신기로 전송될 수 있다. 다른 대안으로, 이동 유닛으로 고도를 전송하기보다, 셀 사이트 아이덴티파이어 (identifier) 또는 셀 사이트 로케이션과 같은 셀 오브젝트 정보는, 주어진 셀 오브젝트 정보용의 추산된 고도를 나타내는 자신의 데이터 베이스를 유지하는 이동 SPS 수신기로 전송될 수 있다. 이러한 방식으로, 이동 SPS 수신기는 자신의 위치를 결정할 수 있으며, 또한 자발적으로 고도 원조 (aiding) 을 실행할 수 있다. 다른 대안적인 실시예에서, 이동 SPS 수신기는 SPS 신호를 소집만 하여 이들을 디지털화하여, 이후 SPS 신호의 이 디지털을, 이 디지털 정보로부터 의사범위를 결정하며 위치 계산을 완료하는 GPS 서버로 전송할 수 있다. 다른 대안적인 실시예로서, 위성 궤도력 데이터는 SPS 서버와 같은 소오스로부터 이동 SPS 수신기로 셀 사이트를 통하여 전달될 수 있으며, 이 위성 궤도력 데이터는 이동 SPS 수신기에 의하여 결정된 의사범위와 함께 사용되어 이동 SPS 수신기에서의 위치 해석을 제공한다. 이 구조의 예는 미국 특허 제 5,365,450 호에 설명된다.

이제, 본 발명의 다른 태양이 본 태양에 따른 방법을 도시하는 도 6 을 참조하여 설명될 것이다. 도 6 에 도시된 방법은 SPS 수신기에서의 결점 검출 및 아이솔레이션에 관련된다. 다수의 결점 검출 및 아이솔레이션 (FDI) 기술이 종래 기술 (예컨대, 글로벌 위치확인 시스템:이론 및 응용 (Global Positioning System: Theory and Application) 의 제 5 장 및 제 8 장, Vol. 2, 비. 더블유. 파킨슨 및 제이.제이. 스플리커, 쥬니어, 편집자, 항공 및 우주비행학 미국 협회 (American Institute of Aeronauties and Astronautics, Inc.) 1996 년 참조 및 마크 에이. 스터르짜의 중복 측정을 사용하는 네비게이션 시스템 통합 모니터링 (Navagation System Integrity Monitoring Using Redundant Measurement), 네비게이션: 네비게이션 협회 저널 (Journal of the Institute of Navagation), Vol 35, No. 4, 겨울호 1988~89. p. 483 이하 참조) 에 공지되어 있으나, 이들 기술은 결함 위성 의사범위의 존재를 확인하는 방식에서 고도 원조를 사용하지 않는다. 결 함 위성 의사범위가 확인되면, 재계산된 네비게이션 해석으로부터 배제되어 최종 위치 결정을 향상시킬 수 있다.

도 6 의 방법은 몇몇 SPS 위성에 대한 의사범위가 결정되는 단계 (351) 에서 개시될 수 있다. 단계 (353) 에서, 고도 의사측정이 결정된다. 이 고도 의사측정은 지구 중심에서 위성에 대한 의사범위로서 간주될 수 있으며, 종래 기술에서 사용되는 고도 원조를 위한 의사측정을 결정하는 통상적인 방식으로 결정될 수 있다. 따라서, 예컨대, 이 고도 의사측정은, 지구 중심에서 타원체로 규정된 지표면에 관하여 추산된 고도에서 지구의 가정된 구형 표면 위의 지점으로의 지구 반경을 포함하는 반경으로 가시화될 수 있다. 추산된 고도는 도 5 에 도시된 바와 같이 유도될 수 있다 (단계 301 및 305). 단계 (355) 에서, 이동 SPS 수신기용 고도가 계산되며, 이 계산된 고도는 추산된 고도와 비교된다. 본 계산된 고도는 단계 (351) 에서 결정된 의사범위를 기초로 하여 네비게이션 해석으로부터 획득될 수 있다. 이들 두 값의 차는, 충분히 크다면 도시 협곡 상황에서 종종 발생하듯이, 수직 방향으로 큰 오류를 야기하는 대형 다중 경로 오류의 경우에서 존재할 수 있는 가능한 결점 위성 의사범위 또는 가능한 결점 네비게이션 해석을 나타낼 것이다. 단계 (357) 에서, 하나 이상의 의사범위의 조건은 이 비교를 기초로 하여 결정될 수 있다. 상기 비교가 추산된 고도 및 계산된 고도간의 미소한 차이를 나타낸다면, 의사범위의 조건은 이들이 결점이 없는 것이도록 될 수 있다. 한편, 추산된 고도와 계산된 고도 사이에 차이가 충분히 크다면 (예컨대, 차이가 임계치를 초과함), 하나 이상의 의사범위 (및/또는 네비게이션 해석) 가 결점이 있을 수 있다.

또한, 추산된 고도 및 계산된 고도 사이의 비교에 의존하지 않은 다른 방법이 단계 (357) 에 도시되어 있다. 이 대안적인 방법은 비교 대신에 또는 비교에 부가하여 실행될 수 있다. 본 대안적인 방법은, 고도 의사측정 (단계 353으로부터) 을 중복 측정 (단계 351로부터 의사범위에 중복인) 으로서 사용하며, 결점 의사범위 (또는 결점 네비게이션 해석) 가 존재하는 지를 검출하여 존재시, 하나 이상의 결점 의사범위를 확인하기 위하여 중복 측정을 사용하는 FDI 기술을 사용한다. 이들 FDI 기술은 문헌에 설명된다. 예컨대, 상기에 참조된 스터르짜, "중복 측정을 사용하는 네비게이션 시스템 통합 모니터링 (Navigation System Integrity Monitoring Using Redundant Measurements)" 을 참조하기 바란다. 결점 의사범위(들)를 확인한 후, 재계산된 네비게이션 해석으로부터 배제될 수 있다. 셀룰러 의사범위 (1998년 4월 22일에 출원되어 동시 계류 중인 미국 특허 출원 번호 09/064,673의 "무선 통신 신호로써의 위성 위치확인 시스템 확장 (Satelite Positioning System Augmentation with Wireless Communication Signals)" 에 설명된) 는 이들 FDI 기술로 중복 측정으로서 사용될 수 있다. 셀룰러 의사범위의 예는 CDMA 또는 다른 셀룰러 (셀 기초) 통신 시스템에서 통신 주파수 라디오 신호 도착의 시간차이다. 셀룰러 의사범위는 통상적으로 알려진 로케이션 및 셀 기초 통신 시스템을 포함하는 이동 SPS 수신기 사이의 통신 신호의 진행 시간을 나타낸다.

도 6 의 방법은 특정 위성으로부터의 SPS 신호가 높은 신호 대 잡음 비율 (SNR) 을 나타내어도, 특정 위성에 대한 특정 의사범위를 "불량 (bad)" 으로서 확 인할 수 있다. 이 경우, 본 발명은 이 확인을 거부할 수 있으며, FDI 기술 사용을 계속하여 다른 결점 의사범위를 찾는다.

도 6 의 방법은, 단일 기지국이 이동 SPS 리시버로 2지점간 무선 통신을 하는 비-셀 (non-cell) 기초 시스템에 사용될 수 있다. 이 경우, 추산된 고도는 기지국으로부터 또는 기지국으로의 무선 신호에 의한 유효 범위인 지리학적 지역의 평균 고도일 수 있다. 이 특정 예에서, 어떠한 셀 오브젝트 정보도 네트워크를 통하여 전송될 필요가 없다. 다른 대안에서, 도 6의 방법은, 셀 오브젝트 정보가 네트워크의 요소로부터 전송되어 결국 데이터베이스로의 인덱스로서 사용되어 추산된 고도를 유도하는 셀 기초 통신 시스템에서 사용될 수 있다.

상기 설명이 일반적으로, 이동 SPS 수신기가 의사범위를 결정하고 이들 의사범위를 멀리 위치한 SPS 서버로 전송하는 시스템 구조를 가정하였으나, 본 발명은 또한 다른 시스템 구성에도 적용 가능하다는 것이 이해될 것이다. 예컨대, 본 발명은, 이동 SPS 수신기가 디지털 SPS 신호 (수신 타임을 나타내는 타임 스탬프를 가진) 를 멀리 위치된 SPS 서버 (SPS 위성에 대한 의사범위를 계산하지 않고) 로 전송하며, 상기 멀리 위치된 SPS 서버가 추산된 고도를 결정하며 위치 해석을 결정하는 (또한, 여기에 설명된 FDI 기술로 검사될 수 있는) 시스템에 채용될 수 있다. 다른 예에서, 본 발명은, 이동 SPS 수신기가 멀리 위치된 SPS 서버로부터의 원조로 또는 원조 없이 자신의 위치를 결정하는 시스템에 채용될 수 있다. 이러한 원조없이, 이동 SPC 수신기는 사용자에의해 제공되거나, 또는 셀 사이트로부터 이동 SPC 수신기로 전송되는 고도 추산의 원조로 추산된 고도에 기초하여 FDA 기술을 수행할 수 있다 (이동 SPC 수신기는 셀 사이트와의 셀 기반 통신으로 부터 셀 사이트 아이덴티피케이션을 결정하고 자신의 데이터베이스에서 셀 사이트에 대응하는 추산된 고도를 찾아낼 수 있다). 이러한 원조 없이, 이동 SPS 수신기는 SPS 서버로부터 위성 궤도력 데이터 및/또는 도플러 정보 및/또는 위성 연감 (satellite almanac) 을 수신함으로써 (예컨대, 셀 사이트로부터 이동 SPS 수신기로 전송된) 자신의 위치를 결정할 수 있으며, 또한 SPS 서버로부터 고도 추산을 수신하여 사용할 수 있다. 이 경우, 이동 SPS 수신기는 자신의 위치를 결정할 수 있으며 (위성 의사범위를 결정한 후), 고도 추산을 사용하여 위치 해석에 관한 FDI 기술을 실행할 수 있다.

본 발명의 방법 및 장치가 GPS 위성을 참조하여 설명되어도, 본 설명은 의사위성 (pseudolite) 또는 위성과 의사위성과의 조합을 사용하는 위치확인 시스템에 동일하게 적용 가능하다는 것이 이해될 것이다. 의사위성은 L-밴드 캐리어 신호 상에서 변조될 수 있는, 일반적으로 GPS 시간과 동기화되는 PN 코드 (GPS 신호와 유사한) 를 방송하는 그라운드 기초 송신기다. 각 송신기는 원격 수신기에 의하여 확인하기 위하여 고유한 PN 코드를 할당할 수 있다. 의사위성은, 궤도를 돌고 있는 위성으로부터의 GPS 신호는 터널, 광산, 건물 또는 다른 밀폐 공간과 같이, 사용 불가능할 수 있는 상황에서 유용하다. 여기서 사용되는 "위성 (satellite)" 이라는 용어는 의사위성 또는 의사위성의 등가물을 포함하도록 의도되며, 여기서 사용되는 "GPS 신호" 라는 용어는 의사위성 또는 의사위성의 등가물로부터의 GPS 같은 신호를 포함하도록 의도된다.

앞선 논의에서, 본 발명은 미국 글로벌 위치확인 위성 (United States Global Positioning Satellite, GPS) 시스템으로의 적용에 관하여 설명되었다. 그러나, 이들 방법은 유사한 위성 위치확인 시스템 및 특히 러시아 글로나스 시스템 (Russian Glonass System) 에 동일하게 적용 가능하다는 것이 명백해야 한다. 글로나스 시스템은 우선, 서로 다른 위성으로부터의 방사가 서로 다른 의사랜덤의 코드를 사용하기 보다, 약간 다른 캐리어 주파수를 사용함으로써 서로 구별된다는 점에서 GPS 시스템과 다르다. 여기서 사용되는 "GPS" 라는 용어는 러시아 글로나스 시스템을 포함하여, 이러한 대안적인 위성 위치확인 시스템을 포함한다.

상기 명세서에서, 본 발명이 특정한 예시적인 실시예에 관하여 설명되었다. 그러나, 첨부된 청구범위에 나타난 바와 같이, 본 발명의 보다 광범위한 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있다는 것이 명백할 것이다. 따라서, 본 명세서 및 도면은 제한적인 관점이라기 보다는 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

Claims

셀 기반 통신 수신기를 갖는 이동 위성 위치확인 시스템 (SPS) 수신기의 위치를 결정하는 방법에 있어서,

셀 오브젝트 로케이션 또는 셀 오브젝트 아이덴티피케이션 중 적어도 하나를 포함하는 셀 오브젝트 정보를 결정하는 단계;

상기 셀 기반 통신 수신기와 무선으로 통신하는 셀 사이트 송신기에 기초하여 선택되는 상기 셀 오브젝트 정보로부터 고도를 결정하는 단계; 및

상기 고도를 이용하여 상기 이동 SPS 수신기의 위치를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 셀 오브젝트 정보는 상기 셀 사이트 송신기의 로케이션 또는 아이덴티피케이션 중 적어도 하나를 나타내는 정보인 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 고도는 상기 셀 사이트 송신기의 근사적인 고도인 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 고도는 상기 셀 사이트 송신기의 지리적인 근처에서의 고도들의 수학적인 표현인 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 셀 오브젝트 정보 및 상기 고도는 컴퓨터 판독가능 기록 매체에 기억되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 이동 SPS 수신기로부터 원거리 처리 스테이션으로 적어도 하나의 의사범위 (pseudorange) 를 송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 송신은 상기 셀 사이트 송신기에서의 수신기를 통한 것이고,

상기 원거리 처리 스테이션은 상기 셀 사이트 송신기에 연결된 셀룰러 교환 센터에 연결되며,

상기 원거리 처리 시스템은 상기 고도를 결정하고 상기 고도를 이용하여 상기 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 고도를 상기 이동 SPS 수신기로 송신하는 단계를 더 포함하고,

상기 이동 SPS 수신기는 상기 고도를 이용하여 상기 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 셀 오브젝트 정보를 상기 이동 SPS 수신기로 송신하는 단계를 더 포함하고,

상기 이동 SPS 수신기는 상기 고도를 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 원거리 처리 시스템에서 위성 궤도력 (ephemeris) 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
데이터 처리 시스템에 의해 실행될 때, 상기 데이터 처리 시스템이,

셀 오브젝트 로케이션 또는 셀 오브젝트 아이덴티피케이션 중 적어도 하나를 포함하는 셀 오브젝트 정보를 결정하는 단계;

이동 위성 위치확인 시스템 (SPS) 수신기의 셀 기반 통신 수신기와 무선으로 통신하는 셀 사이트 송신기에 기초하여 선택되는 상기 셀 오브젝트 정보로부터 고도를 결정하는 단계; 및

상기 고도를 사용하여 상기 이동 SPS 수신기의 위치를 계산하는 단계를 포함하는 방법을 실행하도록 하는 실행가능한 컴퓨터 프로그램 명령들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
제 11 항에 있어서,

상기 셀 오브젝트 정보는 상기 셀 사이트 송신기의 로케이션 또는 아이덴티피케이션 중 적어도 하나를 나타내는 정보인 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
제 12 항에 있어서,

상기 고도는 상기 셀 사이트 송신기의 근사적인 고도인 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
제 12 항에 있어서,

상기 고도는 상기 셀 사이트 송신기의 지리적인 근처에서의 고도들의 수학적인 표현인 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
제 12 항에 있어서,

상기 셀 오브젝트 정보 및 상기 고도는 컴퓨터 판독가능 기록 매체에 기억되는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
제 15 항에 있어서,

상기 방법은 상기 이동 SPS 수신기로부터 원거리 처리 스테이션으로 적어도 하나의 의사범위를 송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
제 16 항에 있어서,

상기 송신은 상기 셀 사이트 송신기에서의 수신기를 통한 것이고,

상기 원거리 처리 스테이션은 상기 셀 사이트 송신기에 연결된 셀룰러 교환 센터에 연결되며,

상기 원거리 처리 시스템은 상기 고도를 결정하고 상기 고도를 사용하여 상기 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
제 12 항에 있어서,

상기 방법은 상기 고도를 상기 이동 SPS 수신기로 송신하는 단계를 더 포함하고,

상기 이동 SPS 수신기는 상기 고도를 사용하여 상기 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
제 12 항에 있어서,

상기 방법은 상기 셀 오브젝트 정보를 상기 이동 SPS 수신기로 송신하는 단계를 더 포함하고,

상기 이동 SPS 수신기는 상기 고도를 결정하는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
제 17 항에 있어서,

상기 방법은 상기 원거리 처리 시스템에서 위성 궤도력 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
프로세서;

상기 프로세서에 연결된 기억 장치; 및

상기 프로세서에 연결된 트랜시버를 포함하고,

상기 트랜시버는 데이터 처리 스테이션을 무선 셀 사이트로 연결시키기 위한 것이고,

상기 기억 장치는 상기 무선 셀 사이트를 위한 셀 오브젝트 로케이션 또는 셀 오브젝트 아이덴티피케이션 중 적어도 하나를 포함하는 셀 오브젝트 정보를 기억하며,

상기 프로세서는 이동 위성 위치확인 시스템 (SPS) 수신기의 셀 기반 통신 수신기와 무선으로 통신하는 상기 무선 셀 사이트에 기초하여 선택되는 상기 셀 오브젝트 정보로부터 고도를 결정하고,

상기 프로세서는 상기 고도를 사용하여 상기 이동 SPS 수신기의 위치를 계산 하는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 스테이션.
제 21 항에 있어서,

상기 프로세서는 SPS 신호들의 소오스를 수신하고,

상기 트랜시버는 상기 무선 셀 사이트로부터 적어도 하나의 의사범위를 수신하며,

상기 프로세서는 상기 SPS 신호들 및 상기 적어도 하나의 의사범위를 사용하여 상기 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 스테이션.
제 22 항에 있어서,

상기 기억 장치는 셀 오브젝트 정보 및 상기 트랜시버에 연결된 복수개의 무선 셀 사이트들 각각을 위한 대응하는 고도를 포함한 데이터베이스를 기억하는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 스테이션.
이동 위성 위치확인 시스템 (SPS) 수신기의 위치를 결정하는 방법에 있어서,

복수개의 의사범위들로부터 복수개의 SPS 위성들로 계산된 고도를 결정하는 단계;

상기 계산된 고도와 상기 이동 SPS 수신기의 고도의 추산을 비교하는 단계; 및

상기 계산된 고도와 상기 추산의 비교에 기초한 상태인, 상기 의사범위들 중 적어도 하나의 상태를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 24 항에 있어서,

상기 이동 SPS 수신기의 위치는 위치 해석 알고리즘으로부터 결정되고,

상기 상태가 제 1 의 상태인 경우 상기 의사범위는 상기 위치 해석 알고리즘에서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 25 항에 있어서,

상기 상태가 제 2 의 상태인 경우 상기 의사범위가 상기 위치 해석 알고리즘에 사용되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
제 26 항에 있어서,

상기 이동 SPS 수신기에서, 상기 복수의 의사범위들을 결정하는 단계;

셀 오브젝트 로케이션 또는 셀 오브젝트 아이덴티피케이션 중 적어도 하나를 포함하는 셀 오브젝트 정보를 결정하는 단계; 및

상기 이동 SPS 수신기에 연결된 셀 기반 통신 시스템과 무선으로 통신하는 셀 사이트 송신기에 기초하여 선택되는 상기 셀 오브젝트 정보로부터 상기 고도의 추산을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 27 항에 있어서,

상기 이동 SPS 수신기는 상기 상태 및 상기 이동 SPS 수신기의 위치를 결정하는 데이터 처리 스테이션으로 상기 복수의 의사범위들을 송신하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 27 항에 있어서,

상기 셀 오브젝트 정보는 상기 셀 사이트 송신기의 로케이션 또는 아이덴티피케이션 중 적어도 하나를 나타내는 정보인 것을 특징으로 하는 방법.
제 29 항에 있어서,

상기 고도는 상기 셀 사이트 송신기의 지리적인 근처에서의 적어도 하나의 고도를 나타내는 수학적인 표현인 것을 특징으로 하는 방법.
제 27 항에 있어서,

상기 셀 오브젝트 정보 및 상기 고도는 컴퓨터 기록매체에 기억되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 28 항에 있어서,

상기 데이터 처리 스테이션은 위성 궤도력 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 방법.
프로세서;

상기 프로세서에 연결된 기억 장치; 및

상기 프로세서에 연결된 트랜시버를 포함하고,

상기 트랜시버는 데이터 처리 스테이션을 무선 통신 시스템에 연결시키기 위한 것이고,

상기 기억 장치는 상기 무선 통신 시스템의 무선 라디오 유효범위내의 적어도 하나의 영역을 위한 고도의 추산을 기억하며,

상기 트랜시버는 이동 위성 위치확인 시스템 (SPS) 수신기에 연결된 이동 무선 통신 시스템으로부터의, 제 1 의사범위를 포함하는 복수개의 의사범위들을 수신하고,

상기 프로세서는 결정된 고도인 상기 고도를 결정하고 상기 추산과 상기 결정된 고도를 비교하여 상기 제 1 의사범위의 상태를 결정하며,

상기 상태는 상기 추산과 상기 결정된 고도의 상기 비교에 기초하는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 스테이션.
제 33 항에 있어서,

상기 프로세서는 SPS 신호들의 소오스를 수신하고,

상기 프로세서는 위치 해석 알고리즘으로부터 상기 이동 SPS 수신기의 위치를 결정하며,

상기 상태가 제 1 상태인 경우, 상기 제 1 의사범위는 상기 위치 해석 알고리즘에 사용되는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 스테이션.
제 34 항에 있어서,

상기 상태가 제 2 상태인 경우, 상기 제 1 의사범위는 상기 위치 해석 알고리즘에 사용되지 않는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 스테이션.
이동 위성 위치확인 시스템 (SPS) 수신기의 위치를 결정하는 방법에 있어서,

상기 이동 SPS 수신기와 대응하는 복수개의 위성들 사이의 복수개의 위성 의사범위들을 결정하는 단계;

적어도 하나의 비위성 (non-satellite) 의사측정을 결정하는 단계; 및

상기 복수개의 위성 의사범위들 중 적어도 하나의 상태를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 36 항에 있어서,

상기 비위성 의사측정은 고도 의사측정 또는 셀룰러 의사범위 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
제 37 항에 있어서,

상기 상태는 여분의 측정인 상기 비위성 의사측정으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 38 항에 있어서,

상기 상태는 SPS 결함 (fault) 검출 및 아이솔레이션 (isolation) 기술을 사용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 39 항에 있어서,

상기 대응하는 복수개의 위성들은 지구 주위의 공간을 궤도순항하는 복수개의 위성들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 39 항에 있어서,

상기 위치는 위치 해석 알고리즘에 의해 결정되고,

상기 상태가 제 1 상태인 경우, 상기 복수개의 위성 의사범위들 중 적어도 하나가 상기 위치 해석 알고리즘에 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 41 항에 있어서,

상기 상태가 제 2 상태인 경우, 상기 복수개의 위성 의사범위들 중 적어도 하나가 상기 위치 해석 알고리즘에 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.