KR100809425B1 - ＧＰＳ와 Ｇａｌｉｌｅｏ 데이터를 이용한 정밀 궤도결정시스템 및 그 방법 - Google Patents

ＧＰＳ와 Ｇａｌｉｌｅｏ 데이터를 이용한 정밀 궤도결정시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저궤도 위성의 정밀궤도를 결정하는 방법 및 시스템을 제공한다. 저궤도 위성의 정밀궤도 결정 방법은 GPS 관측소로부터 수신한 GPS 위성의 관측 데이터에 궤도 섭동이 반영된 GPS 위성에 대한 동역학 모델을 적용하여 GPS 위성의 정밀궤도력을 추정하고, Galileo 관측소로부터 수신한 Galileo 위성의 관측 데이터에 궤도 섭동이 반영된 Galileo 위성에 대한 동역학 모델을 적용하여 Galileo 위성의 정밀궤도력을 추정하는 단계; 저궤도 위성으로부터 수신된 네비게이션 데이터에 궤도 섭동이 반영된 저궤도 위성에 대한 기본 동역학 모델을 적용하여 저궤도 위성의 초기 궤도값을 결정하는 단계; 및 상기 저궤도 위성의 온보드에 수신된 GPS/Galileo 데이터로부터 평가치가 높은 데이터를 선택하고, 상기 선택된 데이터를 이중차분한 관측값과 상기 저궤도 위성의 초기 궤도값, 상기 GPS 및 Galileo 위성의 정밀궤도력 및 궤도 섭동이 반영된 저궤도 위성에 대한 동역학 모델을 바탕으로 계산된 계산값과의 잔차를 구하여 상기 저궤도 위성의 정밀궤도를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법에 의해 GPS 데이터 및 Galileo 데이터를 모두 수신하여 위치 결정에 이용함으로써 보다 정밀한 궤도력을 측정할 수 있게 된다.
GPS/Galileo 겸용 수신기, 정밀궤도결정 시스템, GDOP, 신호지연, 오차보정

Description

ＧＰＳ와 Ｇａｌｉｌｅｏ 데이터를 이용한 정밀 궤도결정 시스템 및 그 방법{Precise Orbit Determination System and Method thereof}
도 1은 본 발명이 적용되는 저궤도 위성의 관제 시스템의 구성 예시도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정밀궤도결정 시스템의 개략도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 정밀궤도결정 방법을 설명하는 흐름도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 저궤도 위성에서 수신한 GPS/Galileo 데이터를 처리하는 과정을 설명하는 흐름도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 GPS 데이터와 Galileo 데이터를 함께 가지고 있는 데이터 포맷에 대한 예시도,
도 6은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 GPS와 Galileo 데이터를 이용한 사용자의 위치를 결정하는 시스템의 개략도,
도 7은 본 발명의 다른 일실시예 따른 GPS와 Galileo 데이터를 이용한 사용자의 위치를 결정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
본 발명은 GPS 및 Galileo 데이터를 이용한 정밀궤도결정 시스템 및 그 방법 에 관한 것으로, 보다 상세하게는, GPS와 Galileo 데이터 겸용 수신기를 이용하여 Galileo의 신뢰도 높은 데이터와 GPS 데이터를 동시에 사용함으로써 궤도결정의 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있는 정밀궤도결정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
위성항법장치로 불리는 GPS(Global Positioning System)는 위성을 통해 지구상에 존재하는 대상의 위치를 정확히 측정하는 장치이다. 군사적인 목적으로 미국 국방성에서 개발한 GPS는 최소 24개의 인공위성을 이용해 대상의 위치를 측정하는데, 그 정확도는 상용의 경우 오차가 5미터 정도이지만 군사용인 경우에는 1센티 오차만 가질 정도로 정밀하다. 1978년에 첫 GPS용 위성이 발사되어 지금은 28개의 위성이 지구상을 돌며 GPS를 운영하고 있다. 각 위성은 2만 킬로 상공에서 하루 2회 지구를 돌고 있다. 군사용 GPS는 정확한 공격대상에 대한 정밀공격 등에 사용되며, 상용 GPS는 운전자를 위한 네비게이션 등에 사용되는 등 이동체 항법 시스템 외에 측지, 측량, 과학 관측용 및 시각 동기용까지 다양한 응용분야를 갖는다.
그동안 미국의 GPS에만 의존하던 유럽에서 최근 미국의 독점적인 위성항법장치였던 GPS에 맞서기 위해 독자적인 위성항법 시스템인 갈릴레오(Galileo nevigation system)를 가동하여 민간인에게 더 많은 서비스를 제공하고 신뢰도를 높이기 위한 전세계적인 센서 스테이션(sensor station)의 분포를 넓힘으로 인하여 전 세계적으로 Galileo 데이터의 이용도가 커질 것으로 예상된다. 개발비만 45억 달러(4조 5000억원)이 드는 갈릴레오 시스템은 첫 위성인 지오베-A(Giove-A)를 발사했는데, 2010년까지 30개의 위성을 쏘아 올릴 계획이라고 한다.
상용으로 활용될 갈릴레오는 오차 범위를 1미터 내외로 줄이는 등 미국의 GPS보다 더 나은 서비스를 제공한다는 방침을 갖고 있으며, 관측력이 뛰어나 도심이나 건물 안의 목표물도 포착할 수 있으며, 위치 확인에 걸리는 시간도 GPS에 비해 훨씬 짧다.
저궤도 위성관제 시스템은 TOPEX/POSEIDON 위성 이후로 GPS 데이터를 이용함으로써 전세계적이고 연속적인 데이터를 얻을 수 있게 되었다. 이로 인해 TOPEX/POSEIDON의 성공적인 임무 수행은 GPS 데이터를 이용한 정밀궤도결정의 시발점이 되었고, 저궤도 위성의 대부분은 GPS 수신기를 탑재하여 궤도를 결정하게 되었다. 지금은 고의 잡음(Selective Availability; SA)가 해제되어 GPS로 데이터를 처리하게 되면 그 정밀도가 아주 높아졌지만 언제 다시 SA가 재기되고 신호의 신뢰도가 떨어질지 모르는 상황이다.
또한 현재 GPS 위성은 미약한 전파를 내보내기 때문에 GPS 데이터만을 수신할 때는 터널이나 고가도로, 고층건물 사이를 지나게 되면 신호 끊김 현상이 자주 발생하고 사용자의 위치에 관한 서비스가 제공되지 않을 때가 흔하다.
따라서 GPS 전용 수신기 보다는 GPS와 Galileo 데이터를 동시에 수신하여 4개 이상의 신호가 가용될 수 있게 함으로써 보다 정밀한 궤도 결정 및 위치 결정이 요구된다.
본 발명은 GPS와 Galileo 위성의 데이터를 동시에 수신하여 이용함으로써 저궤도 위성의 보다 정밀한 궤도를 결정할 수 있는 궤도 결정 시스템 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한 본 발명은 GPS/Galileo 위성 데이터 겸용 수신기를 사용하여 보다 정밀한 사용자의 위치를 측정할 수 있는 위치 결정 시스템 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일실시예는, 저궤도 위성의 정밀궤도 결정 시스템에 관한 것으로, GPS 관측소로부터 수신한 GPS 위성의 관측 데이터에 궤도 섭동이 반영된 GPS 위성에 대한 동역학 모델을 적용하여 GPS 위성의 정밀궤도력을 추정하고, Galileo 관측소로부터 수신한 Galileo 위성의 관측 데이터에 궤도 섭동이 반영된 Galileo 위성에 대한 동역학 모델을 적용하여 Galileo 위성의 정밀궤도력을 추정하는 GPS 및 Galileo 위성의 정밀궤도력 결정부; 저궤도 위성으로부터 수신된 네비게이션 데이터에 궤도 섭동이 반영된 저궤도 위성에 대한 기본 동역학 모델을 적용하여 저궤도 위성의 초기 궤도값을 결정하는 저궤도 위성의 초기 궤도값 결정부; 및 상기 저궤도 위성의 온보드에 수신된 GPS/Galileo 데이터로부터 평가치가 높은 데이터를 선택하고, 상기 선택된 데이터를 이중 차분한 관측값과 상기 저궤도 위성의 초기 궤도값, 상기 GPS 및 Galileo 위성의 정밀궤도력 및 궤도 섭동이 반영된 저궤도 위성에 대한 동역학 모델을 바탕으로 계산된 계산값과 의 잔차를 구하여 상기 저궤도 위성의 정밀궤도를 결정하는 저궤도 위성의 정밀궤도력 결정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 바람직한 일실시예는, GPS 관측소로부터 수신한 GPS 위성의 관측 데이터에 궤도 섭동이 반영된 GPS 위성에 대한 동역학 모델을 적용하여 GPS 위성의 정밀궤도력을 추정하고, Galileo 관측소로부터 수신한 Galileo 위성의 관측 데이터에 궤도 섭동이 반영된 Galileo 위성에 대한 동역학 모델을 적용하여 Galileo 위성의 정밀궤도력을 추정하는 단계; 저궤도 위성으로부터 수신된 네비게이션 데이터에 궤도 섭동이 반영된 저궤도 위성에 대한 기본 동역학 모델을 적용하여 저궤도 위성의 초기 궤도값을 결정하는 단계; 및 상기 저궤도 위성의 온보드에 수신된 GPS/Galileo 데이터로부터 평가치가 높은 데이터를 선택하고, 상기 선택된 데이터를 이중차분한 관측값과 상기 저궤도 위성의 초기 궤도값, 상기 GPS 및 Galileo 위성의 정밀궤도력 및 궤도 섭동이 반영된 저궤도 위성에 대한 동역학 모델을 바탕으로 계산된 계산값과의 잔차를 구하여 상기 저궤도 위성의 정밀궤도를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일실시예는, 사용자 위치 결정 시스템에 관한 것으로, GPS와 Galileo 위성의 데이터를 동시에 수신하는 GPS 및 Galileo 데이터 수신부; 상기 수신된 각 GPS 위성 데이터 및 Galileo 위성 데이터에 궤도 섭동이 반영된 동역학 모델을 적용하여 GPS 위성 및 Galileo 위성의 궤도력을 결정하는 궤도력 결정부; 상기 수신된 각 GPS 위성 데이터 및 Galileo 위성 데이터에 대해 신뢰도를 평가하고 기하학적 정밀도 저하율(GDOP)을 계산한 후 전송 도중 발생된 오 차 및 데이터에 존재하는 오차를 보정하는 위성 데이터 처리부; 및 상기 처리된 위성 데이터와 상기 GPS 위성 및 Galileo 위성의 궤도력을 이용하여 수신자의 위치를 결정하는 위치 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일실시예는, 사용자 위치 결정 방법에 관한 것으로, GPS와 Galileo 위성의 데이터를 동시에 수신하는 단계; 상기 수신된 각 GPS 위성 데이터 및 Galileo 위성 데이터에 궤도 섭동이 반영된 동역학 모델을 적용하여 GPS 위성 및 Galileo 위성의 궤도력을 결정하는 단계; 상기 수신된 각 GPS 위성 데이터 및 Galileo 위성 데이터에 대해 신뢰도를 평가하고 기하학적 정밀도 저하율(GDOP)을 계산한 후 전송 도중 발생된 오차 및 데이터에 존재하는 오차를 보정하는 단계; 및 상기 처리된 위성 데이터와 상기 GPS 위성 및 Galileo 위성의 궤도력을 이용하여 수신자의 위치를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일실시예는, 저궤도 위성의 정밀궤도 결정 방법및 사용자 위치 결정 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 정밀궤도결정에 관계된 위성관제시스템(500)의 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 저궤도위성(100)은 GPS위성(200)으로부터 GPS 데이터를 수신하고, Galileo 위성(300)으로부터 Galileo 데이터를 수신한다. 상기 저궤도위성(100)에서 수신된 GPS/Galileo 원 데이터(raw data) 뿐만 아니라, 다른 위성의 상태 정보와 기타 정보들은 안테나(400)를 통해 위성관제 시스템(500)의 TTC 서브시스템(510)에 전달된다. TTC 서브시스템(510)은 전달받은 데이터를 처리하고 실시간 원격명령 데이터를 실시간 운용 서브시스템(520)으로 전송한다.
실시간 운용 서브 시스템(520)은 비행역학 서브시스템(530)에 저궤도 위성이 수신한 위성 온보드 GPS/Galileo 데이터를 전송한다. 상기 비행역학 서브시스템(530)은 위성의 실질적 운용을 주로 담당하며, 위성의 정밀궤도를 결정하는 정밀궤도결정시스템(540)을 포함한다.
상기 정밀궤도결정시스템(540)은 수신한 IGS 사이트(250) 및 Galileo 사이트(350)로부터의 원시 데이터와 위성 온보드 GPS 및 Galileo 데이터에 대한 처리 및 추정 등을 통해 정밀궤도를 결정하게 된다. 이 때 정밀하게 결정된 궤도 데이터는 다른 외부 사이트에 전송하게 된다.
또한 비행역학 서브시스템(530)에서 예측된 궤도 데이터 maneuver 요구 혹은 궤도정보 관련 데이터가 임무계획 서브시스템(550)에 전달된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정밀궤도 결정 시스템(540)에 대한 개략도를 나타낸다. 본 발명은 보정 위성 항법 시스템(Differential GPS; DGPS)을 적용 하는 것으로 본 발명과 관련하여 공지된 기술적 사항의 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 상기 정밀궤도 결정 시스템(540)은 GPS 및 Galileo 위성의 정밀 궤도력 결정부(541), 저궤도 위성의 초기 궤도값 결정부(543) 및 저궤도 위성의 정밀 궤도력 결정부(545)를 포함한다.
GPS 및 Galileo 위성의 정밀 궤도력 결정부(541)는 IGS 사이트(250)로부터 각 GPS 상시 관측소에서 수신한 GPS 데이터를 제공받는다. 또한 Galileo 사이트(350)로부터 각 Galileo 관측소에서 수신한 Galileo 데이터를 제공받는다. 상기 데이터는 각각 GPS와 Galileo 위성으로부터 관측소의 수신기 위치에서 받은 시간이나 시간에 빛의 속도를 곱한 거리값, 또는 위상차를 이용한 값들로 GPS와 Galileo 위성과 수신기까지의 거리를 알 수 있는 정보가 포함된 데이터이다.
상기 IGS 사이트(250) 및 Galileo 사이트(350)로부터의 데이터에서 GPS 위성 및 Galileo 위성의 정밀궤도력이 제공되지 않는다면, 상기 각 사이트(250, 350)로부터 수신한 GPS 위성 및 Galileo 위성의 관측 데이터에 GPS 위성 및 Galileo 위성의 계산값인 동역학 모델을 적용하여 GPS 위성 및 Galileo 위성의 정밀궤도력을 추정하여 생성한다. 상기 동역학 모델은 GPS 위성 및 Galileo 위성에 대한 중력장, 대기 저항, 태양풍 압력에 의한 섭동항들을 고려하여 모델링한 예측 계산값이다.
상기 GPS 위성 및 상기 Galileo 위성의 정밀궤도력은 각 위성의 브로드캐스트 데이터로부터 궤도 초기값을 결정하고, 실시간 혹은 준실시간으로 제공되는 상기 각 GPS 위성 및 Galileo 위성의 궤도 데이터와 상기 GPS 위성 및 상기 Galileo 위성에 대한 동역학 모델, 즉 관측값과 계산값과의 오차를 최소화함으로써 결정된 다.
저궤도 위성의 초기 궤도값 결정부(543)는 저궤도 위성의 정밀궤도를 결정하기 위해 필요한 초기 궤도값을 계산한다. 저궤도 위성으로부터의 GPS/Galileo 데이터 외의 네비게이션 데이터(navigation data)에 저궤도 위성에 대한 대략적인 기본 동역학 모델을 설정하고, 저궤도 위성의 네비게이션 데이터에 상기 동역학 모델을 적용하여 상기 네비게이션 데이터와 상기 동역학 모델과의 차이를 최적화하는 저궤도 위성의 초기값을 결정한다.
저궤도 위성의 정밀궤도결정부(545)는 데이터 처리부(546), 오차 보정부(547), 전처리부(548) 및 추정부(549)를 포함한다.
데이터 처리부(546)는 저궤도 위성의 온보드 GPS/Galileo 위성 데이터를 처리하게 되는데, 먼저 저궤도 위성에서 수신한 GPS/Galileo 데이터를 GPS와 Galileo데이터를 모두 포함하는 하나의 새로운 포맷의 파일로 만들고, 파일의 위성 데이터에 대해 신호 세기를 점검하고, 신뢰도에 대한 평가를 한다. 그 다음 각 epoch에 대해 기하학적 정밀도 저하율(Geometric Dilution of Precision; GDOP)를 계산하고, 평가치가 좋은 양호한 데이터를 선택한다. 상기 저궤도 위성의 온보드 GPS/Galileo 데이터는 각각 GPS와 Galileo 위성으로부터 저궤도 위성의 수신기 위치에서 받은 시간이나 시간에 빛의 속도를 곱한 거리값, 또는 위상차를 이용한 값들로 GPS와 Galileo 위성과 수신기까지의 거리를 알 수 있는 정보가 포함된 데이터이다.
오차 보정부(547)는 상기 계산된 이중 차분된 데이터에 대해 관측값 오차 보정을 수행하거나 오차 값을 추정할 수도 있고, GPS 및 Galileo 원시 데이터들에 대해 오차를 보정할 수 있다. 수신기가 받는 오차에는 위성의 시계 요동, 위성의 궤도 요동, 대기권 통과시 전파의 지연 등이 있으나, 이와 같은 오차의 요인은 수신기 내부에서는 예측할 수 없다. 따라서 이들 오차를 계측하여 보정할 필요가 있다. 이를 위해 대류층, 전리층 지연효과, 상대성 효과, 지각과 해양 조석 효과 등에 대한 모델링을 통해 오차를 보정한다.
전처리부(548)는 상기 오차 보정된 관측 데이터를 이중 차분 혹은 삼중 차분에 의해 전처리하여 이후 필터 추정에 이용케 한다.
추정부(549)는 상기 데이터를 전처리한 관측값, 상기 저궤도 위성의 초기 궤도값, GPS와 Galileo 위성의 정밀 궤도력 데이터 및 저궤도 위성에 대한 지구 중력장, 대기 저항, 태양풍 압력에 의한 섭동항들의 동역학 모델을 바탕으로 계산된 계산값에 필터론을 적용하여 계산값과 관측값의 오차를 최소화하는 추정 파라미터를 추정하고 이를 바탕으로 저궤도위성의 정밀궤도를 결정한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저궤도 위성의 정밀궤도를 결정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 저궤도 위성의 정밀궤도 결정 방법은 GPS 위성의 정밀궤도력 및 Galileo 위성의 정밀궤도력을 추정하고, 저궤도 위성의 초기 궤도값을 결정하고, 이들 데이터를 이용하여 저궤도 위성의 정밀궤도를 결정한다.
IGS 사이트에서 GPS 위성에 대한 정밀궤도력 혹은 ultra-rapid 데이터를 제공받거나 또는 GPS 항법 메시지 데이터 혹은 원시 데이터에 GPS 위성의 동역학 모 델을 적용하여 상기 관측 데이터와 상기 계산된 동역학 모델과의 차이를 줄여 GPS 위성의 정밀궤도를 결정한다. 그리고, Galileo 사이트에서 Galileo 위성에 대한 정밀궤도력을 제공받거나 또는 관측된 Galileo 위성 데이터에 Galileo 위성에 대한 동역학 모델을 설정하여 상기 관측 데이터와 상기 계산된 동역학 모델과의 차이를 줄여 Galileo 위성에 대한 정밀궤도력을 결정한다(S310). 상기 동역학 모델은 GPS 위성 및 Galileo 위성에 대한 중력장, 대기 저항, 태양풍 압력에 의한 섭동항들을 고려하여 모델링한 예측 계산값이다.
저궤도 위성으로부터 GPS/Galileo 데이터 외의 네비게이션 데이터를 제공받고, 저궤도 위성에 대한 대략적인 기본 동역학 모델을 설정하여, 상기 저궤도 위성의 네비게이션 데이터와 상기 계산된 동역학 모델과의 차이를 최소화함으로써 저궤도 위성의 a priori를 위한 초기값을 결정한다(S320).
다음은 저궤도 위성에서 수신한 GPS/Galileo 데이터를 처리한다(S330). 상기 데이터 처리 과정을 도 4를 참조하여 상세히 설명하겠다.
도 4를 참조하면, 저궤도 위성으로부터 GPS/Galileo 데이터를 수신한다(S410). 상기 수신한 데이터로부터 GPS와 Galileo 위성 데이터를 모두 포함하는 하나의 새로운 포맷의 파일을 생성한다(S420). 상기 생성된 파일의 위성 데이터에 대해 신호 세기를 점검하고, 신뢰도에 대한 평가를 한다(S430). 신뢰도 평가 후 GDOP를 계산(S440)하여 GPS와 Galileo 위성 데이터 중에서 위치결정에 좋은 평가치가 우수한 위성 데이터들을 선택한다(S450).
다시 도 3을 참조하면, 상기 선택된 데이터들에 대해 대류층, 전리층 지연 효과, 상대성 효과, 지각과 해양 조석 효과 등에 대한 모델링을 적용하여 오차를 보정한다(S340).
보정된 관측 데이터를 이중 차분 혹은 삼중 차분에 의한 전처리를 수행한다(S350).
저궤도 위성의 초기값 결정시 적용된 대략적인 기본 동역학 모델과 달리 저궤도 위성에 대한 아주 정밀한 동역학 모델을 설정하고 필터론을 적용하여, 상기 관측 데이터와 상기 동역학 모델 사이의 오차를 최소화하는 추정 파라미터를 추정하고 이를 바탕으로 저궤도 위성의 정밀궤도를 결정한다(S360). 상기 동역학 모델은 저궤도 위성에 대해 지구중력장, 대기 저항, 태양풍 압력에 의한 섭동항들이 반영된 예측 계산값이다.
도 5는 상기 정밀궤도결정을 위한 데이터를 처리하기 위해 GPS/Galileo 데이터를 모두 포함하는 RINEX와 같은 형태의 하나의 새로운 포맷의 파일의 일예를 보여준다.
이 파일은 RINEX와 같이 헤더(Header)의 파일 포맷에 대해 설명하는 부분과 관측데이터를 기술하는 부분으로 나누어진다. 기존의 RINEX 포맷과 똑같은 형태를 유지하면서 헤더 부분의 관측 데이터 유형(Observation data type)을 정의하는 부분에 있어서는 GPS 위성과 Galileo 위성으로 분류한다. 또한 관측 데이터( Observation data) 파일을 기술하는 부분에 있어서도 GPS 위성에 이어서 Galileo 위성을 두어 각 데이터 유형에 따라 Galileo 위성의 수만큼 더해서 표시한다. 각각의 Epoch를 표시하는 줄에 있어서도 GPS 위성의 개수는 기존의 RINEX 포맷에 따르 고, GPS 위성에 바로 이어서 Galileo 위성의 그 epoch에 해당하는 위성의 개수를 표시한다. GPS 위성의 경우는 위성의 번호 앞에 "G" 를 표시하고, Galileo 위성의 경우에는 "O" 라는 문자를 위성의 번호 앞에 표시한다. 타임 태그(Time tag)의 경우 GPS 위성은 "G"를 쓰고 그 다음에 타임 태그 값을 적고, Galileo 위성의 경우는 "O"를 쓰고 그 다음에 타임 태그 값을 적는다. 그리고 그 다음 줄부터는 관측 데이터 값을 GPS 및 Galileo 데이터의 주어진 위성 번호 순서대로 적는다. 그 외 대부분의 포맷은 기존의 RINEX 포맷과 동일하게 한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 GPS와 Galileo 데이터를 이용해서 사용자 또는 위치기반 시스템의 위치를 결정하는 시스템의 개략도이다.
도 6을 참조하면, 사용자 위치 결정 시스템(600)은 GPS/Galileo 데이터 수신부(610), 궤도력 결정부(620), 데이터 처리부(630) 및 위치 결정부(640)를 포함한다.
GPS/Galileo 데이터 수신부(610)는 GPS 및 Galileo 데이터를 수신한다. 궤도력 결정부(620)는 GPS 브로드캐스트 데이터에 GPS 위성의 동역학 모델을 적용하여 GPS 위성의 대략적인 궤도력을 얻고, Galileo 브로드캐스트 데이터에 Galileo 위성의 동역학 모델을 적용하여 Galileo 위성의 대략적인 궤도력을 결정한다.
데이터 처리부(630)는 Galileo와 GPS 위성의 데이터에 대한 신뢰도를 평가하고 GDOP를 계산하여 평가치가 우수한 위성 데이터를 선택하고 전송 도중의 오차 및 데이터 자체가 갖는 오차를 보정한다.
위치 결정부(640)는 상기 GPS 위성 및 Galileo 위성의 궤도력을 이용하고 Least-square 방법이나 기타 필터론 등의 다양한 방법을 적용하여 수신자의 위치를 결정한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 GPS와 Galileo 데이터를 이용해서 사용자 또는 위치기반 시스템의 위치를 결정하는 방법을 설명하는 흐름도이다. 상기 방법 중 전술된 저궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법의 각 단계에서 동일 또는 유사한 단계에 대한 상세한 설명은 상기 방법을 참조할 수 있으므로 생략하겠다.
GPS와 Galileo 위성의 데이터를 동시에 수신하고(S710), 상기 수신된 각 GPS 위성 데이터 및 Galileo 위성 데이터에 궤도 섭동이 반영된 동역학 모델을 적용하여 GPS 위성 및 Galileo 위성의 궤도력을 결정한다(S720). 상기 동역학 모델은 GPS 위성 및 Galileo 위성에 대한 중력장, 대기 저항, 태양풍 압력에 의한 섭동항들을 고려하여 모델링한 예측 계산값이다.
상기 수신된 각 GPS 위성 데이터 및 Galileo 위성 데이터에 대해 신뢰도를 평가하고 GDOP를 계산한 후 전송 도중 발생된 오차 및 데이터 자체가 갖는 오차를 보정한다(S730 내지 S750).
상기 처리된 위성 데이터와 상기 GPS 위성 및 Galileo 위성의 궤도력을 이용하여 수신자의 위치를 결정한다(S760).
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
지금까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
그러므로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은, 저궤도 위성에서 GPS와 Galileo 위성 데이터를 모두 수신하여 이들 데이터를 모두 포함하는 데이터 포맷을 정의함으로써 시스템 구축 및 이용시 편의성을 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 GPS 데이터와 Galileo 데이터를 모두 수신하고 이들 중 신뢰도 및 GDOP를 고려하여 평가치가 우수한 데이터를 선택하여 사용할 수 있게 함으로써 신뢰도 있는 신호를 사용할 수 있고 GPS 데이터가 이용 가능하지 않아도 Galileo 데이터를 사용할 수 있어 신호의 끊김 현상을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라 본 발명은, GPS 데이터 외에 Galileo 데이터를 사용함으로 인해 고도가 높은 항법위성들이 항상 가용될 수 있도록 하여 고층 건물이 많은 장소를 지날 경우에도 신호 끊김 현상 없이 사용자의 위치가 항상 제공될 수 있는 서비스를 구축할 수 있다.

Claims (14)

  1. GPS 관측소로부터 수신한 GPS 위성의 관측 데이터에 궤도 섭동이 반영된 GPS 위성에 대한 동역학 모델을 적용하여 GPS 위성의 정밀궤도력을 추정하고, Galileo 관측소로부터 수신한 Galileo 위성의 관측 데이터에 궤도 섭동이 반영된 Galileo 위성에 대한 동역학 모델을 적용하여 Galileo 위성의 정밀궤도력을 추정하는 GPS 및 Galileo 위성의 정밀궤도력 결정부;
    저궤도 위성으로부터 수신된 네비게이션 데이터에 궤도 섭동이 반영된 저궤도 위성에 대한 기본 동역학 모델을 적용하여 저궤도 위성의 초기 궤도값을 결정하는 저궤도 위성의 초기 궤도값 결정부; 및
    상기 저궤도 위성으로부터 수신된 GPS/Galileo 데이터에 대한 신뢰도 평가 및 기하학적 정밀도 저하율(GDOP) 계산 결과에 기초하여 선택된 데이터를 처리함으로써 획득된 관측값과, 상기 저궤도 위성의 초기 궤도값, 상기 GPS 및 Galileo 위성의 정밀궤도력 및 궤도 섭동이 반영된 저궤도 위성에 대한 동역학 모델을 바탕으로 계산된 계산값과의 잔차를 구하여 상기 저궤도 위성의 정밀궤도를 결정하는 저궤도 위성의 정밀궤도 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저궤도 위성의 정밀궤도 결정 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저궤도 위성의 정밀궤도 결정부는,
    상기 저궤도 위성으로부터 수신된 GPS/Galileo 데이터에 대해 신뢰도 평가 및 기하학적 정밀도 저하율(GDOP) 계산 결과에 기초하여 결과치가 높은 관측 데이터를 선택하는 데이터 처리부;
    상기 선택된 관측 데이터에 대해 상기 데이터 전송도중 발생된 오차 및 데이터에 존재하는 오차를 보정하는 오차 보정부;
    상기 보정된 관측 데이터에 대하여 이중 차분하는 전처리부; 및
    상기 전처리된 관측값과, 상기 계산값과의 잔차를 구하기 위해 필터론을 적용하여 추정 파라미터 및 정밀궤도 요소를 산출하고 저궤도 위성의 정밀궤도를 추정하는 추정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저궤도 위성의 정밀궤도 결정 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 데이터 처리부는,
    상기 GPS/Galileo 데이터를 같은 시각에 수신받아 함께 처리가능한 혼합용 포맷으로 데이터 파일을 생성하는 파일 생성부; 및
    상기 생성된 파일의 위성 데이터에 대한 신뢰도를 평가하고 기하학적 정밀도 저하율을 계산하여 결과치가 높은 관측 데이터를 선택하는 데이터 선택부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저궤도 위성의 정밀궤도 결정 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 파일은,
    GPS와 Galileo 위성을 구분하고 상기 GPS와 Galileo 위성의 각 데이터를 미리 설정된 규칙에 따라 기재하여 작성된 포맷의 파일인 것을 특징으로 하는 저궤도 위성의 정밀궤도 결정 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 추정부는,
    상기 정밀 동역학 모델의 계산값과 상기 전처리된 관측값과의 오차를 최소화함으로써 상기 저궤도 위성의 정밀궤도력을 추정하는 것을 특징으로 하는 저궤도 위성의 정밀궤도 결정 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 GPS 및 Galileo 위성의 정밀궤도력 결정부는,
    상기 GPS 위성 및 상기 Galileo 위성의 각 브로드캐스트 데이터로부터 궤도 초기값을 결정하고, 실시간으로 제공되는 상기 각 GPS 위성 및 Galileo 위성의 궤도 데이터 값과 계산된 상기 GPS 위성 및 상기 Galileo 위성에 대한 동역학 모델과의 오차를 최소화함으로써 상기 GPS 및 Galileo 위성의 정밀궤도력을 결정하는 것을 특징으로 하는 저궤도 위성의 정밀궤도 결정 시스템.
  7. GPS 관측소로부터 수신한 GPS 위성의 관측 데이터에 궤도 섭동이 반영된 GPS 위성에 대한 동역학 모델을 적용하여 GPS 위성의 정밀궤도력을 추정하고, Galileo 관측소로부터 수신한 Galileo 위성의 관측 데이터에 궤도 섭동이 반영된 Galileo 위성에 대한 동역학 모델을 적용하여 Galileo 위성의 정밀궤도력을 추정하는 단계;
    저궤도 위성으로부터 수신된 네비게이션 데이터에 궤도 섭동이 반영된 저궤도 위성에 대한 기본 동역학 모델을 적용하여 저궤도 위성의 초기 궤도값을 결정하는 단계; 및
    상기 저궤도 위성으로부터 수신된 GPS/Galileo 데이터에 대한 신뢰도 평가 및 기하학적 정밀도 저하율(GDOP) 계산 결과에 기초하여 선택된 데이터를 처리함으로써 획득된 관측값과, 상기 저궤도 위성의 초기 궤도값, 상기 GPS 및 Galileo 위성의 정밀궤도력 및 궤도 섭동이 반영된 저궤도 위성에 대한 동역학 모델을 바탕으로 계산된 계산값과의 잔차를 구하여 상기 저궤도 위성의 정밀궤도를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저궤도 위성의 정밀궤도 결정 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 저궤도 위성의 정밀궤도 결정 단계는,
    상기 저궤도 위성으로부터 수신된 GPS/Galileo 데이터에 대해 신뢰도 평가 및 기하학적적 정밀도 저하율(GDOP) 계산 결과에 기초하여 결과치가 높은 관측 데이터를 선택하는 단계;
    상기 선택된 관측 데이터에 대해 상기 데이터 전송도중 발생된 오차 및 및 데이터에 존재하는 오차를 보정하는 단계;
    상기 보정된 관측 데이터에 대하여 이중 차분하는 단계; 및
    상기 전처리된 관측값과, 상기 계산값과의 잔차를 구하기 위해 필터론을 적용하여 추정 파라미터 및 정밀궤도 요소를 산출하여 저궤도 위성의 정밀궤도를 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저궤도 위성의 정밀궤도 결정 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 데이터 선택 단계는,
    상기 GPS/Galileo 데이터를 같은 시각에 수신받아 함께 처리가능한 혼합용 포맷으로 데이터 파일을 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 파일의 위성 데이터에 대한 신뢰도를 평가하고 기하학적 정밀도 저하율을 계산하여 결과치가 높은 관측 데이터를 선택하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저궤도 위성의 정밀궤도 결정 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 추정 단계는,
    상기 정밀 동역학 모델의 계산값과 상기 전처리된 관측값의 오차를 최소화함으로써 상기 저궤도 위성의 정밀궤도력을 추정하는 것을 특징으로 하는 저궤도 위성의 정밀궤도 결정 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 GPS 및 Galileo 위성의 정밀궤도력 결정 단계는,
    상기 GPS 위성 및 상기 Galileo 위성의 각 브로드캐스트 데이터로부터 궤도 초기값을 결정하고, 실시간으로 제공되는 상기 각 GPS 위성 및 Galileo 위성의 궤도 데이터 값과 계산된 상기 GPS 위성 및 상기 Galileo 위성에 대한 동역학 모델과의 오차를 최소화함으로써 상기 GPS 및 Galileo 위성의 정밀궤도력을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저궤도 위성의 정밀궤도 결정 방법.
  12. GPS와 Galileo 위성의 데이터를 동시에 수신하는 단계;
    상기 수신된 각 GPS 위성 데이터 및 Galileo 위성 데이터에 궤도 섭동이 반영된 동역학 모델을 적용하여 GPS 위성 및 Galileo 위성의 궤도력을 결정하는 단계;
    상기 수신된 각 GPS 위성 데이터 및 Galileo 위성 데이터에 대해 신뢰도를 평가하고 기하학적 정밀도 저하율(GDOP)을 계산한 후 전송 도중 발생된 오차 및 데이터에 존재하는 오차를 보정하는 단계; 및
    상기 처리된 위성 데이터와 상기 GPS 위성 및 Galileo 위성의 궤도력을 이용하여 수신자의 위치를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 위치 결정 방법.
  13. 삭제
  14. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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