KR100964003B1 - Apparatus and Method of Gauging the Measurement Noise of the Raw Data observed by GNSS Receivers - Google Patents
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Abstract
본 발명은 위성전파항법 수신시스템의 원시정보 측정잡음 산출 장치에 관한 것으로서, 위성으로부터 송출된 신호를 수신하는 안테나와, 안테나를 통해 수신된 알에프 신호를 제1 신호와 제2신호로 분배하여 출력하는 알에프 신호 분배기와, 제1신호를 수신하는 제1수신기와, 제2신호를 수신하는 제2수신기와, 제1수신기와 제2수신기가 동일 위성에 대해 원시정보를 수신처리할 수 있도록 제어하고, 제1수신기와 제2수신기로부터 동일 위성에 대해 제1주파수 대역에 대해 수신기간 동안의 제1시간차분 결과와 제2주파수 대역에 대해 수신기간 동안의 제2시간차분 결과를 차감한 주파수 대역간 차분값을 구하고, 주파수 대역간 차분값을 이용하여 원시정보의 측정잡음을 산출하는 원시정보 측정잡음 연산기를 구비한다. 이러한 위성전파항법 수신시스템의 원시정보 측정잡음 산출장치 및 방법에 의하면, 위성전파항법 신호 모의생성 장치 없이도 의사거리와 반송파 위상 정보의 측정잡음 계측 정확도를 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.The present invention relates to an apparatus for calculating the original information measurement noise of a satellite radio navigation system, comprising: an antenna for receiving a signal transmitted from a satellite, and an RF signal received through the antenna, divided into a first signal and a second signal for outputting the signal; The RF signal divider, the first receiver for receiving the first signal, the second receiver for receiving the second signal, and the first receiver and the second receiver are controlled to receive and process the raw information for the same satellite, Difference between frequency bands by subtracting the first time difference result between the receivers for the first frequency band and the second time difference result between the receivers for the second frequency band for the same satellite from the first and second receivers And a raw information measuring noise calculator for calculating the value and calculating the measured noise of the raw information using the difference value between frequency bands. According to the apparatus and method for calculating the original information measurement noise of the satellite radio navigation receiver system, it is possible to improve the measurement noise measurement accuracy of the pseudo range and the carrier phase information without the satellite radio navigation signal simulation device.
위성전파 항법, 수신장치, 원시정보 측정잡음 Satellite navigation, receiver, raw information measurement noise
Description
본 발명은 위성전파항법 수신시스템의 원시정보 측정잡음 산출장치 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 원시정보 측정잡음 산출 정밀도를 높일 수 있는 위성전파항법 수신시스템의 원시정보 측정잡음 산출장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for calculating the original information measurement noise of a satellite radio navigation system, and more particularly, to an apparatus and method for calculating the original information measurement noise of a satellite radio navigation system that can increase the accuracy of calculating the original information measurement noise. will be.
위성전파 항법시스템은 전세계 어디에서나 위치와 시각정보를 제공한다. 이러한 위성전파 항법 시스템은 로란-C와 같은 지상전파 항법시스템보다 높은 정확도의 측위 서비스를 제공한다는 점에서 해상항법 분야를 포함하여 다양한 분야에서 그 활용 범위가 급속히 확대되고 있다. 그런데, 위성전파 항법체계만을 단독으로 사용하는 단독 측위법(standalone positioning)은 항만과 같이 교통량이 많고 선박간 충돌 위험도가 높은 지역에서 요구되는 측위 정확도를 만족시키지 못하는 문제가 있다. 이를 해결하기 위한 대표적 방법이 위성전파항법 보강시스템(GNSS augmentation system)을 이용한 DGNSS(Differential Global Navigation Satellite Systems) 측위법이다. DGNSS 측위법은 보강시스템에 설치된 기준국용 위성전파 항 법 수신장치를 이용하여 위성신호의 오차성분을 추출하고, 추출된 오차성분을 주변 위성전파항법 이용자 수신장치들에게 전송하여 위성신호 오차를 제거함으로써 측위 정확도를 향상시키는 방법이다. 특히 연근해 해상항법 분야에서 이용하고 있는 의사거리(pseudorange) 기반의 DGNSS 측위법은 보정정보의 양이 적어서 정보 전송에 대한 부담이 없고, 이용자가 수신된 의사거리 오차 보정정보를 이용하여 간단한 산술처리만으로 측위 정확도를 높일 수 있다는 장점이 있다.Satellite navigation systems provide location and visual information anywhere in the world. The satellite navigation system has been widely used in various fields, including maritime navigation, in that it provides a higher accuracy of positioning services than terrestrial navigation systems such as Loran-C. However, standalone positioning using only a satellite propagation system alone does not satisfy the positioning accuracy required in areas with high traffic volume and high risk of collision between ships, such as harbors. The representative method to solve this problem is DGNSS (Differential Global Navigation Satellite Systems) positioning method using GNSS augmentation system. DGNSS positioning method extracts the error component of satellite signal by using satellite radio navigation receiver for reference station installed in reinforcement system and transmits the extracted error component to neighboring satellite radio navigation user receivers to remove satellite signal error. It is a method to improve the positioning accuracy. In particular, the pseudorange-based DGNSS positioning method used in the offshore maritime navigation field has a small amount of correction information, so there is no burden on information transmission, and the user only needs to perform simple arithmetic processing using the received pseudo distance error correction information. This has the advantage of increasing the positioning accuracy.
DGNSS 측위 정확도는 DGNSS 보정정보를 이용하는 사용자용 위성전파 항법 수신장치가 측정한 원시정보 측정잡음 크기와, 위성전파 항법 보강시스템에 설치된 기준국용 위성전파 항법 수신장치가 생성한 보정정보의 정확도에 영향을 받으며, 보정정보의 정확도는 기준국 수신장치가 측정한 원시정보의 측정잡음 크기에 영향을 받는다. 그 이유는 기준국용 위성전파 항법수신장치가 생성한 보정정보가 사용자용 위성전파항법 수신장치와 공통 오차인 이온층/대류권 지연 오차, 위성시계 오차, 위성궤도 오차뿐만 아니라 비공통 오차로서 DGNSS 측위법으로 제거할 수 없는 원시정보 측정잡음을 포함하고 있고, 사용자용 위성전파항법 수신장치는 DGNSS 측위법으로 자신이 측정한 원시정보의 측정잡음을 제거할 수 없기 때문이다. DGNSS positioning accuracy affects the size of the raw information measured by the user's satellite navigation receiver using the DGNSS correction information and the accuracy of the calibration information generated by the satellite navigation receiver for the reference station installed in the satellite navigation system. The accuracy of the correction information is affected by the magnitude of the measured noise of the original information measured by the reference station receiver. The reason for this is that the correction information generated by the satellite navigation receiver for the reference station is not only common to the user's satellite radio navigation receiver but also the ion layer / tropospheric delay error, satellite clock error, and satellite orbit error. It is because it contains the original information measurement noise that cannot be removed, and the user's satellite radio navigation receiver cannot remove the measurement noise of the original information measured by the DGNSS positioning method.
이런 이유로 위성전파항법 수신장치 즉, 기준국용 수신장치 또는 사용자용 수신장치의 원시정보 측정잡음 계측은 DGNSS 측위 정확도와 관련된 중요 기술분야로 인식되고 있다. 특히 기준국용 위성전파항법 수신장치의 원시정보 측정잡음 계측기법은 수신장치의 설계 및 개발 단계에서뿐만 아니라 기 개발된 수신장치를 이용하여 DGNSS 보정서비스를 하면 어느 정도의 측위 정확도를 만족시킬 수 있는지에 대해 분석하는 경우에도 매우 중요하게 활용된다.For this reason, the measurement of raw information measurement noise of a satellite radio navigation receiver, that is, a receiver for a reference station or a receiver for a user, has been recognized as an important technical field related to DGNSS positioning accuracy. In particular, the measurement and measurement of the raw information measurement noise of satellite radio navigation receiver for reference station is not only at the design and development stage of receiver, but also about the degree of positioning accuracy can be satisfied by DGNSS correction service using the developed receiver. It is also very important for analysis.
이하에서는 종래의 위성 전파항법 시스템용 수신장치의 원시정보 측정잡음 계측기법을 설명한다.Hereinafter, a description will be given of a method of measuring original information noise of a conventional receiver for a satellite radionavigation system.
설명에 앞서, 위성전파항법 수신장치의 원시정보인 의사거리와 반송파 위상은 아래의 수학식 1과 수학식 2로 표현된다.Prior to the description, the pseudoranges and carrier phases, which are the original information of the satellite radio navigation receiver, are represented by Equations 1 and 2 below.
여기서 는 수신장치 A가 위성 i에 주파수 n대역에서 송신한 의사잡음 코드를 수신하여 측정한 의사거리, 는 수신장치 A와 위성 i 사이의 거리, 는 위성 궤도정보 오차로 인한 수신장치 A와 위성 i 사이의 거리오차, 와 는 수신장치 A와 위성 i 사이의 이온층, 대류권 지연오차, 는 위성 i의 클럭 오차, 는 수신장치 A의 클록오차, 는 수신장치 A가 위성 i에 주파수 n대역에서 송신한 의사잡음 코드를 수신하여 측정한 의사거리의 측정잡음이다.here Is the pseudorange measured by the receiver A receiving the pseudonoise code transmitted to the satellite i in the frequency n band, Is the distance between receiver A and satellite i, Is the distance error between receiver A and satellite i due to satellite orbit error, Wow Is the ion layer between the receiver A and satellite i, the tropospheric delay error, Is the clock error of satellite i, Is the clock error of receiver A, Is a measurement noise of the pseudo distance measured by the receiver A receiving a pseudo noise code transmitted to the satellite i in the frequency n band.
또한, 는 수신장치 A가 위성 i에 주파수 n대역에서 송신한 반송파를 수신하여 측정한 반송파 위상, 는 위성 i에서 수신장치 A까지 주파수 n대역의 반송파 신호가 도달하는데 소요된 반송파 주기 개수 중에서 정수부를 거리로 환산한 미지정수이며, 는 수신장치 A가 위성 i에 주파수 n대역에서 송신한 반송파를 수신하여 측정한 반송파 위상의 측정잡음을 나타낸다.Also, Is a carrier phase measured by the receiver A receiving the carrier wave transmitted to the satellite i in frequency n band, Is an unspecified integer obtained by converting the integer part into the distance from the number of carrier cycles required to reach the carrier signal of frequency n band from satellite i to receiver A, Denotes the measurement noise of the carrier phase measured by the receiver A receiving the carrier wave transmitted to the satellite i in the frequency n band.
한편, 의사거리와 반송파 위상의 측정잡음은 백색 가우시안 잡음 특성을 갖고 있으며, 측정잡음의 크기(편차)(σ)(υ)를 아래의 수학식 3 및 4로 표현할 수 있다.Meanwhile, the measurement noise of the pseudorange and the carrier phase has a white Gaussian noise characteristic, and the magnitude (deviation) σ (υ) of the measurement noise can be expressed by Equations 3 and 4 below.
여기서, E는 평균, var은 분산을 의미한다.Where E is the mean and var is the variance.
한편, 종래의 위성 전파항법 시스템용 수신장치의 원시정보 측정잡음 계측기법은 위성전파항법 신호 모의생성 장치 이용 유무에 따라 구분된다. 위성전파 항법신호 모의생성 장치를 이용한 직접-오차차감 측정기법은 가장 손쉽게 원시정보의 측정잡음을 계측하는 방법으로 알려져 있다.On the other hand, the conventional information measurement noise measurement technique of the conventional receiver for satellite propagation system is classified according to the use of the satellite propagation signal generator. The direct-error measurement technique using the satellite navigation signal simulation apparatus is known as the method of easily measuring the measurement noise of the original information.
이를 설명하면, 직접-오차차감 측정기법은 위성전파 항법신호 모의생성 장치에 의해 전송 받을 수 있는 오차성분 , , , , , 와 위성전파항법 수신장치 또는 측정잡음 계측장치에서 추정한 를 이용하여 원시정보 측정잡음의 크기를 계측하는 방법이다. 따라서 직접-오차차감 측정기법은 반드시 고가의 위 성전파항법신호 모의생성 장치가 구비된 경우에만 적용 가능한 기법이므로 일반적으로 이용하기 어렵다는 문제가 있을 뿐만 아니라 위성전파항법신호 모의생성 장치의 출력이 실제 위성전파항법 신호와 완벽하게 동일한 특성을 갖지 않으므로 직접-오차차감 측정기법을 이용해 계측한 측정잡음이 실제 수신장치 운용환경에서 발생하는 측정잡음과 같지 않다는 문제가 있다.To explain this, the direct-error measurement technique is an error component that can be transmitted by the satellite navigation signal simulation apparatus. , , , , , Estimated by GPS and Satellite Radio Receiver or Measuring Noise Measuring Equipment This method is to measure the size of the original information measurement noise using. Therefore, the direct-error measurement technique is applicable to the case where the expensive above-mentioned CTE signal generator is provided. Therefore, there is a problem that it is generally difficult to use, and the output of the satellite CNS simulator is actually output. Since it does not have exactly the same characteristics as the radionavigation signal, there is a problem that the measurement noise measured using the direct-error difference measuring technique is not the same as the measurement noise generated in the actual receiver operating environment.
반면에 위성전파항법신호 모의생성 장치를 사용하지 않고, 위성전파항법 수신장치의 원시정보 출력만을 이용함으로써 직접-오차차감 측정기법의 문제를 해결한 종래 원시정보 측정잡음 계측기법은 연속적으로 측정한 원시정보를 차분하여 측정잡음을 계측하는 시간차분 측정기법과 동일 종류의 수신장치 2개를 이용하여 측정잡음을 계측하는 영-기저선 측정기법이 있다. 즉, k시각과 k-1 시각에 측정한 의사거리를 각각 와 라고 하면, 시간차분 측정기법은 연속으로 측정된 의사거리 와 를 차분하여 아래의 수학식5를 구한다.On the other hand, the conventional primitive information measurement noise measurement technique that solves the problem of the direct-error measurement technique by using only the raw information output of the satellite radio navigation receiver without using the satellite radio navigation signal simulation device is a continuous measurement of primitive There is a time difference measuring technique for measuring measurement noise by dividing information and a zero-baseline measuring technique for measuring measurement noise using two receiving devices of the same type. In other words, the pseudoranges measured at k and k-1, respectively Wow In other words, the time difference measuring technique is a pseudo distance measured continuously Wow Then, the following equation (5) is obtained.
위 수학식 5에서 k 와 k-1의 시간 간격(즉, 주기)이 매우 짧다면, 수학식 5에서 , , , , , 성분은 0에 가까운 값이 되어 무시할 수 있는 성분으로 바뀐다. 시간차분 측정기법은 이런 특성을 이용하여 를 구 한다. If the time interval (i.e. period) of k and k-1 is very short in Equation 5 above, Equation 5 , , , , , The component is close to zero, turning it into a negligible component. The time difference measurement technique uses these characteristics Obtain
의사거리 측정잡음 와 는 아래의 수학식6과 같은 관계를 갖고 있으므로 로부터 얻고자 하는 의사거리 측정잡음의 크기(편차) 를 아래의 수학식7을 이용하여 산출한다.Pseudorange measurement noise Wow Since has the relationship as shown in Equation 6 below Magnitude (deviation) of pseudorange measurement noise Is calculated using Equation 7 below.
이러한 시간차분 측정기법은 위성전파 항법신호 모의생성 장치 없이 실제 GNSS 위성신호 수신환경에서 의사거리 측정잡음을 계측할 수 있다는 장점이 있으나, 이론상 측정잡음을 정확히 측정하기 위해선 측정주기가 매우 빨라야 한다는 제약 조건이 있으며, 실제로 10Hz의 측정주기로 원시정보 측정치를 수집하여 시간차분 측정기법을 적용하여도 수학식5에서 , , , , , 성분이 무시할 수 있을 정도의 값을 갖지 않는 경우가 있다는 문제가 있다. 여기서 제거되지 않고 남은 , , , , , 성분은 값으로 오인되어 위성전파항법 수신장치의 측정잡음 계측 오차를 크게 하는 문제를 일으킨다.This time difference measurement technique has the advantage that it can measure pseudo range measurement noise in real GNSS satellite signal receiving environment without satellite navigation signal simulation device, but theoretically, the measurement condition must be very fast to measure measurement noise accurately. In fact, even if the time difference measurement technique is applied by collecting the raw information measured at a measurement cycle of 10 Hz , , , , , There is a problem that the component may not have a negligible value. Not removed from here , , , , , Ingredient It is misinterpreted as a value and causes a problem of increasing measurement noise measurement error of the satellite radio navigation receiver.
한편, 영-기저선 측정기법은 동일 종류의 수신장치 2개 즉, A와 B를 이용하 여 원시정보를 수집하고, 수집한 원시정보를 아래의 수학식 8 및 9과 같이 수신기간 차분한다. Meanwhile, the zero-baseline measurement technique collects raw information using two receiving devices of the same type, that is, A and B, and differentiates the collected raw information between receivers as shown in Equations 8 and 9 below.
여기서, 수신장치 A와 B는 영-기저선 환경, 즉 동일 안테나를 사용하므로 수학식 8 및 9의 , , , , 는 모두 제거되고, 오직 측정잡음의 차분값(, )과 만 남게 된다. 여기서 의사거리와 반송파 위상의 측정잡음 차분값은 아래의 수학식 10 및 11과 같은 특성을 갖는다.Here, since the receivers A and B use a zero-baseline environment, that is, the same antenna, Equations 8 and 9 , , , , Are all removed, and only the difference between measured noise ( , )and Only remains. Here, the measured noise difference value between the pseudorange and the carrier phase has the same characteristics as in Equations 10 and 11 below.
또한, 영-기저선 측정기법은 성분을 제거하기 위해 아래의 수학식 12 및 13과 같이 수신기간 차분결과를 위성 i와 위성 j에 대해 다시 차분하고, 이때 계측된 잡음이 아래의 수학식 14 및 15와 같은 특성을 갖는다고 가정하며, 이를 이용하여 원시정보 측정잡음의 크기, 와 를 계측해 낸다.In addition, the zero-baseline measurement technique In order to remove the components, the difference between receivers is re-differentiated for satellite i and satellite j as shown in Equations 12 and 13 below, and it is assumed that the measured noise has the characteristics as shown in Equations 14 and 15 below. By using this, the size of the original information measured noise, Wow Measure out.
그러나, 각 위성마다 원시정보의 측정잡음은 서로 동일하지 않으므로 영-기저선 측정기법이 가정한 수학식 14 및 15는 실제로 성립하지 않는 문제가 있고, 이런 이유로 영-기저선 측정기법 역시 측정잡음을 정확하게 계측하지는 못한다.However, since the measurement noise of the raw information is not the same for each satellite, Equations 14 and 15 assumed by the zero-baseline measurement technique do not actually hold. For this reason, the zero-baseline measurement technique also accurately measures the measurement noise. I can't.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 위성전파항법 수신장치의 원시정보 측정잡음 계측 정확도를 향상시킬 수 있는 위성전파항법 수신시스템의 원시정보 측정잡음 산출장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and provides an apparatus and method for calculating the original information measurement noise of the satellite radio navigation system that can improve the measurement accuracy of the measurement information of the satellite radio navigation receiver. There is a purpose.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 위성전파 항법 수신시스템의 원시정보 측정잡음 산출장치는 위성으로부터 송출된 신호를 수신하는 안테나와; 상기 안테나를 통해 수신된 알에프 신호를 제1 신호와 제2신호로 분배하여 출력하는 알에프 신호 분배기와; 상기 제1신호를 수신하는 제1수신기와; 상기 제2신호를 수신하는 제2수신기와; 상기 제1수신기와 제2수신기가 동일 위성에 대해 원시정보를 수신처리할 수 있도록 제어하고, 상기 제1수신기와 제2수신기로부터 동일 위성에 대해 제1주파수 대역에 대해 수신기간 동안의 제1시간차분 결과와 상기 제1수신기 및 제2수신기로부터 동일 위성에 대해 제2주파수 대역에 대해 수신기간 동안의 제2시간차분 결과를 차감한 주파수 대역간 차분값을 구하고, 상기 주파수 대역간 차분값을 이용하여 상기 원시정보의 측정잡음을 산출하는 원시정보 측정잡음 연산기;를 구비한다.In order to achieve the above object, the original information measuring noise calculating apparatus of the satellite radio navigation system according to the present invention comprises: an antenna for receiving a signal transmitted from a satellite; An RF signal divider configured to divide and output an RF signal received through the antenna into a first signal and a second signal; A first receiver for receiving the first signal; A second receiver for receiving the second signal; Controlling the first receiver and the second receiver to receive and process the raw information for the same satellite, and a first time during the receiver for the first frequency band for the same satellite from the first receiver and the second receiver. A difference between frequency bands obtained by subtracting a difference result and a second time difference result between receivers for a second frequency band for the same satellite from the first and second receivers is obtained, and the difference between the frequency bands is used. And a source information measurement noise calculator for calculating the measurement noise of the source information.
바람직하게는 상기 원시정보 측정잡음 연산기는 상기 주파수 대역간 차분값으로부터 기울기와 오프셋 성분을 갖는 추세선을 추정하고, 추세선의 추정결과를 유의성 검증식에 의해 유의성을 검증한 후, 상기 추세선의 성분이 유효하다고 판단되면 상기 주파수 대역간 차분값으로부터 상기 추세선 성분을 제거한 값으로부터 측정잡음으로 산출하고, 상기 추세선의 성분이 무효하다고 판단되면 상기 주파수 대역간 차분값으로부터 측정잡음을 산출한다.Preferably, the source information measurement noise calculator estimates a trend line having a slope and an offset component from the difference between the frequency bands, verifies the estimation result of the trend line by a significance verification equation, and then the components of the trend line are effective. If it is determined that the measured noise is calculated from the value obtained by removing the trend line component from the difference between the frequency bands, and if it is determined that the component of the trend line is invalid, the measured noise is calculated from the difference between the frequency bands.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 위성전파 항법 수신시스템의 원시정보 측정잡음 산출 방법은 가. 위성으로부터 송출된 신호를 수신하는 안테나로부터 분배된 제1신호와 제2신호를 각각 수신하는 제1수신기와, 제2수신기에서 동일 위성에 대해 제1주파수 대역에 대해 수신기간 동안의 제1시간차분 결과와 상기 제1수신기 및 제2수신기로부터 동일 위성에 대해 제2주파수 대역에 대해 수신기간 동안의 제2시간차분 결과를 산출하는 단계와, 나. 상기 제1시간차분결과와 상기 제2시간차분결과를 차감한 주파수 대역간 차분값을 구하는 단계와; 다. 상기 주파수 대역간 차분값을 이용하여 측정잡음을 산출하는 단계;를 포함한다.In addition, in order to achieve the above object, the method of calculating the original information measurement noise of the satellite radio navigation receiving system according to the present invention is a. A first time difference between the first receiver for receiving the first signal and the second signal distributed from the antenna for receiving the signal transmitted from the satellite, and the receiver for the first frequency band for the same satellite in the second receiver; Calculating a result and a second time difference result between receivers for a second frequency band for the same satellite from the first and second receivers; Obtaining a difference value between frequency bands obtained by subtracting the first time difference result and the second time difference result; All. And calculating measurement noise using the difference value between the frequency bands.
바람직하게는 상기 다 단계는 다-1. 상기 주파수 대역간 차분값으로부터 기울기와 오프셋 성분을 갖는 추세선을 추정하는 단계와; 다-2. 상기 추세선의 추정결과를 유의성 검증식에 의해 유의성 여부를 판단하는 단계와; 다-3. 상기 다-2단계에서 상기 추세선의 성분이 유효하다고 판단되면 상기 주파수 대역간 차분값으로부터 상기 추세선 성분을 제거한 값으로부터 측정잡음으로 산출하는 단계와; 다-4. 상기 다-2단계에서 상기 추세선의 성분이 무효하다고 판단되면 상기 주파수 대역간 차분값으로부터 측정잡음을 산출하는 단계;를 포함한다.Preferably the multi-stage is multi-1. Estimating a trend line having a slope and an offset component from the difference between the frequency bands; C-2. Determining whether the estimation result of the trend line is significant by a significance verification formula; C-3. Calculating the measured noise from a value obtained by removing the trend line component from the difference between the frequency bands when it is determined that the trend line component is valid in the multi-step; C-4. And calculating measurement noise from the difference value between the frequency bands when it is determined that the component of the trend line is invalid in step C-2.
본 발명에 따른 위성전파항법 수신시스템의 원시정보 측정잡음 산출장치 및 방법에 의하면, 위성전파항법 신호 모의생성 장치 없이도 의사거리와 반송파 위상 정보의 측정잡음 계측 정확도를 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.According to the apparatus and method for calculating the original information measurement noise of the satellite radio navigation system according to the present invention, it is possible to improve the measurement noise measurement accuracy of pseudorange and carrier phase information without the need for a satellite radio navigation signal simulation device.
이러한 본 발명에 따른 원시정보 측정잡음 산출방법은 위성전파항법 보강시스템용 기준국 수신장치의 설계 및 개발 단계에서뿐만 아니라 기 개발된 기준국 수신장치가 서비스하고자 하는 측위 정확도를 만족시킬 수 있는지를 분석하고자 할 때에도 효과적으로 이용될 수 있다.The method of calculating the original information measurement noise according to the present invention is to analyze whether the reference station receiver which has been developed in the design and development stage of the reference station receiver for the satellite radio navigation reinforcement system satisfies the positioning accuracy to be serviced. It can also be used effectively.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 위성전파항법 수신시스템의 원시정보 측정잡음 산출장치 및 방법을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail the apparatus and method for calculating the original information measurement noise of the satellite radio navigation system according to an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 원시정보 측정잡음 산출장치를 나타내 보인 블록도이다.1 is a block diagram showing an apparatus for calculating original information measurement noise according to the present invention.
도 1을 참조하면, 원시정보 측정잡음 산출장치(100)는 안테나(110), RF(알에프) 신호 분배기(120), 제1 및 제2수신기(130)(140), 원시정보 측정잡음 연산기(150) 및 저장장치(160)를 구비한다.Referring to FIG. 1, the raw information measuring
안테나(110)는 위성으로부터 송출된 신호를 수신한다.The
RF 신호 분배기(120)는 안테나(110)를 통해 수신된 알에프 신호를 제1 신호와 제2신호로 분배하여 출력한다. 여기서 제1신호와 제2신호는 신호세기, 대역폭 등과 같은 특성이 동일한 신호이다.The
제1수신기(130)는 원시정보 측정잡음 연산기(150)에 제어되며 RF 신호 분배기(120)로부터 수신된 제1신호로부터 위성과의 의사거리, 반송파 위상을 포함한 원시정보를 산출하여 출력한다. The
제2수신기(140)는 원시정보 측정잡음 연산기(150)에 제어되며 RF 신호 분배기(120)로부터 수신된 제2신호로부터 위성과의 의사거리, 반송파 위상을 포함한 원시정보를 산출하여 출력한다. The
원시정보 측정잡음 연산기(150)는 제1수신기(130)와 제2수신기(140)가 동일 위성에 대해 원시정보를 수신처리할 수 있도록 제어한다.The raw information
또한, 원시정보 측정잡음 연산기(150)는 제1수신기(130)와 제2수신기(140)로부터 출력되는 원시정보로부터 동일 위성에 대해 제1주파수 대역에 대해 수신기간 동안의 제1시간차분 결과와 제1수신기(130) 및 제2수신기(140)로부터 동일 위성에 대해 제2주파수 대역에 대해 수신기간 동안의 제2시간차분 결과를 차감한 주파수 대역간 차분값을 구하고, 주파수 대역간 차분값을 이용하여 원시정보의 측정잡음을 산출한다.In addition, the raw information
바람직하게는 원시정보 측정잡음 연산기(150)는 주파수 대역간 차분값으로부터 기울기와 오프셋 성분을 갖는 추세선을 추정하고, 추세선의 추정결과를 유의성 검증식에 의해 유의성을 검증한 후, 추세선의 성분이 유효하다고 판단되면 주파수 대역간 차분값으로부터 추세선 성분을 제거한 값으로부터 측정잡음으로 산출하고, 추세선의 성분이 무효하다고 판단되면 주파수 대역간 차분값으로부터 측정잡음을 산출한다.Preferably, the source information
저장장치(160)는 원시정보 측정잡음 연산기(150)에서 산출된 측정잡음을 저장한다.The
바람직하게는 저장장치(160)는 원시정보 측정잡음 연산기(150)에서 산출되어 수신된 측정잡음을 모니터링 할 수 있도록 표시부(미도시)와, 측정을 지시하고 설정할 수 있는 입력부를 갖춘 구조로 형성되는 것이 바람직하다.Preferably, the
한편, 원시정보 측정잡음 연산기(150)는 도 2에 도시된 바와 같이 정보수집부(151), 원시정보 수신기간 차분처리부(152), 측정잡음 추세선 추정처리부(153), 유의성 검증 및 측정잡음 분석처리부(154), 계측정보 데이터베이스(DB) 생성 및 송수신 처리부(155), 수신기 제어부(156)를 구비한다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 2, the raw information measuring
정보수집부(151)는 제1 및 제2수신기(130)(140)에서 출력되는 정보를 수집한다.The
원시정보 수신기간 차분처리부(152)는 정보수집부(151)에서 수집한 원시정보로부터 동일 위성에 대해 제1주파수 대역에 대해 수신기간 동안의 제1시간차분 결과와 제1수신기(130) 및 제2수신기(140)로부터 동일 위성에 대해 제2주파수 대역에 대해 수신기간 동안의 제2시간차분 결과를 차감한 주파수 대역간 차분값을 구한다.The
측정잡음 추세선 추정처리부(153)는 주파수 대역간 차분값으로부터 기울기와 오프셋 성분을 갖는 추세선을 추정한다.The measurement noise trend
유의성 검증 및 측정잡음 분석처리부(154)는 추정된 추세선의 추정결과를 유의성 검증식에 의해 유의성을 검증한 후, 추세선의 성분이 유효하다고 판단되면 주파수 대역간 차분값으로부터 추세선 성분을 제거한 값으로부터 측정잡음으로 산출 하고, 추세선의 성분이 무효하다고 판단되면 주파수 대역간 차분값으로부터 측정잡음을 산출한다.The significance verification and measurement
계측정보 데이터베이스(DB) 생성 및 송수신 처리부(155)는 유의성 검증 및 측정잡은 분석처리부(154)로부터 산출된 측정잡음을 데이터 베이스화 하여 생성하고, 후술되는 저장장치(160)로부터 자료출력 요청신호가 수신되면 생성된 데이터베이스를 저장장치(160)로 출력한다. 또한, 저장장치(160)로부터 지시된 제어신호를 수신하여 수신기 제어부(156)로 출력한다.The measurement information database (DB) generation and transmission /
수신기 제어부(156)는 제1 및 제2 수신기(130)(140)를 제어한다. 이러한 수신기 제어부(156)는 원시정보 출력종류, 차분 주기, 단위 등에 대한 제어신호를 제1 및 제2수신기에 출력한다.The
이하에서는 이러한 측정잡음 산출과정을 앞서의 수학식을 참조하면서 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the measurement noise calculation process will be described in more detail with reference to the above equation.
먼저, 본 발명에서는 의사거리 측정잡음이 백색 가우시안 잡음이라는 특성과 하나의 안테나(110)를 이용하여 수신된 정보를 두 개의 수신기(130)(140)에서 원시정보를 산출하는 영-기저선 환경에서는 동일 위성의 경우에 주파수 대역 간 원시정보의 측정잡음이 서로 비례관계에 있고, 알고 있는 비례상수를 이용하여 원시정보 측정잡음의 차분 결과만을 추출하고, 추출한 정보의 추세선 추정과 유의성 검증을 통하여 수신장치의 하드웨어 지연오차를 제거함으로써 원시정보 측정잡음의 계측 정확도를 향상시킨다.First, in the present invention, the pseudo-range measurement noise is a white Gaussian noise and the same information in the zero-baseline environment in which the original information is calculated by the two
먼저, 동일 위성에 대한 제1수신기(130)과 제2수신기(140)의 주파수 n대역의 수신기간 차분결과는 앞서의 수학식 8과 9에 해당하고 이 값이 제1시간차분결과에 해당하고, 동일 위성에 대한 제1수신기(130)과 제2수신기(140)의 주파수 k대역의 수신기간 차분결과는 앞서의 수학식 8과 9에서 주파수 대역을 나타내는 첨자 n을 k로 바꿔 산출한 값이며 이 값이 제2시간차분결과에 해당한다. 또한, 주파수 대역간 차분값은 수학식 8과 9로부터 산출된 제1시간차분결과값과 제2시간차분결과값을 차감한 값에 해당하고 이를 아래의 수학식 16과 수학식 17을 통해 구할 수 있다.First, the difference between the receivers of the frequency n band of the
또한, 수학식 16 및 17을 이용하여 아래의 수학식 18, 19 및 20과 같은 특성을 갖는 측정잡음 , 을 추출한다. 여기서 아래 첨자 n은 n 주파수대역을, k는 k 주파수대역을, A는 제1수신기(130), B는 제2수신기(140)를 의미하고, i는 위성종류를 의미한다. In addition, by using the equations (16) and (17), measurement noise having the same characteristics as the following equations (18), (19), and (20) , Extract Here, the subscript n denotes the n frequency band, k denotes the k frequency band, A denotes the
여기서, h는 n주파수 대역의 의사거리 측정잡음 대 k주파수 대역의 의사거리 측정잡음에 대한 비례 정도를 나타내는 비례상수이고, m은 n주파수 대역의 반송파 위상 측정잡음 대 k주파수 대역의 반송파 위상 측정잡음에 대한 비례정도를 나타내는 비례상수이다.Here, h is a proportional constant representing the proportionality of the pseudorange measurement noise of the n frequency band to the pseudorange measurement noise of the k frequency band, and m is the carrier phase measurement noise of the n frequency band versus the carrier phase measurement noise of the k frequency band. Proportional constant that represents the degree of proportional to.
다음은 추출한 측정잡음 , 에 대해 추세선 기울기와 오프셋을 아래의 수학식 21의 모델을 이용하여 추정한다.Next is extracted noise , The trend line slope and offset are estimated using Equation 21 below.
여기서 으로서, n회 추출한 측정잡음이고,here As the measured noise extracted n times,
으로서, a는 추세선의 기울기, b는 추세선의 오프셋이고, A is the slope of the trend line, b is the offset of the trend line,
으로서 t는 측정잡음 추출 누적 횟수이고, T is the cumulative number of measurement noise extractions,
는 추출한 측정잡음의 랜덤 노이즈이다. Is the random noise of the extracted measurement noise.
여기서 T는 []로 표현되는 행렬의 전치 즉, 전치 행렬을 의미한다.Where T is the transpose of the matrix represented by [], that is, the transpose matrix.
한편, 추출한 측정잡음의 추세선을 아래의 수학식22와 같이 추정한다. Meanwhile, the trend line of the extracted measurement noise is estimated as shown in Equation 22 below.
여기서 , 이다. 추정된 추세선의 기울기와 오프셋은 을 구하여 유의성을 검정한다. 여기서 과 는 아래의 수학식23 및 24에 의해 구한다. 여기서 수학식 23 및 24는 추정된 추세선의 기울기와 오프셋이 의미가 있는지를 판단하는 유의성 검증식에 해당한다.here , to be. The slope and offset of the estimated trend line Obtain the test for significance. here and Is obtained by the following equations (23) and (24). Equations 23 and 24 correspond to a significance test that determines whether the estimated slope and the offset of the trend line are meaningful.
여기서, 이 3.5보다 큰 경우는 추정된 추세선의 기울기가 유효하고, 이 3.5보다 큰 경우는 추정된 추세선의 오프셋이 유효함을 나타낸다. 추정된 추 세선의 성분이 의미가 있는 경우 즉, 추정한 추세선의 기울기와 오프셋이 유효한 경우는 하드웨어 지연오차가 발생한 경우이므로 앞서 수학식 16 및 17에서 구한 값에서 추세선 성분인 기울기와 오프셋을 빼주고, 의미가 없는 경우 즉, 추정한 추세선의 기울기와 오프셋이 무효한 경우에는 하드웨어 지연오차가 발생하지 않은 경우이므로 앞서 수학식 16 및 17에서 구한 값만으로 측정잡음을 수학식 19 및 20과 미리 알고 있는 비례상수 h와 m 값을 이용하여 측정잡음의 크기인 σ와 υ를 산출한다.here, If this is greater than 3.5, the estimated slope of the trend line is valid. If the value is larger than 3.5, the estimated trend line offset is valid. If the components of the estimated trend line are meaningful, that is, if the slope and offset of the estimated trend line are valid, the hardware delay error occurs. Therefore, the slope and offset, which are the trend line components, are subtracted from the values obtained in Equations 16 and 17. If there is no meaning, that is, if the slope and offset of the estimated trend line are invalid, there is no hardware delay error. Therefore, the measurement noise is previously known to the equations 19 and 20 only by using the values obtained in Equations 16 and 17. The constants h and m are used to calculate σ and υ, the magnitudes of the measured noise.
이상에서 수학식들을 통해 설명된 측정잡음 산출방식을 도 3을 참조하면서 도 1의 연산기(150)에 의한 처리과정을 설명한다.The process by the
먼저, 연산기(150)에서 수신기 설정 제어신호를 전송한다(단계 210).First, the
여기서 수신기 설정 제어신호는 원시정보 출력종류, 시간차분을 구하기 위한 주기, 단위 등에 대한 설정정보를 말한다.Here, the receiver setting control signal refers to setting information on the type of the original information output, the period for obtaining the time difference, and the unit.
이후, 수신기(130)(140)로부터 설정이 완료됐다는 신호가 수신됐는지를 판단한다(단계 220).Thereafter, it is determined whether a signal indicating that the setting is completed is received from the
수신기 설정이 완료된 것으로 판단되면 수신기(130)(140)로부터 원시정보 및 위성 신호 수신상태 정보를 수집한다(단계 230). 여기서 위성 신호수신 상태정보는 위성궤도, 수신한 위성번호, 위치 열화값(PDOP), 신호대 잡음 세기 등을 말한다. If it is determined that the receiver setting is completed, raw information and satellite signal reception state information are collected from the
다음은 단계 230에서 수집된 정보가 수신기간 차분이 가능한 지를 판단한다(단계 240). 여기서 수신기간 차분 가능여부의 판단은 3차원으로 위치 해를 구하고, 위치 열화값(PDOP: Position Dilution of precision)이 5 이하이며, 차폐 앙 각(elevation angle) 이상에서 추적한 위성의 개수가 4개 이상인 경우인지를 판별하여 결정한다.Next, it is determined whether the information collected in
단계 240에서 수신기간 차분 가능으로 판단되면, 수신기간 차분 및 이종 정보간 차분을 구한다(단계 250). 여기서 수신시간 차분은 주파수 n대역과 k대역에 대해 각각 수학식 8과 9를 통해 구하고, 이로부터 수학식 16 및 17에 의해 주파수 대역간 차분값을 산출하는 것을 말한다.If it is determined in
이후, 추세선의 기울기와 오프셋을 앞서 수학식 21 및 22를 통해 설명된 방식으로 추정한다(단계 260).Then, the slope and the offset of the trend line are estimated in the manner described above through Equations 21 and 22 (step 260).
그리고나서, 추세선의 유의성을 판단한다(단계 270).The significance of the trend line is then determined (step 270).
여기서 추세선 유의성은 수학식 23과 24를 통해 설명된 유의성 검증식을 이용하여 산출된 값으로부터 판단하면 된다.In this case, the significance of the trend line may be determined from a value calculated using the significance verification equation described through Equations 23 and 24.
단계 270에서 추세선이 유효하다고 판단되면, 수학식 16 및 17에서 산출된 차분값에서 추세선 성분을 제거하고(단계 280), 이로부터 원시정보의 측정잡음의 크기를 앞서 수학식 19 및 20과 미리 알고 있는 비례상수 h와 m을 이용하여 측정잡음의 크기인 σ와 υ를 산출한다(단계 290).If it is determined in
이와는 다르게 단계 270에서 추세선이 무효하다고 판단되면, 수학식 16 및 17에서 산출된 차분값을 그대로 이용하여 원시정보의 측정잡음의 크기를 앞서 수학식 19 및 20과 미리 알고 있는 비례상수 h와 m을 이용하여 측정잡음의 크기인 σ와 υ를 산출한다(단계 290).On the contrary, if it is determined that the trend line is invalid at
이러한 과정을 거쳐 산출된 측정잡음에 대한 계측정보를 데이터 베이스화하 여 생성하고, 생성정보는 저장장치(160)로 출력한다.The measurement information calculated through the above-described process is generated by generating a database to the measurement information, and the generated information is output to the storage device (160).
도 1은 본 발명에 따른 원시정보 측정잡음 산출장치를 나타내 보인 블록도이고,1 is a block diagram showing an apparatus for calculating original information measuring noise according to the present invention;
도 2는 도 1의 원시정보 측정잡음 연산기의 상세 블록도이고,FIG. 2 is a detailed block diagram of the original information measuring noise calculator of FIG. 1;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 원시 정보 측정잡음 산출과정을 나타내 보인 플로우도이다.3 is a flowchart illustrating a process of calculating raw information measurement noise according to an exemplary embodiment of the present invention.
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