KR101092516B1

KR101092516B1 - Ｒｔｃｍ 처리가 가능한 ｇｐｓ 모듈 및 이를 이용한 ｄｇｐｓ 수신 장치

Info

Publication number: KR101092516B1
Application number: KR1020090098279A
Authority: KR
Inventors: 황국연
Original assignee: (주)아센코리아
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2011-12-13
Also published as: KR20110041211A

Abstract

본 발명은 RTCM 처리가 가능한 GPS 모듈 및 이를 구비한 GPS 수신 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 GPS 수신 장치는, RTCM 엔진을 통해 RTCM 신호의 파싱 및 전처리를 수행하여 위치 오차 보정 정보를 획득하고, GPS 엔진을 통해 GPS 위성 신호를 관측하여 현재의 근사 위치를 추정하고, 상기 추정된 위치를 상기 위치 오차 보정 정보로 보정하여, 보다 정밀한 측위 데이터를 출력할 수 있으며, 무선 인터넷 모듈에 의해 무선 인터넷을 통해 DGPS 서버에 접속하여 RTCM 신호를 수신하는 것이다.

GPS(Global Positioning System), DGPS(Differential GPS), 무선랜(Wireless LAN)

Description

ＲＴＣＭ 처리가 가능한 ＧＰＳ 모듈 및 이를 이용한 ＤＧＰＳ 수신 장치{GPS module be able to process RTCM and Portable DGPS receiver using the same}

본 발명은 DGPS(Differential Global Positioning System)의 RTCM 신호를 받아 GPS 위성 신호로부터 산출되는 위치의 오차를 보정하여 위치 해상도를 높일 수 있는 RTCM 처리가 가능한 GPS 모듈 및 이를 이용한 DGPS 수신 장치에 관한 것이다.

GPS(Global Positioning System)는 지구위성항법시스템으로서, 중궤도를 도는 인공위성에서 발신하는 마이크로파를 GPS 수신기에서 수신하여, GPS 수신기의 위치벡터를 결정한다.

GPS는 우주 부분(SS, space segment), 제어 부분(CS, control segment), 사용자 부분(US, user segment)로 구성되는데, 우주 부분은 궤도를 도는 다수의 GPS 위성을 의미하며, 제어부분은 GPS 위성의 궤도를 추적하고 위성을 관리하는 지상국을 의미하며, 사용자 부분은 상기 GPS 위성 신호를 수신하여 사용자의 위치 벡터를 산출하는 GPS 수신기를 의미한다.

GPS 수신기는 보통 세 개 이상의 GPS 위성으로부터 송신된 신호를 수신하여 수신기의 위치를 결정한다. 위성에서 송신된 신호와 GPS 수신기에서 수신된 신호의 시간차를 측정하면 위성과 수신기 사이의 거리를 구할 수 있는데, 이 때 위성 신호에는 위성의 위치에 대한 정보가 들어 있으므로, 최소한 세 개의 위성과의 거리와 각 위성의 위치를 알게 되면 삼변측량에서와 같은 방법을 이용해 수신기의 위치를 계산할 수 있다. 이때, 시간 정보가 완전히 정확하지 않기 때문에 오차를 보정하고자 보통 네 개 이상의 위성을 이용해 위치를 결정한다. 이러한 위치 결정 방식을 단독 측위 방식이라 한다.

그러나, 위치 결정시, 상술한 위성 시계 오차 이외에, 위성 궤도 오차, 전리층 지연 오차, 대류층 오차, 다중 경로 오차 등 다양한 오차 요인들에 의하여 결정된 위치 정보에 오차가 발생할 수 있다. 또한, 단독 측위 방식에 따른 GPS 수신기의 위치 정밀도는 대략 3~10 미터로서, 정밀한 측위를 필요로 하는 응용분야에 적용하기에는 위치 해상도가 떨어진다.

따라서, 상술한 위치 오차를 보정하고, 측위 정확도를 높이기 위해 상대측위방식 시스템(DGPS:Differential GPS)이 이용된다. DGPS는, 위치가 알려진 기준국에서 미리 측정된 자신의 위치와 GPS 신호를 받아 계산된 위치를 비교하여 해당 순간의 GPS 신호에 의한 위치 오차 보정 정보를 계산하고, 이를 RTCM(Radio Technical Commision for Maritime Service) 포맷으로 주변의 사용자 단말로 전송하여, 사용자 단말에서 GPS 신호에 의한 위치 계산시 상기 RTCM 신호를 수신하여 위치 계산시 위치 오차 보정 정보를 반영함으로써 자신의 정확한 위치를 계산하도록 한다. DGPS에서의 위치 정밀도는 대략 1 미터이다.

그런데, 기존의 DGPS에서는, 기지국과 GPS 수신기 간의 통신 방법으로 중파대역(285KHz~526.5KHz)을 사용하였기 때문에, GPS 수신기를 구현하는데 있어서, 높은 사용 전류, 높은 장비 가격, 제한된 이동성, 장애물에 의한 영상, 주파수 혼신등의 문제가 있었다.

본 발명은 DGPS의 RTCM 신호를 받아 GPS 위성 신호로부터 산출되는 위치의 오차를 보정하여 위치 정밀도를 개선하고, 무선 인터넷 망을 통해 상기 RTCM 신호를 수신함으로써 경제성 및 안정성을 개선한 RTCM 처리가 가능한 GPS 모듈 및 이를 이용한 휴대형 DGPS 수신 장치를 제공하고자 한다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 안테나를 통해 수신된 GPS 위성 신호를 입력받아, 증폭, 필터링, 주파수 변환, 및 디지털 변환하여 GPS 데이터를 출력하는 RF 회로부; 전원을 입력받아 내부 동작 전원으로 조정하여 GPS 엔진으로 제공하는 전원 공급부; 전원공급부로 외부의 전원이 입력되지 않는 경우에도 GPS 엔진의 내부 타이머가 동작할 수 있도록 GPS 엔진으로 전원을 공급하는 백업 배터리; GPS 엔진의 동작을 위한 기준 클럭을 제공하는 크리스탈; RTCM 신호를 입력받아 파싱하고 전처리하여 위치 오차 보정 정보를 획득하고, 상기 위치 오차 보정 정보를 GPS 엔진으로 출력하는 RTCM 엔진; 및 상기 RF 회로부로부터 입력된 GPS 데이터를 분석하고, 자료 수집, 전처리를 수행하여 근사 위치를 계산하고, 상기 근사 위치에서 RTCM 엔진으로부터 입력된 위치 오차 보정 정보를 반영하여 오차를 제거하여 측위 데이터를 출력하는 GPS 엔진을 포함하는 RTCM 처리가 가능한 GPS 모듈을 제공한다.

더하여, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 무선 인터넷을 통하여 상기 DGPS 서버(13)에 접속하여 위치 오차 보정 정보가 포함되어 있는 RTCM 신호를 수신하는 무선 인터넷 모듈; 및 GPS 위성 신호를 수신하고, 상기 무선 인터넷 모듈에서 수신한 RTCM 신호를 입력받아, 상기 GPS 위성 신호 및 RTCM 신호의 위치 오차 보정 정보를 고려하여 상대 측위 방식에 따른 현재 위치를 산출하여 출력하는 GPS 모듈을 포함하는 DGPS 수신 장치를 제공한다.

본 발명에 의한 GPS 모듈은 GPS 위성 신호를 관측하여 근사 위치를 추정하며, RTCM 신호를 데이터 처리하여 위치 오차 보정 정보를 획득하여, 상기 근사 위치의 오차를 보정하여, 정밀한 측위 데이터를 획득할 수 있으며, 본 발명에 의한 GPS 수신 장치는, 상기 GPS 모듈 및 무선 인터넷 모듈을 포함함으로써, 무선 인터넷을 통해 RTCM 신호를 수신할 수 있으며, 이에 의하여, 기존의 중파 대역을 이용하여 RTCM 신호를 수신하는 경우에 비하여 장치의 크기, 사용전류, 가격, 주파수 혼선 문제를 개선할 수 있게 된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있 어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 DGPS 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1에서, 10은 기지국 시스템으로서, 알려져 있는 고정 위치에서 GPS 위성 신호를 수신하는 GPS 수신기(11)와, 상기 GPS 수신기(11)에서 수신된 위성 신호에 기초하여 위치를 계산하고, 상기 계산된 위치와 상기 GPS 수신기(11)의 실제 위치를 비교하여 위치 오차를 산출하는 위치 오차 산출부(12)와, 상기 위치 오차 정보를 무선 인터넷을 통해 사용자측의 DGPS 수신 장치(20)로 제공하는 DGPS 서버(13)를 포함하여 이루어진다. 20은 본 발명에 따른 DGPS 수신 장치로서, GPS 모듈(21)과, 무선 인터넷 모듈(22)을 포함한다.

상기 GPS 모듈(21)은, GPS 위성 신호를 수신하고, 상기 무선 인터넷 모듈(22)에서 제공되는 RTCM 신호를 입력받아, 상기 GPS 위성 신호 및 RTCM 신호의 위치 오차 보정 정보를 고려하여 상대 측위 방식에 따른 사용자의 수신 위치를 산출함에 의하여, 단독 측위 방식에 비해 정밀도가 향상된 측위 데이터를 출력한다.

상기 무선 인터넷 모듈(22)은, DGPS 클라이언트 프로그램을 내장하여, 무선 인터넷을 통하여 상기 DGPS 서버(13)에 접속하여 위치 오차 보정 정보가 포함되어 있는 RTCM 신호를 수신하는 것으로서, TCP/IP 통신 규격에 따라서 인접한 무선 AP(Access Point)(도시생략)을 통해 DGPS 서버(13)에 접속하여, RTCM 신호를 수신하고, 상기 수신된 RTCM 신호를 UART 포트를 통해 상기 GPS 모듈(21)로 전달한다. 이를 위해, 상기 무선 인터넷 모듈(22)에서, DGPS 서버(13)의 주소, 통신 방식, 포트 셋팅, 통신 속도, 데이터 수신 여부를 설정하고 해제 및 확인이 가능하다.

도 2는 상기 GPS 모듈(21)의 상세 구성을 나타낸 블록도이다.

상기 GPS 모듈(21)은, 범용 GPS 모듈의 기능에 RTCM 처리 기능을 더 구비한 것으로서, RF 회로부(211)와, 전원공급부(212)와, RTC(Real Time Clock)용 백업 배터리(213)와, 크리스탈(214)와, RTCM 엔진(215)와, GPS 엔진(216)을 포함하여 이루어진다.

상기 RF 회로부(211)는, 안테나를 통해 수신된 L1 대역, 즉, 1575.42Mhz 대역의 GPS 위성 신호를 입력받아, 증폭, 필터링, 주파수 변환, 및 ADC를 수행하여, GPS 데이터를 생성하고, 상기 GPS 데이터를 GPS 엔진(216)으로 출력한다.

상기 전원 공급부(212)는 외부(예를 들어, GPS 수신 장치(20))로부터 전원(예를 들어, 3.5~7V)을 입력받아 내부 동작 전원(예를 들어 3V)으로 조정하여 GPS 엔진(216)으로 제공한다.

상기 RTC용 백업 배터리(213)은, 전원공급부(212)를 통해 전원이 공급되지 않는 경우에도 RTC, 즉, GPS 엔진(216)의 내부 타이머의 동작을 위한 전원을 공급한다.

상기 크리스탈(214)은, 상기 GPS 엔진(216)의 동작을 위한 기준 클럭(예를 들어, 32.768KHz)을 GPS 엔진(216)으로 공급한다.

상기 RTCM 엔진(215)은, 외부, 즉, GPS 수신 장치(20)의 무선 인터넷 모듈(22)로부터 UART 포트를 통해 RTCM 신호를 입력받아 파싱(parsing)하여 위치 오차 보정 정보를 획득하고, 상기 위치 오차 보정 정보를 전처리하여 상기 GPS 엔진(216)으로 전송한다.

상기 GPS 엔진(216)은, 상기 RF 회로부(211)로부터 입력된 GPS 데이터를 분석하고, 자료 수집, 전처리를 수행하여 근사 위치를 계산하고, 상기 근사 위치에서 RTCM 엔진(215)로부터 입력된 위치 오차 보정 정보를 반영하여 오차를 제거하여 정밀도가 향상된 측위 데이터를 출력한다.

도 3은 상기 GPS 모듈(21)의 데이터처리 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 3을 참조하여 상기 GPS 모듈(21)의 동작을 설명하면 다음과 같다.

상기 GPS 모듈(21)은, GPS 위성을 관측하여 GPS 위성 신호를 수신한다(S301), 그리고, 상기 GPS 관측 데이터, 즉, 상기 RF 회로부(21)로부터 출력되는 GPS 데이터를 GPS 엔진(215)에서 수집하고(S302), 상기 GPS 엔진(215)이 상기 수집 한 GPS 데이터를 통하여 GPS 위성의 궤도력 및 입력 자료를 분석한다(S303).

이후 상기 GPS 엔진(216)에 의해 상기 관측 데이터와 궤도력을 사용하여 근사 위치를 결정하는 전처리가 이루어지는데, 이는 GPS 자료 변환(S304), 변환된 자료를 바탕으로 위성의 궤도 위치 결정(S305), 결정된 위성의 궤도 위치에 기반한 수신기의 현재 근사 위치 결정(S306)을 통해서 이루어진다.

다음으로, 상기 GPS 엔진(216)은, RTCM 엔진(215)으로부터 입력된 위치 오차 보정 정보를 이용하여 GPS 수신과 관련된 각종 오차 성분을 제거하고(S307), 미지정수를 결정한 후(S308), 차분법에 의해 정밀 벡터 성분을 결정하여 정확한 3차원 위치를 결정한다(S309,S310).

그리고, 상기 GPS 엔진(216)은 결정된 위치 데이터를 출력한다.

상술한 바에 의하면, 본 발명에 따른 GPS 모듈(21)은, GPS 위성 신호의 처리 기능과 함께 RTCM 신호의 처리 기능을 구비함으로써, GPS 위성 신호를 관측하여 현재의 수신 위치를 결정하는데 있어서, RTCM 신호를 파싱 및 전처리하여 위치 오차 보정 정보를 획득하고, 이를 수신 위치 결정에 이용함으로써, 정밀한 측위 데이터를 제공할 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 의한 DGPS 수신 장치에 있어서의 RTCM 신호 수신 과정을 나타낸 흐름도로서, 도 4a는 기지국 시스템(10)의 동작 과정을 나타내고, 도 4b는 상기 DGPS 수신 장치(22)의 동작 과정을 나타낸다.

먼저, 도 4a를 참조하면, 기지국 시스템(10)은, 시스템 환경을 설정하여 GPS 위성 신호를 수신하여 위치를 계산한 후, 실제 기지국의 위치와 비교하여 위치 오차 보정 정보를 획득한다(S301).

그리고 DGPS 서버(13)를 위치 오차 보정 정보의 송신이 가능하도록 초기화하고, 상기 DGPS 서버(13)를 응답 모드로 설정하여(S413), 이동국, 즉, DGPS 수신 장치(20)의 접속을 대기한다(S414).

상기 DGPS 서버(13)는 대기 상태에서, 이동국, 즉, DGPS 수신 장치(20)로부터의 연결 요청을 수신하면, 상기 연결을 수락한 후(S415), 통신 포트를 열어(S416), 상기 위치 오차 보정 정보를 RTCM 신호로 송신한다(S417).

상기 RTCM 신호의 송신이 완료되어, 연결 끊기 요청이 있으면(S418), 상기 통신 포트를 닫고 동작을 종료한다(S419).

이에 대응하는 GPS 수신 장치(20)의 동작을 살펴보면, 장치의 동작 환경을 설정한 후(S421), 무선 인터넷 모듈(22)을 초기화한다(S422).

이후 상기 무선 인터넷 모듈(22)은, DGPS 서버(13)로 연결을 요청한다(S423). 그리고 나서 설정된 연결 시간 이내에 상기 DGPS 서버(13)로부터 연결 수락이 수신되지 않으면, 통신 포트를 닫고 동작을 종료한다(S424~S426).

반대로 설정된 연결 시간 이내에 상기 DGPS 서버(14)로부터 연결이 수락되면, 포트를 열어(S427), DGPS 서버(14)로부터 송출된 RTCM 신호를 수신하고(S428), GPS 모듈(21)에서 상기 수신된 RTCM 신호를 이용하여 위치 오차를 보정하여(S429), 보다 정확하고 정밀한 GPS 데이터를 출력한다(S430).

연결 끊기가 요구되기 전까지 상기 RTCM 신호의 수신(S428), 오차 보 정(S429), 및 GPS 데이터 출력(S430)를 반복 수행하여, 각 순간의 위치값을 출력하며, 측위 기능이 종료되어 연결 끊기가 요구되면, 포트를 닫아 RTCM 신호의 수신을 종료한다(S432).

상술한 과정에 의하면, 본 발명에 의한 DGPS 수신 장치는, 무선 인터넷을 이용하여 DGPS 서버에 접속하여 RTCM 신호를 획득하고, 이를 이용하여 위치값을 보정하여 정밀한 측위 데이터를 출력할 수 있으며, 더불어, 무선 인터넷을 이용함으로써, 기존의 중파 대역을 이용하는 경우에 비하여, 장치의 크기, 사용전류, 이도엉 및 주파수 혼선 등의 문제를 개선할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 휴대형 DGPS 수신 장치가 적용된 DGPS의 시스템 구조를 간략하게 나타난 블록도이다.

도 2는 본 발명에 따른 GPS 모듈의 상세 구성을 나타낸 블록도이다.

도 3은 본 발명에 따른 GPS 모듈의 DGPS 자료 처리 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 4a는 본 발명이 적용된 DGPS 시스템에서의 기지국측 동작 순서를 나타낸 흐름도이다.

도 4b는 본 발명에 의한 휴대형 DGPS 수신 장치의 동작 순서를 나타낸 흐름도이다.

Claims

안테나를 통해 수신된 GPS 위성 신호를 입력받아, 증폭, 필터링, 주파수 변환, 및 디지털 변환하여 GPS 데이터를 출력하는 RF 회로부;

전원을 입력받아 내부 동작 전원으로 조정하여 GPS 엔진으로 제공하는 전원 공급부;

전원공급부로 외부의 전원이 입력되지 않는 경우에도 GPS 엔진의 내부 타이머가 동작할 수 있도록 GPS 엔진으로 전원을 공급하는 백업 배터리;

GPS 엔진의 동작을 위한 기준 클럭을 제공하는 크리스탈;

RTCM 신호를 입력받아 파싱하고 전처리하여 위치 오차 보정 정보를 획득하고, 상기 위치 오차 보정 정보를 GPS 엔진으로 출력하는 RTCM 엔진; 및

상기 RF 회로부로부터 입력된 GPS 데이터를 분석하고, 자료 수집, 전처리를 수행하여 근사 위치를 계산하고, 상기 근사 위치에서 RTCM 엔진으로부터 입력된 위치 오차 보정 정보를 반영하여 오차를 제거하여 측위 데이터를 출력하는 GPS 엔진을 포함하는 RTCM 처리가 가능한 GPS 모듈.
무선 인터넷을 통하여 DGPS 서버에 접속하여 위치 오차 보정 정보가 포함되어 있는 RTCM 신호를 수신하는 무선 인터넷 모듈과;

안테나를 통해 수신된 GPS 위성 신호를 입력받아, 증폭, 필터링, 주파수 변환, 및 디지털 변환하여 GPS 데이터를 출력하는 RF 회로부; 전원을 입력받아 내부 동작 전원(예를 들어 3V)으로 조정하여 GPS 엔진으로 제공하는 전원 공급부; 상기 전원공급부로 외부의 전원이 입력되지 않는 경우에도 GPS 엔진의 내부 타이머가 동작할 수 있도록 GPS 엔진으로 전원을 공급하는 백업 배터리; GPS 엔진의 동작을 위한 기준 클럭을 제공하는 크리스탈; RTCM 신호를 입력받아 파싱하고 전처리하여 위치 오차 보정 정보를 획득하고, 상기 위치 오차 보정 정보를 GPS 엔진으로 출력하는 RTCM 엔진; 및 상기 RF 회로부로부터 입력된 GPS 데이터를 분석하고, 자료 수집, 전처리를 수행하여 근사 위치를 계산하고, 상기 근사 위치에서 RTCM 엔진으로부터 입력된 위치 오차 보정 정보를 반영하여 오차를 제거하여 측위 데이터를 출력하는 GPS 엔진을 포함하는 GPS 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 DGPS 수신 장치.
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