KR101295643B1

KR101295643B1 - Ｇｐｓ 신호 수신 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR101295643B1
Application number: KR1020110113207A
Authority: KR
Inventors: 왕진천; 신동훈; 김의중; 이대헌; 양해용; 지성택
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2011-11-02
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2013-08-12
Also published as: US20130106640A1; US8896479B2; KR20130048382A

Abstract

본 발명은 GPS 신호 수신 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 제1 타입 안테나 및 서로 다른 방향성을 갖는 복수의 제2 타입 안테나들을 포함하는 GPS 안테나부, 제1 타입 안테나 및 복수의 제2 타입 안테나들 중 어느 하나를 선택하여 연결하는 GPS 신호 선택부, 및 제1 타입 안테나 및 복수의 제2 타입 안테나들 중 선택된 어느 하나의 안테나로부터 수신되는 GPS 신호를 분석하여, GPS 신호에 포함된 재밍신호를 검출하는 재밍신호 검출부를 포함하며, GPS 신호 선택부는 GPS 신호로부터 재밍신호가 검출된 경우 복수의 제2 타입 안테나들에 순차적으로 연결하고, 재밍신호 검출부는 GPS 신호 선택부에 연결된 순서의 제2 타입 안테나로부터 수신되는 GPS 신호에 포함된 재밍신호의 세기를 측정하여, 복수의 제2 타입 안테나들 중 재밍신호의 세기가 가장 약한 제2 타입 안테나와 최종 연결되도록 제어한다.

Description

ＧＰＳ 신호 수신 장치 및 그 방법{Apparatus and method for receiving of GPS signal}

본 발명은 GPS 신호 수신 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전파간섭 재밍에 취약한 시각동기용 GPS 수신 시스템에 있어서 방향성을 갖는 섹터 안테나를 이용하여 효율적으로 GPS 재밍신호를 회피하도록 하는 GPS 신호 수신 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

GPS는 위성에서 송출하는 GPS 신호를 지상에서 수신하여 수신기의 위치, 속도와 시각정보를 얻을 수 있는 위성항법시스템으로, 네비게이션, 측지 등의 분야와 금융/통신망의 시각동기를 위해 시각정보를 사용하는 정밀시각측정 분야 등에서 이용된다.

재밍은 다른 전파에 의해 원래 수신 대상인 전파신호의 수신장애가 발생하는 것을 말하는데, GPS 신호의 신호 세기가 미약할수록 재밍에 취약하며, 낮은 전력의 전파간섭으로도 쉽게 GPS 수신을 방해할 수 있다.

GPS 재밍에 대응하는 종래의 기술은 구현위치에 따라 크게 전상관 기술과 후상관 기술로 나눌 수 있다.

먼저, 전상관 기술은 GPS 수신기 이전 단계에 구현 적용되는 기술로 기존 GPS 수신기를 변경하지 않고 사용 가능한 장점이 있으나 기술이 복잡하여 장비 구현 비용이 비싸고 장비의 크기가 큰 단점이 존재한다.

한편, 후상관 기술은 기존 GPS 안테나를 사용해 디지털화된 데이터를 이용하여 GPS 반송파 및 코드를 추적하는 단계에서 처리하는 기술로 전상관 기술에 비해 상대적으로 연산량이 적고 간단하여 GPS 수신기에 내장하여 구현하는 것이 가능한 반면, 기존 GPS 수신기를 변형해야 하고 항재밍 이득이 3~20dB 정도로 낮아 강한 재밍신호에 대응하지 못하는 단점이 존재한다.

본 발명의 목적은, 전파간섭 재밍에 취약한 시각동기용 GPS 수신 시스템에 있어서 방향성을 갖는 섹터형 안테나를 이용하여 효율적으로 GPS 재밍신호를 회피하도록 하는 GPS 신호 수신 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 재밍이 발생하지 않은 경우 일반적인 GPS 안테나의 역할을 수행하면서 동시에 재밍신호 존재여부를 감시하고, 재밍이 발생한 경우 공간적으로 수신영역을 제한한 방향성을 갖는 섹터형 안테나를 사용하여 시각 동기에 필요한 한 개 이상의 위성신호를 항상 수신할 수 있도록 하는 GPS 신호 수신 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 재밍신호의 세기와 종류를 네트워크를 통해 공유할 수 있어 재밍신호원의 위치를 추정할 수 있도록 한 GPS 신호 수신 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 GPS 신호 수신 장치는, 제1 타입 안테나 및 서로 다른 방향성을 갖는 복수의 제2 타입 안테나들을 포함하는 GPS 안테나부, 상기 제1 타입 안테나 및 상기 복수의 제2 타입 안테나들 중 어느 하나를 선택하여 연결하는 GPS 신호 선택부, 및 상기 제1 타입 안테나 및 상기 복수의 제2 타입 안테나들 중 선택된 어느 하나의 안테나로부터 수신되는 GPS 신호를 분석하여, 상기 GPS 신호에 포함된 재밍신호를 검출하는 재밍신호 검출부를 포함한다.

이때, 상기 GPS 신호 선택부는 상기 GPS 신호로부터 재밍신호가 검출된 경우 상기 재밍신호 검출부로부터의 제어 신호에 따라 상기 복수의 제2 타입 안테나들 중 연결되는 안테나를 순차적으로 변경하고, 상기 재밍신호 검출부는 상기 GPS 신호 선택부에 연결된 순서의 제2 타입 안테나로부터 수신되는 GPS 신호에 포함된 재밍신호의 세기를 측정하여, 상기 복수의 제2 타입 안테나들 중 상기 재밍신호의 세기가 가장 약한 제2 타입 안테나와 최종 연결되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 재밍신호 검출부는, 상기 GPS 신호를 고속 푸리에 변환(FFT, Fast Fourier Transform) 한 스펙트럼의 잡음 레벨을 계산하고, 상기 스펙트럼의 피크값과 상기 잡음 레벨을 비교하여 상기 GPS 신호에 포함된 재밍신호를 검출하는 것을 특징으로 한다.

상기 재밍신호 검출부는, 상기 스펙트럼의 피크값이 상기 잡음 레벨 보다 큰 값을 갖는 경우에 해당 GPS 신호를 재밍신호로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 재밍신호 검출부는, 상기 복수의 제2 타입 안테나들 각각으로부터 수신되는 GPS 신호에 포함된 재밍신호의 종류를 확인하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 상기 재밍신호 검출에 의해 검출된 상기 재밍신호의 종류 및 세기 정보를 주변의 GPS 신호 수신 장치로 전송하는 재밍신호 알람부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 GPS 신호 선택부에서 선택된 안테나를 통해 수신되는 GPS 신호를 두 개의 신호로 분배하여, 분배된 상기 두 개의 신호 중 어느 하나의 신호를 상기 재밍신호 검출부로 출력하는 GPS 신호 분배부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 GPS 신호 분배부에서 분배된 상기 두 개의 신호 중 다른 하나의 신호를 시각 동기용 신호로 제공하는 시각 동기용 GPS 수신부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 타입 안테나는 수신영역이 제한되지 않은 노출형 안테나이고, 상기 복수의 제2 타입 안테나들은 수신영역이 공간적으로 제한된 섹터형 안테나인 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 제2 타입 안테나들은, 수평면과 소정의 경사를 갖도록 배치되고, 각각의 안테나 사이에 금속판이 배치된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 GPS 신호 수신 방법은, 제1 타입 안테나 및 서로 다른 방향성을 갖는 복수의 제2 타입 안테나들 중 어느 하나를 선택하여 연결하는 단계, 상기 제1 타입 안테나 및 상기 복수의 제2 타입 안테나들 중 선택된 어느 하나의 안테나로부터 수신되는 GPS 신호를 분석하여, 상기 GPS 신호에 포함된 재밍신호를 검출하는 단계, 상기 GPS 신호로부터 재밍신호가 검출된 경우 상기 복수의 제2 타입 안테나들 중 연결되는 안테나를 순차적으로 변경하며, 각각의 제2 타입 안테나로부터 수신되는 GPS 신호에 포함된 재밍신호의 세기를 측정하는 단계, 및 상기 복수의 제2 타입 안테나들 중 상기 재밍신호의 세기가 가장 약한 제2 타입 안테나와 최종 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 재밍신호를 검출하는 단계는, 상기 GPS 신호를 고속 푸리에 변환(FFT)하는 단계, 상기 고속 푸리에 변환(FFT) 한 스펙트럼의 잡음 레벨을 계산하는 단계, 및 상기 스펙트럼의 피크값과 상기 잡음 레벨을 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 재밍신호를 검출하는 단계는, 상기 스펙트럼의 피크값이 상기 잡음 레벨 보다 큰 값을 갖는 경우에 해당 GPS 신호를 재밍신호로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 재밍신호를 검출하는 단계는, 상기 복수의 제2 타입 안테나들 각각으로부터 수신되는 GPS 신호에 포함된 재밍신호의 종류를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 재밍신호의 종류 및 세기 정보를 주변의 GPS 신호 수신 장치로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 연결하는 단계 이후에 상기 선택된 안테나를 통해 수신되는 GPS 신호를 두 개의 신호로 분배하는 단계를 포함하고, 상기 재밍신호를 검출하는 단계는 분배된 상기 두 개의 신호 중 어느 하나의 신호를 분석하여 재밍신호를 검출하는 것을 특징으로 한다.

분배된 상기 두 개의 신호 중 다른 하나의 신호를 시각 동기용 신호로 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 전파간섭 재밍에 취약한 시각동기용 GPS 수신 시스템에 있어서 방향성을 갖는 섹터형 안테나를 이용하여 효율적으로 GPS 재밍신호를 회피할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은, 재밍이 발생하지 않은 경우 일반적인 GPS 안테나의 역할을 수행하면서 동시에 재밍신호 존재여부를 감시하고, 재밍이 발생한 경우 공간적으로 수신영역을 제한한 방향성을 갖는 섹터형 안테나를 사용하여 시각 동기에 필요한 한 개 이상의 위성신호를 항상 수신할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은, 재밍신호의 세기와 종류를 네트워크를 통해 공유할 수 있어 재밍신호원의 위치를 추정할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 GPS 신호 수신 장치의 구성을 설명하는데 참조되는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 GPS 신호 수신 장치의 세부 구성을 설명하는데 참조되는 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 재밍신호 검출부의 세부 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 GPS 안테나부의 안테나 배열을 도시한 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 GPS 신호 수신 장치의 재밍신호 알람 동작을 설명하는데 참조되는 예시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 GPS 신호 수신 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
도 8은 도 6의 GPS 신호 분석 과정에 대한 세부 동작 흐름을 나타낸 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 GPS 신호 수신 장치의 구성을 설명하는데 참조되는 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 GPS 신호 수신 장치는 GPS 안테나부(110), GPS 신호 선택부(120), GPS 신호 분배부(130), 재밍신호 검출부(140), 재밍신호 알람부(150), 및 시각 동기용 GPS 수신부(160)를 포함한다.

GPS 안테나부(110)는 서로 다른 타입의 제1 타입 안테나(111)와 제2 타입 안테나(115a 내지 115n)가 구비된다. 일 예로서, 제1 타입 안테나(111)는 수신영역이 제한되지 않은 노출형 안테나가 적용되고, 제2 타입 안테나(115a 내지 115n)는 수신영역이 공간적으로 제한된 섹터형 안테나가 적용된다. 여기서, 제2 타입 안테나는 복수 개 구비된다.

이 경우, GPS 신호에 재밍신호가 존재하지 않는 경우에는 노출형 안테나를 통해 GPS 신호를 최대한 많이 잡을 수 있도록 하고, GPS 신호에 재밍신호가 존재하는 경우에는 섹터형 안테나를 통해 재밍신호를 공간적으로 회피할 수 있도록 수신영역을 제한하면서, 동시에 한 개 이상의 GPS 신호를 항상 잡을 수 있도록 한다.

또한, 복수의 제2 타입 안테나들(115a 내지 115n) 각각은 서로 다른 방향성을 가지며, 제1 타입의 안테나와도 서로 다른 방향성을 갖는다. 제1 타입 안테나(111)와 복수의 제2 타입 안테나들(115a 내지 115n)이 배치되는 실시예는 도 4를 참조하도록 한다.

한편, GPS 신호 선택부(120)는 입력된 제어 신호에 따라 제1 타입 안테나(111) 및 복수의 제2 타입 안테나들(115a 내지 115n) 중 어느 하나를 선택하여 연결하고, 연결된 안테나로부터 수신되는 GPS 신호를 GPS 신호 분배부(130)로 출력한다. 이때, GPS 신호 선택부(120)는 재밍신호 검출부(140)로부터의 제어 신호에 따라 제1 타입 안테나(111) 및 복수의 제2 타입 안테나들(115a 내지 115n) 중 어느 하나를 선택하여 연결할 수 있다.

일 예로서, GPS 신호 선택부(120)는 재밍신호 검출부(140)로부터 제1 제어 신호가 입력되면, 제1 타입 안테나(111)를 선택하여 연결하고, 재밍신호 검출부(140)로부터 제2 제어 신호가 입력되면 복수의 제2 타입 안테나들(115a 내지 115n)에 연결하도록 한다. 후자의 경우, GPS 신호 선택부(120)는 복수의 제2 타입 안테나들(115a 내지 115n)의 배열 순서에 따라 연결되는 안테나를 순차적으로 변경하며 각각 연결하도록 한다.

GPS 신호 분배부(130)는 GPS 신호 선택부(120)에 의해 연결된 안테나로부터 수신되는 GPS 신호를 동일한 두 개의 GPS 신호로 분배한다.

이 경우, GPS 신호 분배부(130)에 의해 분배된 두 개의 GPS 신호 중 어느 하나는 재밍신호 검출부(140)로 출력되어, GPS 신호에 포함된 재밍신호의 검출을 위해 이용된다. 한편, GPS 신호 분배부(130)에 의해 분배된 두 개의 GPS 신호 중 다른 하나는 시각 동기용 GPS 수신부(160)로 출력되어, 시각 동기를 위해 이용된다.

따라서, 시각 동기용 GPS 수신부(160)는 GPS 신호 분배부(130)로부터 입력된 GPS 신호를 시각 동기용 신호로 제공한다.

재밍신호 검출부(140)는 GPS 신호 분배부(130)로부터의 GPS 신호를 분석하여, GPS 신호에 포함된 재밍신호를 검출한다. 이때, 재밍신호 검출부(140)는 입력되는 GPS 신호로부터 재밍신호가 검출되지 않은 경우 제1 타입 안테나(111)로의 연결을 위한 제1 제어 신호를 생성하여 GPS 신호 선택부(120)로 출력한다. 따라서, GPS 신호 선택부(120)는 재밍신호 검출부(140)로부터의 제1 제어 신호에 따라 제1 타입 안테나(111)에 연결 되도록 한다.

반면, 재밍신호 검출부(140)는 입력되는 GPS 신호로부터 재밍신호가 검출된 경우, 복수의 제2 타입 안테나들(115a 내지 115n)로의 연결을 위한 제2 제어 신호를 생성하여 GPS 신호 선택부(120)로 출력한다. 따라서, GPS 신호 선택부(120)는 재밍신호 검출부(140)로부터의 제2 제어 신호에 따라 복수의 제2 타입 안테나들(115a 내지 115n) 중 연결되는 안테나를 순차적으로 변경하도록 한다.

재밍신호 검출부(140)는 GPS 신호 선택부(120)로 제2 제어 신호를 출력한 이후에, GPS 신호 선택부(120)에 의해 연결되는 복수의 제2 타입 안테나로부터 수신되는 GPS 신호를 분석하여, GPS 신호에 포함된 재밍신호의 종류를 확인하고, 해당 재밍신호의 세기를 측정한다.

이와 같은 동작은 해당 순서의 제2 타입 안테나에 연결 시마다 이루어지며, 제2 타입 안테나들(115a 내지 115n) 모두에 각각 한 번씩 연결된 경우, 재밍신호 검출부(140)는 각각의 제2 타입 안테나들(115a 내지 115n)로부터 수신된 GPS 신호에 포함된 재밍신호의 세기가 가장 약한 제2 타입 안테나와 최종 연결되도록 하는 제어 신호를 GPS 신호 선택부(120)로 출력한다.

따라서, GPS 신호 선택부(120)는 최종적으로 재밍신호의 세기가 가장 약한 제2 타입 안테나와 연결되고, 연결된 제2 타입 안테나를 통해 GPS 신호를 수신하게 된다.

또한, 재밍신호 검출부(140)는 입력되는 GPS 신호로부터 재밍신호가 검출된 경우, 재밍신호의 종류 및 세기 정보를 재밍신호 알람부(150)로 출력한다. 이 경우, 재밍신호 알람부(150)는 입력된 재밍신호의 종류 및 세기 정보를 취합하여 경보신호를 생성하고, 생성된 경보 신호를 네트워크를 통해 주변의 다른 GPS 신호 수신 장치들로 제공한다.

도 2는 도 1의 GPS 신호 수신 장치에 대한 세부 구성을 설명하는데 참조되는 예시도이다. 따라서, 도 2의 설명에서는 도 1의 각 구성요소에 대한 중복되는 설명은 생략하도록 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, GPS 신호 분배부(130)는 내부에 커플러(131), 하향 변환기(133), 및 증폭기(135)를 포함한다.

다시 말해, GPS 신호 분배부(130)는 GPS 신호 선택부(120)에 의해 선택된 어느 하나의 안테나와 연결되면, 연결된 안테나를 통해 수신되는 GPS 신호가 커플러(131)로 입력되고, GPS 신호는 커플러(131)에 의해 두 개의 신호로 분기된다. 이때, 두 개의 신호 중 어느 하나는 하향 변환기(133)에 의해 중간 주파수로 하향 변환되고, 증폭기(135)에 의해 원신호의 레벨로 증폭되어 재밍신호 검출기로 입력된다. 한편, 커플러(131)에 의해 분기된 두 개의 신호 중 다른 하나는 시각 동기용 GPS 수신부(160)로 입력되어 시각 동기를 위한 신호로서 제공된다.

또한, 재밍신호 검출부(140)는 내부에 아날로그/디지털(A/D) 변환기(141)와, 검출기(143)를 포함한다.

다시 말해, GPS 신호 분배부(130)에 의해 입력된 GPS 신호는 아날로그/디지털 변환기(141)로 입력되어 디지털신호로 변환되어 검출기(143)로 입력된다. 검출기(143)는 입력된 디지털 신호를 분석하여 재밍신호를 검출하는데, 검출기(143)의 내부 구성은 도 3을 참조하도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 GPS 신호 수신 장치의 검출기에 대한 세부 구성을 도시한 블록도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 검출기(143), 즉, 재밍신호 검출부 내의 검출기(143)는 고속 푸리에 변환기(Fast Fourier Transformer, 이하 'FFT'라 칭한다.)(145), 잡음 레벨 계산부(146), 피크값 비교부(147), 및 검출부(148)를 포함한다.

FFT(145)는 아날로그/디지털 변환기(141)에 의해 변환된 GPS 신호의 디지털 신호가 입력되면, 입력된 디지털 신호를 고속 푸리에 변환 과정을 통해 스펙트럼으로 변환한다. FFT(145)의 고속 푸리에 변환 결과는 잡음 레벨 계산부(146)로 입력된다.

잡음 레벨 계산부(146)는 입력된 신호를 고속 푸리에 변환한 스펙트럼의 잡음 레벨을 계산한다.

잡음 레벨 계산부(146)는 [수학식 1]을 참조하여 스펙트럼의 잡음 레벨을 계산한다.

여기서, N₀는 잡음레벨, N은 FFT bin의 수, M은 -110dB 이상의 레벨을 갖는 bin의 수, F_i는 FFT에서 i번째 bin의 크기, downsort()는 내림차순정렬을 의미한다.

이후, 피크값 비교부(147)가 잡음 레벨 계산부(146)에 의해 계산된 잡음 레벨과 스펙트럼의 피크값을 비교한다. 만일, 스펙트럼의 피크값과 잡음 레벨을 비교한 결과, 스펙트럼의 피크값이 잡음 레벨 보다 큰 값을 갖는 신호가 검출되면, 검출부(148)는 해당 신호, 즉, 스펙트럼의 피크값이 잡음 레벨 보다 큰 신호를 재밍신호로 판단한다.

이로써, 검출기(143)는 GPS 신호에 포함된 재밍신호를 검출하고, GPS 신호에서 재밍신호가 검출되는지 여부에 따라 제1 제어 신호 또는 제2 제어 신호를 생성하여 GPS 신호 선택부(120)로 출력한다.

일 예로서, GPS 신호에 재밍신호가 존재하는 것으로 확인된 경우, GPS 신호 선택부(120)는 첫 번째 순서의 제2 타입 안테나1을 선택하여 연결하고, 재밍신호 검출부는 제2 타입 안테나1로부터 수신되는 재밍신호에 대한 스펙트럼의 피크값을 계산한다. 이후, GPS 신호 선택부(120)는 다음 순서의 제2 타입 안테나2를 선택하여 연결하고, 재밍신호 검출부는 제2 타입 안테나2로부터 수신되는 재밍신호에 대한 스펙트럼의 피크값을 계산한다.

이와 같은 방식으로 순차적으로 제2 타입 안테나들 각각으로부터 수신되는 재밍신호에 대한 스펙트럼의 피크값을 계산한 후, 제2 타입 안테나들 중 재밍신호에 대한 스펙트럼의 피크값이 가장 작은 제2 타입 안테나를 추출하여 GPS 신호 선택부(120)를 통해 최종 연결되도록 한다.

만일, GPS 신호에 포함된 재밍신호가 검출된 경우, 검출부(148)는 각각의 제2 타입 안테나들로부터 수신되는 GPS 신호에 포함된 재밍신호의 종류와 세기를 확인하여, 그 정보를 재밍신호 알람부(150)로 출력한다.

여기서, FFT(145)를 통해 얻은 재밍신호의 스펙트럼 피크값은 재밍신호의 세기가 되고, 재밍신호의 주파수 변경 여부와 재밍신호의 대역폭 등을 측정하여 재밍신호의 종류를 판별할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 GPS 안테나부의 안테나 배열을 도시한 예시도이다.

본 발명에 따른 GPS 안테나부는 제1 타입 안테나(111)와 복수의 제2 타입 안테나들(115a 내지 115d)을 배치하는데, 여기서, 제1 타입 안테나(111)는 수신영역이 제한되지 않은 노출형 안테나가 적용되고, 복수의 제2 타입 안테나들(115a 내지 115d)은 수신영역이 공간적으로 제한된 섹터형 안테나가 적용된다.

도 4에서, 제1 타입 안테나(111)는 수신영역에 제한이 없도록 하기 위하여 천정을 향하도록 배치된다. 한편, 제2 타입 안테나들(115a 내지 115d)은 방향성을 갖도록 하기 위하여 제1 타입 안테나(111)를 둘러싸는 구조로, 수평면과 경사를 이루도록 배치된다. 또한, 복수의 제2 타입 안테나들(115a 내지 115d)은 수신 영역을 제한하기 위하여, 각각의 제2 타입 안테나들(115a 내지 115d) 사이에 금속판(1)을 설치한다.

본 발명에서는 도 4와 같이, 네 개의 제2 타입 안테나(115a 내지 115d)를 적용하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 시뮬레이션 결과 각 안테나의 수신각이 120도 이상인 경우에 가장 안정적으로 한 개 이상의 GPS 신호를 수신하기 때문이다.

실제로, 금속판(1)에 의해 제한된 수신 영역은 전파 특성과 안테나 수신 특성에 따라 완벽하게 수신 각도를 제한하지 못하기 때문에, 네 개의 제2 타입 안테나들(115a 내지 115d)은 금속판(1)으로 구분된 90도의 수신각이 아닌, 대략 120도 정도의 수신각을 갖게 된다.

물론, 이는 바람직한 실시예일뿐, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 5는 본 발명에 따른 GPS 신호 수신 장치의 재밍신호 알람 동작을 설명하는데 참조되는 예시도이다.

본 발명에 따른 GPS 신호 수신 장치(100a)는 GPS 신호에 재밍신호가 포함된 것으로 판단된 경우에 재밍신호의 종류와 세기 정보를 확인하여 네트워크를 통해 전송함으로써, 주변의 GPS 신호 수신 장치들(100b 내지 100h)로 재밍신호의 발생을 알리도록 한다.

이 경우, 주변의 GPS 신호 수신 장치들(100b 내지 100h)은 본 발명에 따른 GPS 신호 수신 장치(100a)로부터 수신된 재밍신호의 종류와 세기 정보에 근거하여 재밍신호원의 위치를 추정하는데 사용될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 주변의 GPS 신호 수신 장치(100b 내지 100h)는, 복수의 제2 타입 안테나별 재밍신호의 세기 정도를 비교하고, 재밍신호의 세기가 센 안테나의 방향에 따라 재밍신호원의 방향을 추정하여 연장선을 그려봄으로써, 이들 연장선이 만나는 지점이 재밍신호원의 위치임을 추정할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 GPS 신호 수신 장치의 신호 수신 방법을 살펴보면 다음과 같다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 GPS 신호 수신 방법에 대한 동작 흐름을 도시한 순서도이다.

먼저, 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 GPS 신호 수신 장치는 제1 타입 안테나와 복수의 제2 타입 안테나들로부터 GPS 신호를 수신한다(S100). 여기서, 제1 타입 안테나는 수신영역이 제한되지 않은 노출형 안테나가 적용되고, 제2 타입 안테나는 수신영역이 공간적으로 제한되어, 서로 다른 방향성을 갖는 섹터형 안테나가 적용된다.

이후, GPS 신호 수신 장치는 제1 타입 안테나 및 복수의 제2 타입 안테나들로부터 수신되는 GPS 신호 중 어느 하나를 선택하고(S110), 'S110' 과정에서 수신되는 신호를 두 개의 신호로 분배하여(S120), 두 개의 신호 중 하나의 GPS 신호를 분석한다(S130). 이때, 'S130' 과정에서는 GPS 신호가 재밍신호를 포함하는지 분석한다. 'S130' 과정에 대한 세부 동작 흐름은 도 8을 참조하도록 한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 도 6의 'S120' 과정에서 두 개의 신호로 분배된 GPS 신호는 아날로그/디지털 변환기를 통해 디지털 신호로 변환되고(S131), 디지털 신호는 고속 푸리에 변환 과정을 통해 스펙트럼으로 변환된다(S132).

이후, GPS 신호 수신 장치는 고속 푸리에 변환된 스펙트럼의 잡음 레벨을 계산하여'S133', 스펙트럼 피크값과 잡음 레벨을 비교한다(S134).

만일, 'S134' 과정의 비교 결과, 스펙트럼 피크값이 잡음 레벨보다 큰 신호가 존재하면(S135), GPS 신호 수신 장치는 해당 신호를 재밍신호로 판단하고(S136), 그렇지 않은 경우에는 GPS 신호가 재밍신호를 포함하지 않는 것으로 판단하여 'S140' 과정을 수행하도록 한다.

'S130' 과정의 GPS 신호 분석 결과 해당 GPS 신호가 재밍신호를 포함하지 않으면(S140), 제1 타입 안테나를 선택하여 연결하고(S150), 제1 타입 안테나를 통해 GPS 신호를 수신한다(S160).

한편, 'S130' 과정의 GPS 신호 분석 결과 해당 GPS 신호가 재밍신호를 포함하면(S140), 도 7의 'A' 이후 과정을 수행하도록 한다.

도 7은 GPS 신호가 재밍신호를 포함하는 경우로, 재밍신호의 세기에 따라 복수의 제2 안테나들 중 최종으로 어느 하나의 안테나를 선택하여 GPS 신호를 수신하는 과정을 나타낸 것이다.

도 7에서, n의 초기값은 1로 한다(S200).

이후, GPS 신호 수신 장치는 n번째, 즉, 1번째 제2 타입 안테나를 선택하여 연결하고(S210), 1번째 제2 타입 안테나를 통해 수신된 GPS 신호에 포함된 재밍신호를 검출하여(S220), 검출된 재밍신호의 종류 및 세기를 확인한다(S230).

다음 순서의 제2 타입 안테나가 존재하는 경우 n에 1을 더하여(S250), 2번째 순서의 제2 타입 안테나를 선택하여 연결하고(S210), 2번째 제2 타입 안테나를 통해 수신되는 GPS 신호의 재밍신호에 대한 종류 및 세기를 확인한다(S220, S230).

이러한 과정은 마지막 순서의 제2 타입 안테나에 대한 재밍신호의 종류 및 세기를 확인하기까지 n에 1을 계속 더하여 'S210' 내지 'S250' 과정을 수행하도록 한다.

마지막 순서의 제2 타입 안테나에 대한 재밍신호의 종류 및 세기를 확인하였으면, 각각의 제2 타입 안테나에 대응하는 재밍신호의 세기를 비교한다(S260).

이때, 재밍신호의 세기가 가장 약한 제2 타입 안테나를 최종 선택하여 연결하고(S270), 'S270' 과정에서 최종 연결된 제2 타입 안테나를 통해 GPS 신호를 수신한다(S280).

물론, 재밍신호에 대한 종류 및 세기 정보를 외부 네트워크로 전송하여 재밍신호 정보를 알릴 수 있다(S290).

도 7에서는 'S290' 과정을 'S280' 과정 이후에 수행하는 것으로 도시하였으나, 그 실시 형태에 따라 'S230' 과정 이후 등, 해당 과정의 수행순서는 다양하게 적용될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의한 GPS 신호 수신 장치 및 그 방법은 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 응용될 수 있다.

100: GPS 신호 수신 장치 110: GPS 안테나부
111: 제1 타입 안테나 115a, 115b, 115n: 제2 타입 안테나
120: GPS 신호 선택부 130: GPS 신호 분배부
131: 커플러 133: 하향 변환기
135: 증폭기 140: 재밍신호 검출부
141: 아날로그/디지털 변환기 143: 검출기
145: 고속 푸리에 변환기(FFT) 146: 잡음 레벨 계산부
147: 피크값 비교부 148: 검출부
150: 재밍신호 알람부 160: 시각 동기용 GPS 수신부

Claims

제1 타입 안테나 및 서로 다른 방향성을 갖는 복수의 제2 타입 안테나들을 포함하는 GPS 안테나부;
상기 제1 타입 안테나 및 상기 복수의 제2 타입 안테나들 중 어느 하나를 선택하여 연결하는 GPS 신호 선택부; 및
상기 제1 타입 안테나 및 상기 복수의 제2 타입 안테나들 중 선택된 어느 하나의 안테나로부터 수신되는 GPS 신호를 분석하여, 상기 GPS 신호에 포함된 재밍신호를 검출하는 재밍신호 검출부를 포함하며,
상기 GPS 신호 선택부는, 상기 GPS 신호로부터 재밍신호가 검출된 경우 상기 재밍신호 검출부로부터의 제어 신호에 따라 상기 복수의 제2 타입 안테나들 중 연결되는 안테나를 순차적으로 변경하고,
상기 재밍신호 검출부는, 상기 GPS 신호 선택부에 연결된 순서의 제2 타입 안테나로부터 수신되는 GPS 신호에 포함된 재밍신호의 세기를 측정하여, 상기 복수의 제2 타입 안테나들 중 상기 재밍신호의 세기가 가장 약한 제2 타입 안테나와 최종 연결되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 수신 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 재밍신호 검출부는,
상기 GPS 신호를 고속 푸리에 변환(FFT, Fast Fourier Transform) 한 스펙트럼의 잡음 레벨을 계산하고, 상기 스펙트럼의 피크값과 상기 잡음 레벨을 비교하여 상기 GPS 신호에 포함된 재밍신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 수신 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 재밍신호 검출부는,
상기 스펙트럼의 피크값이 상기 잡음 레벨 보다 큰 값을 갖는 경우에 해당 GPS 신호를 재밍신호로 판단하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 수신 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 재밍신호 검출부는,
상기 복수의 제2 타입 안테나들 각각으로부터 수신되는 GPS 신호에 포함된 재밍신호의 종류를 확인하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 수신 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 재밍신호 검출에 의해 검출된 상기 재밍신호의 종류 및 세기 정보를 주변의 GPS 신호 수신 장치로 전송하는 재밍신호 알람부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 수신 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 GPS 신호 선택부에서 선택된 안테나를 통해 수신되는 GPS 신호를 동일한 두 개의 신호로 분배하여, 분배된 상기 두 개의 신호 중 어느 하나의 신호를 상기 재밍신호 검출부로 출력하는 GPS 신호 분배부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 수신 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 GPS 신호 분배부에서 분배된 상기 두 개의 신호 중 다른 하나의 신호를 시각 동기용 신호로 제공하는 시각 동기용 GPS 수신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 수신 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 타입 안테나는 수신영역이 제한되지 않은 노출형 안테나이고,
상기 복수의 제2 타입 안테나들은 수신영역이 공간적으로 제한된 섹터형 안테나인 것을 특징으로 하는 GPS 신호 수신 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 제2 타입 안테나들은,
수평면과 소정의 경사를 갖도록 배치되고, 각각의 안테나 사이에 금속판이 배치된 것을 특징으로 하는 GPS 신호 수신 장치.
제1 타입 안테나 및 서로 다른 방향성을 갖는 복수의 제2 타입 안테나들 중 어느 하나를 선택하여 연결하는 단계;
상기 제1 타입 안테나 및 상기 복수의 제2 타입 안테나들 중 선택된 어느 하나의 안테나로부터 수신되는 GPS 신호를 분석하여, 상기 GPS 신호에 포함된 재밍신호를 검출하는 단계;
상기 GPS 신호로부터 재밍신호가 검출된 경우 상기 복수의 제2 타입 안테나들 중 연결되는 안테나를 순차적으로 변경하며, 각각의 제2 타입 안테나로부터 수신되는 GPS 신호에 포함된 재밍신호의 세기를 측정하는 단계; 및
상기 복수의 제2 타입 안테나들 중 상기 재밍신호의 세기가 가장 약한 제2 타입 안테나와 최종 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 수신 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 재밍신호를 검출하는 단계는,
상기 GPS 신호를 고속 푸리에 변환(FFT)하는 단계;
상기 고속 푸리에 변환(FFT) 한 스펙트럼의 잡음 레벨을 계산하는 단계; 및
상기 스펙트럼의 피크값과 상기 잡음 레벨을 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 수신 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 재밍신호를 검출하는 단계는,
상기 스펙트럼의 피크값이 상기 잡음 레벨 보다 큰 값을 갖는 경우에 해당 GPS 신호를 재밍신호로 판단하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 수신 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 재밍신호를 검출하는 단계는,
상기 복수의 제2 타입 안테나들 각각으로부터 수신되는 GPS 신호에 포함된 재밍신호의 종류를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 수신 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 재밍신호의 종류 및 세기 정보를 주변의 GPS 신호 수신 장치로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 수신 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 연결하는 단계 이후에, 상기 선택된 안테나를 통해 수신되는 GPS 신호를 두 개의 신호로 분배하는 단계를 포함하고,
상기 재밍신호를 검출하는 단계는, 분배된 상기 두 개의 신호 중 어느 하나의 신호를 분석하여 재밍신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 수신 방법.
청구항 15에 있어서,
분배된 상기 두 개의 신호 중 다른 하나의 신호를 시각 동기용 신호로 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 수신 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 제1 타입 안테나는 수신영역이 제한되지 않은 노출형 안테나이고,
상기 복수의 제2 타입 안테나들은 수신영역이 공간적으로 제한된 섹터형 안테나인 것을 특징으로 하는 GPS 신호 수신 방법.