KR101304366B1 - 위치 결정시 네비게이션 데이터를 프로세싱하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 위치 결정시 오경보의 프로세싱에 대한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 적어도 하나의 실시예는 위치 결정 프로세스에서 측정 오경보 확률을 추정 및 이용한다. 일 실시예에서, 추정된 측정 오경보 확률은 결정된 위치 솔루션의 신뢰도 또는 총체적으로 측정치의 세트의 신뢰도를 결정하기 위해 결합된다. 일 실시예에서, 추정된 측정 오경보 확률은 결함있는 측정치의 분리 및 제거에 사용된다. 예를 들어, 결점 측정치를 식별하기 위한 전통적인 기하학적 기반의 매트릭은 결함 있는 측정치를 결정하기 위해 측정 오경보 확률에 따라 가중된다.

Description

위치 결정시 네비게이션 데이터를 프로세싱하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING NAVIGATION DATA IN POSITION DETERMINATION}
본 발명은 위치 결정 시스템들에 관한 것이며, 보다 상세하게는 오경보(false alarm)들의 프로세싱에 관한 것이다.
본 출원은 출원번호가 60/447,506이고 출원일이 2003년 2월 14일인 미국 가출원 및 출원번호가 60/493,536이고 출원일이 2003년 8월 7일인 미국 가출원에 대한 우선권을 주장한다.
무선 셀룰러 네트워크(예를 들어, 셀룰러 전화기 네트워크)에서 위치를 결정하기 위해, 몇몇 기지국과, 셀룰러 전화기와 같은 이동 장치 사이에서 전송된 타이밍 정보의 사용에 기초하는 삼각 측량을 실행하는 몇몇 접근이 시도된다. 진보된 순방향 링크 삼변 측량(AFLT:Advanced Forward Link Trilateratiion) 또는 개선된 시간차 측위(Enhanced Observed Time Difference)로 일컬어지는 일 방식은 몇몇 기지국 각각으로부터 전송된 신호의 도착 시간을 이동 장치에서 측정한다. 이러한 시간은 위치 결정 엔티티(PDE)(예를 들어, 위치 결정 서버)로 전송되는데, 위치 결정 엔티티는 이러한 시간의 수신을 이용하여 이동 장치의 위치를 계산한다. 이러한 기지국에서의 전송 시간은 시간의 특정 순간에서 다수의 기지국과 관련된 시각들(times-of-day)은 특정 에러 한계 내에 있다. 기지국의 정확한 위치 및 수신 시간은 이동 장치의 위치를 결정하는데 사용된다.
도 1은 AFLT 시스템의 예를 나타내며, 여기서 셀룰러 기지국(101, 103, 및 105)으로부터의 신호의 수신 시간(TR1, TR2, 및 TR3)은 이동 셀룰러 전화기(111)에서 측정된다. 이러한 시간 데이터는 이동 장치의 위치를 계산하는데 사용될 수 있다. 이러한 계산은, 이동 장치에 의해 획득된 시간 정보가 통신 링크를 통해 위치 결정 서버에 전송된 경우, 이동 장치 그 자체 또는 위치 결정 서버에서 행해질 수도 있다. 통상적으로, 수신 시간은 셀룰러 기지국(예를 들어, 기지국(101, 또는 103, 또는 105)) 중 하나를 통해 위치 결정 서버(115)에 전달된다. 위치 결정 서버(115)는 이동 전화 교환국(113)을 통해 기지국으로부터 데이터를 수신하도록 결합된다. 위치 결정 서버는 기지국 알마낵(BSA) 서버를 포함할 수도 있는데, 이는 기지국의 위치 및/또는 기지국의 커버리지 영역을 제공한다. 대안적으로, 위치 결정 서버 및 BSA 서버는 서로로부터 분리될 수도 있으며; 위치 결정 서버는 위치 결정을 위해 기지국 알마낵(almanac)을 얻기 위해 기지국과 통신한다. 이동 전화 교환국(113)은 신호가 이동 전화기간에 그리고 이동 전화기와 다른 전화기(예를 들어, PSTS상의 유선 전화 또는 다른 이동 전화)간에 반송되도록 유선 전화 시스템 교환기 사이에서 신호(예를 들어, 음성 통신)를 제공한다. 소정의 경우, 위치 결정 서버는 셀룰러 링크에 의해 이동 전화 교환국과 또한 통신할 수도 있다. 위치 결정 서버는 이러한 송출의 상대적인 시간을 결정하기 위해 몇몇 기지국으로부터의 송출을 모니터링할 수도 있다.
도착 시간 차이(TDOA:Time Difference of Arrival)로 불리는 다른 방식의 경우, 이동 장치로부터의 신호 수신 시간들은 몇몇 기지국들에서 측정(예를 들어, 기지국(101, 103, 및 105)에서 취해진 측정치)된다. 도 1은 TR1, TR2 및 TR3의 화살표가 반전된 경우 여기에 해당한다. 그 다음에, 이러한 타이밍 데이터는 이동 장치의 위치를 계산하기 위해 위치 결정 서버로 전달된다.
위치 결정을 실행하기 위한 세 번째 방식은 미국식 위성 위치 확인(GPS) 시스템, 또는 러시아식 GLONASS 시스템 및 제안된 유럽식 갈릴레오 시스템과 같은 다른 위성 위치 확인 시스템(SPS), 또는 위성과 의사위성(pseudolite)의 결합용 수신기의 이동 장치에서의 사용을 포함한다. 의사위성은 지상 기반 송신기인데, 통상적으로 SPS 시간과 동기화된 L-대역 반송파 신호상으로 변조된 (GPS 신호와 유사한) PN 코드를 방송한다. 각각의 송신기는 원격 수신기에 의한 식별을 가능하게 하기 위해 고유의 PN 코드를 할당받을 수 있다. 의사위성은 터널, 광산, 빌딩 또는 다른 폐쇄된 구역과 같이, 괘도를 선회하는 위성으로부터의 SPS 신호가 이용불가능한 장소에 유용한다. 본 명세서에 사용된 "위성"이라는 용어는 의사위성 또는 의사위성의 균등물을 포함하고 있으며, 본 명세서에 사용된 GPS 신호라는 용어는 의사위성 또는 의사위성의 균등물로부터의 GPS형 신호를 포함한다. SPS 신호용 수신기를 사용하는 방법은 완전히 자율적이거나, 보조 데이터를 제공하기 위해 또는 위치 계산을 공유하기 위해 셀룰러 네트워크를 사용할 수도 있다. 요약하면, 이러한 다양한 방법을 "SPS"로 지칭한다. 이러한 방법의 예는 미국 특허 6,208,290; 5,874,914;5,945,944 및 5,812,087에 개시된다. 예를 들어, 미국 특허 5,945,944는 수신기의 위치를 결정하기 위해, 셀룰러 전화 전송 신호로부터 SPS 신호와 함께 사용되는 정확한 시간 정보를 얻기 위한 방법을 개시하며; 미국 특허 5,874,914는 수신기의 위치를 결정하기 위해 통신 링크를 통해 관측 위성에서의 도플러 주파수 편이를 수신기로 전송하는 방법을 개시하며; 미국 특허5,874,914는 수신기가 자신의 위치를 결정하는데 도움을 주기 위해 통신 링크를 통해 위성 알마낵 데이터(또는 궤도력 데이터)를 수신기로 전송하는 방법을 개시하며; 미국 특허5,874,914는 또는 SPS 신호 획득을 위해 수신기에서 기준 신호를 제공하도록 셀룰러 전화 시스템의 정밀한 반송 주파수 신호를 로킹하는 방법을 개시하며; 미국 특허6,208,290은 SPS 신호 프로세싱 시간을 감소시키기 위해 대략적인 도플러를 결정하도록 수신기의 대략적인 위치를 사용하는 방법을 개시하며; 미국 특허5,812,087은 수신기의 위치를 계산하기 위해 수신기에서 기록들 중 하나가 수신되는 시간을 결정하기 위해 상이한 엔티티에서 수신되는 위성 데이터 메시지의 다양한 기록들을 비교하는 방법을 개시한다. 실질적인 저비용의 실행에서, 이동 셀룰러 통신 수신기 및 SPS 수신기는 동일한 엔클로저에 통합되고 실제로 공통의 전자 회로를 공유할 수도 있다.
상기 방법들의 또다른 변형예에서, 왕복 전송 지연(RTD)은 기지국으로부터 이동 장치로 전송되고 다시 반송되는 신호들에 대해 얻어진다. 유사하게, 그러나 대안적인 방법에서, 왕복 전송 지연은 이동 장치로부터 기지국으로 전송되고 다시 반송된 신호들에 대해 얻어진다. 이러한 각각의 왕복 전송 지연은 일방향 시간 지연을 평가하기 위해 2로 나누어진다. 일방향 지연에 더하여 기지국의 위치에 대한 인식은 지구상의 궤도로 이동 장치의 위치를 제한시킨다. 개별 기지국으로부터의 상기한 두 측정치는 두 궤도의 교차를 초래하며, 이는 교대로 지구상의 두 포인트에 대한 위치를 제한한다. 제 3 측정치(도달각 또는 셀 섹터)는 불명료함을 해소한다.
SPS 시스템과 AFLT 또는 TDOA의 결합은 "하이브리드" 시스템으로 불리며, 여기서, 셀 기반 트랜시버의 위치는 적어도 i) 셀 기반 트랜시버와 통신 시스템 사이의 셀 기반 통신 신호에서 메시지의 이동 시간을 나타내는 시간 측정치, 및 ii) SPS 신호의 이동 시간을 나타내는 시간 측정치의 결합으로부터 결정된다.
고도 에이딩(aiding)은 이동 장치의 위치를 결정하는 다양한 방법에 사용된다. 고도 에이딩은 통상적으로 고도의 의사-측정에 기초한다. 이동 장치의 위치의 고도에 대한 인식은 지구의 중심에 위치한 중심을 갖는 구(또는 타원)의 표면에 대한 이동 장치의 가능한 위치를 제한한다. 이러한 인식은 이동 장치의 위치를 결정하는데 필요한 독립적 측정치의 수를 감소시키는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 미국 특허 6,061,018은 평가된 고도가 이동 장치와 함께 셀 사이트 송신기를 갖는 셀 사이트일 수도 있는 셀 대상물의 정보로부터 결정되는 방법을 개시한다.
최소 세트의 측정치가 이용가능한 경우, 네비게이션 수식에 대한 단일 솔루션은 이동국의 위치에 대해 결정될 수 있다. 하나 이상의 추가 장치가 사용가능한 경우, (예를 들어, 네비게이션 수식의 잔여 백터를 최소화하는 적어도 올바른 솔루션 절차를 통해) "최상의" 솔루션이 이용가능한 모든 측정치에 가장 적합하도록 얻어질 수도 있다. 측정치의 잡음 또는 에러로 인해 여분의 측정치가 있는 경우, 잔여 벡터가 통상적으로 0이 아니기 때문에, 무결성 모니터링 알고리즘은 모든 측정치가 서로와 일치하는지를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 통상의 수신기 자율 무결성 모니터링(RAIM) 알고리즘은 여분의 측정치의 세트에 일치 문제가 있는 경우를 검출하는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 하나의 RAIM 알고리즘은 네비게이션 수식에 대한 잔여 벡터의 크기가 임계값 미만인 지를 결정한다. 만일 잔여 벡터의 크기가 임계값보다 작으면, 측정치는 일치하는 것으로 판단된다. 만일 잔여 벡터의 크기가 임계값을 초과하는 경우, 무결성의 문제가 있으며, 이 경우, 가장 큰 불일치를 야기하는 것으로 나타난 여분의 측정치 중 하나가 개선된 솔루션을 얻기 위해 제거될 수도 있다.
위치 결정시 오경보(false alarm)의 프로세싱을 위한 방법 및 장치가 설명된다. 본 발명의 몇몇 실시예는 본 섹션에서 요약된다.
본 발명의 적어도 하나의 실시예는 위치 결정 프로세스에서 측정 오경보 확률을 추정하고 사용한다. 일 실시예에서, 추정된 측정 오경보 확률은 결정된 위치 솔루션의 신뢰도 또는 총체로서(as a collection) 측정치의 세트의 신뢰성을 결정하기 위해 결합된다. 일 실시예에서, 추정된 측정 오경보 확률은 결함있는 측정치의 격리 및 제거에 사용된다. 예를 들어, 결함있는 측정치를 식별하기 위한 통상의 기하학 기반 메트릭(metric)은 결함있는 측정치를 결정하기 위해 측정 오경보 확률에 따라 추가로 가중된다.
본 발명의 일 특징에서, 이동국에 대한 위치 결정의 방법은, 이동국에서 수신되는 위치 결정 신호로부터 이동국에 대한 위치 결정을 위해 제 1 측정치(예를 들어, GPS의 또는 기지국 신호의 도달 시간, 의사거리(pseudorange))를 결정하는 단계; 및 제 1 측정치에 대한 신호로부터 제 1 신뢰도 표시자를 결정하는 단계를 포함하며, 제 1 신뢰도 표시자는 제 1 측정치에 대한 측정 오경보 확률의 레벨을 나타낸다. 일례에서, 신뢰도 레벨은 측정치를 사용하여 (예를 들어, 이동국, 원격 서버에서) 이동국에 대해 계산되는 위치 솔루션이 잘못되지 않은 확률을 나타내는 제 1 신뢰도 표시자로부터 결정된다. 일례에서, 제 1 측정 및 제 1 신뢰도 표시자는 이동국의 위치 결정을 위해 원격 서버로 전송된다. 일례에서, 제 1 측정을 위해 신호로부터 결정된 하나 이상의 신호 품질 표시자는 이동국으로부터 원격 서버로 전송되며, 제 1 신뢰도 표시자는 하나 이상의 신호 품질 표시자를 사용하여 원격 서버에서 결정된다. 일례에서, 제 2 측정치는 이동국에서 수신되는 위치 결정 신호로부터 결정되며, 제 2 신뢰도 표시자는 제 2 측정치에 대한 측정 오경보 확률의 레벨을 나타내기 위해 제 2 측정치에 대한 위치 결정 신호로부터 결정되며, 위치 솔루션은 제 1 및 제 2 측정치를 사용하여 이동국에 대해 계산되며, 제 1 및 제 2 신뢰도 표시자는 위치 솔루션의 신뢰도를 결정하도록 결합된다. 일례에서, 측정치가 일치하지(consistent) 않을 경우, 제 1 및 제 2 측정치 중 하나는 제 1 및 제 2 신뢰도 표시자를 사용하여 위치 결정으로부터 제거된다. 일례에서, 제 1 신뢰도 표시자는 a) 상관 피크의 크기; b) 상관 피크의 폭; c) 신호 강도; d) 신호 대 잡음비; e) 신호 대 간섭비; f) 제 1 측정치의 결정을 위해 사용되는 상관 피크와 하나 이상의 후보 피크들과의 관계; 및 g) 제 1 측정치의 결정을 위한 신호들과 검출된 신호들과의 관계 중 적어도 하나로부터 결정된다.
본 발명의 일 특징에서, 이동국에 대한 위치 결정 방법은, 다수의 측정치들을 사용하여 계산되는 위치의 신뢰도를 결정하기 위해 다수의 측정 오경보 표시자들을 결합하는 단계를 포함하며, 다수의 측정 오경보 표시자들은 다수의 측정치들 각각에 대한 선험적인(a priori) 오경보 확률의 레벨을 나타낸다. 일례에서, 이동국에 대한 위치는 다수의 측정치들을 사용하여 계산되며, 다수의 특정 오경보 표시자들 각각은 2개보다 많은 레벨들 중 하나의 값(예를 들어, 0과 1 사이와 같은 범위 내의 수)이다. 일례에서, 다수의 측정 오경보 표시자들 중 하나는 하나 이상의 신호 품질 표시자(예를 들어, a) 상관 피크의 크기; b) 상관 피크 형태 표시자; c) 신호 강도: d) 신호 대 잡음비; 및 e) 신호 대 간섭비)로부터 결정된다.
본 발명의 일례에서, 이동국의 위치 결정 방법은, 다수의 측정치들이 일치하지 않는다는 결정에 응답하여 다수의 선험적 오경보 표시자들을 사용하여 위치 결정으로부터의 다수의 측정치들 중 하나를 제거하는 단계를 포함하며, 다수의 선험적 오경보 표시자들은 다수의 측정치들에 대해 각각 결정된다. 일례에서, 다수의 측정치들 중 제거되는 측정치는 다수의 선험적 오경보 표시자들을 비교함으로써 결정된다. 일례에서, 다수의 불일치 표시자들은 다수의 측정치들에 대하여 다수의 측정치들로부터 각각 결정되며; 다수의 측정치들 중 제거되는 측정치는 다수의 선험적 오경보 표시자들 각각에 따라 다수의 불일치 표시자들을 가중함으로써 결정된다. 일례에서, 다수의 측정치들 사이의 불일치 레벨이 임계값보다 큰지의 여부가 결정되며, 다수의 선험적 오경보 표시자들은 다수의 측정치들 각각의 결정을 위해 사용된 신호들로부터 결정된다.
본 발명은 이러한 방법을 수행하는 데이터 프로세싱 시스템, 및 데이터 프로세싱 시스템에 대해 실행될 때, 시스템이 이러한 방법을 실행하게 하는 컴퓨터 판독가능한 매체를 포함하여 이러한 방법을 실행한다.
본 발명의 다른 특징은 이하에 첨부된 도면 및 상세한 설명으로 명백해질 것이다.
본 발명은 예를 들어 설명되지만 이에 한정되지는 않으며, 도면에서 동일한 부호는 유사한 소자를 나타낸다.
도 1은 이동 셀룰러 장치의 위치를 결정하는 종래의 셀룰러 네트워크의 일례이다.
도 2는 본 발명에 사용될 수 있는 서버의 예이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동국의 블록도이다.
도 4는 본 발명에 사용될 수 있는 오경보 및 표준 측정에 대한 상이한 확률 분포(distribution)를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 사용될 수 있는 서로 근사한 두 측정치의 확률을 결정하는 방법을 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 두 측정이 오경보인 확률을 결정하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 수신기의 위치를 결정하는 방법을 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 이동국의 위치를 결정하는 상세한 발명을 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 이동국의 위치를 결정하는 또다른 상세한 방법을 도시한다.
이하의 설명 및 도면은 본 발명의 예시이며 본 발명을 한정하는 것으로 해석되는 것이 아니다. 다수의 구체적인 세부사항들이 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해 설명된다. 그러나, 소정의 예에서, 공지되거나 통상적인 설명은 본 발명의 설명에 있어서 모호함을 배제하기 위해 설명되지 않는다. 본 발명의 상세한 설명에서 하나 또는 일 실시예에 대한 참조들이 반드시 동일한 실시예에 대하여 필요한 것은 아니며, 이러한 참조들은 적어도 하나를 의미한다.
본 발명의 적어도 하나의 실시예는 위치 결정 프로세스에서 측정 오경보 확률들을 평가하고 사용하는 것에 관한 것이다.
이동국 또는 다른 장치의 위치 결정시, 위치 계산은 통상적으로 거리, 의사거리, 왕복 전송 지연 및 개별 기준 포인트와 관련된 것들(예를 들어 GPS 위성, 의사위성, 기지국, 지구 표면 등)과 같은 다수의 기하학적으로 개별적인 측정치를 사용한다. 얻어진 측정치는 사실, 오경보일 수 있으며 이는 통상 엉뚱한 신호가 측정치의 결정을 위해 잘못 식별되도록 불량한 신호 상태(condition)에 의해 야기될 수 있다.
오경보를 발생시키는 많은 조건이 있다. 예를 들어, GPS 신호를 획득시, 의사 난수 잡음 코드를 갖는 로컬 기준 신호는 수신되는 GPS 신호와 상관된다. 상관 출력은 로컬 기준 신호와 동일한 의사 난수 잡음 코드의 GPS 신호의 시간이 부합할 경우 피크에 도달한다. 이어, 의사거리가 기준 의사거리 잡음 코드의 시간으로부터 결정된다. 신호 강도가 낮은 경우, 상관 출력에서 잡음 스파이크(예를 들어, 온도 잡음)는 오경보를 일으키는 측정치로서 선택된다. 통상적으로 임계값을 초과하는 상관 피크는 의사거리의 결정을 위해 선택된다. 임계값은 통상적으로 피크가 임계값을 초과할 경우 오경보의 확률이 특정 값 미만이 되도록 설계된다. 오경보 확률을 감소시키기 위해, 높은 임계값이 사용될 수도 있다. 그러나, 임계값 미만의 상관 피크가 무시되기 때문에, 높은 임계값은 신호 강도가 약한 경우 측정 유효성을 감소시킨다.
신호 간섭은 또한 오경보를 초래할 수 있다. 예를 들어, 로컬 기준 신호는 상이한 의사 난수 잡음 코드의 강한 GPS 신호와 상호 상관할 수도 있다. 상이한 의사 난수 잡음 코드를 갖는 신호의 상관 출력은 통상적으로 작은 상관 피크를 갖는다. 획득될 GPS 신호가 상대적으로 약한 동안 상호 상관된 GPS 신호가 강할 경우, 이러한 상관 피크들은 임계값을 초과할 수 있으며, 오경보를 발생시킨다. 유사하게, 동일한 의사 난수 잡음 코드를 갖는 GPS 신호가 매우 강할 경우, 자기 상관에서 다수의 상이한 시간차로 발생된 작은 상관 피크들은 또한 임계치를 초과할 수 있으며, 오경보를 발생시킨다. 검출된 다른 GPS 신호를 사용하여 얻어진 측정치에 대해 사용된 GPS 신호의 관계는 상호 상관으로 인한 오경보의 확률을 평가하는데 사용될 수 있다.
다중 경로 신호가 또한 오경보를 발생시킬 수 있다. 상이한 경로를 통한 GPS 신호의 반사는 추가의 지연을 초래한다. 몇몇 경우, 우회하는 GPS 신호는 직행하는 GPS 신호보다 더 강할 수도 있다. 따라서, 직행하는 GPS 신호가 약할 경우, 다중 경로 신호는 측정치의 결정을 위해 사용될 수도 있다. 다중 경로 신호가 직행 신호보다 늦게 도달하므로, 하나 이상의 후보 피크를 갖는 얻어진 측정치의 결정에 대해 사용된 상관 피크의 관계는 오경보의 확률의 평가에서 사용될 수 있다. 더욱이, 다중 경로 신호는 상관 피크의 형태(예를 들어, 상관의 폭)를 변형시킬 수도 있다. 따라서, 상관 피크의 형태의 측정은 오경보 확률의 결정에서 신호 품질 표시자로서 사용될 수 있다.
더욱이, 몇몇 다른 신호 소스(예를 들어, 재머 또는 통신 신호)로부터의 간섭은 오경보를 발생시킬 수도 있다. 따라서, 다수의 신호 품질 표시자(예를 들어, 상관 피크 크기, 신호 대 잡음비, 신호 대 간섭비, 신호 강도, 후보 피크를 갖는 상관 피크의 관계, 검출된 신호를 갖는 측정치에 대한 신호의 관계 등)는 본 발명의 실시예들에 따라 오경보 확률의 결정을 위해 사용될 수 있다. 종래 수신기의 설계에서, 임계값들을 만족하는 획득된 측정치가 목표 값보다 작은 오경보 확률을 갖도록, 신호 품질 표시자들 중 일부가 임계값(예를 들어, 상관 출력 임계값)의 결정에 사용되었다. 본 발명의 일 실시예에서, 다수의 상이한 레벨들의 임계값이 개별적인 측정치들에 대한 오경보 확률을 평가하는데 이용된다. 상이한 기준 포인트들(예를 들어, 상이한 GPS 위성들 또는 기지국들)과 관련되는 기하학적으로 상이한 측정치를 결합하지 않고 이러한 선험적 오경보 확률들이 추정된다. 이러한 선험적 오경보 확률들은 상이하고 개별적인 기하학적 측정치들 사이의 일관성이 아니라, 통계적 데이터에 기초한다. 본 발명의 일 실시예에서, 오경보 확률들의 이산 레벨들을 추정하기 위해 상이한 레벨들의 임계값들이 사용된다. 일 실시예에서, 측정된 신호 품질 표시자들에 기초하여 (예를 들어, 실험식을 이용하여) 오경보 확률을 결정하기 위해 보간법이 사용된다. 오경보 확률들 및 신호 품질 표시자들 사이의 관계는 통계적 데이터 수집, 수치 모델링, 수치 시뮬레이션, 분석적 해석 등과 같은 공지된 다양한 접근법들로부터 획득될 수 있다.
범위 정보(예를 들어, 의사거리) 외에도 다른 종류의 측정치들이 오경보일 수도 있다. 예를 들어, 기지국의 아이덴티티(identity)가 기지국 검색 동작으로부터의 에러일 수도 있다. 어떤 기지국들은 동일한 식별 문자열을 갖는다. 따라서 기지국이 잘못 식별될 가능성이 있다. 일반적으로, 기지국 검색은 그 판단이 정확할 확률을 이용한다. 이러한 확률이 본 발명의 실시예에 사용될 수도 있다.
종래의 시스템에서, 측정치들은 개별적으로 위치 결정 계산에 측정치들을 사용하기 위해 측정치들이 오경보일 가능성이 충분히 작도록 신뢰도의 최소 임계값을 만족시킬 필요가 있다. 측정치들이 신뢰도 임계값을 만족시키지 않으면, 측정치는 오경보로서 폐기된다(또는, 예를 들어 상관 피크가 임계값 이하이면 측정치는 전혀 얻어지지 않는다). 따라서 종래의 시스템은 측정치가 엄밀한 신뢰도 임계값을 만족시키는 경우에만 위치 계산에 측정치를 사용한다.
적어도 본 발명의 일 실시예는 보다 완벽한 접근법을 이용하여 네비게이션 솔루션에 있어서 다양한 정도의 측정 신뢰도를 추정 및 사용한다. 위치 계산 스테이지에서 개별 측정치들의 오경보 확률(또는, 역으로 측정치 확률)이 추정 및 사용되어 위치 자체가 오류일 확률을 결정한다. 일 실시예에서, 오경보 확률의 추정치는 측정치 및 최종 위치 계산에 대해 모두 0 또는 1 사이의 값으로 표현된다. 일 실시예에서, 측정치 오경보 확률의 추정은 측정치의 소스(예를 들어, SPS 수신기)에서 행해지고 위치 결정에 대한 관련 측정치들과 함께 원격 서버에 전송된다. 서버는 위치 결정에 값을 이용하기 전에 오경보 확률 추정치를 (예를 들어, 서버에서 이용할 수 있는 정보를 이용하여) 정제한다.
일반적으로, 오경보 측정치 및 대응하는 비-오경보 측정치는 매우 다른 확률 분포를 갖는다. 파라미터의 측정치가 오경보가 아니면, 측정치는 일반적으로 (예를 들어 가우시안 분포에 따라) 파라미터의 참값(true value) 근처의 작은 범위에 집중된 확률 분포를 갖는다. 그러나 측정치가 오경보이면, 측정치는 일반적으로 측정되는 파라미터의 참값 주위의 넓은 범위에 걸친 확률 분포(예를 들어, 비교적 균일한 분포)를 갖는다.
도 4는 본 발명에서 이용될 수 있는 오경보 및 정상 측정치에 대한 서로 다른 확률 분포의 예를 나타낸다. 도 4에서 곡선(401)은 측정치가 오경보인 경우의 측정치(예를 들어, 의사거리) 분포를 나타낸다. 오경보 측정치는 넓은 범위(D1;411) 내에 분포된다. 곡선(403)은 측정치가 오경보가 아닐 때의 측정치 분포를 나타낸다. 오경보가 아닌 측정치의 분포는 작은 범위(D2;413)에 집중된다. 본 발명의 일 실시예는 오경보 측정치 및 비-오경보 측정치의 별개의 분포 패턴들을 이용하여 얻어진 측정치들간 관계를 고려하여 오경보 확률을 결정한다.
예를 들어, 측정치 오경보 확률에 대한 임계값이 0.001일 때, 제 1 측정치에 대한 0.01 및 제 2 측정치에 대한 0.02의 오경보 확률은 임계값보다 훨씬 더 나쁘다. 그러나 제 1 측정치가 제 2 측정치와 부합(agree)하면, 제 1 및 제 2 측정치는 하나의 측정치로 결합될 수 있으며, 이는 제 1 및 제 2 측정치 모두 오경보일 때만 오경보가 된다. 따라서 제 1 및 제 2 측정치가 서로 독립적이면, 결합된 측정치의 오경보 확률은 0.01×0.02 = 0.0002이며, 이는 0.001의 임계값보다 훨씬 양호하다. 따라서 이러한 낮은 신뢰도의 결합된 측정치들이 서로 부합하면 솔루션의 신뢰도 절충 없이 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명에 사용될 수 있는 서로 근접한 2개의 측정치들의 확률을 결정하기 위한 방법을 설명한다. 설명을 위해, 2개의 측정치들 모두는 범위(D;507) 내에서 동일한 균일 분포를 갖는다고 가정한다. 제 1 측정치가 xp 지점(505)에 있을 때, 제 2 측정치가 제 1 측정치에 대해 거리(d) 이내에 있으면 제 2 측정치는 범위(509) 내에 있어야 한다. 따라서 제 1 및 제 2 측정치의 확률 분포로부터, 2개의 측정치가 d의 거리 이내에 있을 확률을 얻을 수 있다. 도 5가 2개의 측정치들이 동일한 균일 분포를 갖는 상황을 도시하더라도, 이러한 설명으로부터 당업자들은 이러한 확률이 동일 분포 또는 상이한 분포의 2개의 측정치에 대해 결정될 수 있음을 이해할 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 2개의 측정치가 오경보일 확률을 결정하기 위한 방법을 설명한다. 오경보 분포 및 비-오경보 분포(예를 들어, 도 4에서 곡선(401, 403))로부터, 도 5에서 설명한 바와 같이 두 측정치가 d의 거리 이내에 있을 확률을 각각 결정할 수 있다. 예를 들어, 곡선(601)은 2개의 오경보 측정치가 소정 거리(d) 이내에 있을 확률을 나타내고, 곡선(603)은 2개의 비-오경보 측정치가 소정 거리(d) 이내에 있을 확률을 나타낸다. 그리하여, 작은 거리(dT)에 대해 2개의 오경보 측정치가 dT(지점(611))에 있을 확률과 2개의 비-오경보 측정치가 dT에 있을 확률 사이에 큰 차이가 있다. 따라서 획득된 2개의 측정치가 작은 거리 이내에 있으면 2개의 측정치는 비-오경보 측정치일 가능성이 크고, 획득된 2개의 측정치가 큰 거리만큼 떨어져 있으면 2개의 측정치 중 적어도 하나는 오경보일 가능성이 크다.
예를 들어, 1) 제 1 측정치 및 제 2 측정치 모두가 오경보들이 아니라면 [-1, 1] 내에서 결정되고 오경보들이라면 [-1000, 1000] 내에서 결정되는 경우, 및 2) 제 1 및 제 2 측정치 모두가 0.2의 오경보 확률을 가지는 경우에, 이들 두 측정치는 완전히 우연적으로(sheer lucky) 오경보로서 아주 정확히 정렬될 가능성은 매우 낮다. 따라서 이들 두 측정치는 오경보가 아닐 가능성이 더 크다. 그러나 제 1 및 제 2 측정치 모두 [-1000, 1000] 내에서 0.2의 동일한 오경보 확률을 갖지만 제 1 측정치는 [-1, 1] 이내로 결정되고 제 2 측정치는 [9, 11] 이내로 결정되면, 두 측정치들은 크게 오정렬되기 때문에 두 측정치들 모두가 비-오경보들일 가능성은 매우 낮다.
본 발명의 일 실시예에서, 두 측정치들이 소정 거리(d) 이내에 있는 것으로 결정될 때 두 측정치가 오경보 측정치일 확률은 각각의 측정치가 오경보일 확률, 측정치들이 오경보인 경우 측정치들이 거리(d) 이내에 있을 확률, 및 측정치들이 비-오경보인 경우 측정치들이 거리(d) 이내에 있을 확률로부터 결정(또는 추정)된다. 예를 들어, Cd는 두 측정치가 거리(d) 내에 있는 것을 나타내고, F는 두 측정치가 오경보인 것을 나타내고, N은 두 측정치 중 적어도 하나가 오경보가 아닌 것을 나타낸다고 하면, 다음 식을 이용할 수 있다.
P(F|Cd)/P(N|Cd) = [P(C|F)P(F)]/[P(C|N)P(N)]
P(C|F)는 두 측정치가 오경보일 때 두 측정치가 거리(d) 내에 있을 확률이고, P(C|N)는 두 측정치가 비-오경보일 때 두 측정치가 거리(d) 내에 있을 확률이고, P(F) 및 P(N)는 각각 두 측정치가 오경보일 확률 및 오경보가 아닌 확률이며, P(F|Cd), P(N|Cd)는 두 측정치가 거리(d)에 있을 때 두 측정치가 오경보일 확률 및 오경보가 아닐 확률이다. P(F), P(N), P(F｜Cd) 및 P(N｜Cd)은 각각 추정된 선험적 측정 오경보 확률들 및 오경보 측정치들과 비-오경보 측정치들의 분포들로부터 결정된다. 상기 설명으로부터, 개별 측정치들에 대한 오경보 확률들, 개별 측정치들 및 오경보들 또는 비-오경보들로서의 측정치들에 대한 확률 분포간의 관계가 오경보인 솔루션의 이후의 확률을 계산하는데 사용될 수 있음이 당업자에게 인식될 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 측정의 신뢰도에 대한 임계값이 감소되며 그 결과 덜 신뢰가능한 측정치들이 위치 결정에 사용된다. 이것은 위치 측정 솔루션의 최종 신뢰도를 절충하지 않고 감도를 개선할 수 있다. 예를 들어, 높은 측정 신뢰도의 임계값이 사용될 때, 일부의 위치를 결정하는데 불충분하지만, 사용가능한 3개의 측정치들이 제공될 수 있다. 그러나, 임계값이 약간 낮아지면, 추가로 둘 또는 그 이상의 측정치들이 이용가능할 수 있다. 추가 측정치들의 오경보 확률들 및 측정치들의 관계(예를 들면, 3개의 높은 신뢰도의 측정치들과 낮은 신뢰도의 측정치들 중 하나를 사용하여 획득된 위치 솔루션 및 3개의 높은 신뢰도의 측정치들과 낮은 신뢰도 측정치들 중 또다른 하나를 사용하여 획득된 또다른 위치 솔루션간의 거리와 같이, 측정치들간의 접근성의 측정과 같은)를 사용함으로써, 측정치들간의 관계가 오경보들로서 측정치들의 이후의 확률을 일정 레벨로 개선하여 최종 솔루션의 신뢰도가 절충되지 않도록 하는지의 여부에 대하여 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 측정치의 선험적인 오경보 확률들은 무결성의 검사가 수행되기 전에 결정되고, 잘못된 측정치를 식별하는데 사용된다. 예를 들어, 무결성의 문제점이 검출되면(예를 들어, 종래의 RAIM/SMO 방법을 사용하여), 종래의 방법은 여분(redundant) 측정치들에 기초하여 오류 측정치를 식별하는데 사용될 수 있다. 오경보 확률들의 측정치에 대하여 더 낮은 임계값이 사용되면, 더 많은 여분 측정치들을 보유할 수 있는 기회가 증가된다. 또한, 본 발명의 일 실시에서, 측정치들의 선험적인 오경보 확률들은 오류 측정치를 식별하는데 사용된다. 본 발명의 일 실시예에서, 오류 측정치(예를 들면, 기하학 기반의 메트릭)를 결정하기 위한 종래의 측정치는 선험적인 오경보 확률들과 결합되어 오류 측정치를 식별하기 위한 표시자를 결정한다. 예를 들어, 종래의 측정치는 선험적인 오경보 확률들에 의해 가중되어 오류 측정치를 결정한다. 기하학 기반 메트릭 및 선험적인 오경보 확률 표시자들 모두가 확률들로 표현되면, 상기 확률들은 결합되어(예를 들면, 곱해져서) 표시자를 발생하고, 최악의 표시자를 가지는 측정치는 제거된다. 대안적으로, 종래에 측정치들 중 하나에 대한 메트릭이 임계값보다 불량한 경우에 오류 측정치를 식별하는데 임계값이 사용될 수 있지만, 종래의 방법이 오류 측정치를 식별하는데 실패하면(예를 들어, 모든 값들이 임계값 미만이면), 오류 측정치는 선험적인 오경보 확률들에 따라 식별된다. 상기 설명으로부터, 오류 측정치들을 식별 및 제거하는데 측정치의 선험적인 오경보 확률들을 사용하는 방법들의 다양한 결합 및 변경들이 사용될 있음은 당업자에게 명백할 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 무결성의 문제점이 검출되지 않는 경우에도(예를 들어, 종래의 RAIM 방법에 의해), 측정치의 개별 신뢰도 값들, 기하학 및 내부적인 일관성이 결합되어 최종 솔루션이 가우시안 에러 추정치를 결정하거나 오경보 위치 리포트가 되는 가능성을 결정한다. 계산되는 위치의 오경보 확률이 너무 낮으면, 계산되는 위치가 최종 사용자에게 보고될 수 있다. 대안적으로, 계산되는 위치는 신뢰도 표시자(예를 들어, 위치 솔루션의 신뢰도 레벨과는 관계없는)와 함께 최종 사용자에게 보고될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 수신기의 위치를 결정하는 방법을 도시한다. 동작(701)은 수신기에서 측정치(예를 들면, 의사거리, 왕복 전송 시간, 기지국의 식별자와 같은) 및 수신기에서 수신되는 신호들로부터의 측정치에 대한 오경보 확률 표시자를 결정한다. 본 발명의 일 실시예에서, 각각의 개별 측정치는 수신되는 신호들(예를 들면, 상관 피크의 크기, 상관 피크 형태/폭, 신호 강도, 신호 대 잡음 비, 신호 대 간섭 비, 피크 비율과 같은, 측정치를 결정하는데 사용되는 상관 피크와 다른 후보 피크들과의 관계, 피크 간격 및 측정치를 결정하기 위한 GPS 신호와 다른 검출된 GPS 신호들의 관계와 같은)에 기초하여 결정된 연관된 오경보 확률을 갖는다. 본 발명의 일 실시예에서, 오경보 확률 표시자는 미리 결정된 개수의 레벨들 중 하나의 레벨에서의 측정치의 신뢰도를 보여준다. 일 실시예에서, 오경보 확률 표시자는 범위 [0,1]내의 하나의 숫자이다. 본 발명의 일 실시예에서, 수신기는 미리결정된 공식(예를 들면, 통계적인 데이터에 기초한 선험적 공식, 또는 계산적인/분석적인 확률 분석에 기초한 공식과 같은)을 사용하여 신호 품질 표시자들(예를 들어, 상관 피크의 크기, 상관 피크 폭, 신호 강도, 신호 대 잡음 비, 신호 대 간섭 비, 다른 후보 피크들과의 관계 및 검출된 다른 GPS 신호들과의 관계와 같은)에 기초하여 오경보 확률 표시자를 결정한다. 대안적으로, 수신기는 하나 또는 그 이상의 신호 품질 표시자들을 원격 서버로 전송하여 신호 품질 표시자들에 기초하여 측정치에 대한 오경보 확률을 결정 및/또는 개선한다. 동작(703)은 측정치와 오경보 확률 표시자를 사용하여 수신기의 위치를 결정한다. 본 발명의 일 실시예에서, 오경보 확률 표시자는 측정치(또는 하나의 세트로서의 잔여 측정치들의 신뢰도)에 기초하는 위치 솔루션의 신뢰도를 결정하는데 사용된다. 본 발명의 또다른 실시예에서, 오경보 확률 표시자는 무결성의 문제가 검출될 때(예를 들면, 위치를 결정하는데 사용되는 측정치들 사이에서 불일치가 발생될 때) 오류 측정치를 선택하는데 사용된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서, 오경보가 발생하는 범위가 결정된다. 서로 다른 오경보 소스들은 서로 다른 범위들에 상이하게 분포될 수 있고, 원격 서버에서 결정되거나 개선될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 특정 형태의 오경보 조건에 대한 위험은 오경보 분포를 더 잘 식별하기 위해 확인되며, 이는 측정치들의 일치성을 테스트하는데, 즉, 낮은 신뢰도의 측정치들의 정렬이 일치하는지를 결정하는데 사용된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동국의 위치를 결정하기 위한 방법을 도시한다. 동작(801)은 이동국에서 제 1 측정치(예를 들면, 의사거리, 왕복 전송 시간, 기지국의 식별자와 같은) 및 이동국에서 수신되는 신호들로부터의 제 1 측정치에 대한 제 1 오경보 확률 표시자를 결정한다. 동작(803)은 이동국에서 제 2 측정치(예를 들면, 의사거리, 왕복 전송 시간, 기지국의 식별자와 같은) 및 이동국에서 수신되는 신호들로부터의 제 2 측정치에 대한 제 2 오경보 확률 표시자를 결정한다. 동작(805)은 상기 제 1 및 제 2 측정치들 및 상기 제 1 및 제 2 오경보 확률 표시자들은 이동국으로부터 원격 서버로 전송한다. 동작(807)은 원격 서버에서 상기 제 1 및 제 2 측정치들을 사용하여 이동국의 위치를 결정한다. 동작(809)은 상기 제 1 및 제 2 오경보 확률 표시자들을 사용하여 위치가 적절한지의 여부를 결정한다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 오경보 확률 표시자들은 위치 솔루션의 신뢰도를 결정하기 위해 결합된다. 만약 동작(811)이 측정치들이 일치하지 않는다고 결정하면, 여분 측정치들은 독립적인 무결성 모니터링에 사용가능한 경우에 동작은 제 1 및 제 2 오경보 확률 표시자들을 사용하여 오류 측정치를 제거한다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 오경보 확률 표시자들은 제 1 및 제 2 측정치들 중 어느것이 오류인지를 결정하는데 사용된다. 예를 들어, 종래의 제 1 및 제 2 측정치들에 대한 불일치 표시자들은 오류 측정치를 식별 및 제거할 때 제 1 및 제 2 오경보 확률 표시자들에 따라 개별적으로 가중된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동국의 위치를 결정하기 위한 또다른 방법을 도시한다. 동작(901)은 이동국에서 수신되는 신호들로부터의 다수의 측정치들을(예를 들면, 의사거리, 왕복 전송 시간, 기지국의 식별자와 같은) 이동국에서 결정한다. 동작(903)은 이동국에서 수신되는 신호들로부터의 복수의 측정치들 중 제1 측정치에 대한 제1 오경보 확률 표시자를 이동국에서 결정한다. 동작(905)은 이동국으로부터 원격 서버로 상기 복수의 측정치들 및 상기 제1 오경보 확률 표시자를 전송한다. 동작(907)은 원격 서버에서 가용한 정보를 사용하여 상기 제1 오경보 확률 표시자로부터의 복수의 측정치들 중 제1 측정치에 대한 제2 오경보 확률 표시자를 원격 서버에서 결정한다. 예를 들어, 서버는 수신기에 의해 제공되는 표시자들의 함수로서 오경보들에 대한 통계적 데이터를 유지하고, 이는 측정치 오경보들의 확률을 정제(refine)하는데 사용될 수 있다. 또한, 서버는 위치 결정 서비스 기간 동안 수집된 개선된 통계 데이터 기반 정보를 축적할 수 있다. 동작(909)은 원격 서버에서 제1 및 제2 측정치들로부터 이동국의 위치를 결정한다. 동작(911)은 원격 서버에서 제2 오경보 확률 표시자를 사용하여 위치에 오류가 있는지 여부에 대한 확률을 결정한다. 또한, 여분 측정치들이 일치하면, 제2 오경보 확률 표시자가 오류 측정치를 제거하는데 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 방법은 개선된 신뢰성을 제공한다. 가장 오경보일 확률이 높은 측정치는 보다 신뢰성 있게 선택될 수 있다. 특정 매트릭이 선험적 오경보 확률 표시자들에 기반하여 솔루션의 신뢰도를 표시하기 위해서 솔루션에 제공된다. 또한 본 발명의 방법은 개선된 감도 및 가용성을 제공한다. 더욱 낮은 임계값들이 개별 측정치들에 대해 사용되어 위치 결정에 대한 최소수의 측정치 또는 그 이상의 측정치들을 갖는 확률이 증가된다. 더욱 낮은 신뢰도 측정치들의 결합이 높은 신뢰도의 최종 솔루션을 갖도록 하기 위해서 결정될 수 있기 때문에, 이는 GPS 및 AFLT 측정치들의 보다 큰 가용성 및 더욱 빈번하게 정확한 솔루션을 제공하게 된다. 본 발명의 실시예들은 선택된 신호들의 특성들을 검사함으로써 이동국에서 주어진 측정치의 오경보 확률을 추정하는 처리를 포함한다. 이러한 특징들은 신호 강도, 상관 피크 형상, 다른 후보 피크들과의 관계, 및 탐지된 다른 GPS 신호들과의 관계를 포함한다.
도2는 본 발명의 다양한 실시예들에서 사용될 수 있는 데이터 처리 시스템의 예를 보여주는 도이다. 예를 들어, 미국 특허 번호 5,841,396호에 제시된 바와 같이, 서버(201)는 도플러 또는 다른 위성 보조 데이터와 같은 보조 데이터를 이동국의 GPS 수신기에 제공한다. 이에 부가하여, 또는 대안적으로 위치 결정 서버가 이동국 대신 최종 위치 계산을 수행하고(의사거리 또는 의사거리가 이동국으로부터 결정될 수 있는 다른 데이터를 수신한 후에), 그리고 나서 이러한 위치 결정 결과를 기지국 또는 다른 시스템으로 제공할 수 있다. 위치 결정 서버로서 데이터 처리 시스템은 일반적으로 모뎀 또는 네트워크 인터페이스와 같은 통신 장치들(212)을 포함한다. 위치 결정 서버는 통신 장치(212)(예를 들면, 모뎀 또는 다른 네트워크 인터페이스)를 통해 다수의 다른 네트워크들과 연결된다. 이러한 네트워크들은 셀룰러 교환 센터 또는 다수의 셀룰러 교환 센터들(225), 지상 기반 전화 시스템 스위치들(223), 셀룰러 기지국(도2에서 미도시), 다른 GPS 신호 수신기들(227), 또는 다른 프로세서 또는 위치 결정 서버들(221)을 포함한다.
다수의 셀룰러 기지국들은 무선 커버리지들을 갖는 지리적 영역을 커버하도록 배열되고, 이러한 상이한 기지국들은 적어도 하나의 이동 전화 교환국과 연결되며, 이는 공지되어 있다(도1 참조). 따라서, 다수의 기지국들은 지리적으로 분산되지만, 이동 전화 교환국에 의해 연결된다. 네트워크(220)는 기준 GPS 수신기 네트워크에 연결되고, 기준 GPS 수신기들은 상이한 GPS 정보를 제공하며 또한 이동 시스템들의 위치를 계산하는데 사용하기 위해 GPS 궤도력을 제공할 수 있다. 이러한 네트워크는 모뎀 또는 다른 통신 인터페이스를 통해 프로세서(203)에 연결된다. 네트워크(220)는 다른 컴퓨터 또는 네트워크 컴포넌트들에 연결될 수 있다. 또한 네트워크(220)는 911 전화에 응답하는 공중 안전 서비스 포인트들과 같은 응급 운영자들에 의해 운영되는 컴퓨터 시스템에 연결될 수 있다. 위치 결정 서버를 사용하는 방법의 다양한 예들은 미국 특허 5,841,396, 5,847,914, 5,812,087 및 6,215,442 를 포함하여 다양한 미국 특허들에 제시되어 있다.
데이터 처리 시스템 형태의 위치 결정 서버(201)는 마이크로프로세서(203), ROM(207), 휘발성 RAM(205), 및 비휘발성 메모리에 연결되는 버스(202)를 포함한다. 프로세서(203)는 도2의 예에서 제시된 바와 같이 캐시 메모리(204)에 연결된다. 버스(202)는 이러한 다양한 컴포넌트들을 함께 상호 연결한다. 도2는 비휘발성 메모리가 데이터 처리 시스템의 나머지 컴포넌트들에 직접 연결되는 로컬 장치인 것으로 제시되지만, 모뎀 또는 이더넷 인터페이스와 같은 네트워크 인터페이스를 통해 데이터 처리 시스템에 연결되는 네트워크 저장 장치와 같이, 시스템으로부터 이격된 비휘발성 메모리를 본원발명이 사용할 수 있음을 당업자는 잘 이해할 수 있을 것이다. 버스(202)는 다양한 브릿지들을 통해 연결되는 하나 이상의 버스들, 제어기들 및/또는 어댑터들을 포함할 수 있다. 많은 상황에서, 위치 결정 서버는 이러한 동작을 인간의 개입없이 자동으로 수행할 수 있다. 인간의 상호작용이 요구되는 일부 설계에서, I/O 제어기(209)는 디스플레이, 키보드, 및 다른 I/O 장치들과 통신한다.
도2는 데이터 처리 시스템의 다양한 컴포넌트들을 보여주지만, 이는 컴포넌트들의 상호연결에 대한 특정 구조 및 방식을 보여주는 것이고, 그 상세한 내용은 본 발명과 관련되지 않는다. 네트워크 컴퓨터들 및 더욱 적은 컴포넌트 또는 더욱 많은 컴포넌트들을 갖는 다른 데이터 처리 시스템들이 본 발명에서 사용될 수 있고, 이는 위치 결정 서버 또는 PDE 로서 동작할 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 발명의 방법들은 셀룰러 스위칭, 메시지 서비스 등과 같은 다른 기능들을 위해 동시에 사용될 수 있는 컴퓨터 시스템들에서 수행될 수 있다. 이 경우, 도2의 하드웨어의 일부 또는 전부는 수개의 기능들을 위해 공유될 것이다.
이러한 기재로부터, 본 발명의 양상들은 적어도 부분적으로 소프트웨어로 구현될 수 있음이 명백하다. 즉, 본 기술들은 컴퓨터 시스템 또는 ROM(207), 휘발성 RAM(205), 비휘발성 메모리(206), 캐시(204) 또는 원격 저장 장치에 포함된 명령들 시퀀스들을 실행하는 프로세서에 응답하는 다른 처리 시스템에서 수행될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 하드웨어 내장 회로가 본 발명을 구현하기 위한 소프트웨어 명령들과 결합하여 사용될 수 있다. 따라서, 본 기술은 임의의 하드웨어 회로 및 소프트웨어의 특정 결합으로 제한되지 않으며, 또한 데이터 처리 시스템에 의해 실행되는 명령들에 대한 임의의 특정 소스에 한정되지 않는다. 또한, 본 명세서 전반에 걸쳐서, 다양한 기능들 및 동작들이 설명의 단순화를 위해 소프트웨어 코드에 의해 수행 또는 이뤄지는 것으로 제시된다. 하지만, 당업자는 이러한 설명에서 의미하는 것은 이러한 가능들이 프로세서(203)와 같은 프로세서에 의한 코드 실행으로부터 기인함을 잘 이해할 것이다.
기계 판독가능한 매체는 소프트웨어 및 데이터에 의해 실행될 때 본 발명의 다양한 방법들을 시스템이 실행하도록 하는 데이터를 저장하는데 사용될 수 있다. 이러한 실행가능한 소프트웨어 및 데이터는 도2에 제시된 ROM(207), 휘발성 RAM(205), 비-휘발성 메모리(206) 및/또는 캐시(204)를 포함하는 다양한 위치들에서 저장될 수 있다. 이러한 소프트웨어 및/또는 데이터 부분들은 이러한 저장장치들 중 임의의 저장장치에 저장될 수 있다.
따라서, 기계 판독가능한 매체는 기계(예를 들면, 컴퓨터, 네트워크 장치, 개인 휴대 단말기, 제조 도구, 하나 이상의 프로세서들의 세트를 구비한 장치 등)에 의해 접속가능한 형태로 정보를 제공(즉, 저장 및/또는 전송)한다. 예를 들어, 기계 판독가능한 매체는 전기, 광학, 음향 또는 전파되는 신호들(예를 들면, 캐리어 파형, 적외선 신호, 디지털 신호 등)의 다른 형태들뿐만 아니라 기록가능/비-기록가능 매체(예를 들면 판독 전용 메모리(ROM)); 랜덤 액세스 메모리(RAM); 자기 디스크 저장 매체; 플래시 메모리 장치 등)를 포함한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동국을 나타내는 블록도이다. 이동국은 휴대용 수신기를 포함하고, 휴대용 수신기는 본 발명의 실시예에서 사용하기 위한 GPS 수신기를 통신 트랜시버에 결합한다. 결합된 이동 유닛(310)은 통신 링크를 통해 수신되는 통신 신호들을 처리하기 위해 필요한 기능들뿐만 아니라 GPS 신호들을 처리하는데 필요한 기능들을 수행하는 회로를 포함한다. 통신 링크(350)와 같은 통신 링크는 통상적으로 통신 안테나(351)를 갖는 기지국과 같은 또 다른 구성 요소에 대한 무선 주파수 통신이다.
휴대용 수신기(310)는 결합된 GPS 수신기 및 통신 수신기 및 송신기이다. 수신기(310)는 획득 및 추적 회로(321) 및 통신 수신기 섹션(305)을 포함하는 GPS 수신기 스테이지를 포함한다. 획득 및 추적 회로(321)는 GPS 안테나(301)에 결합되며, 통신 수신기(305)는 통신 안테나(311)에 결합된다. GPS 신호(예를 들어, 위성(303)으로부터 전송된 신호(370))는 GPS 안테나(301)을 통해 수신되고 다양한 수신 위성에 대해 PN(의사무작위 잡음) 코드를 획득하는 획득 및 추적 회로(321)로 입력된다. 회로(321)에 의해 생성된 데이터(예를 들어, 상관 표시자)는 트랜시버(305)에 의해 전송을 위해 프로세서(333)에 의해 프로세싱된다. 통신 트랜시버(305)는 통신 신호(통상적으로 RF)를 통신 안테나(311) 및 트랜시버(305)를 상대로 라우팅하는 송신/수신 스위치(331)를 포함한다. 몇몇 시스템에서, 대역 분할 필터, 또는 "듀플렉서"가 T/R 스위치 대신 사용된다. 수신되는 통신 신호는 통신 수신기(332)에 입력되며 프로세싱을 위해 프로세서(333)로 전달된다. 프로세서(333)로부터 전송될 통신 신호는 변조기(334) 및 주파수 컨버터(335)로 전파된다. 전력 증폭기(336)는 신호 이득을 기지국(352)으로의 전송에 대한 적절한 레벨로 증가시킨다.
본 발명의 일 실시예에서, 결합된 수신기는 수신기에서 얻어진 측정치(예를 들어, 의사거리)에 대한 측정 오경보 확률 표시자의 결정을 위해 하나 이상의 신호 품질 표시자(예를 들어, 상관 피크의 크기, 상관 피크 폭, 신호 강도, 신호 대 잡음비, 신호 대 간섭비, 다른 후보 피크에 대한 관계, 및 검출된 다른 GPS 신호에 대한 관계)를 결정한다. 일 실시예에서, 결합된 수신기는 측정을 하도록 측정 오경보 확률의 결정을 위해 신호 품질 표시자를 기지국으로 전송한다. 일 실시예에서, 프로세서(333)는 표시자에 기초한 형식에 따라 오경보 확률을 결정하고, 통신 링크(351)를 통해 기지국에 대한 측정치를 갖는 확률을 전송한다. 일 실시예에서, GPS 포착 및 추적 회로(321)는 아날로그대 디지털 컨버터의 출력에서 알려진 총 전력이 존재하도록, 아날로그 또는 디지털식일 수 있는, 이득 구성을 조절하는 자동 이득 제어(AGC) 시스템을 구비한다. 입력에서의 신호의 이득, 신호의 분포(예를 들어, 가우시안) 및 (예를 들어, 프로세서(333)에 의한) 신호 프로세싱으로부터, 상관 임계값이 (예를 들어, 통계 데이터의 수집을 통해 또는 수치적 시뮬레이션 또는 이론적 분석을 통해) 오경보 확률에 관련된다. 수치적 시뮬레이션 또는 이론적 분석은 사용된 신호 프로세싱 방법에 따른다. 예를 들어, 일 실시예에서, 강하게 수신되는 신호에 의한 간섭으로 약하게 수신되는 위성 신호를 프로세싱할 경우, 의사 신호는, 강한 신호의 소정의 특성을 평가하고, 이러한 평가된 특성에 기초한 간섭 파형을 생성하고, 강한 신호의 간섭 영향을 제거하기 위해 약한 신호에 대한 상관 출력의 세트로부터 이러한 간섭 파형을 감산함으로써 약해진다. 이동국에서 간섭을 감소시키기 위해 이동국에 대한 상세한 사항은 미국 특허 6,236,354에서 발견할 수 있다. 추가적인 신호 프로세싱 동작이 오경보를 제거하기 위해(또는 다른 목적을 위해) 사용되는 경우, 추가적인 시뮬레이션 동작 또는 분석이 신호 품질 표시자 및 오경보 표시자를 상관하기 위해 수행된다.
본 발명의 일 실시예에서, 통신 트랜시버 섹션(305)은 시간 표시자(예를 들어, 시간 프레임 또는 시스템 시간)를 추출하거나, 이동국의 로컬 오실레이터(도 3에 미도시)를 조정하기 위해 (예를 들어, 통신 링크(350)에서) 통신 신호를 사용할 수 있다. 시간 표시자를 추출하거나 로컬 오실레이터를 조정하기 위한 이동국에 대한 상세한 사항은 미국 특허 5,874,914 및 5,945,944에 개시된다.
수신기(310)의 결합된 GPS/통신 시스템의 일 실시예에서, 획득 및 추적 회로(321)에 의해 생성된 데이터는 통신 링크(350)를 통해 기지국으로 전송된다. 이어, 기지국(352)은 원격 서버, 데이터가 측정된 시간, 및 자신 고유의 GPS 수신기로부터 수신한 궤도력 데이터 또는 이러한 데이터의 다른 소스로부터의 데이터에 기초하여 수신기(310)의 위치를 결정한다. 이어, 위치 데이터는 GPS 수신기(310) 또는 다른 원격 위치로 다시 전송된다. 통신 링크를 사용하는 휴대용 수신기에 대한 상세한 사항은 미국 특허 5,874,914에 개시된다.
본 발명의 일 실시예에서, 결합된 GPS 수신기는 데이터 프로세싱 시스템(예를 들어, 개인 휴대 정보 단말기, 또는 휴대용 컴퓨터)을 포함한다.(또는 결합된다.) 데이터 프로세싱 시스템은 마이크로 프로세서 및 메모리(예를 들어, ROM, 휘발성 RAM, 비휘발성 메모리)에 결합된 버스를 포함한다. 버스는 다양한 구성 요소를 함께 상호연결시키며, 또한 이러한 구성 요소를 디스플레이 제어기 및 디스플레이 장치 및 기술 분야에서 공지된 입/출력(I/O) 장치와 같은 주변 장치에 상호연결시킨다. 버스는 다양한 브리지를 통해 서로에 연결된, 기술분야에서 공지된 하나 이상의 버스, 제어기 및/또는 어댑터를 포함한다. 일 실시예에서, 데이터 프로세싱 시스템은 통신 포트(예를 들어, USB(유니버셜 시리얼 포트), IEEE-1394 버스 접속용 포트)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 이동국은 데이터 프로세싱 시스템이 수신기의 위치 및 위치 솔루션의 신뢰도를 결정할 수 있도록, 측정치 및 측정치에 대한 선험 오경보 확률(또는 신호 품질 표시자)을 (예를 들어, I/O 포트를 통해)데이터 프로세싱 시스템으로 전송한다.
비록 본원 발명의 방법 및 장치가 GPS 위성에 관하여 설명되었지만, 의사위성 또는 위성 및 의사위성의 결합을 사용하는 위치 확인 시스템에 동등하게 이용가능하다는 것을 이해할 것이다. 의사위성은 지상 기반 송신기인데, 통상적으로 GPS 시간과 동기화된 L-대역 반송파 신호상에 변조된 PN 코드(GPS 신호와 유사함)를 방송한다. 각각의 송신기에는 원격 수신기에 의한 식별을 가능하게 하기 위해 단일의 PN 코드가 할당될 수도 있다. 의사위성은 터널, 광산, 빌딩 또는 다른 폐쇄된 구역과 같이, 괘도를 선회하는 위성으로부터의 GPS 신호가 이용불가능한 장소에 유용한다. 본 명세서에 사용된 "위성"이라는 용어는 의사위성 또는 의사위성의 균등물을 포함하고 있으며, 본 명세서에 사용된 GPS 신호라는 용어는 의사위성 또는 의사위성의 균등물로부터의 GPS형 신호를 포함한다.
전술한 사항에서 본 발명은 미국식 위성 위치 확인(GPS) 시스템에 대한 응용을 참조로 설명되었다. 그러나, 상기한 방법은 유사한 위상 위치 확인 시스템, 및 특히 러시아식 GLONASS 시스템 및 제안된 유럽식 갈릴레오 시스템에 대등하게 적용될 수 있다. GLONASS 시스템은, 상이한 위성으로부터의 송출이 상이한 의사 난수 코드를 사용하기보다는 조금 상이한 반송 주파수를 사용함으로써 서로로부터 구별된다는 점에서 GPS 시스템과 상이하다. 이 경우, 실질적으로 전술한 모든 회로 및 알고리즘이 적용가능하다. 본 명세서에 사용된 "GPS"라는 용어는 러시아식 GLONASS 시스템을 포함하는 위성 위치 확인 시스템을 대안적으로 포함한다.
비록 전술한 예의 동작이 본 명세서에서 특정한 시퀀스로 설명되었지만, 다양한 동작의 시퀀스 및 변형이 전술한 예에 한정되지 않고 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
전술한 예는 기술분야에서 공지된 사항은 설명하지 않고 개시되었으며, 공지된 사항은 미국 특허 5,812,087, 5,841,396, 5,874,914, 5,945,944, 5,999,124, 6,061,018, 6,208,290, 6,215,442, 및 6,236,354로부터 인식할 수 있으며, 이들은 모두 본 명세서에 참조된다.
전술한 설명에서, 본 발명은 특정 실시예를 기초로 설명되었다. 다양한 변형이 첨부된 청구항의 사상을 벗어나지 않고 변형가능하다는 것이 명백하다. 발명의 상세한 설명과 도면은 설명은 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하지는 않는다.

Claims (20)

  1. 이동국에 대한 위치 결정 방법으로서,
    상기 이동국에서 수신되는 위치 결정 신호들로부터 상기 이동국에 대한 위치 결정을 위한 다수의 측정치들을 결정하는 단계;
    상기 다수의 측정치들 사이의 일관성(consistency)을 결정하기 전에 다수의 확률 추정치들을 생성하기 위해 상기 다수의 측정치들 각각이 오경보(false alarm)일 확률을 추정하는 단계;
    다수의 신뢰도(reliability) 표시자들을 생성하기 위해 상기 다수의 확률 추정치들 각각에 대한 신뢰도 표시자를 결정하는 단계;
    상기 다수의 측정치들을 이용하여 상기 이동국에 대하여 결정되는 위치의 신뢰도 레벨을 결정하기 위해 상기 다수의 신뢰도 표시자들을 결합하는 단계; 및
    상기 다수의 측정치들 사이의 일관성을 결정하는 것에 응답하여 상기 다수의 신뢰도 표시자들 중 적어도 하나를 이용하여 상기 다수의 측정치들 중 적어도 하나를 제거할 것인지 여부를 결정하는 단계를 포함하는, 이동국에 대한 위치 결정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 측정치들을 이용하여 상기 이동국에 대한 위치를 계산하는 단계를 더 포함하는, 이동국에 대한 위치 결정 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 신호 품질 표시자들로부터 상기 다수의 신뢰도 표시자들 중 하나를 결정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 하나 이상의 신호 품질 표시자들은:
    a) 상관 피크의 크기;
    b) 상관 피크 형태 표시자;
    c) 신호 강도;
    d) 신호 대 잡음비; 및
    e) 신호 대 간섭비 중 하나를 포함하는, 이동국에 대한 위치 결정 방법.
  6. 데이터 프로세싱 시스템에 의해 실행될 때, 상기 시스템으로 하여금 이동국에 대한 위치 결정 방법을 수행하게 하는 실행가능한 컴퓨터 프로그램 명령들을 포함하는 기계 판독가능한 매체로서,
    상기 방법은:
    상기 이동국에서 수신되는 위치 결정 신호들로부터 상기 이동국에 대한 위치 결정을 위한 다수의 측정치들을 결정하는 단계;
    상기 다수의 측정치들 사이의 일관성을 결정하기 전에 다수의 확률 추정치들을 생성하기 위해 상기 다수의 측정치들 각각이 오경보일 확률을 추정하는 단계;
    다수의 신뢰도 표시자들을 생성하기 위해 상기 다수의 확률 추정치들 각각에 대한 신뢰도 표시자를 결정하는 단계;
    상기 다수의 측정치들을 이용하여 상기 이동국에 대하여 결정되는 위치의 신뢰도 레벨을 결정하기 위해 상기 다수의 신뢰도 표시자들을 결합하는 단계; 및
    상기 다수의 측정치들 사이의 일관성을 결정하는 것에 응답하여 상기 다수의 신뢰도 표시자들 중 적어도 하나를 이용하여 상기 다수의 측정치들 중 적어도 하나를 제거할 것인지 여부를 결정하는 단계를 포함하는, 기계 판독가능한 매체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 다수의 측정치들을 이용하여 상기 이동국에 대한 위치를 계산하는 단계를 더 포함하는, 기계 판독가능한 매체.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 방법은 하나 이상의 신호 품질 표시자들로부터 상기 다수의 신뢰도 표시자들 중 하나를 결정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 하나 이상의 신호 품질 표시자들은:
    a) 상관 피크의 크기;
    b) 상관 피크 형태 표시자;
    c) 신호 강도;
    d) 신호 대 잡음비; 및
    e) 신호 대 간섭비 중 하나를 포함하는, 기계 판독가능한 매체.
  11. 이동국에 대한 위치 결정을 위한 데이터 프로세싱 시스템으로서,
    상기 이동국에서 수신되는 위치 결정 신호들로부터 상기 이동국에 대한 위치 결정을 위한 다수의 측정치들을 결정하기 위한 수단;
    상기 다수의 측정치들 사이의 일관성을 결정하기 전에 다수의 확률 추정치들을 생성하기 위해 상기 다수의 측정치들 각각이 오경보일 확률을 추정하기 위한 수단;
    다수의 신뢰도 표시자들을 생성하기 위해 상기 다수의 확률 추정치들 각각에 대한 신뢰도 표시자를 결정하기 위한 수단;
    상기 다수의 측정치들을 이용하여 상기 이동국에 대하여 결정되는 위치의 신뢰도 레벨을 결정하기 위해 상기 다수의 신뢰도 표시자들을 결합하기 위한 수단; 및
    상기 다수의 측정치들 사이의 일관성을 결정하는 것에 응답하여 상기 다수의 신뢰도 표시자들 중 적어도 하나를 이용하여 상기 다수의 측정치들 중 적어도 하나를 제거할 것인지 여부를 결정하기 위한 수단을 포함하는, 이동국에 대한 위치 결정을 위한 데이터 프로세싱 시스템
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 다수의 측정치들을 이용하여 상기 이동국에 대한 위치를 계산하기 위한 수단을 더 포함하는, 이동국에 대한 위치 결정을 위한 데이터 프로세싱 시스템.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 11 항에 있어서,
    하나 이상의 신호 품질 표시자들로부터 상기 다수의 신뢰도 표시자들 중 하나를 결정하기 위한 수단을 더 포함하며,
    상기 하나 이상의 신호 품질 표시자들은:
    a) 상관 피크의 크기;
    b) 상관 피크 형태 표시자;
    c) 신호 강도;
    d) 신호 대 잡음비; 및
    e) 신호 대 간섭비 중 하나를 포함하는, 이동국에 대한 위치 결정을 위한 데이터 프로세싱 시스템.
  16. 이동국에 대한 위치 결정을 위한 데이터 프로세싱 시스템으로서,
    다수의 측정치들, 다수의 확률 추정치들 및 다수의 신뢰도 표시자들을 저장하기 위한 메모리; 및
    상기 메모리에 연결되는 프로세서를 포함하며,
    상기 프로세서는,
    상기 이동국에서 수신되는 위치 결정 신호들로부터 상기 이동국에 대한 위치 결정을 위한 다수의 측정치들을 결정하고;
    상기 다수의 측정치들 사이의 일관성을 결정하기 전에 다수의 확률 추정치들을 생성하기 위해 상기 다수의 측정치들 각각이 오경보일 확률을 추정하고;
    다수의 신뢰도 표시자들을 생성하기 위해 상기 다수의 확률 추정치들 각각에 대한 신뢰도 표시자를 결정하고;
    상기 다수의 측정치들을 이용하여 상기 이동국에 대하여 결정되는 위치의 신뢰도 레벨을 결정하기 위해 상기 다수의 신뢰도 표시자들을 결합하고; 그리고
    상기 다수의 측정치들 사이의 일관성을 결정하는 것에 응답하여 상기 다수의 신뢰도 표시자들 중 적어도 하나를 이용하여 상기 다수의 측정치들 중 적어도 하나를 제거할 것인지 여부를 결정하는, 이동국에 대한 위치 결정을 위한 데이터 프로세싱 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 프로세서는 추가적으로 상기 다수의 측정치들을 이용하여 상기 이동국에 대한 위치를 계산하는, 이동국에 대한 위치 결정을 위한 데이터 프로세싱 시스템.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 프로세서는 추가적으로 하나 이상의 신호 품질 표시자들로부터 상기 다수의 신뢰도 표시자들 중 하나를 결정하고,
    상기 하나 이상의 신호 품질 표시자들은:
    a) 상관 피크의 크기;
    b) 상관 피크 형태 표시자;
    c) 신호 강도;
    d) 신호 대 잡음비; 및
    e) 신호 대 간섭비 중 하나를 포함하는, 이동국에 대한 위치 결정을 위한 데이터 프로세싱 시스템.
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