KR101305676B1 - Apparatus and method for computating distance of satellite using carrier detection - Google Patents

Apparatus and method for computating distance of satellite using carrier detection Download PDF

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임성혁
이은성
허문범
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한국항공우주연구원
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Abstract

PURPOSE: A satellite distance calculating device using a carrier wave and a method thereof are provided to accurately perform positioning by using a Kalman filter algorithm. CONSTITUTION: A satellite distance calculating device (100) comprises a determining part (110) and a calculating part (120). The satellite distance calculating device uses a carrier wave. The determining part determines whether a cycle slip for a satellite is generated using a Kalman filter in a satellite distance calculating process using integer ambiguity having a constant value for a satellite targeted for calculating a distance. The calculating part initializes the integer ambiguity for recalculating when the cycle slip is generated and calculates the distance of the satellite using the recalculated integer ambiguity. [Reference numerals] (110) Determining part; (120) Calculating part

Description

반송파를 이용한 위성 거리 산출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR COMPUTATING DISTANCE OF SATELLITE USING CARRIER DETECTION}Apparatus and method for calculating satellite distance using carrier {APPARATUS AND METHOD FOR COMPUTATING DISTANCE OF SATELLITE USING CARRIER DETECTION}

반송파를 이용하여 위성 거리를 산출하는 장치 및 방법에 연관되며, 보다 특정하게는 실시간으로 위성항법을 계산하는 데 있어 칼만필터 알고리즘을 이용하여 반송파의 싸이클 슬립을 검출하는 장치 및 방법에 연관된다.A device and method for calculating a satellite distance using a carrier wave, and more particularly, an apparatus and method for detecting a cycle slip of a carrier using a Kalman filter algorithm in calculating satellite navigation in real time.

GPS를 사용하여 정밀한 위치결정을 하기 위해서는 반송파 위상 데이터를 사용하는 것이 필요하다.In order to perform precise positioning using GPS, it is necessary to use carrier phase data.

반송파 위상 데이터를 사용하는 경우, 정밀궤도결정을 수행하기 전에 필수적인 데이터 전처리 단계에서 싸이클 슬립(cycle s1ip)과 시계오차를 보정하고, 질이 나쁜 관측치와 이온층 지연 효과를 제거하여 일정한 간격으로 재정렬된 데이터로 바꾸는 작업이 요구된다.If carrier phase data is used, the data are reordered at regular intervals by correcting cycle slip and clock errors in the necessary data preprocessing steps before performing precision trajectory determination, eliminating poor observations and ion layer delay effects. Is required.

반송파의 싸이클 슬립 검출에는 측정치의 시간차분을 활용하는 방법이 대표적으로 이용되고 있다.The method of utilizing the time difference of a measured value is typically used for the cycle slip detection of a carrier.

일측에 따르면, 반송파를 이용한 위성 거리 산출 장치에 있어서, 상기 거리 산출 과정에 싸이클 슬립이 발생되었는지의 여부를 판단하는 판단부, 및 상기 싸이클 슬립이 발생된 경우 상기 거리 산출 과정에 사용되는 미지정수를 초기화하여 다시 계산하는 계산부를 포함하는 장치가 제공된다.According to one side, in the satellite distance calculation apparatus using a carrier, a determination unit for determining whether or not a cycle slip occurs in the distance calculation process, and if the cycle slip occurs, the unknown number used in the distance calculation process An apparatus is provided that includes a calculator that initializes and recalculates.

일실시예에 따르면, 상기 판단부는 상기 거리 산출 과정에서의 과거 측정 데이터에 따른 과거 상태정보와 현재 측정 데이터를 이용하여 현재 상태정보를 추정하는데 칼만필터 알고리즘을 이용할 수 있다.According to an embodiment, the determination unit may use the Kalman filter algorithm to estimate the current state information by using the past state information and the present measurement data according to the past measurement data in the distance calculation process.

일실시예에 따르면, 상기 판단부는 상기 칼만필터의 이노베이션 테스트를 통해 상기 싸이클 슬립이 발생되었는지의 여부를 판단할 수 있다.According to an embodiment, the determination unit may determine whether the cycle slip is generated through an innovation test of the Kalman filter.

일실시예에 따르면, 상기 판단부는 상기 과거 측정 데이터와 상기 현재 측정 데이터를 비교하여 오차 공분산이 임계치 이상인 경우 상기 싸이클 슬립이 발생된 것으로 판단할 수 있다.According to an embodiment, the determination unit may compare the past measurement data with the current measurement data and determine that the cycle slip has occurred when the error covariance is greater than or equal to a threshold.

일실시예에 따르면, 상기 임계치는 6으로 정의될 수 있다.According to an embodiment, the threshold may be defined as six.

다른 일측에 따르면, 반송파를 이용한 위성 거리 산출 장치에 있어서, 상기 거리 산출의 대상이 되는 복수 개의 위성 각각에 대해 싸이클 슬립이 발생되었는지의 여부를 판단하는 판단부, 및 상기 복수 개의 위성 중 상기 싸이클 슬립이 발생된 것으로 판단된 위성에 대해서는 상기 거리 산출 과정에 사용되는 미지정수를 초기화하여 다시 계산하는 계산부를 포함하는 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, in a satellite distance calculating apparatus using a carrier, a determination unit that determines whether or not a cycle slip has occurred for each of a plurality of satellites that are the targets of the distance calculation, and the cycle slip among the plurality of satellites. For the satellite determined to have been generated is provided an apparatus including a calculation unit for initializing and recalculating the unknown number used in the distance calculation process.

일실시예에 따르면, 상기 판단부는 상기 거리 산출 과정에서의 상기 복수 개의 위성 각각에 대해, 과거 측정 데이터에 따른 과거 상태정보와 현재 측정 데이터를 이용하여 현재 상태정보를 추정하는 칼만필터 알고리즘을 이용할 수 있다.According to an embodiment, the determination unit may use a Kalman filter algorithm for estimating current state information using past state information and current measurement data according to past measurement data, for each of the plurality of satellites in the distance calculation process. have.

일실시예에 따르면, 상기 판단부는 상기 칼만필터의 이노베이션 테스트를 통해, 상기 과거 측정 데이터와 상기 현재 측정 데이터를 비교하여 오차 공분산이 임계치 이상인 경우 상기 싸이클 슬립이 발생된 것으로 판단할 수 있다.According to an embodiment, the determination unit may determine that the cycle slip is generated when the error covariance is greater than or equal to a threshold value by comparing the past measurement data with the current measurement data through an innovation test of the Kalman filter.

다른 일측에 따르면, 반송파를 이용한 위성 거리 산출 방법에 있어서, 상기 거리 산출 과정에 싸이클 슬립이 발생되었는지의 여부를 판단하는 단계, 및 상기 싸이클 슬립이 발생된 경우 상기 거리 산출 과정에 사용되는 미지정수를 초기화하여 다시 계산하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, in a satellite distance calculation method using a carrier, determining whether or not a cycle slip occurs in the distance calculation process, and when the cycle slip occurs, an unknown parameter used in the distance calculation process is determined. A method is provided that includes initializing and recalculating.

일실시예에 따르면, 상기 싸이클 슬립이 발생되었는지의 여부를 판단하는 단계는, 상기 거리 산출 과정에서의 과거 측정 데이터에 따른 과거 상태정보와 현재 측정 데이터를 이용하여 현재 상태정보를 추정하는데 칼만필터 알고리즘을 이용할 수 있다.According to an embodiment, the determining of whether or not the cycle slip has occurred may include estimating current state information using past state information and current measurement data according to past measurement data in the distance calculation process. Can be used.

일실시예에 따르면, 상기 싸이클 슬립이 발생되었는지의 여부를 판단하는 단계는, 상기 칼만필터의 이노베이션 테스트를 통해 상기 싸이클 슬립이 발생되었는지의 여부를 판단할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the determining of whether the cycle slip has occurred may include determining whether the cycle slip has occurred through an innovation test of the Kalman filter.

일실시예에 따르면, 상기 싸이클 슬립이 발생되었는지의 여부를 판단하는 단계는, 상기 과거 측정 데이터와 상기 현재 측정 데이터를 비교하여 오차 공분산이 임계치 이상인 경우 상기 싸이클 슬립이 발생된 것으로 판단할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the determining whether the cycle slip has occurred may include determining that the cycle slip has occurred when the error covariance is greater than or equal to a threshold by comparing the past measurement data with the current measurement data.

도 1은 일실시예에 따른 반송파를 이용한 위성 거리 산출 장치를 도시하는 블록도이다.
도 2는 일실시예에 따른 위성과 수신기 간의 위상을 나타내는 개념도이다.
도 3은 일실시예에 따른 위성의 싸이클 슬립(cycle slip) 현상을 나타내는 개념도이다.
도 4는 일실시예에 따른 위성의 싸이클 슬립(cycle slip) 검출 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 반송파를 이용한 위성 거리 산출 방법을 도시하는 흐름도이다.1 is a block diagram illustrating an apparatus for calculating satellite distance using a carrier according to an embodiment.
2 is a conceptual diagram illustrating a phase between a satellite and a receiver according to an embodiment.
3 is a conceptual diagram illustrating a cycle slip phenomenon of a satellite according to an embodiment.
4 is a diagram illustrating a cycle slip detection process of a satellite according to an embodiment.
5 is a flowchart illustrating a satellite distance calculating method using a carrier according to an embodiment.

이하에서, 일부 실시예들을, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, some embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it is not limited or limited by these embodiments. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

아래 설명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다.The terminology used in the following description has been selected as widely used as possible in the present invention in consideration of the functions in the present invention, but may vary according to the intention or custom of the person skilled in the art, the emergence of new technologies and the like.

또한 특정한 경우는 이해를 돕거나 및/또는 설명의 편의를 위해 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant for the sake of understanding and / or convenience of description, and in this case, detailed meanings thereof will be described in the corresponding description. Therefore, the terms used in the following description should be understood based on the meanings of the terms and the contents throughout the specification, rather than simply the names of the terms.

도 1은 일실시예에 따른 반송파를 이용한 위성 거리 산출 장치(100)를 도시하는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a satellite distance calculating apparatus 100 using a carrier according to an embodiment.

상기 반송파를 이용한 위성 거리 산출 장치(100)는 판단부(110) 및 계산부(120)로 구성될 수 있다.The apparatus for calculating a satellite distance using the carrier wave 100 may include a determiner 110 and a calculator 120.

상기 판단부(110)는 상기 거리 산출 과정에 싸이클 슬립이 발생되었는지의 여부를 판단할 수 있다.The determination unit 110 may determine whether a cycle slip has occurred in the distance calculation process.

상기 판단부(110)는 상기 거리 산출 과정에서의 과거 측정 데이터에 따른 과거 상태 정보와 현재 측정 데이터를 이용하여 현재 상태정보를 추정하는 데 칼만필터 알고리즘을 이용할 수 있다.The determination unit 110 may use the Kalman filter algorithm to estimate the current state information by using the past state information and the present measurement data according to the past measurement data in the distance calculation process.

또한, 상기 판단부(110)는 상기 칼만필터의 이노베이션 테스트를 통해 상기 싸이클 슬립이 발생되었는지의 여부를 판단할 수 있다.In addition, the determination unit 110 may determine whether the cycle slip is generated through an innovation test of the Kalman filter.

상기 판단부(110)는 상기 싸이클 슬립의 발생 여부를 판단함에 있어, 상기 과거 데이터와 상기 현재 측정 데이터를 비교하여 오차 공분산이 임계치 이상인 경우에 대하여 상기 싸이클 슬립이 발생된 것으로 판단할 수 있다.In determining whether the cycle slip occurs, the determination unit 110 may compare the past data with the current measurement data and determine that the cycle slip has occurred in a case where an error covariance is greater than or equal to a threshold.

여기서, 상기 오차 공분산에 대한 임계치는 6으로 정의될 수 있다.Here, the threshold for the error covariance may be defined as 6.

상기 계산부(120)는 상기 싸이클 슬립이 발생된 경우, 상기 거리 산출 과정에 사용되는 미지정수(N)을 초기화하여 다시 계산할 수 있다.When the cycle slip is generated, the calculation unit 120 may initialize and recalculate the unknown constant N used in the distance calculation process.

그러나, 상기 오차 공분산이 임계치 미만이어서 상기 싸이클 슬립이 발생되지 않은 것으로 판단된 경우에는, 상기 계산부(120)는 상기 미지정수 N을 다시 계산할 필요 없이, 현재 값을 그대로 사용할 수 있다.However, when it is determined that the cycle slip has not occurred because the error covariance is less than a threshold value, the calculation unit 120 may use the current value as it is, without having to recalculate the unknown N.

다른 실시예에 따라, 상기 반송파를 이용한 위성 거리 산출 장치(100)는 복수 개의 위성에 대하여 반송파를 이용하여 위성항법 거리 계산을 할 수 있다.According to another exemplary embodiment, the satellite distance calculating apparatus 100 using the carrier may calculate satellite navigation distance using a carrier for a plurality of satellites.

이 경우, 상기 반송파를 이용한 위성 거리 산출 장치(100)는 각 위성에 대하여 싸이클 슬립 발생 여부를 판단하고, 상기 싸이클 슬립이 발생한 위성에 대해서만 미지정수 N을 초기화하여 재계산 할 수 있다.In this case, the satellite distance calculating apparatus 100 using the carrier may determine whether or not cycle slip occurs for each satellite, and initialize and recalculate the unspecified number N only for the satellites in which the cycle slip has occurred.

복수 개의 위성에 대하여 반송파를 이용하는 경우, 상기 판단부(110)는 상기 거리 산출의 대상이 되는 복수 개의 위성 각각에 대하여 싸이클 슬립이 발생되었는지의 여부를 판단할 수 있다.When the carrier is used for a plurality of satellites, the determination unit 110 may determine whether cycle slip has occurred for each of the plurality of satellites that are the targets of the distance calculation.

이 때, 상기 판단부(110)는 상기 거리 산출 과정에서의 상기 복수 개의 위성 각각에 대해, 과거 측정 데이터에 따른 과거 상태정보와 현재 측정 데이터를 이용하여 현재 상태정보를 추정하는 칼만필터 알고리즘을 이용할 수 있다.At this time, the determination unit 110 uses a Kalman filter algorithm for estimating the current state information using the past state information and the present measurement data according to the past measurement data for each of the plurality of satellites in the distance calculation process. Can be.

이 과정에서, 상기 판단부(110)는 상기 칼만필터의 이노베이션 테스트를 통해, 상기 과거 측정 데이터와 상기 현재 측정 데이터를 비교하여 오차 공분산이 임계치 이상인 경우에 대해 상기 싸이클 슬립이 발생된 것으로 판단할 수 있다.In this process, the determination unit 110 may determine that the cycle slip is generated when the error covariance is greater than or equal to a threshold value by comparing the past measurement data with the current measurement data through an innovation test of the Kalman filter. have.

또한, 상기 계산부(120)는 상기 복수 개의 위성 중 상기 싸이클 슬립이 발생된 것으로 판단된 위성에 대해서는 상기 거리 산출 과정에 사용되는 미지정수(N)을 초기화하여 다시 계산할 수 있다.In addition, the calculation unit 120 may initialize and recalculate the unknown number N used in the distance calculation process for the satellites determined to have generated the cycle slip among the plurality of satellites.

도 2는 일실시예에 따른 위성과 수신기 간의 위상을 나타내는 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating a phase between a satellite and a receiver according to an embodiment.

위성항법을 이용한 위치결정에서 가장 중요한 것은 GPS와 수신기간의 정확한 거리 산출이다.The most important thing in the positioning using satellite navigation is the accurate distance calculation between GPS and receiver.

거리 산출을 위해 사용되는 방법은 코드를 이용하는 방식과 반송파를 이용하는 방식이 있다.The methods used for calculating the distance include a method using a code and a method using a carrier.

상기 코드를 이용하는 방식의 경우, 상기 코드는 처음과 끝의 정보를 알 수 있으나, 그 정밀도가 낮다.In the case of using the code, the code can know the beginning and end information, but the precision is low.

반면에, 상기 반송파를 이용하는 방식의 경우, 반송파는 처음과 끝의 정보를 알 수는 없으나, 모호정수(또는 미지정수) 기법을 이용한 추정이 가능하며, 정확히 추정했을 때 정밀도를 높일 수 있다.On the other hand, in the case of using the carrier, the carrier may not know the information of the beginning and end, but it is possible to estimate using an ambiguous integer (or unknown) technique, it is possible to increase the accuracy when accurately estimated.

육상교통 환경에서 차로 구분이 가능할 정도의 정확도를 구하기 위해서는 반송파를 이용한 위성항법이 필수적이다.Carrier satellite navigation is essential to obtain accuracy that can be distinguished by car in the land transportation environment.

반송파를 이용해서 GPS와 수신기간의 거리 산출에 있어서 오차가 되는 요인은 수학식 1과 같다.An error factor in calculating the distance between the GPS and the receiver using the carrier is represented by Equation 1.

Figure 112012109551345-pat00001
Figure 112012109551345-pat00001

여기서, Φ(t)는 계산된 위성과 수신기 사이의 거리를, r은 위성과 수신기 사이의 실제 거리를 각각 의미하며, c는 광속을, B는 시계 오차로서 dt-dT로 나타낼 수 있다.Here, Φ (t) is the calculated distance between the satellite and the receiver, r is the actual distance between the satellite and the receiver, respectively, c is the speed of light, B can be represented by dt-dT as a clock error.

또한, δE는 위성궤도 오차에 의한 의사거리 측정 오차를, δSA는 S/A에 의한 의사거리 측정 오차를, δI는 전리층 지연(ionospheric delay)에 의한 의사거리 측정 오차를, δT는 대류권 지연(tropospheric delay)에 의한 의사거리 측정 오차를, δM은 다중경로(multiplepath)에 의한 의사거리 측정 오차를 각각 의미한다.In addition, δ E is pseudo range measurement error due to satellite orbit error, δ SA is pseudo range measurement error due to S / A, δ I is pseudo distance measurement error due to ionospheric delay, and δ T is Pseudo-distance measurement error due to tropospheric delay, δ M means pseudo-range measurement error due to multiple path, respectively.

그리고, ν는 수신기의 측정 잡음(measurement noise)이고, N은 모호정수(미지정수)이다.Ν is measurement noise of the receiver, and N is an ambiguous constant (unknown constant).

상기 오차들을 수신 기간 차분 및 위성간 차분의 이중 차분을 통해 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.The errors may be expressed by Equation 2 through a double difference between a reception period difference and an inter-satellite difference.

Figure 112012109551345-pat00002
Figure 112012109551345-pat00002

수학식 2는, 가까운 거리에서의 이중 차분을 사용한 경우로서, 전리층 오차와 대류권 오차가 사라질 수 있다.Equation 2 is a case where a double difference is used at a close distance, and the ionospheric error and the tropospheric error may disappear.

따라서, 반송파를 이용한 위치 결정에서 가장 중요한 것은 미지정수 N를 구하는 일이라 할 수 있다.Therefore, it can be said that the most important thing in determining the position using the carrier is to find the unknown N.

도 3은 일실시예에 따른 위성의 싸이클 슬립(cycle slip) 현상을 나타내는 개념도이다.3 is a conceptual diagram illustrating a cycle slip phenomenon of a satellite according to an embodiment.

위상에 대한 미지정수 N은 위성신호의 수신에 단절이 발생하지 않는 한, 일정한 값을 가질 수 있다.The unknown N for the phase may have a constant value unless disconnection occurs in reception of the satellite signal.

그러나, 신호의 단절이 발생하는 경우에는, 도 3과 같이 정수의 싸이클의 수에 의해 누적되는 위상에 순간적인 점프 현상(310)이 발생하게 된다.However, when a signal break occurs, a momentary jump phenomenon 310 occurs in a phase accumulated by the number of cycles as shown in FIG. 3.

이러한 현상을 싸이클 슬립(cycle slip) 현상이라 하며, 이때 미지정수 N은 초기화되어 다시 계산되어야 한다.This phenomenon is called a cycle slip phenomenon, where the unknown N must be initialized and recalculated.

도 4는 일실시예에 따른 위성의 싸이클 슬립(cycle slip) 검출 과정을 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating a cycle slip detection process of a satellite according to an embodiment.

실시간으로 각 위성의 사이클 슬립 현상을 검출하기 위하여 칼만필터 알고리즘이 이용될 수 있다.The Kalman filter algorithm may be used to detect the cycle slip phenomenon of each satellite in real time.

상기 칼만필터 알고리즘은 과거의 상태정보와 새로운 측정데이터를 사용하여 새로운 상태정보를 추정하는데 사용하는 알고리즘으로, 실시간으로 각 위성의 싸이클 슬립 변화를 알아보는데 적합한 알고리즘이라 할 수 있다.The Kalman filter algorithm is an algorithm used to estimate new state information by using old state information and new measurement data. The Kalman filter algorithm is a suitable algorithm for detecting a cycle slip change of each satellite in real time.

상기 반송파를 이용한 위성 거리 산출 장치(100)는 현재 측정값 및 상태정보기반 추정 측정값과 연관된 상기 칼만필터의 이노베이션 테스트(inovation test)를 활용하여 싸이클 슬립 현상을 판단할 수 있다.The apparatus 100 for calculating a satellite distance using the carrier may determine a cycle slip phenomenon by using an innovation test of the Kalman filter associated with a current measurement value and a state information-based estimated measurement value.

상기 칼만필터를 구동함에 있어, 상기 반송파를 이용한 위성 거리 산출 장치(100)는 측정 데이터 업데이트 과정에서 오차를 급격히 증가시키는 싸이클 슬립 현상의 위성신호를 배제함으로써, 항법 오차의 급격한 변화를 방지할 수 있다.In driving the Kalman filter, the satellite distance calculating apparatus 100 using the carrier may prevent a drastic change in the navigation error by excluding a satellite signal of a cycle slip phenomenon which rapidly increases an error in a measurement data update process. .

싸이클 슬립 현상이라 판단할 수 있는 검정 비율의 임계값은 6이며, 6이상을 초과하는 비율을 갖는 경우 칼만필터의 항법 업데이트에서 배제될 수 있다.The threshold value of the test ratio, which can be determined as a cycle slip phenomenon, is 6, and if the ratio exceeds 6, it can be excluded from the navigational update of the Kalman filter.

상기 칼만필터의 항법 업데이트는 상기 칼만필터의 time update 과정 및 상기 칼만필터의 측정치 업데이트 과정으로 수행될 수 있다.The navigation update of the Kalman filter may be performed by a time update process of the Kalman filter and a measurement value update process of the Kalman filter.

먼저, 상기 칼만필터의 time update 과정에 있어서, 다음 시간의 스테이트(state) x의 추정은 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.First, in the time update process of the Kalman filter, the estimation of the state x of the next time may be expressed as in Equation 3.

Figure 112012109551345-pat00003
Figure 112012109551345-pat00003

여기서,

Figure 112012109551345-pat00004
로 정의될 수 있으며,
Figure 112012109551345-pat00005
는 각각 ECEF(Earth Centered Earth Fixed) 좌표계에서의 위치를,
Figure 112012109551345-pat00006
는 각각 ECEF(Earth Centered Earth Fixed) 좌표계에서의 속도를 의미한다.here,
Figure 112012109551345-pat00004
Can be defined as
Figure 112012109551345-pat00005
Are the positions in the Earth Centered Earth Fixed (ECEF) coordinate system,
Figure 112012109551345-pat00006
Are the speeds in the Earth Centered Earth Fixed (ECEF) coordinate system, respectively.

또한, N은 이중 차분 측정치의 미지정수를 의미하며, F는 스테이트 전이 행렬을, P는 스테이트 공분산 행렬을, Q는 공정 잡음으로 time update의 추정 오차를 각각 나타낸다. 그리고 m 은 이중 차분 반송파 측정치의 개수로서, 수신기에 관측되는 가시위성의 개수 -1의 값과 같다.In addition, N denotes an unknown constant of the double difference measurement, F denotes a state transition matrix, P denotes a state covariance matrix, and Q denotes an error of estimation of time update as process noise. And m is the number of dual differential carrier measurements, which is equal to the number of visible satellites -1.

상기 칼만필터의 측정치 업데이트 과정에서는, 현재 수신한 이중 차분 측정치를 이용하여 추정된 x를 보상할 수 있다.In the measurement update process of the Kalman filter, the estimated x may be compensated using the currently received dual difference measurement.

상기 칼만필터의 측정치 업데이트 과정은, 칼만필터 알고리즘의 이노베이션 테스트(innovation test)를 통한 싸이클 슬립 발생 여부에 대한 판단과, 판단 결과에 따른 미지정수 N 적용의 반복적 수행으로 이루어질 수 있다.The measurement value updating process of the Kalman filter may be performed by determining whether or not a cycle slip occurs through an innovation test of the Kalman filter algorithm and repeatedly applying an unknown N according to the determination result.

먼저, 위성의 거리 산출에 대한 과거 측정 데이터 및 현재 측정 데이터 간의 비교를 수행하고, 이에 대한 오차 공분산을 계산할 수 있으며, 이는 수학식 4 내지 6과 같이 표현될 수 있다.First, a comparison between past measurement data and current measurement data for distance calculation of a satellite may be performed, and an error covariance may be calculated, which may be expressed as Equations 4 to 6.

Figure 112012109551345-pat00007
Figure 112012109551345-pat00007

Figure 112012109551345-pat00008
Figure 112012109551345-pat00008

Figure 112012109551345-pat00009
Figure 112012109551345-pat00009

상기 거리 산출 대상 위성이 복수 개인 경우에는, 복수 개의 위성 각각에 대하여 수학식 4 내지 6의 계산 과정이 수행될 수 있다.When there are a plurality of satellites for distance calculation, a calculation process of Equations 4 to 6 may be performed for each of the plurality of satellites.

만약, 상기 오차 공분산(νi)이 미리 정해진 임계치(이를 테면, 6) 이상인 경우, 상기 측정 데이터에 이상이 있다고 판단하여, 현재 i의 이중차분 측정치는 사용하지 않으며, 미지정수 N을 다시 계산할 수 있다.If the error covariance ν i is greater than or equal to a predetermined threshold (eg, 6), it is determined that there is an error in the measurement data, and the current double difference measurement of i is not used, and an unknown constant N can be recalculated. have.

이를 테면, 상기 오차 공분산 νi가 임계치인 6보다 큰 경우에는, 공분산 잡음의 6배(6σ)보다 큰 것이므로, 1/1,000,000의 실현 확률인 현재 차분측정치에 이상이 있어, 싸이클 슬립이 발생한 것으로 판단할 수 있다.For example, if the error covariance ν i is greater than 6, which is a threshold value, it is larger than 6 times (6σ) of the covariance noise, it is determined that a cycle slip has occurred because there is an error in the present differential measurement value of 1 / 1,000,000 realization probability. can do.

그러나, 상기 오차 공분산 νi가 임계치인 6보다 작은 경우, 상기 측정치에 이상이 없다고 판단하여, 수학식 7 및 수학식 8의 계산을 통해 상기 위성의 위치를 추정할 수 있다.However, when the error covariance ν i is smaller than the threshold value of 6, it is determined that there is no abnormality in the measured value, and the position of the satellite can be estimated through the calculation of Equations 7 and 8.

Figure 112012109551345-pat00010
Figure 112012109551345-pat00010

Figure 112012109551345-pat00011
Figure 112012109551345-pat00011

도 5는 일실시예에 따른 반송파를 이용한 위성 거리 산출 방법을 도시하는 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a satellite distance calculating method using a carrier according to an embodiment.

단계 510에서는, 상기 판단부(110)가 상기 거리 산출 과정에 싸이클 슬립이 발생되었는지의 여부를 판단할 수 있다.In operation 510, the determination unit 110 may determine whether a cycle slip has occurred in the distance calculation process.

상기 판단부(110)는 단계 510에서, 상기 거리 산출 과정에서의 과거 측정 데이터에 따른 과거 상태 정보와 현재 측정 데이터를 이용하여 현재 상태정보를 추정하는 데 칼만필터 알고리즘을 이용할 수 있다.In operation 510, the determination unit 110 may use a Kalman filter algorithm to estimate current state information using past state information and current measurement data according to past measurement data in the distance calculation process.

이 경우, 상기 판단부(110)는 상기 칼만필터의 이노베이션 테스트를 통해 상기 싸이클 슬립이 발생되었는지의 여부를 판단할 수 있다.In this case, the determination unit 110 may determine whether the cycle slip has occurred through an innovation test of the Kalman filter.

단계 510에서 상기 싸이클 슬립의 발생 여부를 판단함에 있어, 상기 판단부(110)는 상기 과거 데이터와 상기 현재 측정 데이터를 비교하여 오차 공분산이 임계치 이상인 경우에 대하여 상기 싸이클 슬립이 발생된 것으로 판단할 수 있다.In determining whether the cycle slip has occurred in step 510, the determination unit 110 may compare the past data with the current measurement data and determine that the cycle slip has occurred in a case where an error covariance is greater than or equal to a threshold. have.

여기서, 상기 오차 공분산에 대한 임계치는 6으로 정의될 수 있다.Here, the threshold for the error covariance may be defined as 6.

단계 520에서는, 상기 계산부(120)가 상기 싸이클 슬립이 발생된 경우, 상기 거리 산출 과정에 사용되는 미지정수(N)을 초기화하여 다시 계산할 수 있다.In operation 520, when the cycle slip occurs, the calculator 120 initializes and recalculates an unknown number N used in the distance calculation process.

그러나, 상기 오차 공분산이 임계치 미만이어서 상기 싸이클 슬립이 발생되지 않은 것으로 판단된 경우에는, 상기 계산부(120)는 상기 미지정수 N을 다시 계산할 필요 없이, 현재 값을 그대로 사용할 수 있다.However, when it is determined that the cycle slip has not occurred because the error covariance is less than a threshold value, the calculation unit 120 may use the current value as it is, without having to recalculate the unknown N.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the apparatus and components described in the embodiments may be implemented within a computer system, such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA) A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the above, and configure the processing device to operate as desired, or process it independently or collectively. You can command the device. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be embodied in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the embodiments, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (13)

반송파를 이용한 위성 거리 산출 장치에 있어서,
거리 산출의 대상이 되는 위성에 대하여 일정한 값을 가지는 미지정수를 이용한 상기 위성의 거리 산출 과정에서, 칼만 필터를 이용하여 상기 위성에 대한 싸이클 슬립이 발생되었는지의 여부를 판단하는 판단부; 및
상기 싸이클 슬립이 발생된 경우 상기 미지정수를 초기화하여 다시 계산하고, 상기 다시 계산된 미지정수를 이용하여 상기 위성의 거리를 산출하는 계산부
를 포함하는 장치.In the satellite distance calculating apparatus using a carrier wave,
A determination unit that determines whether or not a cycle slip has occurred for the satellites using a Kalman filter in a distance calculation process of the satellites using an unknown constant having a constant value with respect to a satellite to be calculated; And
When the cycle slip occurs, the calculation unit initializes and recalculates the unknown, and calculates the distance of the satellite using the recalculated unknown.
/ RTI > 제1항에 있어서,
상기 판단부는 상기 위성의 거리 산출 과정에서의 과거 측정 데이터에 따른 과거 상태정보와 현재 측정 데이터를 이용하여 현재 상태정보를 추정하는데 칼만필터 알고리즘을 이용하는 장치.The method of claim 1,
And the determining unit uses a Kalman filter algorithm to estimate current state information using past state information and current measurement data according to past measurement data in the process of calculating the distance of the satellite. 제2항에 있어서,
상기 판단부는 상기 칼만필터의 이노베이션 테스트를 통해 상기 싸이클 슬립이 발생되었는지의 여부를 판단하는 장치.The method of claim 2,
And the determination unit determines whether the cycle slip has occurred through an innovation test of the Kalman filter. 제3항에 있어서,
상기 판단부는 상기 과거 측정 데이터와 상기 현재 측정 데이터를 비교하여 오차 공분산이 임계치 이상인 경우 상기 싸이클 슬립이 발생된 것으로 판단하는 장치.The method of claim 3,
And the determining unit compares the past measurement data with the current measurement data and determines that the cycle slip has occurred when the error covariance is greater than or equal to a threshold. 제4항에 있어서,
상기 임계치는 6인 장치.5. The method of claim 4,
And the threshold is six. 반송파를 이용한 위성 거리 산출 장치에 있어서,
거리 산출의 대상이 되는 복수 개의 위성에 대하여 일정한 값을 가지는 미지정수를 이용한 상기 복수 개의 위성의 거리 산출 과정에서, 칼만 필터를 이용하여 상기 복수 개의 위성 각각에 대해 싸이클 슬립이 발생되었는지의 여부를 판단하는 판단부; 및
상기 복수 개의 위성 중 상기 싸이클 슬립이 발생된 것으로 판단된 위성에 대해서는 상기 거리 산출 과정에 사용되는 미지정수를 초기화하여 다시 계산하고, 상기 다시 계산된 미지정수를 이용하여 상기 복수 개의 위성의 거리를 산출하는 계산부
를 포함하는 장치.In the satellite distance calculating apparatus using a carrier wave,
In the process of calculating the distance of the plurality of satellites using an unknown constant having a constant value for the plurality of satellites to be calculated, a Kalman filter is used to determine whether cycle slip has occurred for each of the plurality of satellites. Decision unit; And
For the satellites determined to have generated the cycle slip among the plurality of satellites, an unspecified integer used in the distance calculation process is initialized and recalculated, and the distances of the plurality of satellites are calculated using the recalculated unspecified integer. Calculation
/ RTI > 제6항에 있어서,
상기 판단부는 상기 복수 개의 위성의 거리 산출 과정에서의 상기 복수 개의 위성 각각에 대해, 과거 측정 데이터에 따른 과거 상태정보와 현재 측정 데이터를 이용하여 현재 상태정보를 추정하는 칼만필터 알고리즘을 이용하는 장치.The method according to claim 6,
And the determining unit estimates current state information using past state information and current measurement data according to past measurement data, for each of the plurality of satellites in the distance calculation process of the plurality of satellites. 제7항에 있어서,
상기 판단부는 상기 칼만필터의 이노베이션 테스트를 통해, 상기 과거 측정 데이터와 상기 현재 측정 데이터를 비교하여 오차 공분산이 임계치 이상인 경우 상기 싸이클 슬립이 발생된 것으로 판단하는 장치.The method of claim 7, wherein
The determination unit may determine that the cycle slip has occurred when the error covariance is greater than or equal to a threshold value by comparing the past measurement data with the current measurement data through an innovation test of the Kalman filter. 반송파를 이용한 위성 거리 산출 방법에 있어서,
거리 산출의 대상이 되는 위성에 대하여 일정한 값을 가지는 미지정수를 이용한 상기 위성의 거리 산출 과정에서, 칼만 필터를 이용하여 상기 위성에 대한 싸이클 슬립이 발생되었는지의 여부를 판단하는 단계; 및
상기 싸이클 슬립이 발생된 경우 상기 미지정수를 초기화하여 다시 계산하고, 상기 다시 계산된 미지정수를 이용하여 상기 위성의 거리를 산출하는 단계
를 포함하는 위성 거리 산출 방법.In the satellite distance calculation method using a carrier,
Determining whether a cycle slip has occurred for the satellite by using a Kalman filter in a distance calculation process of the satellite using an unknown constant having a constant value with respect to the satellite to be calculated; And
Initializing and recalculating the unknown integer when the cycle slip occurs, and calculating the distance of the satellite using the recalculated unknown integer.
Satellite distance calculation method comprising a. 제9항에 있어서,
상기 싸이클 슬립이 발생되었는지의 여부를 판단하는 단계는,
상기 위성의 거리 산출 과정에서의 과거 측정 데이터에 따른 과거 상태정보와 현재 측정 데이터를 이용하여 현재 상태정보를 추정하는데 칼만필터 알고리즘을 이용하는 위성 거리 산출 방법.10. The method of claim 9,
Determining whether or not the cycle slip has occurred,
And a Kalman filter algorithm for estimating current state information using past state information and current measurement data according to past measurement data in the process of calculating the distance of the satellite. 제10항에 있어서,
상기 싸이클 슬립이 발생되었는지의 여부를 판단하는 단계는,
상기 칼만필터의 이노베이션 테스트를 통해 상기 싸이클 슬립이 발생되었는지의 여부를 판단하는 위성 거리 산출 방법.The method of claim 10,
Determining whether or not the cycle slip has occurred,
And determining whether the cycle slip has occurred through an innovation test of the Kalman filter. 제11항에 있어서,
상기 싸이클 슬립이 발생되었는지의 여부를 판단하는 단계는,
상기 과거 측정 데이터와 상기 현재 측정 데이터를 비교하여 오차 공분산이 임계치 이상인 경우 상기 싸이클 슬립이 발생된 것으로 판단하는 위성 거리 산출 방법.12. The method of claim 11,
Determining whether or not the cycle slip has occurred,
And comparing the past measurement data with the current measurement data and determining that the cycle slip has occurred when the error covariance is greater than or equal to a threshold. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항의 반송파를 이용한 위성 거리 산출 방법을 수행하는 프로그램을 수록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.A computer-readable recording medium containing a program for performing a satellite distance calculating method using the carrier according to any one of claims 9 to 12.
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