KR101384487B1 - 위성항법 수신기의 의사거리 검증 방법 및 장치 - Google Patents

위성항법 수신기의 의사거리 검증 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위성항법 수신기의 의사거리 검증 방법 및 장치에 관한 것으로, 위성항법 수신기에서 측정한 측정용 의사거리와 위성항법 수신기의 위치를 이용해서 생성한 검증용 의사거리를 비교해서 위성항법 수신기의 의사거리를 검증하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

위성항법 수신기의 의사거리 검증 방법 및 장치{Apparatus and Method for Pseudo range Verification of GNSS Receiver}
본 발명은 위성항법 수신기에서 계산한 측정용 의사거리를 분석하여 위성항법 수신기의 의사거리 측정 성능을 검증하는 장치에 관한 것이다.
위성항법시스템은 수신기에서 측정한 수신기와 항법위성간의 의사거리와 위성위치를 이용하여 수신기의 위치를 계산해 내는 시스템이다. 하지만 수신기와 항법위성간의 의사거리가 잘못 측정될 경우 수신기의 위치도 오차가 발생한다. 따라서 수신기의 의사거리 성능을 검증하는 것은 위성항법 수신기의 성능을 측정하는 데에 매우 중요하다.
종례의 기술은 위성항법 수신기의 성능을 검증할 때 의사거리를 직접 검증하기 보다는 위성항법 수신기의 위치를 기준으로 위치 정밀도를 측정하여 위성항법 수신기의 성능을 계산하였다. 위성항법 수신기의 위치 계산에는 위성항법 수신기에서 측정한 위성항법 수신기와 항법위성간의 의사거리가 이용된다. 하지만 위성항법 수신기의 특성에 따라 의사거리의 측정치가 달라지므로 근본적인 위성항법 수신기 성능을 측정하기 위해서는 의사거리의 검증이 필수적이다. 또한 위성항법 시뮬레이터와 같이 항법신호를 생성하고 검증하는 도구로 사용되는 곳에서는 의사거리의 검증이 필요하다.
본 발명의 실시 예는 위성항법 수신기의 의사거리 검증 방법 및 장치를 제안한다.
본 발명의 실시 예는 위성항법 수신기에서 계산한 측정용 의사거리와, 위성항법 수신기의 위치에 따라 생성되는 검증용 의사거리를 비교해서 위성항법 수신기의 의사거리를 검증하는 방법 및 장치를 제안한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 의사거리 검증장치는, 위성항법 수신기로부터 상기 위성항법 수신기에서 측정한 측정용 의사거리를 수신하는 항법데이터 수신부와, 항법위성의 위치를 계산하는 위성위치 계산부와, 상기 위성항법 수신기의 위치를 입력받는 수신기위치 입력부와, 상기 위성항법 수신기의 위치와 상기 항법위성의 위치를 이용해서 검증용 의사거리를 생성하는 의사거리 생성부 및 상기 측정용 의사거리와 상기 검증용 의사거리의 차이를 비교해서 상기 측정용 의사거리의 오류 여부를 검증하는 의사거리 검증부를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 의사거리 검증방법은, 위성항법 수신기로부터 항법 데이터를 수신하는 단계와, 상기 항법 데이터를 이용해서 항법위성의 위치를 계산하고, 상기 항법위성의 위치와 입력받은 위성항법 수신기의 위치를 이용해서 검증용 의사거리를 생성하는 단계 및 상기 항법 데이터에 포함된 측정용 의사거리와 상기 검증용 의사거리의 차이를 비교해서 상기 측정용 의사거리의 오류 여부를 검증하는 단계를 포함한다.
본 발명은 위성항법 수신기의 의사거리 검증 방법 및 장치에 관한 것으로, 위성항법 수신기의 정밀한 성능분석에 이용될 수 있다. 의사거리의 정확도와 의사거리 측정 분포를 분석하여 의사거리의 측정과정에서 발생하는 오류를 분석해 낼 수 있다. 따라서, 실제 위성항법 수신기에 이용이 가능할 뿐 아니라 위성항법 시뮬레이터의 수신기 모듈에도 의사거리 검증에 적용이 가능하며 시뮬레이터의 의사거리의 생성에서도 같은 알고리즘을 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 위성항법 수신기의 의사거리를 검증하기 위한 개략적인 시스템의 구조를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 의사거리 검증장치의 구성을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 의사거리를 검증하는 과정을 도시한 흐름도 및,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 검증용 의사거리를 생성하는 과정을 도시한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시 예는 위성항법 수신기에서 계산한 측정용 의사거리와, 위성항법 수신기의 위치에 따라 생성되는 검증용 의사거리를 비교해서 위성항법 수신기의 의사거리를 검증하는 방법 및 장치를 제안한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 위성항법 수신기의 의사거리를 검증하기 위한 개략적인 시스템의 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 의사거리를 검증하기 위한 시스템은 의사거리 검증장치(100), 위성항법 수신기(110), 수신 안테나(120), 위성항법 시뮬레이터(130) 및 항법위성(141, 142, 144, 145)를 포함한다.
의사거리 검증장치(100)는 위성항법 수신기(110)로부터 수신하는 항법 데이터에 포함된 측정용 의사거리를 검증해서 위성항법 수신기(110)에 오류가 존재하는지 유무를 판단한다.
위성항법 수신기(110)는 수신 안테나(120)를 통해서 항법위성(141, 142, 144, 145)에서 직접 전송되는 위성신호를 수신할 수도 있고, 위성항법 시뮬레이터(130)에서 생성한 위성신호를 수신할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 의사거리 검증장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 의사거리 검증장치(100)는 항법데이터 수신부(210), 수신기위치 입력부(220), 위성위치 계산부(230), 의사거리 생성부(240) 및 의사거리 검증부(250)를 포함한다.
항법데이터 수신부(210)는 위성항법 수신기(110)로부터 항법 데이터를 수신한다. 이때, 항법 데이터에는 위성항법 수신기(110)에서 측정한 위성신호를 송신한 항법위성과의 의사거리인 측정용 의사거리, 위성신호의 데이터 및 위성신호를 수신한 시각정보를 포함할 수 있다.
수신기위치 입력부(220)는 측정용 의사거리를 측정할 때의 위성항법 수신기(110)의 위치를 입력 받는다.
위성위치 계산부(230)는 위성신호의 데이터와 위성신호를 수신한 시각정보를 이용해서 위성신호를 송신한 항법위성의 위치를 계산한다. 보다 상세히 설명하면, 위성위치 계산부(230)는 위성신호의 데이터를 이용해서 위성신호를 송신한 항법위성을 확인하고. 항법위성에 대응하는 항법위성의 궤도를 확인하고, 위성신호를 수신한 시각정보를 이용해서 위성신호의 출발시간을 추정하고, 항법위성의 궤도에서 추정한 위성신호의 출발시간에 대응하는 항법위성의 위치를 확인한다. 이때, 위성신호의 출발시간은 위성신호를 수신한 시간이 될 수도 있고 위성신호를 수신한 시각으로부터 기설정된 시간 이전이 될 수도 있다.
그리고, 위성위치 계산부(230)는 지구자전을 반영해서 항법위성의 위치를 아래 <수학식 1>과 같이 보정할 수 있다.
Figure 112010031150061-pat00001
여기서, (X, Y, Z) 지구자전 반영 전 위성의 좌표, (X', Y', Z')은 지구자전 반영 후 위성의 좌표,
Figure 112010031150061-pat00002
는 전달시간 동안의 지구의 회전각이다.
의사거리 생성부(240)는 입력받은 위성항법 수신기(110)의 위치와 계산한 항법위성의 위치를 이용해서 검증용 의사거리를 생성한다. 검증용 의사거리는 아래 <수학식 2>를 통해서 생성할 수 있다.
Figure 112010031150061-pat00003
여기서, (x1, y1, z1)는 위성의 좌표이고, (xu, yu, zu)는 수신기의 좌표이고,
Figure 112010031150061-pat00004
는 검증용 의사거리이다.
한편, 위성위치 계산부(230)는 의사거리 생성부(240)에서 생성한 검증용 의사거리를 이용해서 위성신호의 출발시간을 보정하고, 보정된 위성신호의 출발시간에 따른 항법위성의 위치를 재확인해서 항법위성의 위치를 보정할 수 있다. 이때, 위성신호의 출발시간은 아래 <수학식 3>을 통해서 보정할 수 있다.
Figure 112010031150061-pat00005
여기서, t는 신호출발시각, ta는 수신기 측정시각,
Figure 112010031150061-pat00006
는 의사거리, C는 빛의 속도이다.
위성위치 계산부(230)에서 항법위성의 위치를 보정하면, 의사거리 생성부(240는 보정된 항법위성의 위치를 이용해서 위성항법 수신기(110)와의 의사거리를 재계산해서 검증용 의사거리를 보정할 수 있다.
이때, 위성위치 계산부(230)의 항법위성의 위치 보정과 의사거리 생성부(240의 검증용 의사거리 보정은 기설정된 횟수만큼 반복될 수 있다.
의사거리 검증부(250)는 측정용 의사거리와 검증용 의사거리의 차이값을 계산하고, 차이값이 기설정된 임계값보다 작으면 위성항법 수신기(110)를 정상으로 판단하고, 차이값이 기설정된 임계값보다 작지 않으면 위성항법 수신기(110)에 오류가 존재한다고 판단할 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 위성항법 수신기의 의사거리 검증 방법을 아래에서 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 의사거리를 검증하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 의사거리 검증장치(100)는 310단계에서 위성항법 수신기(110)로부터 항법 데이터를 수신한다. 이때, 항법 데이터에는 위성항법 수신기(110)에서 측정한 위성신호를 송신한 항법위성과의 의사거리인 측정용 의사거리, 위성신호의 데이터 및 위성신호를 수신한 시각정보를 포함할 수 있다.
그리고, 의사거리 검증장치(100)는 320단계에서 측정용 의사거리를 측정할 때의 위성항법 수신기(110)의 위치를 입력 받는다.
그리고, 의사거리 검증장치(100)는 330단계에서 위성신호의 데이터와 위성신호를 수신한 시각정보를 이용해서 위성신호를 송신한 항법위성의 위치를 계산하고, 입력받은 위성항법 수신기(110)의 위치와 계산한 항법위성의 위치를 이용해서 검증용 의사거리를 생성한다. 이때, 항법위성의 위치를 확인하는 방법을 보다 상세히 설명하면, 의사거리 검증장치(100)는 위성신호의 데이터를 이용해서 위성신호를 송신한 항법위성을 확인하고. 항법위성에 대응하는 항법위성의 궤도를 확인하고, 위성신호를 수신한 시각정보를 이용해서 위성신호의 출발시간을 추정하고, 항법위성의 궤도에서 추정한 위성신호의 출발시간에 대응하는 항법위성의 위치를 확인한다. 한편, 330단계에서 생성되는 검증용 의사거리는 위성신호의 정확한 출발시간을 확인할 수 없음으로 정확하지 않을 수 있다. 따라서 위성신호의 출발시간을 보정하고 보정된 위성신호의 출발시간으로 검증용 의사거리를 보정할 수 있다. 보정된 검증용 의사거리를 보정하는 방법을 아래에서 도 4을 통해 후술하고자 한다.
그리고, 의사거리 검증장치(100)는 350단계에서 측정용 의사거리와 검증용 의사거리의 차이값을 계산하고, 차이값이 기설정된 임계값보다 작은지 확인한다.
350단계의 확인결과 차이값이 기설정된 임계값보다 작으면, 의사거리 검증장치(100)는 360단계에서 위성항법 수신기(110)를 정상으로 판단한다.
350단계의 확인결과 차이값이 기설정된 임계값보다 작지 않으면, 의사거리 검증장치(100)는 370단계에서 위성항법 수신기(110)에 오류가 존재한다고 판단한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 검증용 의사거리를 생성하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 의사거리 검증장치(100)는 410단계에서 위성신호를 수신한 시각정보를 이용해서 위성신호의 출발시간을 설정한다. 이때, 위성신호의 출발시간은 위성신호를 수신한 시간이 될 수도 있고 위성신호를 수신한 시각으로부터 기설정된 시간 이전이 될 수도 있다.
그리고, 의사거리 검증장치(100)는 420단계에서 항법위성의 궤도에서 위성신호의 출발시간에 대응하는 항법위성의 위치를 확인한다
그리고, 의사거리 검증장치(100)는 430단계에서 지구자전을 반영해서 항법위성의 위치를 보정한다.
그리고, 의사거리 검증장치(100)는 440단계에서 430단계에서 보정된 항법위성의 위치와 위성항법 수신기(110)의 위치를 이용해서 검증용 의사거리를 생성한다.
그리고, 의사거리 검증장치(100)는 450단계에서 기설정 횟수만큼 보정되었는지 확인한다.
450단계의 확인결과 기설정 횟수만큼 보정되지 않았으면, 의사거리 검증장치(100)는 460단계에서 생성한 의사거리를 이용해서 위성신호 출발시간를 보정하고, 460단계로 돌아가서 450단계까지의 일련의 과정을 반복한다.
450단계의 확인결과 기설정 횟수만큼 보정되었으면, 의사거리 검증장치(100)는 470단계에서 마지막에 생성된 검증용 의사거리를 보정이 완료된 검증용 의사거리로 출력한다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 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 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110; 위성항법 수신기
100; 의사거리 검증장치
210; 항법데이터 수신부
220; 수신기위치 입력부
230; 위성위치 계산부
240; 의사거리 생성부
250; 의사거리 검증부

Claims (16)

  1. 항법데이터 수신부, 위성위치 계산부, 수신기위치 입력부, 의사거리 생성부 및 의사거리 검증부를 포함하는 의사거리 검증장치에 있어서,
    위성항법 수신기로부터 상기 위성항법 수신기에서 측정한 측정용 의사거리를 수신하는 상기 항법데이터 수신부;
    항법위성의 위치를 계산하여 상기 의사거리 생성부로 제공하고, 상기 의사거리 생성부에서 생성한 검증용 의사거리를 이용해서 위성신호의 출발시간을 보정하고, 상기 보정된 위성신호의 출발시간에 따른 상기 항법위성의 위치를 재확인해서 보정하는 위성위치 계산부;
    상기 위성항법 수신기의 위치를 입력받는 상기 수신기위치 입력부;
    상기 위성항법 수신기의 위치와 상기 항법위성의 위치를 이용해서 상기 검증용 의사거리를 생성하여 상기 위성위치 계산부로 제공하고, 상기 위성위치 계산부로부터 상기 보정된 위성신호의 출발시간에 따른 상기 항법위성의 위치를 재확인하고, 재확인한 상기 항법위성의 위치에 지구자전을 반영해서 보정하고, 상기 보정된 항법위성의 위치를 이용해서 상기 위성항법 수신기와의 의사거리를 재계산해서 상기 검증용 의사거리를 보정하는 의사거리 생성부; 및
    상기 측정용 의사거리와 상기 보정된 검증용 의사거리의 차이를 비교해서 상기 측정용 의사거리의 오류 여부를 검증하는 의사거리 검증부를 포함하는
    의사거리 검증장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 항법데이터 수신부는 측정에 사용된 위성신호의 데이터 및 상기 위성신호를 수신한 시각정보를 더 수신하고,
    상기 위성위치 계산부는 상기 위성신호의 데이터와 상기 위성신호를 수신한 시각정보를 이용해서 상기 위성신호를 송신한 상기 항법위성의 위치를 계산함을 특징으로 하는
    의사거리 검증장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 위성위치 계산부는,
    지구자전을 반영해서 상기 항법위성의 위치를 보정함을 특징으로 하는
    의사거리 검증장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 위성위치 계산부는,
    상기 항법위성의 위치의 보정할 때 지구자전도 반영해서 상기 항법위성의 위치를 보정함을 특징으로 하는
    의사거리 검증장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 위성위치 계산부는,
    상기 항법위성의 위치 보정을 기설정된 횟수만큼 반복함을 특징으로 하는
    의사거리 검증장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 의사거리 생성부는
    상기 검증용 의사거리의 보정을 기설정된 횟수만큼 반복함을 특징으로 하는
    의사거리 검증장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 의사거리 검증부는,
    상기 측정용 의사거리와 상기 검증용 의사거리의 차이값을 계산하고, 상기 차이값이 기설정된 임계값보다 작으면 상기 위성항법 수신기를 정상으로 판단하고, 상기 차이값이 기설정된 임계값보다 작지 않으면 상기 위성항법 수신기에 오류가 존재한다고 판단함을 특징으로 하는
    의사거리 검증장치.
  10. 위성항법 수신기로부터 항법 데이터를 수신하는 단계;
    상기 항법 데이터를 이용해서 항법위성의 위치를 계산하고, 상기 항법위성의 위치와 입력받은 위성항법 수신기의 위치를 이용해서 검증용 의사거리를 생성하는 단계;
    측정용 의사거리의 측정에 사용된 위성신호의 출발시간을 계산하고, 상기 위성신호의 출발시간을 이용해서 상기 검증용 의사거리를 보정하는 단계; 및
    상기 항법 데이터에 포함된 상기 측정용 의사거리와 상기 보정된 검증용 의사거리의 차이를 비교해서 상기 측정용 의사거리의 오류 여부를 검증하는 단계를 포함하고,
    상기 검증용 의사거리를 보정하는 단계는,
    상기 검증용 의사거리를 이용해서 상기 위성신호의 출발시간을 계산하는 단계;
    상기 보정된 위성신호의 출발시간에 따른 상기 항법위성의 위치를 재확인하는 단계;
    재확인한 상기 항법위성의 위치에 지구자전을 반영해서 보정하는 단계; 및
    상기 보정된 항법위성의 위치를 이용해서 상기 위성항법 수신기와의 의사거리를 재계산해서 상기 검증용 의사거리를 보정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는
    의사거리 검증방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 항법위성의 위치를 계산하는 단계는,
    상기 항법 데이터에 포함된 위성신호의 데이터와 상기 위성신호를 수신한 시각정보를 이용해서 상기 위성신호를 송신한 상기 항법위성의 위치를 계산함을 특징으로 하는
    의사거리 검증방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 항법위성의 위치를 계산하는 단계는,
    지구자전을 반영해서 상기 항법위성의 위치를 보정함을 특징으로 하는
    의사거리 검증방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제10항에 있어서,
    상기 검증용 의사거리를 보정하는 단계는,
    기설정된 횟수만큼 반복됨을 특징으로 하는
    의사거리 검증방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 측정용 의사거리의 오류 여부를 검증하는 단계는,
    상기 측정용 의사거리와 상기 검증용 의사거리의 차이값을 계산하고, 상기 차이값이 기설정된 임계값보다 작으면 상기 위성항법 수신기를 정상으로 판단하고, 상기 차이값이 기설정된 임계값보다 작지 않으면 상기 위성항법 수신기에 오류가 존재한다고 판단함을 특징으로 하는
    의사거리 검증방법.
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