KR101405260B1 - Self calibration Method for Global Positioning System signal beamforming and Apparatus thereof - Google Patents

Self calibration Method for Global Positioning System signal beamforming and Apparatus thereof Download PDF

Info

Publication number
KR101405260B1
KR101405260B1 KR1020130079003A KR20130079003A KR101405260B1 KR 101405260 B1 KR101405260 B1 KR 101405260B1 KR 1020130079003 A KR1020130079003 A KR 1020130079003A KR 20130079003 A KR20130079003 A KR 20130079003A KR 101405260 B1 KR101405260 B1 KR 101405260B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gps satellite
satellite signal
signal
beamforming
gps
Prior art date
Application number
KR1020130079003A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이기훈
송기원
Original Assignee
국방과학연구소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국방과학연구소 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020130079003A priority Critical patent/KR101405260B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101405260B1 publication Critical patent/KR101405260B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13Receivers
    • G01S19/23Testing, monitoring, correcting or calibrating of receiver elements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/40Correcting position, velocity or attitude
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42Determining position
    • G01S19/43Determining position using carrier phase measurements, e.g. kinematic positioning; using long or short baseline interferometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42Determining position
    • G01S19/45Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement
    • G01S19/46Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement the supplementary measurement being of a radio-wave signal type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

The present invention relates to a GPS signal beamforming technique and, more specifically, to a method and device for beamforming after self-calibration by using only a GPS satellite signal outdoors without an additional calibration device. In order to achieve the task shown above, the present invention provides a self-calibration method for GPS signal beamforming to conveniently perform the beamforming technique without the installation and operation of the additional calibration device. According to the present invention, a weak satellite signal can be precisely measured by measuring the magnitude and phase with a tracking channel of a GPS receiver for self-calibration and differentiating and filtering the same.

Description

GPS 신호 빔포밍을 위한 자체 교정 방법 및 장치{Self calibration Method for Global Positioning System signal beamforming and Apparatus thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a self calibration method and apparatus for GPS signal beamforming,

본 발명은 GPS 신호 빔포밍 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 추가적인 교정장비의 도움없이 야외에서 GPS 위성신호만을 사용하여 자체 교정한 후 빔포밍을 수행하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to GPS signal beamforming techniques, and more particularly, to a method and apparatus for performing beamforming after self calibration using only GPS satellite signals in the field without the aid of additional calibration equipment.

GPS는 위성신호 구조가 공개되어 있고 20000km 이상의 장거리에서 전송되기 때문에 인위적인 재밍 등의 간섭신호에 매우 취약하다. 예를 들어 GPS 수신기에 도달하는 위성신호 크기는 약 -160dBW(1×10-16 Watt)인데 비해 휴대폰에 도달하는 이동통신 신호는 -60dBW(1×10-6 Watt)로서 GPS 신호가 100억배 정도 약하다. GPS is very vulnerable to interfering signals such as artificial jamming because the satellite signal structure is disclosed and transmitted over a long distance of more than 20,000 km. For example, the satellite signal reaching the GPS receiver is about -160 dBW (1 × 10 -16 Watt), whereas the mobile communication signal reaching the mobile phone is -60 dBW (1 × 10 -6 Watt) weak.

따라서 방송/통신/전기 등의 RF 응용분야에서 발생할 수 있는 비의도적인 전파간섭이나 의도적인 전파신호를 발생시키는 재밍신호에 매우 취약하다.Therefore, it is very vulnerable to unintentional radio wave interference which may occur in RF application fields such as broadcasting / communication / electricity, and jamming signals that generate intentional radio wave signals.

이와 같이, GPS에 심각한 위협이 되는 전파간섭 또는 재밍신호에 대응하기 위한 가장 효과적인 방안은 배열 안테나를 사용하여 재밍신호를 제거하는 방법이다. As described above, the most effective way to cope with radio interference or jamming signals, which poses a serious threat to GPS, is a method of removing jamming signals using an array antenna.

배열 안테나는 여러 개의 안테나 소자를 사용하여 각각의 위상을 변화시킴으로써 원하는 신호를 증대시키고 원치 않는 재밍신호를 감소시키는 장치이다.An array antenna is a device that uses a plurality of antenna elements to increase the desired signal by changing the phase of each and reduce unwanted jamming signals.

배열 안테나 시스템에서 아날로그 위상 변환기(Phase shifter)를 사용하여 GPS의 L밴드 신호의 위상을 변화시켜 특정방향으로 널(Null)을 형성하여 재밍신호를 제거하였다. 최근에는 도 1과 같이 주파수가 낮은 중간주파수(IF, Intermediate Frequency)에서 A/D 변환 후 디지털 위상 변환기로써 항재밍 신호처리를 구현하는 디지털 배열 안테나 시스템 방식으로 개발되고 있다.In the array antenna system, an analog phase shifter is used to change the phase of the L band signal of the GPS to form a null in a specific direction to eliminate the jamming signal. Recently, as shown in FIG. 1, a digital array antenna system which realizes anti-jamming signal processing as a digital phase converter after A / D conversion at a low IF (Intermediate Frequency) is being developed.

도 1을 간략하게 설명하면, 안테나 소자(101)에서 수신된 신호를 하향 변환기(102)를 통해 중간주파수로 변환하고, 주파수가 낮은 중간 주파수(IF, Intermediate Frequency)에서 A/D 컨버터(103)를 통해 A/D 변환 후 디지털 위상변환기(104)와 디지털 신호처리 프로세서(106)를 통해서 안티-재밍 신호처리를 구현하는 디지털 GPS 배열 안테나 시스템 방식이 도시된다.1, a signal received by the antenna element 101 is converted into an intermediate frequency through a down-converter 102 and converted into an intermediate frequency by an A / D converter 103 at a low intermediate frequency (IF) A digital GPS array antenna system scheme for implementing anti-jamming signal processing through a digital phase converter 104 and a digital signal processor 106 after A / D conversion is shown.

디지털 GPS 배열 안테나에서 위상을 변화시킴으로써 단순히 원치 않는 재밍신호를 감소시키는 방법을 널링(Nulling)이라하고, 원하는 신호를 증대시키면서 동시에 원치 않는 재밍신호를 감소시키는 방법을 빔포밍(Beamforming)이라 한다. A method of simply reducing the undesired jamming signal by changing the phase in the digital GPS array antenna is called nulling, and a method of increasing the desired signal while simultaneously reducing the undesired jamming signal is called beamforming.

빔포밍은 원하는 신호를 증대시킬 수 있기 때문에 GPS 위성의 신호대잡음비(SNR, Signal to Noise Ratio)를 개선할 수 있고, 널링시 발생하는 부작용인 위성신호 손실을 방지할 수 있다.Since the beamforming can increase the desired signal, the signal to noise ratio (SNR) of the GPS satellite can be improved and the satellite signal loss, which is a side effect of nulling, can be prevented.

그런데 배열 안테나 시스템은 다수의 안테나 소자 및 RF단을 갖기 때문에 각각의 이득 및 위상이 다른 문제점을 갖고 있다. 만약 각 소자 및 RF단의 이득 및 위상이 다르면 특정 방향으로 빔포밍을 수행할 때 다른 방향으로 빔이 형성되어 원하는 결과를 얻을 수 없다. However, since the array antenna system has a plurality of antenna elements and an RF stage, each of the gain and phase has a different problem. If the gain and phase of each element and the RF stage are different, a beam is formed in the other direction when beam forming is performed in a specific direction, and a desired result can not be obtained.

위와 같이 배열 안테나 시스템에서의 빔포밍은 각각의 소자 및 RF단에 대한 이득 및 위상을 동일하게 맞춰주는 교정(Calibration) 과정이 필수적이다. 부연하면, 도 2와 같이 교정 장비(210)를 이용하여 원하는 방향으로 알려진 전파신호를 송신하고 RF단 후에서 수신하여 그 신호의 크기 및 위상을 측정하고 교정기(220)를 이용함으로써 교정을 수행하였다. As described above, the beam forming in the array antenna system requires a calibration process in which the gain and the phase for each element and the RF stage are matched with each other. 2, calibration is performed by transmitting a radio wave signal in a desired direction using a calibration device 210, receiving the signal after RF termination, measuring the magnitude and phase of the signal, and using the calibrator 220 .

이러한 방식은 신호가 시간 및 온도에 따라 변하기 때문에 수시로 교정 과정이 필요하며, 외부에서 교정 장비(210)가 구비되는 고가의 전파 송신장비를 이용하여 전파신호를 송신해야 하는 등의 번거로움 및 비용증대가 발생하였다. Such a method requires a calibration process from time to time because the signal varies with time and temperature, and it is troublesome and costly to transmit a radio wave signal by using an expensive radio wave transmission equipment equipped with an external calibration device 210 .

1. 한국등록특허번호 제10-0978535호1. Korean Registered Patent No. 10-0978535 2. 한국등록특허번호 제10-1174716호2. Korean Patent No. 10-1174716 3. 한국공개특허번호 제10-2010-0081590호3. Korean Patent Publication No. 10-2010-0081590 4. 한국공개특허번호 제10-2010-0135594호4. Korean Patent Publication No. 10-2010-0135594

본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 가적인 교정장비의 설치 및 운용 없이 간편하게 빔포밍 기술을 구현할 수 있도록 하는 GPS 신호 빔포밍을 위한 자체 교정 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a self-calibration method and apparatus for GPS signal beamforming, which can easily implement a beam forming technique without installing and operating a virtual calibration device. There is a purpose.

또한, 본 발명은 기존 안테나 출력만을 받을 수 있는 일반적인 GPS 수신기에 대한 빔포밍도 가능하고, 특정방향으로만 빔을 형성하는 단일 빔포밍도 가능하여 빔포밍 항재밍 기술의 활용도를 높일 수 있는 GPS 신호 빔포밍을 위한 자체 교정 방법 및 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, the present invention can be applied to a general GPS receiver capable of receiving only an existing antenna output, and it is also possible to perform a single beam forming that forms a beam only in a specific direction, thereby improving the utilization of the beam forming anti- It is another object to provide a self-calibrating method and apparatus for beamforming.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 가적인 교정장비의 설치 및 운용 없이 간편하게 빔포밍 기술을 구현할 수 있도록 하는 GPS 신호 빔포밍을 위한 자체 교정 방법을 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a self calibration method for GPS signal beamforming that enables a simple beamforming technique to be implemented without the installation and operation of a voluntary calibration device.

상기 자체 교정 방법은, The self-

GPS(Global Positioning System)로부터 송신 GPS 위성신호를 수신하는 위성신호 수신 단계;A satellite signal receiving step of receiving a transmitted GPS satellite signal from a GPS (Global Positioning System);

상기 송신 GPS 위성신호를 변환하여 다수의 변환 GPS 위성신호를 생성하는 위성신호 변환 단계;A satellite signal conversion step of converting the transmitted GPS satellite signals to generate a plurality of converted GPS satellite signals;

상기 다수의 변환 GPS 위성신호를 측정하여 다수의 측정 GPS 위성신호 크기 및 측정 GPS 위성신호 위상을 생성하는 위상신호 크기 위상 생성 단계;A phase signal magnitude phase generation step of measuring the plurality of converted GPS satellite signals to generate a plurality of measured GPS satellite signal magnitudes and a measured GPS satellite signal phase;

다수의 측정 GPS 위성신호 크기들간 차이 및 다수의 측정 GPS 위성신호 위상들간 차이를 산출하고, 산출된 차이값을 이용하여 교정값을 산출하는 교정값 산출 단계;A calibration value calculation step of calculating a difference between a plurality of measured GPS satellite signal magnitudes and a difference between a plurality of measured GPS satellite signal phases and calculating a calibration value using the calculated difference value;

상기 교정값을 이용하여 상기 다수의 변환 GPS 위성신호를 교정하는 위성 신호 교정 단계; 및 A satellite signal calibration step of calibrating the plurality of converted GPS satellite signals using the calibration values; And

교정된 GPS 위성신호에 가중치를 곱한 후 생성된 최종 GPS 위성신호를 합하여 빔형성 GPS 위성신호를 생성하는 빔형성 위성신호 생성단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.And generating a beamforming GPS satellite signal by summing the final GPS satellite signals generated by multiplying the corrected GPS satellite signals by weights.

이때, 상기 위상신호 크기 위상 생성 단계는, 코드 트랙킹 채널을 이용하여 다수의 측정 GPS 위성신호 크기를 생성하는 단계; 및 위상 트랙킹 채널을 이용하여 상기 다수의 측정 GPS 위성신호 위상을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The generating of the phase signal magnitude phase includes generating a plurality of GPS satellite signal magnitudes using the code tracking channel. And generating the plurality of measured GPS satellite signal phases using the phase tracking channel.

또한, 상기 산출된 차이값은 상기 다수의 트랙킹 채널 중 기준 채널과 대비한 차이값인 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the calculated difference value may be a difference value of the plurality of tracking channels with respect to the reference channel.

또한, 상기 교정값은, 상기 측정 GPS 위성신호 크기들간의 차이값인 제 1 차이값과 상기 측정 GPS 위성신호 위상들간의 차이값인 제 2 차이값의 곱을 역수로 취한 값인 것을 특징으로 할 수 있다.The calibration value may be a value obtained by taking a product of a first difference value, which is a difference value between the measured GPS satellite signal magnitudes, and a second difference value, which is a difference value between the measured GPS satellite signal phases, as an inverse number .

또한, 상기 가중치는 빔포밍 알고리즘을 이용하여 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.Also, the weight may be generated using a beamforming algorithm.

또한, 상기 교정값 산출 단계는, 저주파수 통과 필터를 이용하여 상기 산출된 차이값의 잡음을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The calibration value calculating step may further include removing noise of the calculated difference value using a low-pass filter.

다른 한편으로 본 발명의 다른 실시예는, GPS로부터 송신 GPS 위성신호를 수신하는 다수의 안테나; 상기 송신 GPS 위성신호를 변환하여 다수의 변환 GPS 위성신호를 생성하는 신호 변환부; 상기 다수의 변환 GPS 위성신호를 측정하여 다수의 측정 GPS 위성신호 크기 및 측정 GPS 위성신호 위상을 생성하는 다수의 트랙킹 채널과, 다수의 측정 GPS 위성신호 크기들간 차이 및 다수의 측정 GPS 위성신호 위상들간 차이를 산출하고, 산출된 차이값을 이용하여 교정값을 산출하는 다수의 교정값 산출부와, 상기 교정값을 이용하여 상기 다수의 변환 GPS 위성신호를 교정하는 교정부와, 교정된 GPS 위성신호에 가중치를 곱한 후 생성된 최종 GPS 위성신호를 합하여 빔형성 GPS 위성신호를 생성하는 빔포머를 갖는 FPGA(Field Programmable Gate Array);를 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 빔포밍을 위한 자체 교정 장치를 제공한다.Another embodiment of the present invention, on the other hand, comprises a plurality of antennas for receiving transmitted GPS satellite signals from a GPS; A signal converter for converting the transmitted GPS satellite signal to generate a plurality of converted GPS satellite signals; A plurality of tracking channels for measuring the plurality of transformed GPS satellite signals to produce a plurality of measured GPS satellite signal magnitudes and a measured GPS satellite signal phase, a plurality of measured GPS satellite signal magnitudes and a plurality of measured GPS satellite signal phases A calibration unit for calculating the difference and calculating a calibration value using the calculated difference value; an calibration unit for calibrating the plurality of converted GPS satellite signals using the calibration value; And a field formable gate array (FPGA) having a beam former for generating a beam forming GPS satellite signal by summing the final GPS satellite signals generated by multiplying the final GPS satellite signals by the weights, and a self-calibration device for GPS signal beamforming to provide.

이때, 상기 다수의 트랙킹 채널 각각은, 다수의 측정 GPS 위성신호 크기를 생성하는 코드 트랙킹 채널; 및 상기 다수의 측정 GPS 위성신호 위상을 생성하는 위상 트랙킹 채널을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.Wherein each of the plurality of tracking channels comprises: a code tracking channel for generating a plurality of measured GPS satellite signal magnitudes; And a phase tracking channel for generating the plurality of measured GPS satellite signal phases.

또한, 상기 가중치는 빔포밍 알고리즘을 이용하여 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.Also, the weight may be generated using a beamforming algorithm.

또한, 상기 산출된 차이값의 잡음을 제거하는 저주파수 통과 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The apparatus may further include a low-pass filter for removing noise of the calculated difference value.

또 다른 한편으로 본 발명의 또 다른 실시예는, 최고 앙각 위성으로부터 수신된 위성신호를 빔포밍하는 GPS 신호 빔포밍을 위한 자체 교정 장치에 있어서, 상기 최고 앙각 위성으로부터 위성신호를 받아 교정하는 교정부; 교정된 위성신호를 빔포밍만을 수행하여 단일 빔포밍 신호를 합성하는 단일 빔포밍기; 및 합성된 단일 빔포밍 신호를 상향 변환하는 RF(Radio Frequency) 상향 변환기;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.On the other hand, another embodiment of the present invention is a self-calibrating apparatus for GPS signal beamforming that beamforms a satellite signal received from a highest elevation satellite, the apparatus comprising: a calibration unit for receiving and calibrating a satellite signal from the highest elevation- ; A single beamformer for synthesizing a single beamforming signal by performing only beamforming of the corrected satellite signal; And an RF (Radio Frequency) up-converter for up-converting the synthesized single beam forming signal.

본 발명에 따르면, 자체 교정을 위해 GPS 수신기의 Tracking channel을 활용하여 크기 및 위상을 측정하고, 이를 차분 후 필터링함으로써 미약한 위성신호를 정밀하게 측정할 수 있다. According to the present invention, it is possible to precisely measure a weak satellite signal by measuring the magnitude and phase using the tracking channel of the GPS receiver for self-calibration and filtering the result after filtering.

또한, 본 발명의 다른 효과로서는 이후 GPS 위성신호에 대한 빔포밍을 수행함으로써 신호대잡음비를 키우고 위상왜곡 및 크기손실을 방지할 수 있다는 점을 들 수 있다. Another advantage of the present invention is that signal-to-noise ratio can be increased by performing beamforming on a GPS satellite signal, and phase distortion and size loss can be prevented.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 최고 앙각 교정방법을 이용하여 기존 안테나 출력만을 받을 수 있는 일반적인 GPS 수신기에 대한 빔포밍도 가능하고, 특정방향으로만 빔을 형성하는 단일 빔포밍도 가능하여 빔포밍 항재밍 기술의 활용도를 높일 수 있으며, 이는 소수의 배열안테나로써 넓은 빔폭을 가질 수 있어 유용하다는 점을 들 수 있다. Further, as another effect of the present invention, beamforming for a general GPS receiver capable of receiving only an existing antenna output can be performed using a maximum elevation correction method, and single beam forming for forming a beam in a specific direction is also possible, The use of anti-jamming technology can be enhanced, which is useful because it can have a wide beam width as a small number of array antennas.

도 1은 일반적인 디지털 방식의 GPS 항재밍 배열안테나 시스템이다.
도 2는 일반적인 교정 방식을 적용한 GPS 빔포밍용 교정 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 GPS 위성신호를 이용한 자체 교정 장치(300)의 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 트랙킹 채널(311-1 내지 311-N) 중 크기

Figure 112013060731016-pat00001
을 측정할 수 있는 일반적인 GPS 수신기의 코드 트랙킹 채널(Tracking channel)을 나타내는 회로 블럭도이다.
도 5는 도 3에 도시된 트랙킹 채널(311-1 내지 311-N) 중 위상
Figure 112013060731016-pat00002
을 측정할 수 있는 일반적인 GPS 수신기의 위상 트랙킹 채널(Tracking channel)을 나타내는 회로 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 자체적으로 교정한 후 위성신호를 빔포밍하는 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 기존 GPS 수신기에 적용 가능한 특정방향 빔포밍 장치의 구성도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 위성신호를 교정하여 빔포밍 위성신호를 생성하는 과정을 보여주는 흐름도이다.1 is a general digital type GPS anti-jamming array antenna system.
FIG. 2 is a block diagram of a calibration apparatus for GPS beamforming to which a general calibration method is applied.
3 is a block diagram of a self-calibration apparatus 300 using a GPS satellite signal according to an embodiment of the present invention.
Fig. 4 is a view showing the size of the tracking channels 311-1 to 311-N shown in Fig.
Figure 112013060731016-pat00001
Which is a circuit block diagram showing a tracking channel of a general GPS receiver capable of measuring a GPS signal.
FIG. 5 is a timing chart showing the phase of the tracking channels 311-1 to 311-N shown in FIG.
Figure 112013060731016-pat00002
In which the phase of the GPS signal is measured.
FIG. 6 is a diagram illustrating beamforming of a satellite signal after calibration according to an embodiment of the present invention.
7 is a configuration diagram of a specific direction beam forming apparatus applicable to an existing GPS receiver according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a process of generating a beamforming satellite signal by calibrating a satellite signal according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.Like reference numerals are used for similar elements in describing each drawing.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term "and / or" includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Should not.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 GPS 신호 빔포밍을 위한 자체 교정 방법 및 장치를 상세하게 설명하기로 한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout.

본 발명은 도 2와 같은 추가적인 교정장비의 도움없이 도 3과 같이 GPS 위성신호를 사용하여 자체 교정하는 것을 특징으로 한다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 GPS 위성신호를 이용한 자체 교정 장치(300)의 구성도이다. The present invention is characterized in that it self-calibrates using GPS satellite signals as shown in FIG. 3 without the aid of the additional calibration equipment shown in FIG. 3 is a block diagram of a self-calibration apparatus 300 using a GPS satellite signal according to an embodiment of the present invention.

일반적으로, GPS 위성신호는 자연상태 잡음인 열잡음보다 약하므로 직접 측정할 수는 없다. 본 발명은 이를 극복하기 위해 GPS 수신기에서 사용되는 신호추적 알고리즘을 결합하여 사용하는 방식이다. 먼저 GPS 위성신호는 아래 수학식으로 표현될 수 있다. In general, GPS satellite signals are less than thermal noise, which is a natural state noise, and can not be directly measured. In order to overcome this problem, the present invention uses a signal tracking algorithm used in a GPS receiver. First, the GPS satellite signal can be expressed by the following equation.

Figure 112013060731016-pat00003
Figure 112013060731016-pat00003

여기서,

Figure 112013060731016-pat00004
= 위성신호 크기,
Figure 112013060731016-pat00005
= 의사잡음코드,
Figure 112013060731016-pat00006
= 반송파 주파수,
Figure 112013060731016-pat00007
= 위상이다. here,
Figure 112013060731016-pat00004
= Satellite signal size,
Figure 112013060731016-pat00005
= Pseudo noise code,
Figure 112013060731016-pat00006
= Carrier frequency,
Figure 112013060731016-pat00007
= Phase.

이러한 GPS 위성신호는 입사되는 앙각(안테나가 GPS 위성을 바라보는 각도를 말함) 및 방위각(안테나의 위치와 GPS 위성의 경도 차이를 나타냄)이 정해져 있고, 배열 안테나 위상

Figure 112013060731016-pat00008
도 고정되었기 때문에
Figure 112013060731016-pat00009
번째 안테나(330-1 내지 330-N) 및 신호 변환부(320-1 내지 320-N)를 통과하면 수학식 2와 같이 변환되어 변환 GPS 위성 신호가 생성된다. 여기서, 신호 변환부(320-1 내지 320-N)는 RF(Radio Frequency)단(미도시) 및 A/D(Analog/Digital) 컨버터(미도시) 등으로 구성된다. The GPS satellite signal is defined by an elevation angle (an angle at which an antenna looks at a GPS satellite) and an azimuth angle (indicating an antenna position and a hardness difference between GPS satellites)
Figure 112013060731016-pat00008
Is also fixed
Figure 112013060731016-pat00009
Th antennas 330-1 to 330-N and the signal converters 320-1 to 320-N, the converted GPS satellite signals are generated as shown in Equation (2). The signal converters 320-1 to 320-N include an RF (Radio Frequency) stage (not shown) and an A / D (analog / digital) converter (not shown).

Figure 112013060731016-pat00010
Figure 112013060731016-pat00010

여기서,

Figure 112013060731016-pat00011
는 각 RF 채널에서 입사되는 GPS 위성신호의 크기이고,
Figure 112013060731016-pat00012
는 각 RF 채널에서 입사되는 GPS 위성신호의 위상을 나타낸다.here,
Figure 112013060731016-pat00011
Is the magnitude of the GPS satellite signal incident on each RF channel,
Figure 112013060731016-pat00012
Represents the phase of a GPS satellite signal incident on each RF channel.

GPS 위성방향 또는 특정방향으로 빔포밍을 위해서는 안테나 및 RF단의 신호왜곡항인 수학식 2의

Figure 112013060731016-pat00013
을 측정하여 보상해줘야 한다. In order to perform beamforming in the GPS satellite direction or in a specific direction, the signal distortion terms of the antenna and the RF stage
Figure 112013060731016-pat00013
Should be measured and compensated.

앞서 밝혔듯이 GPS 위성신호는 미약하므로 도 3의 트랙킹 채널(Tracking channel)(311-1 내지 311-N)과 같이 복조신호를 곱한 역확산이득을 통해 각 RF 채널에서 입사되는 위성신호의 크기

Figure 112013060731016-pat00014
와 위상
Figure 112013060731016-pat00015
을 측정할 수 있다. As described above, since the GPS satellite signal is weak, the size of the satellite signal incident on each RF channel through the despread gain obtained by multiplying the demodulated signal by the tracking channels 311-1 through 311-N of FIG.
Figure 112013060731016-pat00014
And phase
Figure 112013060731016-pat00015
Can be measured.

이러한 측정 GPS 위성신호 크기

Figure 112013060731016-pat00016
및 측정 GPS 위성신호 위상
Figure 112013060731016-pat00017
을 생성하는 회로 블럭도가 도 4 및 도 5에 도시된다. 즉, 도 4는 도 3에 도시된 트랙킹 채널(311-1 내지 311-N) 중 크기
Figure 112013060731016-pat00018
을 측정할 수 있는 일반적인 GPS 수신기의 코드 Tracking channel을 나타내고, 최종적으로 출력되는 값을 측정 위성신호 크기
Figure 112013060731016-pat00019
로 표현한다. These measured GPS satellite signal magnitudes
Figure 112013060731016-pat00016
And GPS satellite signal phase measurement
Figure 112013060731016-pat00017
Are shown in Figs. 4 and 5. Fig. That is, FIG. 4 is a view showing the size of the tracking channels 311-1 to 311-N shown in FIG. 3
Figure 112013060731016-pat00018
And the final output value is the measurement satellite signal size
Figure 112013060731016-pat00019
.

도 5는 도 3에 도시된 트랙킹 채널(311-1 내지 311-N) 중 위상

Figure 112013060731016-pat00020
을 측정할 수 있는 일반적인 GPS 수신기의 위상 Tracking channel을 나타내고, 최종적으로 출력되는 값을 위성신호 위상
Figure 112013060731016-pat00021
로 표현한다. 도 4 및 도 5에 대하여는 후술하기로 한다.FIG. 5 is a timing chart showing the phase of the tracking channels 311-1 to 311-N shown in FIG.
Figure 112013060731016-pat00020
And the last output value is the satellite signal phase
Figure 112013060731016-pat00021
. 4 and 5 will be described later.

도 3을 계속 참조하면, 교정값 산출부(313-1 내지 313-N)에 생성된 측정 GPS 위성신호 크기

Figure 112013060731016-pat00022
및 측정 GPS 위성신호 위상
Figure 112013060731016-pat00023
은 안테나(330-1 내지 330-N) 및 RF단의 이득 및 위상이 반영된 값으로서 잡음이 크고 상대적인 값이다. 3, the measured GPS satellite signal magnitudes generated in the calibration value calculation units 313-1 through 313-N
Figure 112013060731016-pat00022
And GPS satellite signal phase measurement
Figure 112013060731016-pat00023
Is a value reflecting the gain and phase of the antennas 330-1 to 330-N and the RF stage, and has a large noise and a relative value.

따라서 도 3에 도시된 바와 같이, 기준채널 대비 차이값을 저주파수 통과 필터(Low pass filter)(315)를 통과시켜 교정부(317)에서 교정값으로 사용한다. 즉, 교정값은 기준 채널을 기준으로 측정 GPS 위성신호 크기 및 위상(

Figure 112013060731016-pat00024
,
Figure 112013060731016-pat00025
)의 각각의 차이를 역수로 취한
Figure 112013060731016-pat00026
,
Figure 112013060731016-pat00027
의 역수값(
Figure 112013060731016-pat00028
내지
Figure 112013060731016-pat00029
)이 된다. 이를 보여주는 도면이 도 6에 도시된다, 도 6에 대하여는 후술하기로 한다.Therefore, as shown in FIG. 3, the difference value with respect to the reference channel is passed through a low pass filter 315 and is used as a calibration value in the calibration unit 317. That is, the calibration value is based on the measured GPS satellite signal magnitude and phase (
Figure 112013060731016-pat00024
,
Figure 112013060731016-pat00025
), Taking the inverse of each difference
Figure 112013060731016-pat00026
,
Figure 112013060731016-pat00027
The reciprocal of (
Figure 112013060731016-pat00028
To
Figure 112013060731016-pat00029
). The drawing showing this is shown in Fig. 6, which will be described later with reference to Fig.

이때, 제 1 교정값 산출부(313-1)에 의해 생성된 제 1 측정 GPS 위성신호 크기 및 제 2 측정 GPS 위성신호 위상이 기준 채널의 값이 된다. 즉,

Figure 112013060731016-pat00030
=
Figure 112013060731016-pat00031
-
Figure 112013060731016-pat00032
,
Figure 112013060731016-pat00033
=
Figure 112013060731016-pat00034
-
Figure 112013060731016-pat00035
,...이고,
Figure 112013060731016-pat00036
=
Figure 112013060731016-pat00037
-
Figure 112013060731016-pat00038
,
Figure 112013060731016-pat00039
=
Figure 112013060731016-pat00040
-
Figure 112013060731016-pat00041
...,이다.At this time, the first measured GPS satellite signal magnitude and the second measured GPS satellite signal magnitude produced by the first calibration value calculator 313-1 become the values of the reference channel. In other words,
Figure 112013060731016-pat00030
=
Figure 112013060731016-pat00031
-
Figure 112013060731016-pat00032
,
Figure 112013060731016-pat00033
=
Figure 112013060731016-pat00034
-
Figure 112013060731016-pat00035
,...ego,
Figure 112013060731016-pat00036
=
Figure 112013060731016-pat00037
-
Figure 112013060731016-pat00038
,
Figure 112013060731016-pat00039
=
Figure 112013060731016-pat00040
-
Figure 112013060731016-pat00041
...,to be.

따라서, 이러한 제 1 측정 GPS 위성신호 크기 및 제 1 측정 GPS 위성신호 위상값과, 제 2 교정값 산출부(313-2)에 의해 생성된 제 2 측정 GPS 위성신호 크기 및 제 2 측정 GPS 위상신호 위상의 차이값이 저주파수 통과 필터(315)에 입력되어 필터링된다. Accordingly, the first measured GPS satellite signal magnitude and the first measured GPS satellite signal phase value, the second measured GPS satellite signal magnitude generated by the second calibration value calculator 313-2, and the second measured GPS satellite signal magnitude, The difference value of the phase is input to the low-frequency pass filter 315 and filtered.

필터링된 측정 GPS 위성신호 크기 및/또는 측정 GPS 위성신호 위상값들은 교정부(317)에 의해 교정되고, 빔포머(319)에서 빔형성 GPS 신호로 생성된다. 이러한 빔형성 GPS 신호가 GPS 수신기(350)쪽으로 전송된다. The filtered measured GPS satellite signal magnitude and / or measured GPS satellite signal phase values are calibrated by the calibrator 317 and generated as a beamformed GPS signal at the beam former 319. This beamforming GPS signal is transmitted to the GPS receiver 350.

도 4는 도 3에 도시된 트랙킹 채널(311-1 내지 311-N) 중 크기

Figure 112013060731016-pat00042
을 측정할 수 있는 일반적인 GPS 수신기의 코드 트랙킹 채널(Tracking channel)을 나타내는 회로 블럭도이다. 도 4를 참조하면, IF 신호와 EPL(470)의 해당값을 곱하는 다수의 곱셈기(400)와, 곱셈기(400)에 의해 생성된 신호를 적분 및 덤프하는 적분-덤프 회로(410)와, 코드 루프를 판별하여 측정 GPS 위성신호 크기
Figure 112013060731016-pat00043
을 생성하는 코드 루프 판별기(430)와, 코드 루프가 있으면 이를 필터링하는 코드 루프 판별기(430)와, 코드를 위한 클럭 신호를 발진하는 코드 NCO(Numeric Controlled Oscillator)(450)와, 클럭 신호에 따라 코드를 생성하는 코드 발생기(460)와, 생성된 코드에 따라 구비된 데이터베이스에서 해당값을 출력하는 EPL(470) 등을 포함하여 구성된다.Fig. 4 is a view showing the size of the tracking channels 311-1 to 311-N shown in Fig.
Figure 112013060731016-pat00042
Which is a circuit block diagram showing a tracking channel of a general GPS receiver capable of measuring a GPS signal. 4, there are a multiplier 400 for multiplying an IF signal and a corresponding value of the EPL 470, an integration-dump circuit 410 for integrating and dumping the signal generated by the multiplier 400, Loop is determined and measured GPS satellite signal size
Figure 112013060731016-pat00043
A code loop detector 430 for filtering the code loop if it exists, a code numeric controlled oscillator (NCO) 450 for generating a clock signal for the code, A code generator 460 for generating a code according to the generated code, and an EPL 470 for outputting a corresponding value in a database provided according to the generated code.

여기서, EPL(Elint Parameter List)(470)는 아군과 적군의 다양한 전자파 특성을 수록한 데이터베이스가 구성된다.Here, the EPL (Elint Parameter List) 470 comprises a database containing various electromagnetic characteristics of the allied and enemy groups.

도 5는 도 3에 도시된 트랙킹 채널(311-1 내지 311-N) 중 위상

Figure 112013060731016-pat00044
을 측정할 수 있는 일반적인 GPS 수신기의 위상 트랙킹 채널(Tracking channel)을 나타내는 회로 블럭도이다. 도 5를 참조하면, IF 신호와 반송파 NCO(560)로부터의 Cosine 신소 및 Sine 신호를 각각 곱하는 2개의 곱셈기(500)와, 이 곱셈기(500)에 의해 생성된 신호를 누적 계산하는 누산기(510)와, 누적된 신호로부터 위상을 판별하여 측정 GPS 위성신호 위상
Figure 112013060731016-pat00045
을 생성하는 위상 판별기(530)와, 위상 lock 루프가 있으면 이를 필터링하는 PLL(Phase Locked Loop) 필터(540)와, 2개의 곱셈기(500)에 분리된 I, Q신호로부터 Lock을 검출하는 검출기(520) 등을 포함하여 구성된다.FIG. 5 is a timing chart showing the phase of the tracking channels 311-1 to 311-N shown in FIG.
Figure 112013060731016-pat00044
In which the phase of the GPS signal is measured. 5, there are two multipliers 500 for multiplying the IF signal with the cosine sine and sine signals from the carrier NCO 560, an accumulator 510 for accumulating the signals generated by the multiplier 500, And a GPS satellite signal phase
Figure 112013060731016-pat00045
A PLL (Phase Locked Loop) filter 540 for filtering the phase lock loop if there is a phase lock loop, a detector 540 for detecting lock from the I and Q signals separated by the two multipliers 500, (520), and the like.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 자체적으로 교정한 후 위성신호를 빔포밍하는 구성도이다. 즉, 도 6은 교정 및 빔포밍 과정을 나타낸 것으로 도 4 및 도 5에 의해 산출된 교정값(

Figure 112013060731016-pat00046
내지
Figure 112013060731016-pat00047
)(610-1 내지 610-N)과 변환 GPS 위성신호(sk1 내지 skN)를 곱하여 안테나 및 RF단의 이득 및/또는 위상을 교정한 교정 GPS 위성신호를 생성한다. 부연하면, 교정부(317)에서 측정 GPS 위성신호 역수값(610-1 내지 610-N)과 변환 GPS 위성신호(sk1 내지 skN)를 곱함으로써 교정 GPS 위성신호(
Figure 112013060731016-pat00048
내지
Figure 112013060731016-pat00049
)가 생성된다.FIG. 6 is a diagram illustrating beamforming of a satellite signal after calibration according to an embodiment of the present invention. That is, FIG. 6 shows a calibration and beamforming process. The calibration values (FIGS. 4 and 5)
Figure 112013060731016-pat00046
To
Figure 112013060731016-pat00047
) 610-1 through 610-N and the converted GPS satellite signals s k1 through s kN to produce a calibration GPS satellite signal that calibrated the gain and / or phase of the antenna and RF stage. The calibration unit 317 multiplies the measured GPS satellite signal reciprocal values 610-1 through 610-N by the converted GPS satellite signals s k1 through s kN to obtain a calibration GPS satellite signal
Figure 112013060731016-pat00048
To
Figure 112013060731016-pat00049
) Is generated.

물론, 여기서 변환 GPS 위성신호는 안테나(330-1 내지 330-N) 및 신호 변환부(320-1 내지 320-N)를 통과하면서 수학식 2와 같이 변환된 GPS 위성 신호가 이다.Of course, the converted GPS satellite signal is the GPS satellite signal converted as shown in Equation (2) while passing through the antennas 330-1 to 330-N and the signal converters 320-1 to 320-N.

곱셈기(600-1 내지 600-N)는 빔포밍 알고리즘의 구성요소인 조향 벡터기(650) 및 가중치 생성기(640)에 의해 생성된 가중치(Weight vector)

Figure 112013060731016-pat00050
와 교정 GPS 위성신호(
Figure 112013060731016-pat00051
내지
Figure 112013060731016-pat00052
)를 곱하여 최종 GPS 위성신호(
Figure 112013060731016-pat00053
내지
Figure 112013060731016-pat00054
)를 산출한다. 이후, 합산기(630)는 이러한 최종 GPS 위성신호를 합하여 빔형성된 빔형성 GPS 위성신호를 생성한다. 여기서, 빔포밍 알고리즘은 아래 수학식 3 및 4와 같은 최적해 문제의 해이다.The multipliers 600-1 to 600-N multiply the weight vectors generated by the weight vector generator 640 and the steering vector machine 650, which are components of the beamforming algorithm,
Figure 112013060731016-pat00050
And calibration GPS satellite signals (
Figure 112013060731016-pat00051
To
Figure 112013060731016-pat00052
) To obtain the final GPS satellite signal (
Figure 112013060731016-pat00053
To
Figure 112013060731016-pat00054
). The summer 630 then combines these final GPS satellite signals to generate a beamformed beamforming GPS satellite signal. Here, the beamforming algorithm is a solution of the optimal solution problem expressed by the following equations (3) and (4).

Figure 112013060731016-pat00055
Figure 112013060731016-pat00055

Figure 112013060731016-pat00056
Figure 112013060731016-pat00056

여기서 Rxx는 각 채널의 디지털 변환값의 상관행렬(Correlation matrix)이고, T는 전치행렬(transpose)이다. 가중치 w는 조향 벡터 C, 제한값 F로 제한되면서 w(T)Rxxw 값을 최소화하는 값이다.Where R xx is a correlation matrix of digital converted values of each channel and T is a transpose. The weight w is a value that minimizes the value of w (T) Rxxw while being limited to the steering vector C and the limit value F.

위와 같은 알고리즘으로 빔형성된 위성신호는 GPS 수신기로 전달되면 신호대잡음비가 커지며 위상왜곡 및 신호크기 손실을 방지할 수 있는 장점이 있다.When the beamformed satellite signal is transmitted to the GPS receiver by the above algorithm, the signal-to-noise ratio becomes large, and phase distortion and signal size loss can be prevented.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 기존 GPS 수신기에 적용 가능한 특정방향 빔포밍 장치의 구성도이다. 부연하면, 기존 안테나 출력만을 받을 수 있는 일반적인 GPS 수신기에 대한 빔포밍은 구현하는 구성도이다. 7 is a configuration diagram of a specific direction beam forming apparatus applicable to an existing GPS receiver according to an embodiment of the present invention. In addition, the beamforming for a general GPS receiver capable of receiving only the conventional antenna output is a configuration diagram for implementing.

도 7을 참조하면 최고 앙각 위성(700)로부터 위성신호를 받아 교정부(710)에 서 교정을 수행하여 단일 빔포밍기(720)에서 빔포밍만이 수행되어 단일 빔포밍 신호를 합성한 후 RF 상향 변환기(730)를 거쳐 기존의 GPS 수신기(740)와 연동되는 구조이다. 7, the satellite signal is received from the highest elevation angle satellite 700, and the calibration is performed in the calibration unit 710 to perform beamforming only in the single beamformer 720 to synthesize a single beamforming signal, Up converter 730 and interworks with the existing GPS receiver 740.

일반적으로 7개 이하의 배열을 갖는 GPS 항재밍 장치는 빔포밍시 빔이 넓기 때문에 여러 각도에서 입사되는 다수 GPS 위성신호를 받을 수 있어 문제가 없다. In general, the GPS anti-jamming device having 7 or less arrays has a wide beam at the time of beamforming, so that it can receive many GPS satellite signals inputted from various angles.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 위성신호를 교정하여 빔포밍 위성신호를 생성하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 8을 참조하면, GPS(Global Positioning System)로부터 송신 GPS 위성신호를 수신하고, 상기 송신 GPS 위성신호를 변환하여 다수의 변환 GPS 위성신호를 생성한다(단계 S800,S810). 부연하면, 도 3에 도시된 안테나(330-1 내지 330-N) 및 신호 변화부(320-1 내지 320-N)를 통하여 GPS로부터 수신된 위성신호를 변환하게 된다.8 is a flowchart illustrating a process of generating a beamforming satellite signal by calibrating a satellite signal according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, a GPS satellite signal is received from a GPS (Global Positioning System), and the converted GPS satellite signal is converted to generate a plurality of converted GPS satellite signals (steps S800 and S810). In other words, the satellite signals received from the GPS are converted through the antennas 330-1 to 330-N and the signal change units 320-1 to 320-N shown in FIG.

이후, 트랙킹 채널(311-1 내지 311-N)을 이용하여 상기 다수의 변환 GPS 위성신호를 측정하여 다수의 측정 GPS 위성신호 크기 및 측정 GPS 위성신호 위상을 생성한다(단계 S820). 물론, 이때 측정 GPS 위성신호 크기는 도 4에 도시된 코드 트랙킹 채널을 이용하고, 측정 GPS 위성신호 위상은 도 5에 도시된 위상 트랙킹 채널을 이용하여 생성된다.Thereafter, the plurality of converted GPS satellite signals are measured using the tracking channels 311-1 to 311-N to generate a plurality of measured GPS satellite signal magnitudes and a measured GPS satellite signal phase (step S820). Of course, the measured GPS satellite signal magnitude at this time uses the code tracking channel shown in FIG. 4, and the measured GPS satellite signal phase is generated using the phase tracking channel shown in FIG.

GPS 위성신호 크기 및 위상이 산출되면, 이들 다수의 측정 GPS 위성신호 크기들간 차이 및 다수의 측정 GPS 위성신호 위상들간 차이를 산출하고, 산출된 차이값을 이용하여 교정값을 산출한다(단계 S830). When the GPS satellite signal magnitude and phase are calculated, a difference between the plurality of measured GPS satellite signal magnitudes and a difference between a plurality of measured GPS satellite signal phases is calculated, and a calibrated value is calculated using the calculated difference value (step S830) .

교정값이 산출되면, 교정부(317)가 상기 교정값을 이용하여 상기 다수의 변환 GPS 위성신호를 교정한다(단계 S830).When the calibration value is calculated, the calibration unit 317 calibrates the plurality of converted GPS satellite signals using the calibration value (step S830).

이와 함께, 빔포밍 알고리즘을 이용하여 가중치를 산출하는 과정이 있게 된다(단계 S850). 이러한 가중치 산출과정은 미리 산출되어 저장되어 있을 수도 있다.At the same time, there is a process of calculating a weight using a beam forming algorithm (step S850). The weight calculation process may be calculated and stored in advance.

가중치가 산출되면, 빔포머(319)는 교정된 GPS 위성신호에 가중치를 곱한 후 생성된 최종 GPS 위성신호를 합하여 빔형성 GPS 위성신호를 생성한다(단계 S860).When the weight is calculated, the beam former 319 multiplies the corrected GPS satellite signal by a weight, and then combines the final GPS satellite signal to generate a beamforming GPS satellite signal (step S860).

101,330-1 내지 330-N: 안테나
102: RF 하향 변환기
103: A/D 컨버터
104: 디지털 위상변환기
105, 350: GPS 수신기
106: 디지털 신호처리 프로세서
210: 교정 장비 220: 교정기
300: 자체 교정 장치
310: FPGA(Field Programmable Gate Array)
311-1 내지 311-N: 트랙킹 채널
313-1 내지 313-N: 교정값 산출부
315: 저주파수 통과 필터
317: 교정부 319: 빔포머
320-1 내지 320-N: 신호 변환부
400, 500, 600-1 내지 600-N: 곱셈기
410: 적분-덤프 회로
420,520: Lock 검출기
430: 코드 루프 판별기 440: 코드 루프 필터
450: 코드 NCO(Numeric Controlled Oscillator)
460: 코드 발생기
470: EPL(Elint Parameters List)
510: 누산기 520: 반송파 NCO
530: 위상 판별기
540: PLL(Phase Locked Loop)
630: 합산기
640: 가중치 생성기 650: 조향 벡터기
101, 330-1 to 330-N: antennas
102: RF down converter
103: A / D converter
104: Digital phase converter
105, 350: GPS receiver
106: digital signal processing processor
210: calibration equipment 220: calibrator
300: Self-calibrating device
310: Field Programmable Gate Array (FPGA)
311-1 to 311-N: a tracking channel
313-1 to 313-N: Calibration value calculating section
315: Low-frequency pass filter
317: Calibration 319: Beamformer
320-1 to 320-N:
400, 500, 600-1 to 600-N: multiplier
410: integral-dump circuit
420, 520: Lock detector
430: code loop discriminator 440: code loop filter
450: Code NCO (Numeric Controlled Oscillator)
460: Code generator
470: Elint Parameters List (EPL)
510: Accumulator 520: Carrier NCO
530: Phase discriminator
540: PLL (Phase Locked Loop)
630:
640: weight generator 650: steering vector machine

Claims (13)

GPS(Global Positioning System)로부터 송신 GPS 위성신호를 수신하는 위성신호 수신 단계;
상기 송신 GPS 위성신호를 변환하여 다수의 변환 GPS 위성신호를 생성하는 위성신호 변환 단계;
상기 다수의 변환 GPS 위성신호를 측정하여 다수의 측정 GPS 위성신호 크기 및 측정 GPS 위성신호 위상을 생성하는 위상신호 크기 위상 생성 단계;
다수의 측정 GPS 위성신호 크기들간 차이 및 다수의 측정 GPS 위성신호 위상들간 차이를 산출하고, 산출된 차이값을 이용하여 교정값을 산출하는 교정값 산출 단계;
상기 교정값을 이용하여 상기 다수의 변환 GPS 위성신호를 교정하는 위성 신호 교정 단계; 및
교정된 GPS 위성신호에 가중치를 곱한 후 생성된 최종 GPS 위성신호를 합하여 빔형성 GPS 위성신호를 생성하는 빔형성 위성신호 생성단계;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 빔포밍을 위한 자체 교정 방법.
A satellite signal receiving step of receiving a transmitted GPS satellite signal from a GPS (Global Positioning System);
A satellite signal conversion step of converting the transmitted GPS satellite signals to generate a plurality of converted GPS satellite signals;
A phase signal magnitude phase generation step of measuring the plurality of converted GPS satellite signals to generate a plurality of measured GPS satellite signal magnitudes and a measured GPS satellite signal phase;
A calibration value calculation step of calculating a difference between a plurality of measured GPS satellite signal magnitudes and a difference between a plurality of measured GPS satellite signal phases and calculating a calibration value using the calculated difference value;
A satellite signal calibration step of calibrating the plurality of converted GPS satellite signals using the calibration values; And
Generating a beamforming GPS satellite signal by summing the final GPS satellite signals generated by multiplying the corrected GPS satellite signals by weights;
Wherein the GPS signal beamforming method comprises the steps < RTI ID = 0.0 > of: < / RTI >
제 1 항에 있어서,
상기 위상신호 크기 위상 생성 단계는, 코드 트랙킹 채널을 이용하여 다수의 측정 GPS 위성신호 크기를 생성하는 단계; 및 위상 트랙킹 채널을 이용하여 상기 다수의 측정 GPS 위성신호 위상을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 빔포밍을 위한 자체 교정 방법.
The method according to claim 1,
Generating the phase signal magnitude phase comprises: generating a plurality of measured GPS satellite signal magnitudes using a code tracking channel; And generating the plurality of measured GPS satellite signal phases using a phase tracking channel. ≪ Desc / Clms Page number 19 >
제 1 항에 있어서,
상기 산출된 차이값은 상기 다수의 트랙킹 채널 중 기준 채널과 대비한 차이값인 것을 특징으로 하는 GPS 신호 빔포밍을 위한 자체 교정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the calculated difference value is a difference value with respect to a reference channel among the plurality of tracking channels.
제 3 항에 있어서,
상기 교정값은, 상기 측정 GPS 위성신호 크기들간의 차이값인 제 1 차이값과 상기 측정 GPS 위성신호 위상들간의 차이값인 제 2 차이값의 곱을 역수로 취한 값인 것을 특징으로 하는 GPS 신호 빔포밍을 위한 자체 교정 방법.
The method of claim 3,
Wherein the calibration value is a value obtained by taking a product of a first difference that is a difference between the measured GPS satellite signal magnitudes and a second difference value that is a difference between the measured GPS satellite signal phases as a reciprocal of the GPS signal beamforming A self calibration method for.
제 1 항에 있어서,
상기 가중치는 빔포밍 알고리즘을 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 빔포밍을 위한 자체 교정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the weight is generated using a beamforming algorithm. ≪ RTI ID = 0.0 > 8. < / RTI >
제 1 항에 있어서,
상기 교정값 산출 단계는, 저주파수 통과 필터를 이용하여 상기 산출된 차이값의 잡음을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 빔포밍을 위한 자체 교정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the calibrating value calculating step further comprises removing noise of the calculated difference value using a low frequency pass filter.
GPS로부터 송신 GPS 위성신호를 수신하는 다수의 안테나;
상기 송신 GPS 위성신호를 변환하여 다수의 변환 GPS 위성신호를 생성하는 신호 변환부;
상기 다수의 변환 GPS 위성신호를 측정하여 다수의 측정 GPS 위성신호 크기 및 측정 GPS 위성신호 위상을 생성하는 다수의 트랙킹 채널과, 다수의 측정 GPS 위성신호 크기들간 차이 및 다수의 측정 GPS 위성신호 위상들간 차이를 산출하고, 산출된 차이값을 이용하여 교정값을 산출하는 다수의 교정값 산출부와, 상기 교정값을 이용하여 상기 다수의 변환 GPS 위성신호를 교정하는 교정부와, 교정된 GPS 위성신호에 가중치를 곱한 후 생성된 최종 GPS 위성신호를 합하여 빔형성 GPS 위성신호를 생성하는 빔포머를 갖는 FPGA(Field Programmable Gate Array);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 빔포밍을 위한 자체 교정 장치.
A plurality of antennas for receiving transmitted GPS satellite signals from GPS;
A signal converter for converting the transmitted GPS satellite signal to generate a plurality of converted GPS satellite signals;
A plurality of tracking channels for measuring the plurality of transformed GPS satellite signals to produce a plurality of measured GPS satellite signal magnitudes and a measured GPS satellite signal phase, a plurality of measured GPS satellite signal magnitudes and a plurality of measured GPS satellite signal phases A calibration unit for calculating the difference and calculating a calibration value using the calculated difference value; an calibration unit for calibrating the plurality of converted GPS satellite signals using the calibration value; An FPGA (Field Programmable Gate Array) having a beamformer for multiplying a final weighted GPS satellite signal by a weight and generating a beamforming GPS satellite signal;
And a self-calibration device for GPS signal beamforming.
제 7 항에 있어서,
상기 다수의 트랙킹 채널 각각은, 다수의 측정 GPS 위성신호 크기를 생성하는 코드 트랙킹 채널; 및 상기 다수의 측정 GPS 위성신호 위상을 생성하는 위상 트랙킹 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 빔포밍을 위한 자체 교정 장치.
8. The method of claim 7,
Each of the plurality of tracking channels comprising: a code tracking channel for generating a plurality of measured GPS satellite signal magnitudes; And a phase tracking channel for generating the plurality of measured GPS satellite signal phases.
제 7 항에 있어서,
상기 산출된 차이값은 상기 다수의 트랙킹 채널 중 기준 채널과 대비한 차이값인 것을 특징으로 하는 GPS 신호 빔포밍을 위한 자체 교정 장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the calculated difference value is a difference value with respect to the reference channel among the plurality of tracking channels.
제 9 항에 있어서,
상기 교정값은, 상기 측정 GPS 위성신호 크기들간의 차이값인 제 1 차이값과 상기 측정 GPS 위성신호 위상들간의 차이값인 제 2 차이값의 곱을 역수로 취한 값인 것을 특징으로 하는 GPS 신호 빔포밍을 위한 자체 교정 장치.
10. The method of claim 9,
Wherein the calibration value is a value obtained by taking a product of a first difference that is a difference between the measured GPS satellite signal magnitudes and a second difference value that is a difference between the measured GPS satellite signal phases as a reciprocal of the GPS signal beamforming A self-calibrating device for.
제 7 항에 있어서,
상기 가중치는 빔포밍 알고리즘을 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 빔포밍을 위한 자체 교정 장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the weight is generated using a beamforming algorithm. ≪ RTI ID = 0.0 > 8. < / RTI >
제 7 항에 있어서,
상기 산출된 차이값의 잡음을 제거하는 저주파수 통과 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 빔포밍을 위한 자체 교정 장치.
8. The method of claim 7,
And a low-pass filter for removing the noise of the calculated difference value.
최고 앙각 위성으로부터 수신된 위성신호를 빔포밍하는 GPS 신호 빔포밍을 위한 자체 교정 장치에 있어서,
상기 최고 앙각 위성으로부터 위성신호를 받아 교정하는 교정부;
교정된 위성신호를 빔포밍만을 수행하여 단일 빔포밍 신호를 합성하는 단일 빔포밍기; 및
합성된 단일 빔포밍 신호를 상향 변환하는 RF(Radio Frequency) 상향 변환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 빔포밍을 위한 자체 교정 장치.
A self-calibrating device for GPS signal beamforming for beamforming a satellite signal received from a highest elevation satellite,
A calibration unit for receiving and calibrating a satellite signal from the highest elevation satellite;
A single beamformer for synthesizing a single beamforming signal by performing only beamforming of the corrected satellite signal; And
And an RF (Radio Frequency) up-converter for up-converting the synthesized single beam forming signal.
KR1020130079003A 2013-07-05 2013-07-05 Self calibration Method for Global Positioning System signal beamforming and Apparatus thereof KR101405260B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130079003A KR101405260B1 (en) 2013-07-05 2013-07-05 Self calibration Method for Global Positioning System signal beamforming and Apparatus thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130079003A KR101405260B1 (en) 2013-07-05 2013-07-05 Self calibration Method for Global Positioning System signal beamforming and Apparatus thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101405260B1 true KR101405260B1 (en) 2014-06-27

Family

ID=51132299

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130079003A KR101405260B1 (en) 2013-07-05 2013-07-05 Self calibration Method for Global Positioning System signal beamforming and Apparatus thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101405260B1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101737802B1 (en) * 2016-04-12 2017-05-19 국방과학연구소 Apparatus for determining weight value in time-space in array antenna for GPS anti-jamming and method therefor
KR101971685B1 (en) 2019-01-24 2019-04-23 엘아이지넥스원 주식회사 Self-Calibration Apparatus of Beam Forming GPS Anti-Jamming System and Method Thereof
KR20210123122A (en) * 2020-04-02 2021-10-13 덕산넵코어스 주식회사 Channel correction multichannel transceiver and method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09138270A (en) * 1995-11-16 1997-05-27 Toshiba Corp Phased array antenna apparatus
KR20030024625A (en) * 2001-09-17 2003-03-26 닛뽕덴끼 가부시끼가이샤 Apparatus and method for calibrating array antenna
KR20050094660A (en) * 2004-03-24 2005-09-28 (주)더블유엘호스트 The antenna of single beam pattern
JP2010071889A (en) 2008-09-19 2010-04-02 Toshiba Corp Radar system mounted on movable body and calibration method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09138270A (en) * 1995-11-16 1997-05-27 Toshiba Corp Phased array antenna apparatus
KR20030024625A (en) * 2001-09-17 2003-03-26 닛뽕덴끼 가부시끼가이샤 Apparatus and method for calibrating array antenna
KR20050094660A (en) * 2004-03-24 2005-09-28 (주)더블유엘호스트 The antenna of single beam pattern
JP2010071889A (en) 2008-09-19 2010-04-02 Toshiba Corp Radar system mounted on movable body and calibration method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101737802B1 (en) * 2016-04-12 2017-05-19 국방과학연구소 Apparatus for determining weight value in time-space in array antenna for GPS anti-jamming and method therefor
KR101971685B1 (en) 2019-01-24 2019-04-23 엘아이지넥스원 주식회사 Self-Calibration Apparatus of Beam Forming GPS Anti-Jamming System and Method Thereof
KR20210123122A (en) * 2020-04-02 2021-10-13 덕산넵코어스 주식회사 Channel correction multichannel transceiver and method
KR102315039B1 (en) 2020-04-02 2021-10-21 덕산넵코어스 주식회사 Channel correction multichannel transceiver and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110412620B (en) Anti-interference antenna signal processing device
Lu et al. Adaptive time taps of STAP under channel mismatch for GNSS antenna arrays
US20100123618A1 (en) Closed loop phase control between distant points
US11716154B2 (en) Near zero intermediate frequency (NZIF) compensation of local oscillator leakage
KR101871908B1 (en) Anti-jamming apparatus for global navigation satellite system and anti-jamming method for global navigation satellite system
US10705176B2 (en) Signal direction processing for an antenna array
US6724344B1 (en) Computational enhancements for space-frequency adaptive processing (SFAP).
CN114755700A (en) Space-time-frequency multi-dimensional domain multi-beam navigation anti-interference device and method
KR101405260B1 (en) Self calibration Method for Global Positioning System signal beamforming and Apparatus thereof
US20050035894A1 (en) Signal processing system and method
Wang et al. Optimum sparse array design for multiple beamformers with common receiver
Wang et al. Design of optimum sparse array for robust MVDR beamforming against DOA mismatch
CN103701515A (en) Digital multi-beam forming method
JP2009002909A (en) Signal processing device, angle measuring device, method of signal processing, and method of angle measurement
WO2018225250A1 (en) Radar device
US9709657B2 (en) Apparatus and method for estimating direction of radio frequency signal
JP5339280B2 (en) Multiple antenna positioning device
KR100996430B1 (en) Apparatus and method for collecting frequency hopping signal using direction of arrival
CN116400386A (en) LCMV criterion-based zero-phase deviation STAP anti-interference method and system
KR101737802B1 (en) Apparatus for determining weight value in time-space in array antenna for GPS anti-jamming and method therefor
Navarro Frequency domain beamforming for a deep space network downlink array
Soloviev et al. Collaborative GNSS signal processing
Wu et al. Distortionless Blind Beamformer for Interference Suppression in GNSS Antenna Array Receiver
Wang et al. Attitude aided space-time multi-beamformer anti-jamming approach for satellite navigation receiver
CN114663990B (en) Intermediate frequency combining method suitable for improving sensitivity of ETC antenna

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170601

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190604

Year of fee payment: 6