KR101415067B1

KR101415067B1 - 이격 운용 시스템의 듀얼모드 시간 동기장치

Info

Publication number: KR101415067B1
Application number: KR1020120127681A
Authority: KR
Inventors: 박병구; 송규하; 김산해; 박진태
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2014-07-04
Also published as: KR20140060840A

Abstract

본 발명은 GNSS동시관측 정보 및 정밀시각 프로토콜 정보를 이용하여 이격 운용되는 시스템의 시각을 단절없이 동기시키는 장치 및 방법에 관한 것으로, GNSS동시관측 정보를 이용하는 GNSS동시관측 정보모드에서 이격 운용 시스템간 시각동기를 맞추다가 GNSS신호 재밍 및 GNSS수신기의 고장이 발생되면 정밀시각프로토콜 정보를 이용하는 정밀시각프로토콜 정보모드로 전환하여 이격 운용 시스템간의 시각동기를 맞춤으로써 GNSS신호 재밍 및 GNSS수신기의 고장에 관게없이 이격 운용 시스템간의 시각동기를 연속적으로 맞출 수 있다.

Description

이격 운용 시스템의 듀얼모드 시간 동기장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR DUAL-MODE TIME SYNCHRONIZATION}

본 발명은 GNSS동시관측 정보 및 정밀시각 프로토콜 정보를 이용하여 이격 운용되는 시스템의 시각을 단절없이 동기시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.

이격 운용되는 시스템들은 유무선으로 통신망을 통해 서로 연결되어 GNSS동시관측(GNSSCV : Global Navigation Satellite System Common View) 정보를 주기적으로 교환하여 수 나노초(ns) 이하의 시각 동기를 수행한다.

그런데, 의도적 또는 비의도적인 목적에 의해 GNSS시스템이 재밍(Jamming)을 받거나 GNSS수신기가 고장날 경우에는 GNSS 동시관측 정보를 이용하여 상기 이격 운용되는 시스템들의 시각 동기를 맞출 수 없는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명의 목적은 GNSS 신호 재밍 및 GNSS 수신기 고장에 관계없이 이격 운용되는 시스템의 시각을 동기시킬 수 있는 이격 운용 시스템의 듀얼모드 시간 동기장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 이격 운용 시스템의 듀얼모드 시간 동기장치는, GNSS동시관측 정보 또는 정밀시각프로토콜 정보를 송수신하여 시각동기를 맞추는 제1,제2이격 운용 시스템; 상기 제1,제2이격 운용 시스템을 연결하는 통신망; 및 상기 통신망을 통해 제1,제2이격 운용 시스템으로부터 GNSS신호의 수신상태정보를 수신하여, 해당 수신상태정보에 따라 제1,제2이격 운용 시스템을 GNSS동시관측 정보모드 또는 정밀시각프로토콜 정보모드로 운용하여 제1,제2이격 운용 시스템간 시각동기를 제어하는 시각동기 제어부;를 포함한다.

상기 제1,제2이격 운용 시스템중 하나는 마스터이고 다른 하나는 슬레이브이며, 상기 GNSS동시관측 정보 또는 정밀시각프로토콜 정보는 마스터에서 슬레이브로 전송된다.

상기 시각동기 제어부는 GNSS신호의 수신상태정보가 정상이면 제1,제2이격 운용 시스템을 GNSS동시관측 정보모드로 운용하고, GNSS 신호의 재밍 또는 GNSS 수신기 고장이 발생되면 정밀시각프로토콜 정보모드로 전환하여 제1,제2이격 운용 시스템을 운용한다.

상기 제1이격 운용 시스템이 마스터이고 시각동기모드가 GNSS동시관측 정보모드인 경우 제2이격 운용시스템은 제1,제2이격 운용 시스템에서 측정된 수신기의 GNSS시각(GNSS_1PPS)과 시스템 시각(SYS_1PPS)간의 1PPS차 및 GNSS기반 시각비교용 데이타를 이용하여, 각 시스템의 마스터 수신기와 슬레이브 수신기간의 시각오차를 계산하여 해당 시각오차를 보상한다.

상기 GNSS기반 시각비교용 데이타는 GNSS측정시간, GNSS수신기 위치, 위성번호, 위성별 GNSS측정 데이타, 위성별로 계산된 GNSS위성의시간과 수신기의 GNSS시간(GNSS_1PPS)를 포함한다.

상기 제1이격 운용 시스템이 마스터이고 시각동기모드가 정밀시각프로토콜 정보모드인 경우, 제2이격 운용시스템은 제1이격 운용 시스템에서 전송되는 정밀시각프로토콜 메시지의 스탬핑정보를 이용하여 제1,제2이격 운용시스템간 전송지연과 시각오차를 반복 계산하여 그 평균 시각오차를 보상한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 이격 운용 시스템의 듀얼모드 시간 동기방법은, 제1,제2이격 운용 시스템으로부터 GNSS수신상태정보를 수신하는 단계; 상기 수신된 GNSS수신상태정보를 판별하는 단계; 상기 GNSS수신상태정보가 정상인 경우 제1,제2이격 운용 시스템을 GNSS동시관측 정보모드로 운용하여 제1,제2이격 운용 시스템간 시각동기를 맞추는 단계; 및 상기 GNSS수신상태정보가 GNSS 신호의 재밍 또는 GNSS 수신기 고장에 의해 비정이 되면 정밀시각프로토콜 정보모드로 전환하여 상기 제1,제2이격 운용 시스템간 시각동기를 맞추는 단계;를 포함한다.

상기 제1이격 운용 시스템은 마스터이고 제2이격운용 시스템은 슬레이브이다.

상기 GNSS동시관측 정보모드로 운용하여 제1,제2이격 운용 시스템간 시각동기를 맞추는 단계는, 제1이격 운용 시스템으로부터 마스터 수신기의 GNSS시각 (GNSS_1PPS)과 시스템 시각(SYS_1PPS)간의 1PPS차 및 시각비교용 데이타를 수신하는 단계; 제2이격 운용 시스템에서 슬레이브 수신기의 GNSS시각과 시스템 시각간의 1PPS차 및 시각비교용 데이타를 측정하는 단계; 상기 제2이격 운용 시스템에서 제1,제2이격 운용 시스템간 1PPS차 및 시각비교용 데이타를 비교하여, 상기 마스터 수신기와 슬레이브 수신기간의 시각오차를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 시각오차를 보상하기 위해 정밀클럭 발생부를 제어하는 단계;를 포함한다.

상기 정밀시각프로토콜 정보모드로 운용하여 제1,제2이격 운용 시스템간 시각동기를 맞추는 단계는, 제1,제2이격 운용 시스템간에 정밀프로토콜 메시지를 송수신하는 단계; 제2이격운용 시스템에서 정밀시각프로토콜 메시지로부터 정밀프로토콜 메시지의 송수신 시점시간을 나타내는 스탬핑정보를 획득하는 단계; 상기 획득된 스탬핑정보를 이용하여 제1,제2이격 운용시스템간 전송지연 및 시각오차를 반복 계산하여 그 평균 시각오차를 구하는 단계; 및 상기 구해진 평균 시각오차를 보상하기 위해 정밀클럭 발생부를 제어하는 단계;를 포함한다.

본 발명은 GNSS동시관측정보를 이용하는 GNSS동시관측 정보모드에서 이격 운용 시스템간 시각동기를 맞추다가 GNSS신호 재밍 및 GNSS수신기의 고장이 발생되면 정밀시각프로토콜 정보를 이용하는 정밀프로토콜 정보모드로 전환하여 이격 운용 시스템간의 시각동기를 맞춤으로써 GNSS신호 재밍 및 GNSS수신기의 고장에 관계없이 이격 운용 시스템간의 시각동기를 연속적으로 맞출 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이격 운용 시스템의 듀얼모드 시각 동기장치의 블럭 구성도.
도 2는 도 1의 마스터 및 슬레이브 마이크로프로세서부의 상세 블록도.
도 3은 정밀시각프로토콜(PTP) 정보모드에서 마스터 시스템과 슬레이브 시스템간의 정밀시각프로토콜(PTP) 메시지의 송수신 과정을 나타낸 도면.
도 4는 GNSS동시관측 정보모드에서 마스터 및 슬레이브 시스템간의 시각 동기과정을 나타난 순서도.
도 5는 정밀시각프로토콜(PTP) 정보모드에서 마스터 및 슬레이브 시스템간의 시각 동기과정을 나타낸 순서도.

일반적으로 GNSS시스템은 미국의 GPS 및 러시아의 GLONASS 이외에 개발중인 중국의 COMPASS, 일본의 QZSS 및 유럽의 Galileo등과 같은 GNSS위성을 이용하여 지상물의 위치, 고도 및 속도등에 관한 정보를 제공하는 시스템이다. 그런데, 상기 GNSS시스템을 이용하여 이격 운용 시스템간의 시각동기를 맞추는 경우 GNSS시스템이 재밍(Jamming)을 받거나 GNSS수신기가 고장날 경우에는 GNSS 동시관측 정보를 이용하여 시각 동기를 맞출 수 없게 된다.

따라서, 본 발명은 이격 운영 시스템간의 시각 동기를 이중모드 즉, GNSS 동시관측 정보 및 정밀시각프로토콜 정보를 이용하여 맞추는 방안을 제안한다.

도 1은 본 발명에 따른 이격 운용 시스템의 듀얼모드 시간 동기장치의 블럭도이다.

도 1에 도시된 바와같이, 본 발명의 실시예에 따른 이격 운용 시스템의 듀얼모드 시간 동기장치는, 복수의 이격 운용 시스템(100, 200)이 통신망(300)을 통해 시각동기 제어부(400)에 연결된 구조를 갖는다.

상기 복수의 이격 운용 시스템(100, 200)은 동일한 구성을 갖는다.

각 이격 운용 시스템(100, 200)은 GNSS 안테나(10), GNSS수신기(20), 정밀 클럭발생부(30), 시각간격 카운터부(Time Interval Counter : TIC)(40), 시각 비교 데이타 생성부(50), 마이크로 프로세서부(60), 시각 스탬핑부(Time stamping)(70), 이더넷(Ethernet) 제어부(80)를 포함한다.

상기 GNSS 안테나(10)는 GNSS위성(미도시)으로부터 위성항법신호(GNSS신호)를 수신하고, GNSS수신기(20)는 GNSS안테나(10)에서 수신된 위성항법신호를 디지털신호로 변환하여 GNSS항법정보(GNSS측정 데이타), GNSS시각정보 및 GNSS 수신 상태정보를 생성한다. 상기 GNSS시각정보는 GNSS_1PPS(Pulse Per Second) 및 TOD(Time Of Delay)를 포함한다.

상기 정밀 클럭발생부(30)는 마이크로 프로세서부(60)의 클럭제어정보에 따라 기준 클럭 및 시스템 시각정보(SYS_1PPS)를 발생하고, 시각간격 카운터(TIC)부(40)는 GNSS수신기(20)에서 생성된 GNSS시각정보(GNSS_1PPS)와 상기 정밀 클럭발생부(30)에서 생성된 시스템 시각정보(SYS_1PPS)간의 1PPS차를 측정한다.

상기 시각 비교 데이타 생성부(50)는 GNSS수신기(20)에서 출력된 GNSS항법정보 및 기 측정된 정밀수신기 위치를 이용하여 GNSS기반의 시각 비교용 데이타를 생성한다.

상기 마이크로 프로세서부(60)는 이더넷 제어부(80)로부터 시각동기제어 정보를 수신하고, TIC부(40)로부터 1PPS차를 입력받고, 시각 비교 데이타 생성부(50)로부터 시각 비교용 데이타를 입력받으며, 시각 스탬핑부(70)로부터 정밀시각프로토콜(PTP) 메시지의 시각 스탬핑정보를 입력받아, 상기 시각동기제어 정보에 포함된 시각정보 모드에 따라 상기 1PPS차 및 시각비교용 데이터를 전송하거나(GNSS동시관측 정보모드) 또는 정밀시각 프로토콜 (Precision Time Protocol : PTP) 메시지를 이더넷 제어부(80)로 제공한다. 또한, 상기 마이크로 프로세서부(60)는 정밀클럭 발생부(30)로 시각 오차를 제어하기 위한 클럭 제어정보를 출력하며, GNSS수신기(20)로부터 GNSS 수신 상태정보를 수신하여 시각동기 제어부(400)로 전송한다.

상기 시각 스탬핑부(70)는 정밀 클럭발생부(30)에서 출력된 기준클럭과 시스템 시각정보(SYS_1PPS) 그리고 GNSS수신기(20)에서 출력된 TOD를 이용하여, PTP메시지의 송수신 시점(스탬핑 정보)을 이더넷 물리 계층에서 나노초 해상도로 시각 스탬플링 (time stamping)하여 마이크로프로세서부(60)로 출력한다.

상기 이더넷 제어부(80)는 시각동기 제어부(400)에서 전송된 시각동기제어 정보를 마이크로프로세서부(60)로 제공하고, 상기 마이크로프로세서부(60)에서 출력된 시각비교용 데이터 및 1PPS차 또는 정밀시각프로토콜(PTP) 메시지를 통신망(300)을 통해 송수신한다.

상기 통신망(300)은 시각동기제어 정보, 시각비교용데이터, 1PPS 차, PTP 메시지의 이동통신 매체로서 유선 또는 무선망을 포함한다.

상기 시각동기 제어부(400)는 통신망(300)을 통해 각 이격 운용 시스템(100, 200)의 GNSS측정 데이타를 수신하여, 어떤 시각동기모드(GNSS동시관측 정보모드 또는 PTP정보모드)로 운용할지, 어느 이격 시스템이 마스터(Maser) 또는 슬레이브(Slave)인지를 나타내는 마스터-슬레이브정보, 그리고 기 측지된 이격된 시스템들의 정밀 수신기 위치등이 포한된 시각동기 제어정보를 통신망(300)을 통해 각 이격 시스템(100, 200)으로 송신하는 역할을 수행한다.

도 2는 도 1의 마이크로프로세서부(60)의 상세 블럭도이다.

도 2에 도시된 바와같이, 마이크로프로세서부(60)는 이더넷 제어부(80)를 통해 수신된 시각동기 제어정보에 의해 동작되어 시각오차를 생성하는 시각오차 생성부(61)와, 상기 시각오차 생성부(61)에서 생성된 시각오차를 필터링하는 필터(62)와, 상기 필터(62)에서 필터링된 시각오차를 근거로 클럭제어정보를 생성하는 제어기(63)을 포함한다.

이와같이 구성된 이격 운용 시스템의 듀얼모드 시간 동기장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

이격 운용 시스템(100,200)의 각 GNSS안테나(10)는 GNSS위성 (e.g.,GPS 또는 GLONASS)으로부터 위성항법신호(GNSS신호)를 수신하여 각각 GNSS수신기(10)로 전달한다. 각 GNSS 수신기(20)는 정밀클럭 발생부(30)로부터 제공된 기준 클럭(예:10MHz)을 분주하여 사용한다. 각 GNSS수신기(20)는 기준 클럭에 따라 위성항법신호를 디지털 신호로 변환한 다음 위성항법신호의 획득(Acquisition), 추적(Tracking)과정을 거쳐 항법신호를 해독(Decoding)한다. 그리고 상기 해독된 정보를 이용하여 항법 방정식의 최적 해를 구함으로써 GNSS수신기(20)의 위치, 시각정보(TOD, GNSS_1PPS), 항법정보 및 GNSS 수신 상태 정보등을 생성한다.

또한, GNSS 수신기(20)는 위성좌표/보정정보등의 항법정보, 의사거리, 주파수 측정정보 등으로 구성된 GNSS 측정 데이타를 GNSS기반의 시각비교 데이터 생성부(50)로 송신한다.

이격 운용 시스템(100,200)의 정밀클럭 발생부(30)은 루비듐 또는 세슘급의 원자시계를 기반으로 구성되어, 마이크로프로세서부(60)에서 출력된 클럭 제어정보(디폴트 클럭제어정보)에 따라 기준 클럭(예:10MHz)을 생성한다. 상기 정밀클럭 발생부(30)에서 GNSS수신기(200)와 시각 스탬핑부(70)로 기준클럭을 출력하고, 시각 스탬핑부(70)와 TIC부(140)로는 시스템 시각정보(SYS-1PPS)를 제공한다.

상기 TIC부(40)는 [표1]에 도시된 바와같이, GNSS수신기(20)에서 출력된 GNSS시각정보(GNSS_1PPS)와 정밀 클럭발생부(30)에서 출력된 시스템 시각정보 (SYS_1PPS)간의 1PPS차이를 측정하여 마이크로프로세서부(60)로 출력한다.

측정시각	년월시분초
1PPS차	GNSS_1PPS와 SYS_1PPS차이값

한편 시각비교 데이터생성부(50)는 GNSS수신기(20)으로부터 전달된 GNSS 측정 데이터(위성좌표/보정정보등의 항법정보, 의사거리, 주파수 측정정보등)와 정밀 기 측지된 수신기 위치를 이용하여 다음과 같이 수신기 위치 및 의사 거리를 계산한다.

- GNSS 수신기(20)로부터 수신된 GNSS측정 데이터와 마이크로프로세서(60)에서 제공된 정밀 기 측지된 수신기 위치를 이용하여, GNSS위성별로 GNSS위성의 실제 시각(이하 GNSS_SYS_TIME이라 칭함)과 수신기의 GNSS_1PPS와의 시각 차이에 의한 거리 정보를 계산한다. 즉, GNSS_SYS_TIME - 수신기 GNSS_1PPS를 계산한다.

그리고, 시각비교용 데이터생성부(50)는 [표2]에 도시된 바와같이 측정 시각, 수신기 위치, 위성번호, 위성별 GNSS 측정 데이타, 위성별로 계산된 GNSS_SYS_TIME과 GNSS_1PPS시각 차이등을 테이블화하여 GNSS기반의 시각비교용 데이터를 생성한 후 마이크로프로세서부(60)로 전달한다.

위성번호	1	.	N
위성별 GNSS수신기 측정 데이타	측정 데이타	.	측정 데이타
위성별 GNSS_SYS_TIME과 GNSS_1PPS의 차이	시각 차이값	.	시각 차이값

상기 마이크로프로세서부(60)는 외부의 시각동기제어부(400)로부터 마스터-슬레이브정보, 시각 동기모드, 정밀 기 측지된 수신기 위치등의 시각동기제어정보를 수신한다. 마이크로프로세서부(60)는 시각동기제어 정보에 따라 GNSS동시관측 정보모드인 경우에는 시각비교용 데이터와 1PPS차를 전송하고, PTP정보모드인 경우에는 정밀시각프로토콜(PTP)메시지를 유무선 통신망(300)을 통해 이격된 시스템(200)으로 전송한다. 그리고, 마이크로프로세서부(60)는 PTP메시지 송수신하는 경우 시각 스탬핑부(70)로부터 PTP메시지를 송수신할 때마다 이더넷제어부(80)의 물리계층 (Physical Layer)에서 측정한(모니터링한) 나노초 해상도의 시각 스탬핑된 정보(도 3의 T1, T2, T3, T4정보)를 제공받는다.

이하 도 1 내지 도 5를 참조하여 시각동기 제어정보에 따른 마이크로프로세서부(60)의 동작을 상세히 설명한다.

시각동기제어부(400)는 각 이격 운용 시스템(100, 200)로부터 전송된 GNSS수신 상태정보를 이용하여 GNSS수신상태가 정상적일 경우(양호한 경우)는 GNSS기반 시각비교용데이터를 기본적으로 사용하는 GNSS동시관측 정보 모드로, 수신상태가 이상이 있을 경우에는 정밀시각프로토콜 정보를 이용하는 PTP정보모드로 시각동기모드를 설정한다. 또한, 상기 시각동기제어부(400)는 이격 운용 시스템(100, 200)의 GNSS수신 상태정보를 비교하여 수신상태가 양호한 시스템은 마스터로로, 나머지는 슬레이브가 되도록 마스터-슬레이브정보를 설정한다. 상기 설정된 시각동기모드와 마스터-슬레이브정보는 정밀하게 기 측지된 이격된 시스템들의 GNSS수신기의 위치와 함께 시각동기 제어정보를 구성하여 통신망(300)을 통해 이격 운용 시스템 (100, 200)으로 전송된다.

따라서, 외부의 시각동기제어부(400)로부터 전송된 시각동기 제어정보에 포함된 마스터-슬레이브정보에 따라 이격 운용 시스템(100, 200)의 마스터 및 슬레이브가 결정되고, 시각 동기모드에 따라 GNSS동시관측 정보 모드 또는 정밀시각프로토콜(PTP) 정보모드가 결정되어, 마이크로프로세서부(60)에 의한 시각동기가 수행된다.

도 4는 GNSS동시관측 정보모드에서 마스터 및 슬레이브 시스템간의 시각 동기과정을 나타난 순서도이다.

□ 시각 동기모드가 GNSS동시관측 정보 모드이고 이격 운용 시스템(100)이 Master, 이격운용시스템(200)이 Slave인 경우

외부의 시각동기제어부(400)로부터 출력된 시각동기 제어정보에 의해 시각 동기모드가 GNSS동시관측 정보 모드이고, 이격 운용 시스템(100)이 Master로 결정되면(S10,S11), 마스터 마이크로프로세서(60)내의 시각오차 생성부(61)는 도 2에 도시된 바와같이, TIC부(40)에서 일정한 주기로 측정된 [표1]과 같은 Master 수신기의 1PPS차만을 시각 오차로 계산하여 필터(62)로 전송한다(S12, S13). 상기 필터(62)는 저대역통과필터(Low Pass Filter)기법 또는 칼만필터(Kalman Filter)기법을 이용하여 잡음성분이 제거된 시각오차를 출력한다. 제어기(603)은 상기 계산된 시각오차를 제어하기(줄이기) 위하여 PID(비례적분미분) 또는 PI(비례적분) 제어기법을 이용하여 클럭 제어정보(시각오차가 없는)를 생성한 후 정밀클럭 발생부(30)로 출력한다. 따라서, 정밀클럭 발생부(30)는 클럭 제어정보에 따라 시각오차만큼 원자시계를 제어함으로써 시간오차가 보상된다(S14). 이때, 시각 스탬핑부(70)은 동작하지 않거나 동작되더라도 해당 데이타를 사용되지 않는다.

이후, TIC부(40)는 [표1]에 도시된 바와같이, 시각오차가 보상된 기준 클럭에 따라 상기 GNSS수신기(20)에서 출력되는 GNSS시각정보(GNSS_1PPS)와 정밀 클럭발생부(30)에서 출력되는 시스템 시각정보 (SYS_1PPS)간의 1PPS차를 측정하여 마이크로프로세서부(60)로 출력하고, 시각비교용 데이터생성부(50)는 GSNN수신기(20)로부터 GNSS측정 데이타를 제공받아, [표2]에 도시된 바와같이 측정 시각, 수신기 위치, 위성번호, 위성별 GNSS 측정 데이타 및 위성별로 계산된 GNSS_SYS_TIME과 GNSS_1PPS시각 차이등을 테이블화하여 GNSS기반의 시각비교용 데이터를 생성한다.따라서, 마이크로프로세서부(60)는 상기 시각비교용 데이터 및 1PPS 차를 통신망 (300)을 통해 이격 운용 시스템(200)으로 전송한다. 이때, 상기 시각비교용 데이터 및 1PPS 차는 이격 운용 시스템(100, 200)간에 직접 전송될 수 있고, 시각동기 제어부(400)가 받아 전송할 수도 있다.

한편 슬레이브인 이격 운용 시스템(200)에서도 TIC부(40)와 시각 비교 데이타 생성부(50)을 이용하여 [표1]과 같은 슬레이브 수신기의 1PPS 차 및 [표2]와 같은 슬레이브 시각비교용 데이터를 슬레이브의 마이크로 프로세서부(60)로 출력한다(S17~S19).

따라서, 도 2에 도시된 바와같이, 상기 슬레이브의 마이크로 프로세서부(60)내에 있는 시각오차 생성부(61)는 일정한 주기로 측정된 [표1]과 같은 마스터 수신기와 슬레이브 수신기의 1PPS 차, [표2]와 같은 마스터 시각비교용 데이터 및 슬레이브 시각비교용 데이터를 이용하여 마스터 이격 운용 시스템(100) 대비 슬레이브 이격 운용 시스템(200)의 시각 오차를 계산하여 필터(62)에 전송한다(S20).

좀더 자세히 설명하면, 동일 시간 및 동일 위성에 대해 측정된 데이터를 이용하여 계산한 슬레이브와 마스터의 GNSS기반 시각비교 데이터를 이용하여, 다음 식(1), (2)와 같이, 각 위성별로 마스터 수신기의 GNSS_SYS_TIME과 GNSS_1PPS차 및 슬레이브 수신기의 GNSS_SYS_TIME과 GNSS_1PPS를 계산한다.

마스터: GNSS_SYS_TIME - GNSS_1PPS_master----------식(1)

슬레이브: GNSS_SYS_TIME - GNSS_1PPS_slave---------식(2)

따라서, 다음 식(3)과 같이 상기 식(2)에서 식(1)을 빼면 각 위성에 대한 마스터 수신기와 슬레이브 수신기간의 시각 차이가 계산된다.

GNSS_1PPSmaster - GNSS_1PPSslave = x1--------식(3)

따라서, 각 위성별로 동일 시간에 측정된 내용으로 식(3)을 만든 다음 위성의 개수 만큼 평균값(x1_mean)을 구한다.

그리고, [표1]과 같은 마스터 수신기와 슬레이브 수신기의 1PPS차는 다음 식(4), 식(5)와 같은 의미를 가진다.

마스터 : SYS_1PPSmaster - GNSS_1PPSmaster = x2--------식(4)

슬레이브 : SYS_1PPSslave - GNSS_1PPSslave = x3 ----------식(5)

따라서, 상기 수식(3)~수식(5)의 값을 이용하면 아래 식(6)처럼 마스터 수신기와 슬레이브 수신기간의 시각 오차인 마스터의 SYS_1PPS와 스레이브 SYS_1PPS의 차이를 구할 수 있다.

SYS_1PPSmaster - SYS_1PPSslave = x1_mean +(x2-x3)-------식(6)

이와같이 주기적으로 전송된 [표1], [표2]의 정보를 이용하여 식(6)처럼 마스터 수신기와 슬레이브 수신기간의 내부 시각오차를 계산할 수 있으며 상기 계산된 시각 오차는 필터(62)로 전송된다. 상기 필터(62)는 저대역통과필터 기법이나 칼만필터 기법등을 이용하여 잡음성분이 제거된 시각오차를 제어기(63)로 전송한다.

따라서, 상기 제어기(63)는 시각오차를 제어하기 위해 PID 또는 PI제어기법을 이용하여 클럭제어정보 생성하여 슬레이브의 정밀클럭 발생부(30)에 제공하여 정밀클럭발생부(30)로 하여금 시각오차를 제거하기 위해 원자시계를 제어하도록 한다(S21).

도 5는 정밀시각프로토콜(PTP) 정보모드에서 마스터 및 슬레이브 시스템간의 시각 동기과정을 나타낸 순서도이다.

□ 시각 동기모드가 PTP 정보 모드이고 이격 운용 시스템(100)이 Master, 이격운용시스템(200)이 Slave인 경우

상기와 같은 GNSS동시관측 정보 모드로 시스템(100, 200)을 운용하다가 GNSS 신호 재밍 및 GNSS 수신기 고장이 발생하면, 시각동기제어부(400)는 GNSS동시관측 정보 모드를 PTP 정보 모드로 전환하여 이격 운용 시스템(100,200)의 시각동기를 연속적으로 맞춘다. 이 경우 GNSS수신기(20), TIC(40) 및 시각 비교 데이타 생성부(50)은 동작되지 않거나 동작되더라도 해당 데이타를 사용되지 않는다.

상기 시각동기제어부(400)로부터 출력된 시각동기 제어정보에 의해 시각 동기모드가 PTP 정보 모드로 전환되고, 이격 운용 시스템(100)이 Master로 결정되면(S30), 마스터의 정밀클럭 발생부(30)는 시각제어정보가 없이 자유 동작(free-running)한다. 그리고, 마이크로프로세서부(60)는 시각 스탬핑부(70)및 이더넷 제어부(80)들과 연동하여 PTP메시지의 송수신을 수행한다. 즉, 현재 GNSS수신기가 고장난 상태이기 때문에 마이크로프로세서부(60)는 시각 스탬핑부(70)에서 출력된 시각 스탬핑정보에 따라 정밀시각프로토콜(PTP)메시지를 통신망(300)을 통해 슬레이브 이격운용시스템(200)으로 전송한다. 상기 PTP메시지 역시 직접 이격운용시스템(200)으로 전송되거나 시각동기제어부(400)를 통해 전송될 수도 있다.

상기 PTP정보모드에서 마이크로프로세서부(60)는 정밀프로토콜(PTP)메시지(동기 메시지와 Follow up메시지)를 전송하고, 시각 스탬핑부(70)는 상기 PTP메시지가 전송될 때 이더넷 제어부(80)의 물리계층에서 전송시점 시각 즉, 시각 스탬핑정보를 측정하여 마이크로프로세서부 (60)에게 알려준다.

도 3 및 도 5에 도시된 바와같이, 마스터 마이크로프로세서부(60)가 동기 (Sync) 메시지를 슬레이브 이격 운용시스템(200)으로 전송을 개시하면(S30~S32), 마스터 시각 스탬핑부(70)는 마스터 이더넷 제어부(80)의 물리계층에서 동기 메시지에 대하여 나노초 해상도로 시각 스탬핑된 정보(전송시점시각)(T1)를 측정하여 마스터 마이크로프로세서부(60)로 알려준다(S33). 이어서 마스터 마이크로프로세서부(60)는 상기 측정된 T1정보가 포함된 Follow Up메시지를 슬레이브 이격 운용시스템(200)으로 전송한다(S34).

상기 슬레이브 이격 운용시스템(200)으로 전송된 동기 메시지는 슬레이브 이더넷 제어부(60)를 통해 슬레이브 마이크로세서(80)으로 입력되는데, 이때 슬레이브 시각 스탬핑부(70)는 슬레이브 이더넷 제어부(80)의 물리계층에서 동기 메시지에 대하여 나노초 해상도로 시각 스탬핑된 정보(수신시점시각)(T2)를 측정하여 슬레이브 마이크로프로세서부(60)로 알려준다(S38, S39). 이후 상기 T1정보를 갖는 Follow Up메시지가 수신되면 슬레이브 마이크로프로세서부(60)는 T1 및 T2정보를 알 수 있게 된다(S40).

상기 Follow Up메시지가 수신되면 슬레이브 마이크로프로세서부(60)는 마스터 이격 운용시스템(100)으로 지연 요청(Delay Request)메시지를 전송한다. 이때, 슬레이브 시각 스탬핑부(70)는 슬레이브 이더넷 제어부(80)의 물리계층에서 지연 요청 메시지에 대한 스탬핑 정보(송신시점시각)(T3)를 측정하여 슬레이브 마이크로프로세서부(60)로 알려준다(S41, S42). 이 시점에서 슬레이브 마이크로프로세서부(60)는 T1, T2 및 T3정보를 알 수 있게 된다.

또한, 마스터 이격 운용시스템(100)으로 전송된 지연 요청 메시지는 마스터이더넷 제어부(60)를 통해 마스터 마이크로세서(80)으로 입력되는데, 이때 마스터시각 스탬핑부(70)는 슬레이브 이더넷 제어부(80)의 물리계층에서 지연 요청 메시지에 대한 스탬핑 정보(수신시점시각)(T4)를 측정하여 슬레이브 마이크로프로세서부(60)로 알려주고, 상기 슬레이브 마이크로프로세서부(60)는 상기 측정된 T4정보가 포함된 지연 응답 메시지를 다시 슬레이브 이격 운용시스템(200)으로 전송한다(S35~S37). 따라서, 상기 지연 응답 메시지가 수신되면 슬레이브 마이크로프로세서부(60)는 T1, T2, T3 및 T4정보를 알 수 있다(S43).

이와같이 상기 정밀시각프로토콜(PTP) 메시지가 마스터 이격운용시스템(100)과 슬레이브 이격운용시스템(200)간에 송수신되면, 슬레이브 이격운용시스템(200)의 슬레이브 마이크로프로세서부(60)는 스탬핑정보(T1, T2, T3, T4)를 획득하게 되고 해당 정보를 이용하여 아래 식(7),(8)과 같이 마스터 이격운용시스템(100)과 슬레이브 이격운용시스템(200)간의 전송지연(d)과 시각오차(△)를 계산한다.

시각오차(△) =

------------식(7)

전송지연(d) =

------------식(8)

그리고 상기 과정을 N(N은 1이상의 자연수)회 반복함으로써 N개의 전송지연(d)과 N개의 시각오차(△)를 계산하여 평균함으로써 최종적인 시각오차를 추출하여 필터(62)에 전송한다. 상기 필터(62)는 저대역통과필터링기법이나 칼만필터기법을 이용하여 시각오차의 잡음성분이 제거된 시각오차를 제어기(63)에 전송한다.

따라서, 상기 제어기(63)는 시각오차를 제어하기 위해 PID 또는 PI제어기법을 이용하여 클럭제어 정보를 생성하여 슬레이브의 정밀클럭발생부(30)에 제공하여 상기 슬레이브 정밀클럭 발생부(30)로 하여금 시각오차를 제거하기 위해 원자시계를 제어하도록 한다.

또한, 시각동기 제어부(400)는 GNSS 신호 재밍 및 GNSS 수신기 고장이 해결되면 다시 시각동기모드를 PTP정보모드에서 GNSS동시관측모드로 전환하여 시각동기를 맞춘다.

상술한 바와같이, 본 발명은 GNSS동시관측 정보를 이용하는 GNSS동시관측 정보모드에서 이격 운용 시스템간 시각동기를 맞추다가 GNSS신호 재밍 및 GNSS수신기의 고장이 발생되면 정밀시각프로토콜 정보를 이용하는 정밀시각프로토콜 정보모드로 전환하여 이격 운용 시스템간의 시각동기를 맞춤으로써 GNSS신호 재밍 및 GNSS수신기의 고장에 관게없이 이격 운용 시스템간의 시각동기를 연속적으로 맞출 수 있다.

상기와 같이 설명된 이격 운용 시스템의 듀얼모드 시간 동기장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

10 : GNSS안테나 20 : GNSS수신기
30 : 정밀클럭 발생부 40 : TIC부
50 : 시각 비교용 데이타 생성부 60 : 마이크로프로세서부
70 : 시각 스탬핑부 80 : 이더넷 제어부
100, 200 : 이격 운용 시스템 300 : 통신망
400 : 시각동기 제어부

Claims

GNSS 동시관측 정보 또는 정밀시각프로토콜 정보를 서로 주기적으로 교환하여 시각 동기를 맞추는 제1,제2이격 운용 시스템;
제1,제2이격 운용 시스템을 연결하는 통신망; 및
통신망을 통해 제1,제2이격 운용 시스템으로부터 수신된 GNSS신호의 수신상태에 따라 제1,제2이격 운용 시스템의 이중모드를 제어하기 위한 시각동기모드 와 마스터/슬레이브 정보를 결정하여 제1,제2이격 운용 시스템으로 전송하는 시각동기 제어부;를 포함하며,
상기 시각동기모드가 GNSS동시관측 정보모드이고 제1이격 운용 시스템이 마스터인 경우, 슬레이브인 제2이격 운용시스템은 제1,제2이격 운용 시스템에서 측정된 수신기의 GNSS시각과 시스템 시각간의 1PPS차 및 GNSS기반 시각비교용 데이타를 이용하여, 마스터 수신기와 슬레이브 수신기간의 시각오차를 계산하여 시각오차를 보상하고,
상기 시각동기모드가 정밀시각프로토콜 정보모드이고 제1이격 운용 시스템이 마스터인 경우, 슬레이브인 제2이격 운용시스템은 제1이격 운용 시스템에서 전송되는 정밀시각프로토콜 메시지의 스탬핑 정보를 이용하여 제1,제2이격 운용시스템간 전송지연과 시각오차를 반복 계산하여 평균 시각오차를 보상하는 것을 특징으로 하는 이격 운용 시스템의 듀얼모드 시간 동기장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 시각동기 제어부는
GNSS신호의 수신상태정보가 정상이면 제1,제2이격 운용 시스템을 GNSS동시관측 정보모드로 운용하고, GNSS신호의 재밍 또는 GNSS 수신기 고장이 발생되면 정밀시각프로토콜 정보모드로 전환하여 제1,제2이격 운용 시스템을 운용하는 것을 특징으로 하는 이격 운용 시스템의 듀얼모드 시간 동기장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 GNSS기반 시각비교용 데이타는
GNSS측정시간, GNSS수신기 위치, 위성번호, 위성별 GNSS측정 데이타, 위성별로 계산된 GNSS위성의시간과 수신기의 GNSS시간(GNSS_1PPS)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이격 운용 시스템의 듀얼모드 시간 동기장치.
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