KR101421156B1 - Apparatus and Method for acquiring GPS Signal using Multi-stage Partial Cross-Correlator - Google Patents

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Abstract

본 발명은 GPS(Global Positioning System) 신호 획득 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 Delay-Multiply 기법을 이용한 코드 위상 획득 과정을 통하여 정확한 코드 위상을 획득한 후 다단계 부분 상호 상관기를 이용하여 반송파 위상 획득을 하는 일차원 구조의 저복잡도 GPS 신호 획득 시스템에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 제안된 반송파 위상 획득 구조는 일차원적 GPS 신호 획득 과정에서 반송파 위상오차에 강인한 Delay-Multiply 기법을 이용하여 코드 위상을 적확히 획득한 이후에 동작 하지만 극복 가능한 반송파 위상오차의 크기가 최대 50kHz 이다.
The present invention relates to a GPS (Global Positioning System) signal acquisition system and method, and more particularly, to a GPS (Global Positioning System) Complexity GPS signal acquisition system for acquiring a low complexity GPS signal.
According to the present invention, the proposed carrier phase acquisition structure operates after obtaining the code phase accurately by using the delay-multiply technique robust to the carrier phase error in the one-dimensional GPS signal acquisition process, but the size of the over- It is up to 50kHz.

Description

다단계 부분 상호 상관기를 이용한 GPS 신호 획득 시스템 및 방법{Apparatus and Method for acquiring GPS Signal using Multi-stage Partial Cross-Correlator} [0001] The present invention relates to a multi-stage partial cross-correlator, and more particularly,

본 발명은 GPS 신호 획득 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 코드 위상 획득부와 반송파 위상 획득부로 나뉘며, 코드 위상 획득부와 반송파 위상 획득부를 일차원 구조로 배치하여 구성되는 저복잡도 GPS 신호 획득 시스템으로서, 다단계 부분 상호 상관기를 이용하여 반송파 위상을 획득하는 일차원 구조의 저복잡도 GPS 신호 획득 시스템에 대한 것이다.The present invention relates to a GPS signal acquisition system, and more particularly, to a low complexity GPS signal acquisition system, which is divided into a code phase acquisition unit and a carrier phase acquisition unit, in which a code phase acquisition unit and a carrier phase acquisition unit are arranged in a one- Complexity GPS signal acquisition system that obtains the carrier phase using a multi-stage partial cross-correlator.

또한, 코드위상 획득부의 코드 위상 획득 기법인 Delay-Multiply 기법은 기존에 알려져 있는 기법을 사용한 것이며, 일차원구조의 GPS 신호 획득 시스템 구성과 다단계 부분상호 상관기를 이용한 GPS 반송파 위상 획득 기법에 대한 것이다. In addition, the Delay-Multiply method, which is a code phase acquisition method of code phase acquisition section, is based on a known technique, and consists of a one-dimensional GPS signal acquisition system and a GPS carrier phase acquisition method using a multi-stage partial cross-correlator.

또한, 본 발명은 Delay-Multiply 기법을 이용한 코드 위상 획득 과정을 통하여 정확한 코드 위상을 획득한 후 다단계 부분 상호 상관기를 이용한 저복잡도 GPS 반송파 위상 획득 방법에 대한 것이다.The present invention also relates to a low-complexity GPS carrier phase acquisition method using a multi-stage partial cross-correlator after acquiring an accurate code phase through a code phase acquisition process using a delay-multiply technique.

GPS 신호의 항법데이터는 1023 칩으로 구성된 C/A(Coarse/Acquisition) 코드에 의해 대역확산기법으로 변조되며, 수신기에서 역 확산과정을 통해 GPS 신호로부터 항법데이터를 추정한다.The navigation data of the GPS signal is modulated by the spreading method by a C / A (Coarse / Acquisition) code composed of 1023 chips, and the receiver estimates the navigation data from the GPS signal through the despreading process.

그러나 수신기가 수신된 GPS 신호의 코드 위상을 정확하게 획득하여도 반송파 위상 오차가 존재하면 정확한 GPS 항법데이터를 획득할 수 없다. 이에 GPS 신호 획득 과정에서 코드 위상과 반송파 위상을 모두 추정해야 한다.However, even if the receiver accurately obtains the code phase of the received GPS signal, accurate GPS navigation data can not be obtained if there is a carrier phase error. Therefore, both the code phase and the carrier phase must be estimated during GPS signal acquisition.

병렬적으로 코드 위상 오차와 반송파 위상 오차를 추정하는 일반적인 신호획득 구조는 코드 위상 방향과 반송파 위상 방향으로 수신한 신호와 생성한 신호의 상관처리를 통해 수행한다. A general signal acquisition scheme for estimating code phase errors and carrier phase errors in parallel is performed by correlating received signals with generated signals in the code phase and carrier phase directions.

병렬적 신호획득 구조의 성능을 향상시키기 위해서는 코드 위상 방향으로의 적분시간을 증가시키고, 반송파 위상 방향으로 탐색 셀의 간격을 좁혀 셀의 개수를 증가시켜야 한다. In order to improve the performance of the parallel signal acquisition structure, it is necessary to increase the integration time in the code phase direction and increase the number of cells by narrowing the intervals of the search cells in the carrier phase direction.

그러나, 병렬적 GPS 신호획득 구조의 성능을 향상시키기 위해 코드 위상 방향으로의 적분시간을 증가시키면 극복 가능한 반송파 위상 오차의 크기를 감소시키며, 이로 인한 반송파 위상 방향으로의 탐색 셀 수의 증가는 신호획득구조의 복잡도를 증가시킨다는 문제점이 있다. However, if the integration time in the code phase direction is increased to improve the performance of the parallel GPS signal acquisition structure, the magnitude of the overcorrectable carrier phase error is reduced. As a result, the increase in the number of search cells in the carrier phase direction, There is a problem that the complexity of the structure is increased.

1. 한국등록특허번호 10-09785351. Korean Registered Patent No. 10-0978535 2. 한국공개특허번호 10-2010-01355942. Korean Patent No. 10-2010-0135594

본 발명은 종래기술에 따른 단점을 극복하기 위해 제안된 것으로서, 코드 위상 방향으로의 적분시간을 증가시키면서도 신호획득구조의 복잡도를 완화하는 다단계 부분 상호 상관기를 이용한 저복잡도 GPS 신호 획득 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention provides a low complexity GPS signal acquisition system using a multistage partial cross-correlator that reduces the complexity of the signal acquisition structure while increasing the integration time in the code phase direction. There is a purpose.

또한, 본 발명은 코드 위상 방향으로의 적분시간을 증가시키면서도 신호획득구조의 복잡도를 완화하는 다단계 부분 상호 상관기를 이용한 저복잡도 GPS 신호 획득 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a low-complexity GPS signal acquisition method using a multi-stage partial cross-correlator that alleviates the complexity of the signal acquisition structure while increasing the integration time in the code phase direction.

본 발명은 위에서 제기된 과제를 달성하기 위해 Delay-Multiply 기법을 이용한 코드 위상 획득 과정을 통하여 정확한 코드 위상을 획득한 후 Dealy-Multiply 기법 기반 다단계 부분상관처리 기법을 이용한 저복잡도 GPS 반송파 위상 획득 시스템을 제공한다. In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a low complexity GPS carrier phase acquisition system using a multi-stage partial correlation processing technique based on a Dealy-Multiply technique after acquiring an accurate code phase through a code phase acquisition process using a delay- to provide.

상기 반송파 위상 획득 시스템은, 수신된 GPS(Global Positioning System) 신호의 샘플링된 기저대역(Base-band) GPS 신호를 생성하는 신호 수신부; 수신된 GPS 신호를 역확산 시키기 위한 기준신호인 코드 복제 신호를 생성하는 코드 복제부; 코드 복제 신호를 전달받아 코드 위상 획득 후 동기 시간 제어 신호를 생성하는 코드 위상 획득부; 생성된 동기 시간 제어 신호를 전달받아 반송파 위상을 획득후 반송파 위상 오차값을 생성하는 반송파 위상 획득부; 및 상기 반송파 위상 오차값을 이용하여 수신된 기저대역 GPS 신호를 보상하는 반송파 위상 오차 보상부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. The carrier phase acquisition system includes: a signal reception unit for generating a sampled base-band GPS signal of a GPS (Global Positioning System) signal; A code duplication unit for generating a code duplication signal as a reference signal for despreading the received GPS signal; A code phase acquisition unit that receives the code duplication signal and generates a synchronization time control signal after acquiring the code phase; A carrier phase obtaining unit that receives the generated synchronization time control signal and generates a carrier phase error value after acquiring a carrier phase; And a carrier phase error compensator for compensating the received baseband GPS signal using the carrier phase error value.

이때, 상기 코드 위상 획득부는, 수신신호와 코드 복제 신호의 상호상관 특성을 이용하여 역환산하는 역환산부; 및 역환산 과정에서 최대값을 갖는 코드 위상을 추정하는 코드 위상 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In this case, the code phase obtaining unit may include an inverse transform unit that performs inverse transform using the cross-correlation characteristic between the received signal and the code duplication signal; And a code phase detector for estimating a code phase having a maximum value in the inverse conversion process.

이때, 상기 코드 위상 획득부는, 수신신호와 코드 복제신호 간 코드 위상이 일치되었을 때 부분 상호상관을 기반으로 하는 지연-곱셈 기법(Delay-Multiply approach)을 이용하여 코드 위상을 획득하는 것을 특징으로 할 수 있다. In this case, the code phase obtaining unit obtains a code phase using a delay-multiply approach based on a partial cross-correlation when a code phase between a received signal and a code duplication signal coincides with each other .

또한, 상기 반송파 위상 획득부는, 적분 시간 길이(window size)를 결정하는 적분 시간 길이 제어부; 결정된 적분 시간 길이 단위로 수신신호와 코드 복제 신호간 부분 상호 상관을 수행하는 상호 상관 실행부; 및 부분 상호 상관된 상관값을 평균하여 잡음에 의한 오차를 최소화하는 잡음 오차 최소화부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The carrier phase acquiring unit may include an integration time length controller for determining an integration time length (window size); A cross-correlation executing unit for performing partial cross-correlation between the received signal and the code duplication signal in units of the determined integral time length; And a noise error minimization unit that averages the correlated correlation values to minimize an error due to noise.

이때, 상기 반송파 위상 획득부는, 지연-곱셈 기법(Delay-Multiply approach)에 기반한 다단계 부분상관처리 기법을 이용하여 반송파 위상을 획득하는 것을 특징으로 할 수 있다. In this case, the carrier phase acquiring unit may acquire a carrier phase using a multi-stage partial correlation processing technique based on a delay-multiply approach.

이때, 반송파 위상 획득 시, 부분 상호 상관 값 간 지연-곱셈(Delay-Multiply) 함수의 평균값을 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다. At this time, the mean value of the delay-multiply function between partial cross-correlation values is used at the time of carrier phase acquisition.

이때, 반송파 위상 오차 추정시, 단계별 부분 상호상관 적분 시간 길이에 따른 잡음에 의한 잔여 반송파 위상오차를 최소화하기 위하여, 각각의 단계별로 부분상호상관 적분 시간 길이를 증가시켜 잔여 반송파 위상오차를 재 추정 및 보상을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다. In this case, in order to minimize the residual carrier phase error due to noises according to the stepwise partial cross-correlation integration time length in estimating the carrier phase error, the partial carrier phase time error is re-estimated by increasing the partial cross- And performing compensation on the basis of the comparison result.

다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 수신된 GPS(Global Positioning System) 신호의 샘플링된 기저대역(Base-band) GPS 신호를 생성하는 기저대역 GPS 신호 생성 단계; 수신된 GPS 신호를 역확산 시키기 위한 기준신호인 코드 복제 신호를 생성하는 코드 복제 신호 생성 단계; 코드 복제 신호를 전달받아 코드 위상 획득 후 동기 시간 제어 신호를 생성하는 코드 위상 획득 단계; 생성된 동기 시간 제어 신호를 전달받아 반송파 위상을 획득후 반송파 위상 오차값을 생성하는 반송파 위상 오차값 생성 단계; 및 상기 반송파 위상 오차값을 이용하여 수신된 기저대역 GPS 신호를 보상하는 반송파 위상 오차 보상 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단계 부분 상호 상관기를 이용한 저복잡도 GPS 반송파 위상 획득 방법을 제공한다. On the other hand, another embodiment of the present invention includes a baseband GPS signal generating step of generating a sampled base-band GPS signal of a received Global Positioning System (GPS) signal; A code duplication signal generation step of generating a code duplication signal as a reference signal for despreading the received GPS signal; A code phase acquiring step of receiving a code duplication signal and generating a synchronization time control signal after acquiring a code phase; A carrier phase error value generation step of generating a carrier phase error value after acquiring a carrier phase by receiving the generated synchronization time control signal; And a carrier phase error compensation step of compensating the received baseband GPS signal using the carrier phase error value A low complexity GPS carrier phase acquisition method using a multi-stage partial cross-correlator is provided.

이때, 상기 코드 위상 단계는, 수신신호와 코드 복제 신호의 상호상관 특성을 이용하여 역환산하는 역환산 단계; 및 역환산 과정에서 최대값을 갖는 코드 위상을 추정하는 코드 위상 검출 단계;를 포함할 수 있다. In this case, the code phase step may include a step of inversely converting the received signal and the code duplication signal using the cross-correlation property; And a code phase detection step of estimating a code phase having a maximum value in the inverse conversion process.

이때, 상기 코드 위상 획득 단계는, 수신신호와 코드 복제신호 간 코드 위상이 일치되었을 때 부분 상호상관을 기반으로 하는 지연-곱셈 기법(Delay-Multiply approach)을 이용하여 코드 위상을 획득하는 것을 특징으로 할 수 있다. In this case, the code phase acquiring step acquires a code phase using a delay-multiply approach based on partial cross-correlation when a code phase between the received signal and the code duplication signal coincides with each other can do.

이때, 상기 반송파 위상 획득 단계는, 적분 시간 길이(window size)를 결정하는 적분 시간 길이 결정 단계; 결정된 적분 시간 길이 단위로 수신신호와 코드 복제 신호간 부분 상호 상관을 수행하는 상호 상관 실행 단계; 및 부분 상호 상관된 상관값을 평균하여 잡음에 의한 오차를 최소화하는 잡음 오차 최소화 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In this case, the carrier phase acquisition step may include: determining an integration time length; A cross-correlation performing step of performing partial cross-correlation between the received signal and the code duplication signal in units of the determined integral time length; And a noise error minimization step of averaging the correlated correlation values to minimize an error due to noise.

이때, 상기 반송파 위상 획득 단계는, 지연-곱셈 기법(Delay-Multiply approach)에 기반한 다단계 부분상관처리 기법을 이용하여 반송파 위상을 획득하는 것을 특징으로 할 수 있다. In this case, the carrier phase acquiring step may acquire a carrier phase using a multi-stage partial correlation processing technique based on a delay-multiply approach.

본 발명에 따르면, 제안된 반송파 위상 획득 구조는 일차원적 GPS 신호 획득 과정에서 반송파 위상오차에 강인한 Delay-Multiply 기법을 이용하여 코드 위상을 적확히 획득한 이후에 동작 하지만 극복 가능한 반송파 위상오차의 크기가 최대 50kHz 이다. According to the present invention, the proposed carrier phase acquisition structure operates after obtaining the code phase accurately by using the delay-multiply technique robust to the carrier phase error in the one-dimensional GPS signal acquisition process, but the size of the over- It is up to 50kHz.

이는 GPS 수신기의 반송파 위상오차에 대한 민감도를 감소시킬 수 있으며, 일차원 GPS 신호 획득 구조를 구성함으로써 병렬적 GPS 신호획득 구조보다 수신기 복잡도를 감소시킬 수 있다.This can reduce the sensitivity to the carrier phase error of the GPS receiver, and by constructing the one-dimensional GPS signal acquisition structure, the receiver complexity can be reduced more than the parallel GPS signal acquisition structure.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 일차원 구조의 GPS 신호 획득 구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 Delay-Multiply 기법을 이용한 코드 위상 획득 구조를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 짧은 적분 시간 길이(short window size)를 이용한 경우 부분 상호 상관 적분 길이 변화에 따른 영향을 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 긴 적분 시간 길이(long window size)를 이용한 경우 부분 상호 상관 적분 길이 변화에 따른 영향을 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 부분 상호상관기법과 Delay-Multiply 기법을 이용한 다단구조의 제안된 반송파 위상 획득 구조를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 각 단계 부분상호상관에 소요되는 적분시간 길이를 보여주고 있는 도면이다.
FIG. 1 is a diagram illustrating a GPS signal acquisition structure of a one-dimensional structure according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a code phase acquisition structure using a Delay-Multiplex technique according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the influence of a partial cross-correlation integration length change using a short window size according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the influence of a partial cross-correlation integral length change when a long window size is used according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a multi-stage structure of a carrier phase acquisition structure using a partial cross-correlation technique and a delay-multiply technique according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing an integral time length required for each step partial cross-correlation 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 상세하게 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 이해되어야한다.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 기술분야에서 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 다단계 부분 상호 상관기를 이용한 GPS 신호 획득 시스템 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the present embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout.

신호획득 구조의 복잡도를 감소시키기 위한 방안으로 도 1과 같은 일차원구조의 신호획득 구조를 제안한다. 이는 반송파 위상 오차에 강인한 도 2와 같은 Delay-Multiply 기법을 이용한 코드 위상 획득 과정을 통하여 정확한 코드 위상을 획득 후 Delay-Multiply 기법 기반 다단계 부분상관처리 기법을 이용한 반송파 위상 획득 구조이다. To reduce the complexity of signal acquisition structure, we propose a one-dimensional signal acquisition structure as shown in Fig. This is a carrier phase acquisition structure using a multi-stage partial correlation processing technique based on a delay-multiply technique after acquiring an accurate code phase through a code phase acquisition process using a delay-multiply technique as shown in FIG. 2 which is robust against a carrier phase error.

먼저 도 1을 설명하면, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 일차원 구조의 GPS 신호 획득 구조를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, GPS 신호 획득 구조(100)는, 수신된 GPS 신호의 샘플링된 기저대역(Base-band) GPS 신호를 생성하는 신호 수신부(110)와, 수신된 GPS 신호를 역확산 시키기 위한 기준신호를 생성하는 코드 복제부(120)와, 상기 코드 복제부(120)로부터 생성된 기준신호를 전달받아 코드 위상 획득 후 동기 시간 제어 신호를 생성하는 코드 위상 획득부(130)와, 생성된 동기 시간 제어 신호를 전달받아 반송파 위상을 획득후 반송파 위상 오차값을 생성하는 반송파 위상 획득부(140)와, 상기 반송파 위상 오차값을 이용하여 수신된 기저대역 GPS 신호를 보상하는 반송파 위상 오차 보상부(150)를 포함한다. 이들 구성요소를 설명하면 다음과 같다. 1 is a block diagram illustrating a structure of acquiring a GPS signal of a one-dimensional structure according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the GPS signal acquisition structure 100 includes a signal receiver 110 for generating a sampled base-band GPS signal of a received GPS signal, a GPS receiver 110 for despreading the received GPS signal, A code phase obtaining unit 130 for receiving a reference signal generated from the code copying unit 120 and generating a synchronization time control signal after acquiring a code phase, A carrier phase acquiring unit 140 for receiving a synchronization time control signal and generating a carrier phase error value after acquiring a carrier phase, a carrier phase error compensating unit 140 for compensating a baseband GPS signal received using the carrier phase error value, (150). These components will be described as follows.

신호 수신부(110)는 수신된 GPS 신호의 샘플링된 기저대역 GPS 신호를 생성한다. The signal receiving unit 110 generates a sampled baseband GPS signal of the received GPS signal.

코드 복제부(120)는 수신된 GPS 신호를 역확산시키기 위한 기준신호를 생성하여 코드 위상 획득부(130)와 반송파 위상 획득부(140)에 전달한다. The code replicating unit 120 generates a reference signal for despreading the received GPS signal, and transmits the reference signal to the code phase obtaining unit 130 and the carrier phase obtaining unit 140.

코드 위상 획득부(130)는 코드 위상만을 획득하기 위한 블록으로 코드 위상 획득 후 동기 시간 제어 신호(Timing control signal)를 반송파 위상 획득부(140) 및 반송파 위상오차 보상부(150)로 전달한다.The code phase acquiring unit 130 transmits a code phase acquisition timing control signal to the carrier phase acquiring unit 140 and the carrier phase error compensating unit 150 as a block for acquiring only the code phase.

반송파 위상 획득부(140)는 반송파 위상만을 획득하기 위한 블록으로 반송파 위상 획득 후 반송파 위상 오차값을 반송파 위상 오차 보상부(150)로 전달한다.The carrier phase acquiring unit 140 transmits the carrier phase error value to the carrier phase error compensating unit 150 after the carrier phase acquisition in the block for acquiring only the carrier phase.

반송파 위상 오차 보상부(150)는 획득한 반송파 위상 오차를 이용하여 수신된 기저대역(Base-band) GPS 신호를 보상하기 위한 위상신호를 생성한다. The carrier phase error compensator 150 generates a phase signal for compensating the received base-band GPS signal using the obtained carrier phase error.

이러한 위상 신호를 이용하여 최종적으로 보상 신호(160)가 생성된다. The compensation signal 160 is finally generated using this phase signal.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 Delay-Multiply 기법을 이용한 코드 위상 획득 구조를 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 수신신호와 기준신호의 상호상관 특성을 이용하여 역환산하는 역환산부(210)와, 역환산 과정에서 최대값을 갖는 코드 위상을 추정하는 코드 위상 검출부(220) 등을 포함하여 구성된다. 2 is a diagram illustrating a code phase acquisition structure using a Delay-Multiplex technique according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, an inverse transform unit 210 for inversely transforming a received signal and a reference signal using a cross-correlation property, a code phase detector 220 for estimating a code phase having a maximum value in the inverse transform process, and the like .

역환산부(210)는 한 칩(one chip) 간격으로 Delay-Multiply 신호처리된 수신신호와 기준신호의 상호상관 특성을 이용한 역환산 과정을 수행한다. 이를 위해 역환산부(210)에는 신호 수신부, 제 1 칩 지연부, 코드 복제부, 제 2 칩 지연부, 혼합기 등이 구성된다. The inverse conversion unit 210 performs an inverse conversion process using a cross-correlation characteristic between a received signal and a reference signal subjected to delay-multiply signal processing at one chip intervals. To this end, the inverse conversion unit 210 includes a signal receiving unit, a first chip delay unit, a code duplication unit, a second chip delay unit, a mixer, and the like.

코드 위상 검출부(220)는 위 역환산 과정에서 최대값을 갖는 코드위상을 추정하여 동기 시간 제어 신호를 전달한다.The code phase detector 220 estimates a code phase having a maximum value in the inversion process and transmits a synchronization time control signal.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 부분 상호상관기법과 Delay-Multiply 기법을 이용한 다단구조의 제안된 반송파 위상 획득 구조를 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 적분 시간 길이(window size)를 결정하는 적분 시간 길이 제어부(510)와, 결정된 적분 시간 길이 단위로 수신신호와 코드 복제 신호간 부분 상호 상관을 수행하는 상호 상관 실행부(520)와, 부분 상호 상관된 상관값을 평균하여 잡음에 의한 오차를 최소화하는 잡음 오차 최소화부(530) 등을 구성된다. 이들 구성요소를 설명하면 다음과 같다. FIG. 5 is a diagram illustrating a multi-stage structure of a carrier phase acquisition structure using a partial cross-correlation technique and a delay-multiply technique according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, an integration time length control unit 510 for determining an integration time length, a cross-correlation execution unit 520 for performing partial cross-correlation between a received signal and a code duplication signal in units of the determined integration time length And a noise error minimization unit 530 for minimizing an error due to noise by averaging the correlated correlation values. These components will be described as follows.

적분 시간 길이 제어부(510)는 각 단계별 부분상호 상관을 하기 위한 적분 시간 길이를 결정하는 블록으로 10, 20, 50, 100, 1000 순으로 적분 시간 길이를 전달하는 기능을 수행한다. The integration time length control unit 510 is a block for determining the integration time length for performing the partial cross-correlation in each step, and performs the function of transferring the integration time length in the order of 10, 20, 50, 100,

상호 상관 실행부(520)는, 각 단계별 부분상호 상관을 하기 위한 적분 시간 길이 단위로 수식 1 과정을 수행한다.The cross-correlation performing unit 520 performs Equation 1 on the basis of the integral time length unit for performing partial cross-correlation for each step.

식 (1)의 수신신호와 코드 복제신호 간 부분 상호상관 식은 다음과 같이 표현할 수 있다. The partial cross-correlation between the received signal and the code duplication signal in Eq. (1) can be expressed as follows.

Figure 112012085098311-pat00001
(1)
Figure 112012085098311-pat00001
(One)

여기서,

Figure 112012085098311-pat00002
은 부분 상호상관 적분 시간 길이,
Figure 112012085098311-pat00003
는 반송파 위상 획득에 소요되는 전체 수신신호의 길이를
Figure 112012085098311-pat00004
으로 나누었을 때 각각의 부분 상호상관 값 인덱스,
Figure 112012085098311-pat00005
은 부분 상호상관에 소요되는 수신신호 내 샘플 인덱스,
Figure 112012085098311-pat00006
Figure 112012085098311-pat00007
는 각각
Figure 112012085098311-pat00008
번째 신호부와 잡음부의 부분 상호상관 값이다.here,
Figure 112012085098311-pat00002
Is the partial cross-correlation integration time length,
Figure 112012085098311-pat00003
Is the total length of the received signal required to obtain the carrier phase
Figure 112012085098311-pat00004
The partial cross-correlation value index,
Figure 112012085098311-pat00005
Sample index in the received signal for partial cross-correlation,
Figure 112012085098311-pat00006
Wow
Figure 112012085098311-pat00007
Respectively
Figure 112012085098311-pat00008
Th signal portion and the noise portion.

제안된 반송파 위상 오차 획득 기법은 수신신호와 코드 복제신호 간 코드 위상이 일치되었을 때 부분 상호상관 기법을 기반으로 하는 Delay-Multiply 기법을 이용하여 반송파 위상오차를 추정하고, 추정 성능 향상을 위해 부분 상호상관연산에 사용되는 수신신호 길이를 확장하면서 반송파 위상 획득 과정을 반복 수행한다.The proposed carrier phase error acquisition technique estimates the carrier phase error using the delay-multiply technique based on the partial cross-correlation technique when the code phase between the received signal and the code duplication signal is matched, The carrier phase acquisition process is repeated while extending the length of the received signal used for the correlation calculation.

수신신호와 코드 복제신호 간 부분 상호상관 식은 적분 시간을 길이를 C/A 코드의 길이보다 작게 가져감으로써 극복가능한 반송파 위상 오차의 범위를 증가시킬 수 있다.The partial cross-correlation equation between the received signal and the replica of the code can increase the range of carrier phase errors that can be overcome by bringing the integration time shorter than the length of the C / A code.

잡음 오차 최소화부(430)는 수식 2와 같이 Delay-Multiply 신호처리 된 부분상호 상관값을 누적 평균하여 잡음에 의한 오차를 최소화 한다. 각 단계별 부분상호 상관을 하기 위한 적분 시간 길이 변화에 따른 누적수를 결정하고 다음 단계 제어신호를 적분 시간 길이 제어부(510)로 전달한다. 각 단계별 누적수는 각각의 전단계 절반만을 사용한다. The noise error minimization unit 430 minimizes the error due to noise by cumulatively averaging the partial cross-correlation values processed by the delay-multiplexed signal as shown in Equation (2). Determines the cumulative number according to the change of the integral time length for performing the partial cross-correlation at each step, and transmits the next step control signal to the integral time length control unit 510. The cumulative number for each step uses only half of each step.

Figure 112012085098311-pat00009
개의 부분 상호상관 값에 지연-곱셈 기법(Delay-Multiply approach)을 적용하면
Figure 112012085098311-pat00010
Figure 112012085098311-pat00011
의 상관 값은 아래 식과 같이 우리가 추정하고자 하는 반송파 위상 오차를 포함하는 고정 위상을 갖는다.
Figure 112012085098311-pat00009
If a delay-multiply approach is applied to the partial cross-correlation values of
Figure 112012085098311-pat00010
and
Figure 112012085098311-pat00011
Has a fixed phase including the carrier phase error to be estimated as shown in the following equation.

Figure 112012085098311-pat00012
(2)
Figure 112012085098311-pat00012
(2)

위상 판별부(540)는 수식 3을 이용하여 반송파 위상 오차를 추정하고 반송파 위상 보상부로 추정된 반송파 위상 오차를 전달한다. 고정 위상을 갖는

Figure 112012085098311-pat00013
의 복소수
Figure 112012085098311-pat00014
은 누적하면 잡음의 영향이 줄일 수 있으며
Figure 112012085098311-pat00015
로부터 아래 식(3)과 같이 반송파 위상 오차를 결정하는 도플러 주파수 이동 값을 추정할 수 있다.The phase discriminator 540 estimates the carrier phase error using Equation (3) and delivers the carrier phase error estimated by the carrier phase compensator. Having a fixed phase
Figure 112012085098311-pat00013
Complex number
Figure 112012085098311-pat00014
The cumulative effect of noise can be reduced
Figure 112012085098311-pat00015
, The Doppler frequency shift value for determining the carrier phase error can be estimated from the following equation (3).

Figure 112012085098311-pat00016
(3)
Figure 112012085098311-pat00016
(3)

부분 상호상관에 소요되는 수신신호 샘플 길이

Figure 112012085098311-pat00017
의 길이가 짧을수록 추정가능한 반송파 위상 오차의 범위는 넓어지지만 도 3과 같이 적은 수의 샘플을 사용하기 때문에 잡음의 영향을 크게 받게 된다. 도 3은 짧은 적분 시간 길이(short window size)를 이용한 경우 부분 상호 상관 적분 길이 변화에 따른 영향으로 잡음 오차 범위(300)를 보여주는 그래프이다.Sample length of received signal for partial cross-correlation
Figure 112012085098311-pat00017
The range of the carrier phase error that can be estimated is wider as the length is shorter. However, since a small number of samples are used as shown in FIG. 3, the noise is greatly affected. 3 is a graph showing a noise error range 300 due to the influence of a partial cross-correlation integral length change when a short window size is used.

반대로

Figure 112012085098311-pat00018
의 길이가 길면 추정 가능한 반송파 위상오차의 범위는 좁아지지만 도 4와 같이 많은 수의 샘플을 사용하기 때문에 잡음의 영향을 줄일 수 있다. 도 4는 긴 적분 시간 길이(long window size)를 이용한 경우 부분 상호 상관 적분 길이 변화에 따른 영향으로 잡음 오차 범위(300)를 보여주는 그래프이다. Contrary
Figure 112012085098311-pat00018
The range of the carrier phase error that can be estimated is narrowed. However, since a large number of samples are used as shown in FIG. 4, the influence of noise can be reduced. FIG. 4 is a graph showing a noise error range 300 due to the influence of a change in the partial cross-correlation integral length when a long window size is used.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 각 단계별 부분상호상관에 소요되는 적분 시간 길이를 보여주고 있는 도면이다. 도 6을 참조하면, 도 6과 같이 초기에 짧은 부분 상호상관 적분 시간 길이를 이용하여 반송파 위상을 추정 및 보상을 수행하고, 반송파 위상 보상이후 잡음에 의해 남게 된 잔여 반송파 위상을 다음 단계에서 부분 상호상관 적분 시간 길이를 증가시켜 잔여 반송파 위상을 추정 및 보상을 반복한다. 여기서, 단계별 적분 시간 길이는 다음과 같다. FIG. 6 is a graph showing the integration time length required for partial cross-correlation in each step according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the carrier phase is estimated and compensated using the short partial cross-correlation integration time length as shown in FIG. 6, and the residual carrier phase left by the noise after the carrier phase compensation, The correlation integral time length is increased to estimate and compensate the residual carrier phase. Here, the length of the integral time of each step is as follows.

Step 1(610): 적분 시간 길이(M)는 10이다. Step 1 (610): Integral time length (M) is 10.

Step 2(620): 적분 시간 길이(M)는 20이다. Step 2 (620): The integral time length (M) is 20.

Step 3(630): 적분 시간 길이(M)는 50이다. Step 3 (630): The integration time length (M) is 50.

Step 4(640): 적분 시간 길이(M)는 100이다. Step 4 (640): The integration time length (M) is 100.

Step 5(650): 적분 시간 길이(M)는 1000이다.
Step 5 (650): The integral time length (M) is 1000.

110: 신호 수신부
120: 코드 복제부
130: 코드 위상 획득부
140: 반송파 위상 획득부
150: 반송파 위상 오차 보상부
160: 보상 신호
210: 역환산부
220: 코드 위상 검출부
510: 적분 길이 시간 제어부
520: 상호 상관 실행부
530: 잡음 오차 최소화부
540: 위상 판별부
110:
120: Code duplication unit
130: code phase obtaining unit
140: Carrier phase acquisition unit
150: Carrier phase error compensation unit
160: compensation signal
210: Inverse section
220: code phase detector
510: integral length time control unit
520: Cross-correlation execution unit
530: Noise error minimization unit
540: phase discrimination unit

Claims (10)

수신된 GPS 신호의 샘플링된 기저대역(Base-band) GPS 신호를 생성하는 신호 수신부;
수신된 GPS 신호를 역확산시키기 위한 기준신호인 코드 복제 신호를 생성하는 코드 복제부;
생성된 코드 복제 신호를 전달받아 코드 위상 획득 후 동기 시간 제어 신호를 생성하는 코드 위상 획득부;
생성된 동기 시간 제어 신호를 전달받아 반송파 위상을 획득후 반송파 위상 오차값을 생성하는 반송파 위상 획득부; 및
상기 반송파 위상 오차값을 이용하여 생성된 기저대역 GPS 신호를 보상하는 반송파 위상 오차 보상부;를 포함하되,
상기 반송파 위상 획득부는,
적분 시간 길이(window size)를 결정하는 적분 시간 길이 제어부;
결정된 적분 시간 길이 단위로 수신신호와 코드 복제 신호간 부분 상호 상관을 수행하는 상호 상관 실행부; 및
부분 상호 상관된 상관값을 평균하여 잡음에 의한 오차를 최소화하는 잡음 오차 최소화부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단계 부분 상호 상관기를 이용한 GPS 신호 획득 시스템.
A signal receiving unit for generating a sampled base-band GPS signal of the received GPS signal;
A code duplication unit for generating a code duplication signal as a reference signal for despreading the received GPS signal;
A code phase obtaining unit that receives the generated code duplication signal and generates a synchronization time control signal after acquiring the code phase;
A carrier phase obtaining unit that receives the generated synchronization time control signal and generates a carrier phase error value after acquiring a carrier phase; And
And a carrier phase error compensator for compensating a baseband GPS signal generated using the carrier phase error value,
Wherein the carrier phase obtaining unit comprises:
An integration time length control unit for determining an integration time length (window size);
A cross-correlation executing unit for performing partial cross-correlation between the received signal and the code duplication signal in units of the determined integral time length; And
And a noise error minimization unit that averages the correlated correlation values and minimizes an error caused by noise. GPS Signal Acquisition System Using Multi - stage Part Cross - Correlators.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 반송파 위상 획득부는, 지연-곱셈 기법(Delay-Multiply approach)에 기반한 다단계 부분상관처리 기법을 이용하여 반송파 위상을 획득하는 것을 특징으로 하는 다단계 부분 상호 상관기를 이용한 GPS 신호 획득 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the carrier phase acquiring unit acquires a carrier phase using a multi-stage partial correlation processing technique based on a delay-multiply approach.
제 3 항에 있어서,
상기 반송파 위상을 획득하는 경우, 부분 상호 상관 값 간 지연-곱셈(Delay-Multiply) 함수의 평균값을 이용하는 것을 특징으로 하는 다단계 부분 상호 상관기를 이용한 GPS 신호 획득 시스템.
The method of claim 3,
And a mean value of a delay-multiply function between the partial cross-correlation values is used when the carrier phase is obtained.
제 3 항에 있어서,
상기 반송파 위상 오차값을 생성하는 경우, 단계별 부분 상호상관 적분 시간 길이에 따른 잡음에 의한 잔여 반송파 위상오차를 최소화하기 위하여, 각각의 단계별로 부분상호상관 적분 시간 길이를 증가시켜 잔여 반송파 위상오차를 재 추정 및 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 다단계 부분 상호 상관기를 이용한 GPS 신호 획득 시스템.
The method of claim 3,
In the case of generating the carrier phase error value, in order to minimize the residual carrier phase error due to noises according to the stepwise partial cross-correlation integration time length, the partial cross-correlation integration time length is increased for each step, Estimating and compensating the multi-stage partial cross-correlator.
수신된 GPS(Global Positioning System) 신호의 샘플링된 기저대역(Base-band) GPS 신호를 생성하는 기저대역 GPS 신호 생성 단계;
수신된 GPS 신호를 역확산시키기 위한 기준신호인 코드 복제 신호를 생성하는 코드 복제 신호 생성 단계;
생성된 코드 복제 신호를 전달받아 코드 위상 획득 후 동기 시간 제어 신호를 생성하는 코드 위상 획득 단계;
생성된 동기 시간 제어 신호를 전달받아 반송파 위상을 획득후 반송파 위상 오차값을 생성하는 반송파 위상 오차값 생성 단계; 및
상기 반송파 위상 오차값을 이용하여 생성된 기저대역 GPS 신호를 보상하는 반송파 위상 오차 보상 단계;를 포함하되,
상기 반송파 위상 획득 단계는,
적분 시간 길이(window size)를 결정하는 적분 시간 길이 결정 단계;
결정된 적분 시간 길이 단위로 수신신호와 코드 복제 신호간 부분 상호 상관을 수행하는 상호 상관 실행 단계; 및
부분 상호 상관된 상관값을 평균하여 잡음에 의한 오차를 최소화하는 잡음 오차 최소화 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단계 부분 상호 상관기를 이용한 GPS 신호 획득 방법.
A baseband GPS signal generation step of generating a sampled base-band GPS signal of a received Global Positioning System (GPS) signal;
A code duplication signal generation step of generating a code duplication signal as a reference signal for despreading the received GPS signal;
A code phase acquisition step of receiving the generated code duplication signal and generating a synchronization time control signal after acquiring the code phase;
A carrier phase error value generation step of generating a carrier phase error value after acquiring a carrier phase by receiving the generated synchronization time control signal; And
And a carrier phase error compensation step of compensating a baseband GPS signal generated using the carrier phase error value,
Wherein the carrier phase acquisition step comprises:
An integration time length determination step of determining an integration time length (window size);
A cross-correlation performing step of performing partial cross-correlation between the received signal and the code duplication signal in units of the determined integral time length; And
And minimizing a noise error by averaging the correlated correlation values to minimize an error due to noise A method for acquiring GPS signals using multi - stage partial cross - correlator.
삭제delete 제 6 항에 있어서,
상기 반송파 위상 획득 단계는, 지연-곱셈 기법(Delay-Multiply approach)에 기반한 다단계 부분상관처리 기법을 이용하여 반송파 위상을 획득하는 것을 특징으로 하는 다단계 부분 상호 상관기를 이용한 GPS 신호 획득 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the carrier phase acquisition step acquires a carrier phase using a multi-stage partial correlation processing technique based on a delay-multiply approach.
제 8 항에 있어서,
상기 반송파 위상을 획득하는 경우, 부분 상호 상관 값 간 지연-곱셈(Delay-Multiply) 함수의 평균값을 이용하는 것을 특징으로 하는 다단계 부분 상호 상관기를 이용한 GPS 신호 획득 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein a mean value of a delay-multiply function between partial cross-correlation values is used when the carrier phase is obtained.
제 9 항에 있어서,
상기 반송파 위상 오차값을 생성하는 경우, 단계별 부분 상호상관 적분 시간 길이에 따른 잡음에 의한 잔여 반송파 위상오차를 최소화하기 위하여, 각각의 단계별로 부분상호상관 적분 시간 길이를 증가시켜 잔여 반송파 위상오차를 재 추정 및 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 다단계 부분 상호 상관기를 이용한 GPS 신호 획득 방법.
10. The method of claim 9,
In the case of generating the carrier phase error value, in order to minimize the residual carrier phase error due to noises according to the stepwise partial cross-correlation integration time length, the partial cross-correlation integration time length is increased for each step, Estimating and compensating the multi-stage partial cross-correlator.
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