KR101446427B1 - 고장 검출 임계값 갱신 장치 및 방법 - Google Patents

고장 검출 임계값 갱신 장치 및 방법 Download PDF

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조정호
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허문범
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한국항공우주연구원
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Abstract

고장 검출 임계값 갱신 장치가 제공된다. 상기 고장 검출 임계값 갱신 장치는 신호 수신 환경의 변화를 검출하는 환경 변화 검출부, 상기 검출된 신호 수신 환경의 결과에 기초하여 환경 변화 지시자 값을 계산하고 상기 신호 수신 환경의 변화를 판단하여 보정 정보의 고장 여부를 나타내는 검출 임계값의 갱신을 요청하는 제어부 및 상기 요청에 따라 상기 검출 임계값을 갱신하는 검출 임계값 갱신부를 포함한다.

Description

고장 검출 임계값 갱신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR AUTOMATED UPDATING FAULT DETECTION THRESHOLDS}
DGNSS 기준국의 고장 검출 임계값 갱신 장치 및 방법에 연관되며, 보다 특정하게는 신호 수신 환경 변화를 고려하여 DGNSS 기준국의 고장 검출 임계값을 자동으로 갱신하는 장치 및 방법에 연관된다.
GNSS 시스템은 비행 중인 수신 장치에게 무결성 정보를 제공하기 위한 GBAS 및 SBAS를 포함한다. 이러한 시스템은, 현재 GNSS 시스템이 비행 중인 사용자의 안전을 위해 적절히 동작하고 있는 지를 보장해야 하기 때문에, GNSS 측정, 항법 데이터 및 신호 품질 등을 주의하여 감시해야 한다.
일반적으로, 무결성 감시 알고리즘은 비행 중에 위협이 되는 특성을 나타낼 수 있는 검정 통계량을 계산하여 특정 임계치와 비교한다. 이러한 검정 통계량이 특정 임계치를 초과하는 경우에는 검정 통계량에 연관되는 측정치는 보정정보 생성 과정에서 제외되어야 한다. 만약, 이러한 측정치를 제외하는 것이 불가능하면, 기지국은 사용자에게 이를 통지해야 한다.
DGNSS(Differential Global Navigation Satellite System) 기법을 이용하는 항법 시스템(예를 들면, GBAS, SBAS, NDGPS)의 기준국에서는 사용자의 위치에 연관되는 위치해의 정확도를 개선하기 위해 보정 정보를 생성한다. 또한, DGNSS 기법을 이용하는 항법 시스템은 이러한 보정 정보의 무결성을 보장하기 위해 고장 검출 및 제거를 수행한다.
고장 검출을 위해 고장의 특성을 나타낼 수 있는 검정 통계량을 정의하고 고장 여부를 판단하기 위한 검출 임계값을 설정한다. 검정 통계량이 검출 임계값 보다 큰 경우, 해당 정보에 이상 또는 장애가 발생하였다고 판단하고, 이를 제거함으로써 사용자에게 고장이 없는 정보를 제공할 수 있다. 기존에는 이상 또는 고장이 없는 정보를 장시간 수집하여 계산되는 검출 임계값을 기준국 소프트웨어에 입력하여 지속적으로 사용하였기 때문에, 운용 개시 후의 신호 수신 환경 변화 예들 들면, 다중 경로 오차, 신호 단절, 전파 간섭 등이 발생하는 경우 기대되는 수준의 오경보율 및 고장검출실패율 요구 조건을 만족하지 못할 가능성이 존재한다.
일측에 따르면, 고장 검출 임계값 갱신 장치가 제공된다. 상기 고장 검출 임계값 갱신 장치는 신호 수신 환경의 변화를 검출하는 환경 변화 검출부, 상기 검출된 신호 수신 환경의 결과에 기초하여 환경 변화 지시자 값을 계산하고 상기 신호 수신 환경의 변화를 판단하여 보정 정보의 고장 여부를 나타내는 검출 임계값의 갱신을 요청하는 제어부 및 상기 요청에 따라 상기 검출 임계값을 갱신하는 검출 임계값 갱신부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 고장 검출 임계값 갱신 장치의 상기 환경 변화 검출부는 전리층 제거 코드 반송파 차분 측정치(Code Minus Carrier: CMC)의 표준 편차를 이용하여 상기 신호 수신 환경의 변화를 검출할 수 있다.
또한, 상기 환경 변화 검출부는 미리 설정된 구역에 따른 상기 전리층 제거 코드 반송파 차분 측정치의 표준 편차를 계산하여 저장하는 저장부 및 동일한 위성의 앙각 내에서의 상기 미리 설정된 구역 중 적어도 하나의 제1 구역의 표준 편차가 상기 제1 구역을 제외한 나머지 구역의 표준 편차에 비해 클 경우, 상기 적어도 하나의 제1 구역을 마스킹하는 마스킹부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 미리 설정된 구역은 위성의 앙각 및 방위각으로 일정한 간격으로 구역으로 구분되는 적어도 하나의 구역일 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 환경 변화 지시자 값을 기존에 기준으로 설정되었던 베이스라인 데이터와 비교하여 상기 신호 수신 환경의 변화를 판단할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 환경 변화 지시자 값은 CMC 표준 편차 변화, 가용 앙각-방위각 구역 개수의 변화, 검출 임계값 팽창 계수 변화 및 CCD 표준 편차 변화 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 검출 임계값 갱신부는 타 알고리즘에 의해 검출된 측정치를 제거하고, 상기 위성 앙각 별 평균 및 표준 편차 및 팽창 계수를 계산하여 상기 검출 임계값을 갱신할 수 있다.
게다가, 상기 검출 임계값 갱신부는 상기 갱신되는 검출 임계값에 연관되는 상기 베이스라인 데이터를 갱신할 수 있다.
다른 일측에 따르면, 고장 검출 임계값 갱신 방법이 제공된다. 상기 고장 검출 임계값 갱신 방법은 신호 수신 환경의 변화를 검출하는 단계, 상기 검출된 신호 수신 환경의 결과에 기초하여 환경 변화 지시자 값을 계산하는 단계, 상기 환경 변화 지시자 값에 기초하여 상기 신호 수신 환경의 변화를 판단하여 보정 정보의 고장 여부를 나타내는 검출 임계값의 갱신을 요청하는 단계 및 상기 요청에 따라 상기 검출 임계값을 갱신하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 검출하는 단계는 전리층 제거 코드 반송파 차분 측정치의 표준 편차를 이용하여 상기 신호 수신 환경의 변화를 검출할 수 있다.
또한, 상기 검출하는 단계는 일정 간격으로 구분되는 위성의 앙각 및 방위각의 구역 내에서의 상기 전리층 제거 코드 반송파 차분 측정치의 표준 편차를 계산하여 저장하는 단계 및 상기 위성의 동일한 앙각 내에서의 상기 구역 중 적어도 하나의 제1 구역의 표준 편차가 상기 제1 구역을 제외한 나머지 구역의 표준 편차에 비해 클 경우 상기 적어도 하나의 제1 구역을 마스킹하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 환경 변화 지시자 값은 CMC 표준 편차 변화, 가용 앙각-방위각 구역 개수의 변화, 검출 임계값 팽창 계수 변화 및 CCD 표준 편차 변화 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 검출 임계값을 갱신하는 단계는 타 알고리즘에 의해 검출된 측정치를 제거하고, 상기 위성 앙각 별 평균 및 표준 편차 및 팽창 계수를 계산하여 상기 검출 임계값을 갱신할 수 있다.
도 1은 일실시예예 따른 고장 검출 임계값 갱신 장치의 블록도이다.
도 2는 일실시예에 따른 고장 검출 임계값 갱신 장치의 환경 변화 검출부의 세부 블록도이다.
도 3은 일실시예에 따른 신호 수신 환경 변화의 CMC의 표준 편차 변화의 일례이다.
도 4는 일실시예에 따른 신호 수신 환경 변화를 검출하는 방법의 흐름도이다.
도 5는 일실시예에 따른 검출 임계값 설정 방법의 흐름도이다.
도 6은 일실시예에 따른 신호 수신 환경 변화를 고려하는 고장 검출 임계값 설정의 흐름도이다.
이하에서, 일부 실시예들을, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다.
또한 특정한 경우는 이해를 돕거나 및/또는 설명의 편의를 위해 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
도 1은 일실시예예 따른 고장 검출 임계값 갱신 장치(100)의 블록도이다. 상기 고장 검출 임계값 갱신 장치(100)는 환경 변화 검출부(110), 제어부(120) 및 검출 임계값 갱신부(130)를 포함할 수 있다. 상기 환경 변화 검출부(110)는 신호 수신 환경이 변경되었을 경우 상기 변경된 신호 수신 환경을 검출할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 검출된 신호 수신 환경 결과에 기초하여 환경 변화 지시자 값을 계산하여, 상기 신호 수신 환경 변화를 판단할 수 있다. 또한, 상기 제어부(120)는 상기 판단에 기초하여 상기 검출 임계값 갱신부(130)에게 보정 정보의 고장 여부를 나타내는 검출 임계값의 갱신을 요청할 수 있다.
상기 고장 검출 임계값 갱신 장치(100)는 시스템의 운용 개시 후 신호 수신 환경 변화가 발생하는 경우 기대하는 수준의 오경보율 및 고장 검출 실패율 요구 조건을 만족하도록 상기 검출 임계값을 갱신할 수 있다. 또한, 상기 자동 고장 검출 임계값 갱신 장치가 기준국에서 구현되는 경우, 검정 통계량의 특성 변화로 인한 시스템의 연속성 및 무결성 위험을 예방할 수 있으며, 현재의 잘못된 임계값을 바르게 업데이트 할 수 있다.
측위의 정밀도가 저하된 GPS의 오차를 보정하는 부가적인 시스템인 DGNSS 기법을 이용하는 항법 시스템의 기준국에서 사용자의 위치해의 정확도를 위해 보정 정보를 생성한다. 이 경우, 상기 보정 정보의 무결성을 위해 고장을 검출하고 상기 고장을 제거하는 과정을 수행한다. 상기 고장을 검출하기 위해 상기 고장의 특성을 나타내는 검정 통계량(Test Statistic)을 정의할 수 있으며, 상기 고장의 여부를 판단하기 위한 검출 임계값(Detection Threshold)을 설정할 수 있다.
만약, 상기 검정 통계량이 검출 임계값 보다 클 경우 해당 정보에 이상 또는 장애가 있다고 판단하고, 해당 정보를 제거함으로써 사용자에게 고장이 없는 정보를 제공한다. 그러므로, 상기 사용자는 고장이 없는 정보를 활용함으로써 위치해를 추정할 수 있다. 기존에는, 이상 또는 장애가 없는 정보를 장시간 수집하여 계산한 검출 임계값을 기준국 소프트웨어에 입력하여 지속적으로 사용하였다. 이로 인해, 시스템의 운용 개시 후 신호 수신 환경 변화 예를 들면, 다중 경로 오차, 신호 단절, 전파 간섭 등이 발생하는 경우 기대되는 수준의 오경보율 및 고장 검출 실패율 요구 조건을 만족할 수 없는 경우가 발생되었다.
대부분의 검정 통계량이 위성 앙각의 영향을 받기 때문에, 상기 검출 임계값은 수학식 1과 같이 위성 앙각에 따른 함수로 결정될 수 있다.
Figure 112013036477016-pat00001
여기서, Thersh(el)은 검출 임계값이고, el은 위성의 앙각, μ는 검정 통계량의 평균, Kffd는 오경보율 요구 조건에 기초하여 계산된 계수이고, f는 팽창 계수이며, σ는 검정 통계량의 표준 편차를 나타낸다.
위에서 언급한 바와 같이, 시스템 운용 개시 후에 신호 수신 환경이 변화하는 경우, 상기 고장 검출 임계값 갱신 장치(100)의 환경 변화 검출부(110)는 현재 신호를 수신하는 환경의 변화를 검출할 수 있다. 게다가, 상기 환경 변화 검출부(110)는 상기 신호 수신 환경의 변화를 검출하기 위해 수학식 2와 같은 전리층 제거 코드 반송파 차분 측정치(Code Minus Carrier)(이하 CMC)의 표준 편차를 이용할 수 있다.
Figure 112013036477016-pat00002
일실시예에 따르면, GNSS 신호 품질은 수신기에 연결되는 GNSS 안테나 주변 신호 환경에 따라 다르다. 근처의 빌딩 또는 이동하는 차량에 의한 신호 반사로 인한 다중 경로 영향은 의사 거리와 반송파 위상 측정치 오류 및 신호 대 잡음 비의 저하를 야기할 수 있다. 의사 거리의 영향은 위의 수학식 2와 같은 전리층 제거 코드 반송파 차분 측정치를 이용하여 추정될 수 있다.
수학식 2에서, mpρ1 및 nρ1은 각각 의사거리 측정치에서의 다중 경로 오류 및 잡음 기여도(noise contribution)이다. 또한, B는 레벨링 프로세스의 의해 쉽게 제거될 수 있는 미지 정수(integer ambiguity)로 인한 반송파 위상 측정치 바이어스이다. 상기 환경 변화 검출부(110)에서 신호 수신 환경 변화의 검출 내용은 도 2를 참조하여 더 상세히 후술된다.
일실시예에 따르면, 상기 고장 검출 임계값 갱신 장치(100)의 제어부(120)는 상기 환경 변화 검출부(110)에 의해 검출된 신호 수신 환경 결과에 기초하여 환경 변화 지시자 값을 계산할 수 있다. 또한, 상기 제어부(120)는 상기 계산된 환경 변화 지시가 값을 이용하여 상기 신호 수신 환경 변화를 판단할 수 있으며, 상기 신호 수신 환경이 변화하였다고 판단하는 경우 보정 정보의 고장 여부를 나타내는 검출 임계값의 갱신을 요청할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제어부(120)는 상기 환경 변화 지시자 값을 기존에 기준으로 설정되었던 베이스데이터와 비교하여 상기 신호 수신 환경의 변화를 판단할 수 있다. 여기서 상기 환경 변화 지시자 값은, CMC 표준 편차의 변화, 가용 앙각-방위각 구역 개수의 변화, 검출 임계값 팽창 계수의 변화, CCD 표준 편차의 변화 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 환경 변화 지시자 값에 대한 내용은 도 3 내지 4를 참조하여 보다 상세히 후술된다.
일실시예에 따르면, 상기 검출 임계값 갱신부(130)는 상기 제어부(120)의 검출 임계값 갱신 요청에 따라 상기 검출 임계값을 갱신할 수 있다. 상기 검출 임계값 갱신부(130)는 상기 요청을 수신하면, 다중 경로 영향을 받은 구역을 마스킹하고 상기 시스템 내의 타 알고리즘에 의해 검출된 측정치를 제거하여, 상기 위성 앙각 별 평균과 표준 편차 및 팽창 계수를 계산함으로써 상기 검출 임계값을 갱신할 수 있다. 상기 검출 임계값 갱신부(130)는 상기 갱신되는 검출 임계값에 연관되는 상기 베이스라인 데이터 또한 갱신할 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 고장 검출 임계값 갱신 장치(100)의 환경 변화 검출부(120)의 세부 블록도 이다. 상기 환경 변화 검출부(110)는 상기 시스템의 운용 개시 후에 예를 들면, 다중 경로 오차, 신호 단절, 전파 간의 간섭 등과 같은 신호 수신 환경의 변화를 검출할 수 있다. 또한, 상기 환경 변화 검출부(110)는 전리층 제거 코드 반송파 차분 측정치(CMC)의 표준 편차를 이용함으로써 상기 신호 수신 환경의 변화를 검출하라 수 있다.
일실시예에 따른 상기 환경 변화 검출부(110)는 저장부(210) 및 마스킹부(220)를 포함할 수 있다. 상기 저장부(210)는 미리 설정된 구역에 따라 상기 전리층 제거 코드 반송파 차분 측정치의 표준 편차를 계산하여 각각 저장할 수 있다. 여기서 상기 미리 설정된 구역은 위성의 앙각 및 방위각이 일정한 간격으로 구분되는 적어도 하나의 구역일 수 있다. 예를 들면, 상기 구역은 상기 위성의 앙각 및 방위각이 각각 10도로 설정되어 구분될 수 있다.
일실시예에 따르면, 동일한 앙각 내에서 다른 구역의 표준 편차에 비해 상기 구역 중 제1 구역의 표준 편차가 크다는 것은, 상기 제1 구역이 다중 경로의 오차의 영향을 받은 것을 의미할 수 있다. 따라서, 상기 환경 변화 검출부(110)의 상기 마스킹부(220)는 상기 제1 구역이 동일한 앙각 내에서 다른 구역의 표준 편차에 비해 클 경우 해당 구역(상기 제1 구역)을 마스킹(masking)할 수 있다(차폐할 수 있다).
일실시예에 따르면, 상기 환경 변화 검출부(110)의 저장부(210)는 미리 설정된 구역으로 구분된 위성 앙각 및 방위각에 대해, 각각 표준 편차를 계산 및 저장할 수 있고, 저장된 표준 편차를 비교하여 다중 경로 영향을 받은 특정 구역을 사전에 마스킹할 수 있다. 따라서, 상기 고장 검출 임계값 갱신 장치(100)의 제어부(120)는 시스템 운용 중에 마스킹 되지 않은 구역에서의 환경 변화 지시자의 값을 계산할 수 있고, 계산된 환경 변화 지시자의 값에 따라 신호 수신 환경 변화를 판단하여 상기 검출 임계값의 갱신을 요청할 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 신호 수신 환경 변화의 CMC의 표준 편차 변화의 일례이다. 도 3의 (a) 및 (b)는 동일한 앙각 내에서의 방위각에 따른 구역들을 나타낸다. 위에서 언급한 바와 같이, 특정 구역 예를 들면, 제1 구역의 표준 편차가 동일한 앙각의 다른 표준 편차에 비해 클 경우, 상기 제1 구역은 다중 경로의 영향을 받았다고 판단되어 마스킹될 수 있다. 또한, CMC 분석으로부터 베이스라인 데이터의 앙각-방위각 마스크를 설정하여 다른 데이터에 적용할 수 있다.
도 3에서 0의 값에 가까운 구역은 마스킹 되어 사용할 수 없거나 데이터가 존재하지 않는 구역을 나타내며, 도 3의 (a)와 (b)에서 도시된 바와 같이, 도 3의 (a)와 (b)에서의 차이점은 신호를 수신하는 환경의 전후를 나타내는 CMC 표준 편차 분포 변화를 나타내고 있다.
도 4는 일실시예에 따른 신호 수신 환경 변화에 따른 검출 임계값 갱신을 요청하는 방법의 흐름도이다. 도 1의 상기 고장 검출 임계값 갱신 장치(100)의 환경 변화 검출부(110)는 도 2 내지 도 3에서 기술된 바와 같이, 위성의 앙각-방위각을 일정한 간격으로 나누어 구역을 나누고, 각 구역에서의 표준 편차를 계산하여 크기를 비교함으로써 다중 경로 영향을 받은 구역을 마스킹할 수 있다. 이 과정을 통하여 상기 환경 변화 검출부(110)는 신호 수신 환경 변화를 검출할 수 있다(410).
일실시예에 따르면, 상기 고장 검출 임계값 갱신 장치(100)의 제어부(120)는 시스템 운용 중에 마스킹되지 않은 구역에서 상기 환경 변화 지시자 값을 계산할 수 있다(420). 상기 환경 변화 지시자는 예를 들면, CMC 표준 편차의 변화, 가용 앙각-방위각 구역 개수의 변화, 검출 임계값 팽창 개수의 변화 및 CCD 표준 편차의 변화 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제어부(120)는 상기 환경 변화 지시자 값을 계산하여, 상기 환경 변화 지시자 값이 크게 발생하는 경우 신호 수신 환경이 크게 변화하였다고 판단할 수 있으며, 상기 판단에 따라 상기 검출 임계값 갱신부(130)로 상기 검출 임계값 갱신을 요청할 수 있다(430).
일실시예에 따르면, 상기 환경 변화 지시자 값에 베이스라인 데이터로부터 잡음 레벨, 신호 차단 및 다중 경로 효과의 변화가 반영될 수 있다. 상기 베이스라인 데이터로부터 결정되는 검출 임계값은 모든 환경 변화 지시가 값이 심각한 신호 수신 환경의 변화를 나타낼 때까지 해당 무결성 모니터에서 사용될 수 있다.
일실시예에 따르면, 다중 경로 및 잡음 레벨의 변화를 조사하기 위해, CMC 분석 결과는 다음의 수학식 2으로 사용될 수 있다.
Figure 112013036477016-pat00003
여기서, Ncmcbin는 CMC 분석에 사용되는 가용 앙각-방위각의 개수이고, Ncmc ,i는 i번째 구역에서 CMC 측정의 개수를 나타내고, σcmc ,i는 i번째 구역에서 CMC 측정의 표준 편차를 나타내며, σcmc , base ,i는 베이스라인 데이터의 i번째 구역에서 CMC 측정의 표준 편차이다. 예를 들어, 중요한 환경 변화가 없다면, σcmc ,i 값은 σcmc , base ,i에 가까워 지고, σcmc , base ,i와 ρ(σcmc)는 대략 1.0일 수 있다.
일실시예에 따르면, 가용 앙각-방위각 구역의 개수의 변화는 수학식 4를 참조하여 설명될 수 있다. GNSS 안테나에서 신호 차단이 증가하는 경우 CMC 분석을 위한 가용 앙각-방위각의 구역의 개수가 감소할 수 있다. 상기 가용 구역은 해당 구역에서 CMC 측정치가 존재한다는 것을 의미한다.
Figure 112013036477016-pat00004
여기서, Ncmcbin , base은 베이스라인 데이터의 가용 CMC 앙각-방위각 구역의 개수를 나타낸다.
일실시예에 따르면, 다중 경로 오류는 가우스 분포를 따르지 않기 때문에 팽창 계수에 영향을 미칠 수 있다. 수학식 5의 팽창 계수는 환경 조건의 변화를 반영할 수 있다.
Figure 112013036477016-pat00005
여기서, fbase는 베이스라인 데이터로부터 계산되는 팽창 계수일 수 있다.
일실시예에 따르면, 수학식 6에 따르면, 다중 경로 및 수신기 잡음으로부터 의사거리 측정치에 미치는 전반적인 영향은 검정 통계량의 표준 편차에 반영될 수 있다. 따라서, 표준 편차의 변화는 ECI로 제안될 수 있다.
Figure 112013036477016-pat00006
여기서, Nelbin은 임계치 결정을 위해 사용되는 가용 구역의 개수이고, Nel ,i는 i번째 구역에서 검정 통계량의 개수이고, σel ,i는 i번째 구역에서 검정 통계량의 표준 편차이고, σel , base ,i는 베이스라인 데이터의 i번째 구역에서 검정 통계량의 표준 편차이다.
도 5는 일실시예에 따른 검출 임계값 설정 방법의 흐름도이다.
일실시예에 따르면, GNSS 시스템은 비행중인 GNSS 측정 프로세싱을 위해 신뢰할 수 잇는 보정 정보를 제공해야 하기 때문에, GNSS 신호 품질과 신호 수신 환경을 주의 깊게 모니터링할 필요가 있다. 예를 들면, GBAS 기지국은 GPS의 신호 변형, 낮은 GPS 신호 레벨, 무선 주파수 간섭 등과 같은 위험을 모니터링해야 한다. 일반적으로 이러한 모니터링은 고장을 효과적으로 나타내는 검정 통계량을 정의하고 계산하여, 특정한 검출 임계값과 비교할 수 있다.
만약, 상기 검정 통계량이 상기 검출 임계값을 초과하는 경우에는 연관되는 측정치들이 제외될 수 있으며, 제외될 수 없는 경우에는 기지국이 사용자에게 시스템을 동작하지 않도록 경고할 수 있다. 상기 검출 임계값은 제조 업체에 의해 시스템이 전체 연속성 위험 요구 사항을 충족하도록 요구되는 오경보율과 통계량 분포에 기초하여 결정될 수 있다.
모니터 알고리즘의 고장 검출 성능은 MDE(minimum detectable error)에 의해 표현될 수 있다. 상기 MDE는 TTA(time-to-alarm)에서 허용되는 고장검출실패율(missed detection probability)(PMD)을 만족하면서 모니터 알고리즘에 의해 검출될 수 있는 최소 검출 오류를 의미한다. MDE 보다 작은 오류는 요구되는 PMD를 만족하며 적시에 검출될 수 있다. 그러므로, 발견되지 않은 오류는 시스템이 무결성 요구 사항을 충족할 수 있도록 보호 수준(Protection Level)에 의해 제한되어야 한다.
앞서 언급한 바와 같이, 상기 검출 임계값은 연속성 위험 요구 사항 및 검정 통계량 분포에 기초하여 설정될 수 있고, MDE는 무결성 위험 요구 사항을 이용하여 예측될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 고장 검출 임계값 갱신 장치는 상기 검출 임계값의 설정 과정은 다중 경로 영향 구역을 마스킹할 수 있다(510). GNSS 신호 품질은 기지국 수신기에 연결되는 GNSS 안테나 주변 신호 수신 환경에 따라 다를 수 있다. 예를 들면, 빌딩 또는 이동하는 차량에 의한 신호 반사로 인한 다중 경로의 영향은 의사 거리 및 반송파 위상 측정 오류 등을 발생시킨다. 상기 의사 거리의 영향은 앞서 언급된 수학식 2와 같이 전리층 제거 코드 반송파 차분 측정치를 이용하여 추정될 수 있다.
일실시예에 따르면, 다중 경로 및 잡음 오류 안테나 및 근처의 오브젝트로부터 위성의 상대적인 위치에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에, 도 3에 도시된 그래프와 같이, 각각의 앙각-방위각에 따른 구역에 대해 예를 들면, 24시간 동안 수집되어 계산되는 오류의 표준 편차를 계산할 수 있다. 예를 들면, 상기 구역은 상기 앙각-방위각 각각에 대해 일정한 간격으로 예를 들어, 10도로 나뉠 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 구역들 중 특정 구역 예를 들어, 상기 제1 구역의 표준 편차가 동일한 앙각을 갖는 다른 구역들의 표준 편차에 비해 클 경우, 상기 제1 구역은 다중 경로의 영향을 받은 것이라고 판단될 수 있으며, 상기 제1 구역은 마스킹될 수 있다(510).
일실시예에 따르면, 상기 고장 검출 임계값 갱신 장치는 특이점을 제거할 수 있다(520). 상기 특이점은 예를 들면, 타 고장 검출 알고리즘에서 검출된 측정치 또는 반송파 위상 사이클 슬립일 수 있다. 상기 검출 임계값이 통계량의 표준 편차로부터 계산되기 때문에 상기 반송파 위상 사이클 슬립과 같은 특이점은 임계값의 오류를 발생시킬 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 고장 검출 임계값 갱신 장치는 앙각 구간 별 평균 및 표준 편차를 계산할 수 있다(530). 통계량의 평균과 표준 편차를 계산하기 위해 예를 들어, 10도의 앙각을 이용할 수 있다. 예를 들면, 20 내지 30도의 앙각을 갖는 위성에 대한 통계량의 평균 및 표준 편차는 예를 들면, 대략 25 도에서 계산될 수 있으며, 이에 국한되어 해석되지 않는다.
일실시예에 따르면, 상기 고장 검출 임계값 갱신 장치는 팽창 계수(Inflation Factor)를 계산하여 결정할 수 있다(540). 예를 들면, 여기서 PDF(Probability Density Function) 오버바운딩 보다 더 나은 성능을 갖는 CDF(Cumulative Distribution Function) 오버바운딩을 사용할 수 있다. 상기 팽창 계수는 다음의 수학식 7을 통해 계산될 수 있다.
Figure 112013036477016-pat00007
따라서, 상기 다중 경로 영향 구역을 마스킹하고(510), 사이클 슬립과 같은 특이점을 제거한 후(520), 앙각 구간 별 평균과 표준 편차 및 팽창 계수를 계산할 수 있으며, 이와 같은 결과값들에 기초하여 상기 검출 임계값을 계산할 수 있다(550). 따라서, 상기 고장 검출 임계값 갱신 장치에 의해 상기 계산된 검출 임계값이 갱신될 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 신호 수신 환경 변화를 고려하는 고장 검출 임계값 설정의 흐름도이다. 도 6은, 도 4를 참조하여 앞서 기술된 네 가지의 환경 변화 지시자 값으로 설명된 도 5를 참조하여 설명된 네 가지의 임계값의 결정 단계를 포함하는 자동 임계값 결정 과정을 도시한다. 상기 환경 변화 지시자 값은 베이스라인 데이터와 현재 24시간 수집된 데이터를 이용하여 검출 임계값 결정 과정으로부터 계산될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 환경 변화 지시자를 갖는 자동 고장 검출 임계값 결정 과정이 개시되었다. 상기 검출 임계값을 결정하는 과정은 마스킹, 특이점 제거, 평균-표준 편차 계산 및 팽창 계수의 결정으로 구성될 수 있다. 상기 환경 변화 지시자(ECI) 값은 상기 CMC 측정의 표준 편차 변화, 가용 데이터를 갖는 앙각-방위각 구역의 개수의 변화 및 검출 임계값의 변화를 반영할 수 있다. 실제 GPS 데이터 처리는 상기 자동 고장 검출 임계값 결정 과정이 상기 검출 임계값을 성공적으로 설정하고, 환경 변화 지시자 값이 근처의 구조물로 인한 다중 경로와 같은 환경 변화 효과를 반영하는 결과를 나타낼 수 있다.
만약, 상기 자동 고장 검출 임계값 갱신 장치가 기준국에서 구현되는 경우, 검정 통계량의 특성 변화로 인한 시스템의 연속성 및 무결성 위험을 예방할 수 있으며, 현재의 잘못된 임계값을 바르게 업데이트 할 수 있다.
또한, 상기 자동 고장 검출 임계값 갱신 장치는 기준 안테나의 지역 환경을 평가하는데 사용될 수 있고, 장기적인 기후 변화 효과를 오버바운드하는 임계값을 결정하는데 사용될 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (14)

  1. GNSS 안테나의 신호 수신 환경의 변화를 검출하는 환경 변화 검출부;
    상기 검출된 신호 수신 환경의 변화에 기초하여 환경 변화 지시자 값을 계산하고 GPS의 오차를 보정하는 보정 정보의 고장 여부를 나타내는 검출 임계값의 갱신을 요청하는 제어부; 및
    상기 요청에 따라 상기 검출 임계값을 갱신하는 검출 임계값 갱신부
    를 포함하는 고장 검출 임계값 갱신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 환경 변화 검출부는,
    전리층 제거 코드 반송파 차분 측정치(Code Minus Carrier: CMC)의 표준 편차를 이용하여 상기 신호 수신 환경의 변화를 검출하는 고장 검출 임계값 갱신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 환경 변화 검출부는,
    미리 설정된 구역에 따른 전리층 제거 코드 반송파 차분 측정치의 표준 편차를 계산하여 저장하는 저장부; 및
    동일한 위성의 앙각 내에서의 상기 미리 설정된 구역 중 적어도 하나의 제1 구역의 표준 편차가 상기 제1 구역을 제외한 나머지 구역의 표준 편차에 비해 클 경우, 상기 적어도 하나의 제1 구역을 마스킹하는 마스킹부
    를 포함하는 고장 검출 임계값 갱신 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 미리 설정된 구역은,
    위성의 앙각 및 방위각이 일정한 간격으로 구분되는 적어도 하나의 구역인 고장 검출 임계값 갱신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 환경 변화 지시자 값을 기존에 기준으로 설정되었던 베이스라인 데이터와 비교하여 상기 신호 수신 환경의 변화를 판단하는 고장 검출 임계값 갱신 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 환경 변화 지시자 값은,
    CMC 표준 편차 변화, 가용 앙각-방위각 구역 개수의 변화, 검출 임계값 팽창 계수 변화 및 CCD 표준 편차 변화 중 적어도 하나를 포함하는 고장 검출 임계값 갱신 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 검출 임계값 갱신부는,
    위성 앙각 별 평균과 표준 편차 및 팽창 계수를 계산하여 상기 검출 임계값을 갱신하는 고장 검출 임계값 갱신 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 검출 임계값 갱신부는,
    상기 갱신되는 검출 임계값에 연관되는 베이스라인 데이터를 갱신하는 고장 검출 임계값 갱신 장치.
  9. GNSS 안테나의 신호 수신 환경의 변화를 검출하는 단계;
    상기 검출된 신호 수신 환경의 변화에 기초하여 환경 변화 지시자 값을 계산하는 단계;
    상기 환경 변화 지시자 값에 기초하여 GPS의 오차를 보정하는 보정 정보의 고장 여부를 나타내는 검출 임계값의 갱신을 요청하는 단계; 및
    상기 요청에 따라 상기 검출 임계값을 갱신하는 단계
    를 포함하는 고장 검출 임계값 갱신 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는,
    전리층 제거 코드 반송파 차분 측정치의 표준 편차를 이용하여 상기 신호 수신 환경의 변화를 검출하는 고장 검출 임계값 갱신 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는,
    일정 간격으로 구분되는 위성의 앙각 및 방위각의 구역 내에서의 전리층 제거 코드 반송파 차분 측정치의 표준 편차를 계산하여 저장하는 단계; 및
    상기 위성의 동일한 앙각 내에서의 상기 구역 중 적어도 하나의 제1 구역의 표준 편차가 상기 제1 구역을 제외한 나머지 구역의 표준 편차에 비해 클 경우 상기 적어도 하나의 제1 구역을 마스킹하는 단계
    를 포함하는 고장 검출 임계값 갱신 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 환경 변화 지시자 값은,
    CMC 표준 편차 변화, 가용 앙각-방위각 구역 개수의 변화, 검출 임계값 팽창 계수 변화 및 CCD 표준 편차 변화 중 적어도 하나를 포함하는 고장 검출 임계값 갱신 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 검출 임계값을 갱신하는 단계는,
    위성 앙각 별 평균 및 표준 편차 및 팽창 계수를 계산하여 상기 검출 임계값을 갱신하는 고장 검출 임계값 갱신 방법.
  14. 제9항 내지 제13항 중 적어도 한 항의 고장 검출 임계값 갱신 방법을 수행하는 프로그램을 수록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
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