KR101475035B1 - 중파 신호를 이용한 이동 측위 장치 - Google Patents

중파 신호를 이용한 이동 측위 장치 Download PDF

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Abstract

산악지역 등과 같이 GPS 오차가 심한 지역에서도 보다 정확한 위치 정밀도를 가질 수 있는 중파 신호를 이용한 이동 측위 장치가 개시된다. 이를 위해, 본 발명은 고정 기준국으로부터 방송되는 중파 신호를 통해 수신된 DGPS 보정 정보를 수집하는 중파 신호 수집부; 상기 수집된 DGPS 보정 정보를 임의의 이동 지점에서 기설정된 시간별로 측지좌표값(LLH)을 생성하는 측지좌표 생성부; 및 상기 측지좌표 생성부에서 생성된 측지좌표값과 상기 고정 기준국으로부터 획득한 기준 좌표값을 비교하여 가상 기준점을 결정하는 가상 기준점 결정부를 포함한다.
이에, 본 발명은 지적측량, 산림, GIS 및 해양 등 고정 기준의 가상 기준점의 활용이 어려운 각종 조사측량 분야에서 효율적으로 적용되어 정확도와 정밀한 위치 측량이 가능하다.

Description

중파 신호를 이용한 이동 측위 장치{MOBILE ACCUMBENT APPARATUS USING MEDIUM ELECTRIC WAVE}
본 발명은 중파 신호를 이용한 이동 측위 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산악지역 등과 같이 GPS 오차가 심한 지역에서도 보다 정확한 위치 정밀도를 가질 수 있는 중파 신호를 이용한 이동 측위 장치에 관한 것이다.
정확한 측지 측량을 위해서는 Network-RTK를 통한 가상 기준점 서비스를 국토지리정보원에서 제공받아 시행되고 있었다. 그러나, VRS 서비스가 불가능한 지역에서는 국토지리정보원에서 제공된 가상 기준점은 해당 지점의 실제 위치와는 다르게 GPS 오차가 커 제대로된 위치 정밀도를 측정할 수 없었다.
따라서, 상기 가상 기준점 서비스가 제공되지 못하는 위치에서 보다 정확한 위치 측위를 측정할 수 있는 방안이 필요한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기준국으로부터 제공되는 중파 신호를 이용하여 보다 정확한 이동 측위를 측정할 수 있는 중파 신호를 이용한 이동 측위 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한, 본 발명의 특징은 다음과 같다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 고정 기준국으로부터 방송되는 중파 신호를 통해 수신된 DGPS 보정 정보를 저장하는 중파 신호 저장부; 상기 중파 신호 저장부에 저장된 DGPS 보정 정보를 임의의 이동 지점에서 기설정된 시간별로 측지좌표값(LLH)을 생성하는 측지좌표 생성부; 및 상기 측지좌표 생성부에서 생성된 측지좌표값과 상기 고정 기준국으로부터 획득한 기준 좌표값을 비교하여 가상 기준점(이동 측지를)을 결정하는 가상 기준점 결정부;를 포함하는 중파 신호를 이용한 이동 기준국 장치가 제공된다.
여기서, 본 발명의 일 관점에 따른 상기 측지좌표 생성부는, 각 시간안에 수집된 DGPS 보정 정보를 평균화한 결과로서 상기 측지좌표값(LLH)가 생성될 수 있으며, 이럴 경우 동적 상태에서 3 시간의 기설정된 범위안에서 DGPS 보정 정보를 수집하여 운용하도록 할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 통신음영지역에서 단시간내 정밀한 가상 기준점의 획득과 RTK-GPS Local 서비스가 가능한 지역단위에서 이동기준국 장치가 사용됨으로써 지적측량, 산림, GIS 및 해양 등 고정 기준의 가상 기준점의 활용이 어려운 각종 조사측량 분야에서 효율적으로 적용되어 정확도와 정밀한 위치 측량이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 기준국 장치(100)을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DGPS 보정 정보를 30분동안에 측정된 이동측위 수평(상)과 수직(하) 포인트의 분포도를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 DGPS 보정 정보를 120분 동안에 측정된 이동측위 수평(상)과 수직(하) 포인트의 분포도를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 기준국(200)의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 기준국 장치(100)을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 기준국 장치(100)는 실시간 가상기준점을 <10cm 이내로 정밀 측지하여 운용할수 있는 이동 장치로서, 중파 신호 수집부(110), 측지좌표 생성부(120) 및 가상 기준점 결정부(130) 및 제어부(140)를 포함한다.
먼저, 본 발명에 따른 중파 신호 수집부(110)는 국토지리정보원에서 가상 기준점 서비스를 제공하기 위하여 설치된 고정 기준국(미도시)에서 방송된 중파 신호를 수신한다. 그리고 나서, 본 발명에 따른 중파 신호 수집부(110)는 수신한 중파 신호에 포함된 DGPS 보정 정보를 수집한다.
다음으로, 본 발명에 따른 측지좌표 생성부(120)는 중파 신호 저장부(110)에서 수집된 DGPS 보정 정보를 임의의 이동 지점에서 기설정된 시간별로 측지좌표값(LLH)을 생성한다.
이때, 이동 지점은 정확한 위치 정밀도가 필요로 하는 임의의 지점을 의미하며, 기설정된 각 시간은 동적 상태에서 3 시간의 범위안에 있다. 이럴 경우 생성되어진 측지좌표값은 최대 3시간의 범위안에 있는 각 시간에 대하여 수집된 DGPS 보정 정보를 평균화한 결과로서 GPS 오차가 적은 시간때의 DGPS 보정 정보를 통해 획득된 결과이다.
예를 들면, 동일한 이동 지점에서 최대 3시간이라는 범위안에 존재하는 시간, 30분, 60분, 90분, 120, 180 분 동안에 수집된 각 DGPS 보정 정보를 평균화함으로써 GPS 위치 오차가 적은 측지좌표값을 찾아낼 수 있게 된다. 이러 결과 예는 추후 보다 상세히 설명하기로 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 가상 기준점 결정부(130)는 측지좌표 생성부(120)에서 생성된 측지좌표값과 고정 기준국(미도시)으로부터 획득한 기준 좌표값을 비교하여 가상 기준점(이동 측위)을 결정한다.
여기서, 기준 좌표값의 정확한 획득을 위해 24시간 동안 항법 데이터를 획득하여 설정되어 있으며, 이러한 항법 데이터의 획득은 각 30분 단위로 최대 3시간안의 범위내에서 수집된다.
이와 같이 수집된 기준 좌표값과 측지좌표 생성부(120)에서 생성된 측지좌표(값)을 각 기설정된 최대 3시간의 범위안에서 ECEF(Earth Centered Earth Fixed) 좌표로서 변환하고, 이를 기준으로 하는 ENU(East-North-Up) 오차를 산출하여 그 값을 앞서 설명한 바와 같이 비교하여 가상 기준점을 결정하게 된다.
마지막으로, 본 발명에 따른 제어부(140)는 중파 신호 수집부(110), 측지좌표 생성부(120) 및 가상 기준점 결정부(130)간의 데이터 흐름을 제어하여 각 구성에서 고유이 기능이 수행되도록 하는 역할을 한다. 또한, 이러한 제어부(140)는 이후에 설명될 도 6의 이동 기준국(200)과 통신 인터페이스를 제어하여 데이터 송수신이 가능하도록 한다.
[DGPS 이동 측위 실험]
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DGPS 보정 정보를 30분동안에 측정된 이동측위 수평(상)과 수직(하) 포인트의 분포도를 나타낸 도면이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 DGPS 보정 정보를 120분 동안에 측정된 이동측위 수평(상)과 수직(하) 포인트의 분포도를 나타낸 도면이다.
이동 기준국의 자동측위 실험은 임의의 고정된 위치(지점)에 설치된 이동 기준국의 WGS84 기준점 좌표 위도 : 36.4182529, 경도 : 127.4085454 및 고도 : 48.792m를 기준으로 측정하였으며, 수신기의 종류는 통상적으로 널리 알려진 Novatel사 L1 DGPS 수신기를 사용하였다.
DGPS 보정 정보의 수신은 5차례 실시하였으며 동일한 위치 지점에서 각각 30분, 60분, 90분, 120, 180분씩 측정하여 앞서 설명한 각 모듈에 의해 최종적으로 결정된 가상 기준점(이동 측위)을 확인하였다.
이러한 조건 하에서 실시되면 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 최종적으로 얻어진 수평 RMS(root-mean-square) 값은 1.378m였고, 수직 RMS(root-mean-square) 값은 2.090m였으며, 기준좌표(값과)와의 차이는 E(East)가 0.563m, N(North)이 1.228m, U(Up)가 2.10m로 산출되었다.
또한, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 60분, 90분 및 120분을 수신한 결과 중 가장 긴 수신시간인 120분의 그래프에서의 수평 RMS 값은 0.140m였고 수직 RMS 값은 0.455m으로 매우 안정적인 상태를 그렸다. 기준 좌표와의 차이도 E가 0.096m, N이 -0.054m, U가 -0.463m의 결과가 산출되어 수신 시간이 길어진 만큼 정확도와 정밀도가 양호해짐을 확인하였다.
그러나, 3시간이상 수신한 데이터를 사용하여 계산된 결과인 수평 RMS 값은0.059m였고 수직 RMS 값은 0.084m로 이동기준국의 최종적인 가상 기준점(가상좌표)가 도출되었다.
이상의 실험을 통해 전체적으로 획득된 데이터 결과는 하기의 (표 1)과 같이 정리하여 나타낼 수 있다. (표 1)과 같이 시간대별로 분석해보면 수신시간이 증가됨에 따라 RMS 값이나 절대좌표 값에 오차가 감소하고 근사치로 근접되고 있음을 확인하였으며, 본 발명에 따른 이동 기준국 장치(100)를 사용하게 되면, 통신 음영지역에서의 조사측량에 충분히 활용이 가능한 절대수치좌표를 취득이 가능함을 알 수 있었다.
모드 시간 E(m) N(m) Z(m)


DGPS
 30분 0.563 1.228 2.100
60분 0.356 0.137 -0.387
90분 0.287 -0.260 0.339
120분 0.096 -0.054 -0.463

DGPS		 시간 수평 수직 (RMS)
30분 1.378 2.090
60분 0.412 0.409
90분 0.408 0.359
120분 0.140 0.455
고정 0.059 0.084
또한, (표 1)에서와 같이 수평 0.059m, 수직 0.084m 가상 기준점 확득이 가능함을 확인하였고, 이동 기준국의 다중접속 RTK/DGPS 서비스가 가능함을 확인하였다.
이와 같이, 본 실시예에서는 통신음영지역에서 단시간내 정밀한 가상 기준점의 획득과 RTK-GPS Local 서비스가 가능한 지역단위에서 이동기준국 장치가 사용됨으로써 지적측량, 산림, GIS 및 해양 등 고정 기준의 가상 기준점의 활용이 어려운 각종 조사측량 분야에서 효율적으로 사용될 수 있다.
참고로, 앞서 도 1에 설명된 고정 기준국으로부터 방송되는 중파 신호를 수신하고, DGPS 보정 정보를 생성하여 이동 기준국 장치(100)에서 활용되기 위해서는 본 발명에 따른 이동 기준국 장치(100)와 연결되는 이동 기준국이 필요하다.상기 이동 기준국은 도 6과 같이 나타낼 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 기준국(200)의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이동 기준국(200)은 DC 12V IN 또는 220V를 공급하고, DC5V 및 12V를 출력하는 전원 컨트롤러(11), 컨틀롤러 카드를 관장하는 Master board로서의 역할을 하는 Main 컨트롤러(12), 이동기준국의 송수되는 메시지 처리, DGNSS 알고리즘 처리, 보정 메시지 생성, 해양용 RSIM 처리, 네트워크 기능을 통한 노트북 Interface로 이동 기준국의 운영정보를 모니터링 제공 기능과 중파 신호를 수신하여 고정 기준국(미도시)의 가상 기준점을 획득하는 알고리즘 운영을 수행하는 데이터 획득 컴퓨터(13), 중파 신호를 실시간적으로 수신하여 기준좌표(값)을 획득하고, DGPS 보정 정보를 생성하는 DGPS Beacon Receiver(DGPS 수신기, 14), 1개(DGPS 보정 정보만을 생성), 2개(DGPS 보정 정보와 무결성 보정 정보를 생성), 3개(DGPS 보정 정보를 Dual로 구성)로 운영되는 GNSS/무결성 수신기(15), GPS/Beacon 통합 안테나를 설치하여 고정 기준국(미도시)으로부터 가상 기준점 획득을 위한 정보 수집을 수행하고 상기 가상 기준점이 완료 되면 GNSS 통합안테나로 교체하여 되는 GNSS 안테나(260) 및 GPS 외부 안테나는 하나로 수신되고 내부 GNSS수신기는 3~4개의 수신기에 분배되어 운영되기 때문에 내부의 GNSS 수신 전파를 분배하는 GNSS Splitter(16) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 이동 기준국의 구성들로 인하여, 이동 기준국(200)의 후처리 장치로서 앞서 도 1 내지 도 5에서 설명된 이동 기준국 장치(100)가 수반됨으로써, 자동 이동 측지가 가능하게 된다.
이상에서와 같이, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.
본 발명은 복잡한 좌표계산이 필요없는 실시간 측지/측위장비개발이 예상되어 지상항법, 로봇, 무인비행기, 산림측장등 다양한 근거리 항법시스템과 연계 운영이 가능하다.
100 : 이동 기준국 장치 110 : 중파 신호 수집부
120 : 측지좌표 생성부 130 : 가상 기준점 결정부
140 : 제어부 200 : 이동 기준국

Claims (3)

  1. 고정 기준국으로부터 방송되는 중파 신호를 통해 수신된 DGPS 보정 정보를 수집하는 중파 신호 수집부;
    상기 수집된 DGPS 보정 정보를 임의의 이동 지점에서 기설정된 시간별로 측지좌표값(LLH)을 생성하는 측지좌표 생성부; 및
    상기 측지좌표 생성부에서 생성된 측지좌표값과 상기 고정 기준국으로부터 획득한 기준 좌표값을 비교하여 가상 기준점을 결정하는 가상 기준점 결정부;
    를 포함하는 중파 신호를 이용한 이동 기준국 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 측지좌표 생성부는,
    각 시간안에 수집된 DGPS 보정 정보를 평균화한 결과로서 상기 측지좌표값(LLH)가 생성되는 것을 특징으로 하는 중파 신호를 이용한 이동 기준국 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 측지좌표 생성부는,
    동적 상태에서 3 시간의 기설정된 범위안에서 DGPS 보정 정보를 수집하여 운용하는 것을 특징으로 하는 중파 신호를 이용한 이동 기준국 장치.
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