KR101502400B1 - 다중 주파수 대역 기반의 의사위성 항법시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 근거리/원거리(Near/Far) 간섭을 최소화할 수 있는 다중 주파수 대역 기반의 의사위성 항법시스템에 관한 것으로, 제1대역의 항법신호를 송출하는 주 의사위성과, 상기 주 의사위성과 서로 다른 거리에 위치하여 주 의사위성과 항법 신호를 송수신하는 복수의 부 의사위성으로 구성되어, 상기 복수의 부 의사위성은 주 의사위성과 다른 주파수 대역을 할당하여 항법 신호를 송출하는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 주파수 대역 기반의 의사위성 항법시스템{NAVIGATION SYSTEM BASED ON MULTI-BAND PSEUDOLITE SIGNALS}
본 발명은 근거리/원거리(Near/Far) 간섭을 최소화할 수 있는 다중 주파수 대역 기반의 의사위성 항법시스템에 관한 것이다.
의사위성이란 지상의 일정한 위치에 고정되어 GPS/GLONASS/GALILEO 위성 신호와 같이 PRN코드를 생성하여 전파를 송출하는 장치이다. 그 중에서 GPS위성은 약 고도 20,000Km의 상공에서 항법 위성 신호를 송출하며, 지상의 수신기까지 도달 거리가 유사하기 때문에 위성의 시선(LOS : Line of Sight)이 보장되는 특정 고도 (Elevation) 각도 이내에 위성이 존재하면 확산 이득(Spreading Gain)이 각 위성 간 수신신호의 전력 레벨 차이보다 커서, 수신기에서 보이는 모든 위성 신호를 복원해 낼 수 있다.
그런데, 지상에 일정한 위치에 설치된 의사위성의 경우 수신기와 의사위성 사이의 거리에 의해 의사위성들에 대한 수신신호의 레벨 차이가 급격하게 변화하게 되는데, 이로 인해 수신기가 특정 의사위성 인근의 위치로 이동하게 되면 인접한 의사위성의 큰 신호 레벨에 의한 근거리/원거리(Near/Far) 간섭으로 인하여 다른 의사위성의 신호를 수신하는데 장애가 발생한다.
의사위성 항법시스템에서는 Near/Far 간섭의 영향이 최소화되어 모든 의사위성의 신호를 수신할 수 있는 영역을 넓히는 것이 제일 중요한 문제이다. 이를 위한 대표 기술로 의사위성마다 특정시간 동안만 항법 신호를 송출하고 그 이외의 시간에는 항법 신호의 송출을 중지하는 펄싱(Pulsing) 기법이 있다.
상기 펄싱 방법에서는 10%펄싱을 사용하는데 이 방법을 사용할 경우에는 Near/Far 간섭의 영향이 최소화되어 모든 신호를 수신할 수 영역이 확장된다고 알려져 있다. 하지만 이러한 펄싱 방법은 신호 송출 시간이 줄어들면 줄어들수록 신호대 잡음비(S/N비)가 줄어들게 되어 의사위성 수신기의 운용범위가 제한되는 단점이 있다.
의사위성 기반의 전파항법 시스템에서는 모든 의사위성의 항법 신호의 송출 시간을 일치시키는 시각동기 동작이 필수적이다. 이를 위하여 부 의사위성은 자신의 항법 신호를 수신하는 동작뿐만 아니라, 주 의사위성의 항법 신호를 직접 수신하거나 또는 모든 의사위성과 시선(LOS)가 확보되는 별도의 기준국 설치 및 별도의 통신 링크를 통해 전달된 시각동기 보정 정보를 수신하여, 자신의 항법 신호의 송출 시각을 주 의사위성과 일치시켜야 한다.
만약 모든 의사위성과 시선(LOS)이 확보되는 별도의 기준국 설치 및 별도의 통신 링크 확보가 어려운 경우 부 의사위성은 주 의사위성의 신호를 직접 수신하여 시각동기를 수행하야 한다.
그런데, 주 의사위성과 부 의사위성이 동일 대역으로 항법 신호를 전송하는 경우에는 동일한 사이트의 부 의사위성의 항법 신호가 먼 거리에 위치한 주 의사위성의 항법 신호보다 아주 큰 레벨로 수신된다. 이 경우 두 항법 신호의 레벨 차이가 PRN코드의 확산 이득보다 크게 될 경우 부 의사위성은 기준이 되는 주 의사위성 신호를 수신하지 못하게 되어 시각 동기를 수행할 수 없게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 근거리/원거리(Near/Far) 간섭으을 최소화하기 위한 다중 주파수 대역 기반의 의사위성 항법시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 다중 주파수 대역 기반의 의사위성 항법시스템은 제1대역의 항법 신호를 송출하는 주 의사위성; 및 주 의사위성과 서로 다른 거리에 위치하여 주 의사위성과 항법 신호를 송수신하는 복수의 부 의사위성;으로 구성되어, 상기 복수의 부 의사위성은 주 의사위성과 다른 주파수 대역을 할당하여 항법 신호를 송출하는 것을 특징으로 한다.
상기 부 의사위성은 다중대역에서 사용할 특정 대역을 선택하는 송신대역 선택부; 상기 송신대역 선택부에서 선택된 주파수 대역으로 항법 신호를 송신하는 신호 송신부; 다른 의사위성으로부터 항법 신호를 수신하는 신호 수신부; 및 상기 항법 신호의 송수신과 관련된 제어 동작을 수행하고, 수신한 항법 신호를 근거로 시각동기를 수행하는 제어부;를 포함하며, 상기 송신대역 선택부에서 선택되는 주파수 대역은 주 의사위성에서 사용하는 주파수 대역과 상이한 것을 특징으로 한다.
상기 주 의사위성과 거리가 멀어 제1부 의사위성이 주 의사위성과 시각동기를 수행하지 못하는 경우, 상기 제1부 의사위성 인근의 제2부 의사위성은 주 의사위성과 시각동기를 맞춘 후 상기 주 의사위성의 주파수 대역와 다른 주파수 대역를 갖는 항법 신호를 상기 제1부 의사위성으로 송출하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2부 의사위성은 주 의사위성 및 제1부 의사위성과 다른 주파수 대역로 항법신호를 송출한다.
본 발명에 따른 다중주파수 대역 기반 의사위성 항법시스템은 Near/Far 간섭의 영향을 감소시키면서 의사위성의 운용 범위 및 다중대역의 모든 항법 신호를 수신할 수 있는 사용자 수신기의 운용 영역을 쉽게 확장할 수 있다.
본 발명에 따른 다중주파수 대역 기반 의사위성 항법시스템은 주 의사위성과 부 의사위성의 신호 대역을 다르게 할당하여 의사위성 항법시스템의 운용에 필수적인 시각동기 동작을 Near/Far 간섭없이 수행할 수 있으며, 시각동기 정보를 전달하기 위한 모든 의사위성과 LOS가 확보되는 기준국 설치하거나 혹은 별도의 통신링크의 추가가 불필요한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 다중대역 기반의 의사위성 항법시스템의 구성도.
도 2는 본 발명에 적용되는 각 의사위성 기능 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 사용자 수신기의 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 의사위성 항법시스템에서 다중대역에 기반하여 시각동기를 수행하는 개념도.
무선통신 시스템에서 근거리/원거리(Near/Far) 간섭의 레벨은 시스템에서 사용하는 신호들을 시간축과 코드축에서의 분할뿐 만아니라 주파수축에서의 분할을 통해서 줄일 수 있다.
본 발명에서는 다중 대역(Multi-band)을 사용하여 의사위성 항법시스템을 운용함으로써 Near/Far 간섭의 영향을 감소시키면서 의사위성의 운용 범위 및 다중대역의 모든 항법 신호를 수신할 수 있는 사용자 수신기의 운용 영역을 쉽게 확장시킬 수 있는 방안을 제안한다.
도 1은 본 발명에 따른 다중대역 기반의 의사위성 항법시스템의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와같이, 본 발명에 따른 의사위성 항법시스템은 다중 대역 중 하나의 대역를 이용하여 항법 신호를 전송하는 복수의 의사위성(11~15)과, 지상의 의사위성 신호를 수신하여 항법을 수행하는 지상의 의사위성 수신기(16)로 구성된다. 상기 복수의 의사위성(11~15)은 주 의사위성(11)과 부 의사위성(12~15)로 구분된다.
상기 의사위성 수신기(16)는 각 의사위성(11~15)이 사용하는 다중 주파수 대역의 신호를 수신하여 수신시각 및 데이터를 항법에 활용한다.
도 2는 본 발명에 적용되는 각 의사위성의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 의사위성 수신기는 의사위성 항법 신호를 송수신하는 안테나부(21), 다중대역에서 의사위성 송신기(미도시)가 사용할 대역을 선택하는 송신대역 선택부(22), 상기 송신대역 선택부(22)에서 선택된 대역으로 메시지 정보를 송신하는 신호 송신부(23), 메시지의 송수신 및 메시지와 관련된 제어를 수행하는 제어부(24), 수신한 의사위성의 항법 신호를 처리하여 항법에 활용하는 신호 수신부(25) 및 송신할 메시지를 생성하여 신호 생성부(23)로 제공하는 메시지 생성부(26)로 이루어져 있다.
본 발명은 안테나부(21), 신호 송신부(23) 및 신호 수신부(25)는 의사위성 항법시스템에서 사용하는 주파수 대역의 신호를 모두 송신 혹은 수신이 가능하도록 하여 의사위성 운용자가 임의의 주파수 대역을 선택하여 운용할 수 있다. 일례로 송신대역 선택부(22)는 사용 가능한 다중 대역 중에서 특정 주파수 대역으로 설정하기 위한 스위치가 될 수 있다. 또한, 안테나부(21), 신호 송신부(23) 및 신호 수신부(25)는 다중 대역 중에서 특정 대역에서만 동작이 가능하도록 설계 및 운용할 수 있는데, 일례로 지상의 고정 위치에 의사위성을 배치할 때 근거리/원기리 (Near/Far)간섭이 최소화되도록 의사위성을 배치할 수 있다.
도 3은 사용자 수신기의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 사용자 수신기는 안테나부(31) 및 신호 수신부(32)로 구성된다. 안테나부(31)는 단일 안테나로 구성되어 다중 주파수 대역로 전송되는 모든 의사위성 항법 신호를 수신할 수도 있고, 다수의 안테나를 하나의 운용 세트로 구성하여 각각의 안테나로부터 수신한 다중 주파수 대역로 전송된 항법 신호를 RF 혹은 신호 처리단에서 프로세싱하여 항법에 활용하게 할 수도 있다.
도 3에서 신호 수신부(32)는 앞에서 언급한 바와 같이 안테나부(31)에서 출력된 안테나 수신신호로부터 항법 신호 복원 및 항법을 수행한다.
본 발명에서 제안하는 다중 대역 기반 의사위성 항법시스템에서는 주 의사위성과 부 의사위성의 신호 대역을 다르게 할당하여 부 의사위성의 수신기 입장에서 두 항법 신호 사이에서 Near/Far 간섭이 일어나지 않게 할 수 있기 때문에 안정적인 시각동기 수행이 가능하게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 의사위성 항법시스템에서 다중대역에 기반하여 시각동기를 수행하는 개념도이다.
도 4에 도시된 바와같이, 각 부 의사위성(42-45)는 주 의사의성(41)에서 송출한 A대역의 항법 신호를 수신하여 자신이 송출하는 항법 신호와 시각동기를 맞춘다. 그런데, 주 의사의성(41)과 부 의사위성(43 또는 45)의 거리가 멀거나 장애물에 의해 시선(LOS)이 확보되지 않는 경우, 부 의사위성(43 또는 45)은 주 의사의성(41)에서 송출한 A대역의 항법 신호를 제대로 수신하지 못하게 되어 시각동기를 수행하지 못하게 된다.
이 경우 주 의사위성(41) 인근에 위치한 부 의사위성(42 또는 44)이 주 의사의성(41)에서 송출한 A대역의 항법 신호를 부 의사위성(43 또는 45)으로 릴레이 해주게 되는데, 만약 주 의사위성(41)과 부 의사위성(42)이 동일 대역으로 항법 신호를 전송하는 경우에는 동일한 사이트의 부 의사위성의 항법 신호가 먼 거리에 위치한 주 의사위성의 항법 신호보다 아주 큰 레벨로 수신된다. 이 경우 두 항법 신호의 레벨 차이가 PRN코드의 확산 이득보다 크게 될 경우 부 의사위성은 기준이 되는 주 의사위성 신호를 수신하지 못하게 되어 시각동기를 수행할 수 없게 된다.
상기와 같은 상황이 발생될 경우 본 발명은 주 의사위성(41) 인근에 위치한 부 의사위성(42 또는 44)은 평상시 릴레이 해주는 항법 신호(주 의사위성의 항법 신호)의 대역(예:A대역)과 다른 주파수 대역(예: B대역)의 항법 신호를 송출하게 함으로써 모든 의사위성에서 안정적으로 시각동기를 수행할 수 있으며 이로 인하여 의사위성의 운용범위를 넓힐 수 있다.
즉, 주 의사위성(41)과 거리가 멀어 부 의사위성(43 또는 45)이 주 의사위성의 항법신호를 수신하지 못하여 시각동기를 수행하지 못하는 경우, 부 의사위성(42 또는 44)이 주 의사위성(41)의 항법 신호와 자신의 송출하는 항법 신호간 시각동기를 맞춘 후 주 의사위성(41)에서 송출되는 항법 신호의 대역(A대역)와 다른 대역(B대역)로 항법 신호를 부 의사위성(43 또는 45)으로 송출함으로써 부 의사위성(43 또는 45)에서 안정적으로 시각동기를 수행할 수 있게 된다.
상술한 바와같이 본 발명에 따른 다중주파수 대역 기반 의사위성 항법시스템은 Near/Far 간섭의 영향을 감소시키면서 의사위성의 운용 범위 및 다중대역의 모든 항법 신호를 수신할 수 있어 사용자 수신기의 운용 영역을 쉽게 확장할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다중주파수 대역 기반 의사위성 항법시스템은 주 의사위성과 부 의사위성의 신호 대역을 다르게 할당하여 의사위성 항법시스템의 운용에 필수적인 시각동기 동작을 Near/Far 간섭없이 수행할 수 있으며, 시각동기 정보를 전달하기 위한 모든 의사위성과 LOS가 확보되는 기준국 설치하거나 혹은 별도의 통신링크의 추가가 불필요한 장점이 있다.
상기 설명된 실시예들의 구성과 방법은 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
11, 41 : 주 의사위성 12-15, 42-45 : 부 의사위성
16 : 수신기 21, 31 : 안테나부
22 : 송신대역 선택부 23 : 신호 송신부
24 : 제어부 25, 32 : 신호 수신부
26 : 메시지 생성부

Claims (4)

  1. 제1대역의 항법 신호를 송출하는 주 의사위성; 및
    주 의사위성과 서로 다른 거리에 위치하여 주 의사위성과 다른 주파수 대역에서 주 의사위성과 항법 신호를 송수신하는 복수의 부 의사위성;으로 구성되어,
    주 의사위성과 거리가 멀어 제1부 의사위성이 주 의사위성과 시각동기를 수행하지 못하는 경우, 제1부 의사위성 인근의 제2부 의사위성은 주 의사위성과 시각동기를 맞춘 후 주 의사위성의 주파수 대역과 다른 주파수 대역을 갖는 항법 신호를 제1부 의사위성으로 송출하는 것을 특징으로 하는 다중 주파수 대역 기반의 의사위성 항법시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부 의사위성은
    다중대역에서 사용할 특정 대역을 선택하는 송신대역 선택부;
    송신대역 선택부에서 선택된 주파수 대역으로 항법 신호를 송신하는 신호 송신부;
    다른 의사위성으로부터 항법 신호를 수신하는 신호 수신부; 및
    항법 신호의 송수신과 관련된 제어 동작을 수행하고, 수신한 항법 신호를 근거로 시각 동기를 수행하는 제어부;를 포함하며,
    상기 송신대역 선택부에서 선택되는 주파수 대역은 주 의사위성에서 사용하는 주파수 대역과 상이한 것을 특징으로 하는 다중 주파수 대역 기반의 의사위성 항법시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2부 의사위성은
    주 의사위성 및 제1부 의사위성과 다른 주파수 대역으로 항법 신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 다중 주파수 대역 기반의 의사위성 항법시스템.
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