KR101603012B1 - 위성항법시스템을 이용한 위치 측위에서 위성을 선택하는 방법, 위성 신호 수신기 및 dop 지수 생성 방법 - Google Patents

위성항법시스템을 이용한 위치 측위에서 위성을 선택하는 방법, 위성 신호 수신기 및 dop 지수 생성 방법 Download PDF

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Abstract

위성항법시스템을 이용한 위치 측위에서 위성을 선택하는 방법은 수신기가 수신가능한 위성들로부터 위성 신호를 수신하는 단계, 상기 수신기가 상기 위성 신호 중 적어도 4개 이상을 포함하는 위성 신호 조합 각각에 대하여 의사 거리 가중치를 반영한 DOP 값을 연산하는 단계 및 상기 수신기가 상기 위성 신호 조합 중 DOP 값이 기준치보다 적은 위성 신호 조합을 선택하는 단계를 포함한다.

Description

위성항법시스템을 이용한 위치 측위에서 위성을 선택하는 방법, 위성 신호 수신기 및 DOP 지수 생성 방법{SATELLITE SELECTION METHOD FOR DETECTING POSITION IN GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM, RECEIVER FOR SATELLITE SIGNALS AND GENERATING METHOD OF DOP VALUE}
이하 설명하는 기술은 위성항법시스템에서 위치 측위를 위해 사용할 위성을 선택하는 방법에 관한 것이다.
위성항법시스템은 (GNSS : Global Navigation Satellite System) 다수의 인공위성과 지상의 수신장비를 이용하여 목표물의 위치를 파악하고 시각 정보를 제공하는 일련의 시스템이다.
미국은 현재 민간서비스의 질을 개선하기 위한 GPS(Global Positioning System) 현대화 계획을 추진하고 있으며, 러시아도 GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System)의 항법서비스 정상적인 가동 및 현대화를 진행하고 있다. 한편 유럽이 GPS에 대응하여 독자적인 위성항법시스템인 갈릴레오(Galileo) 시스템 구축을 진행하고 있다.
현재 서로 다른 종류의 위성항법시스템이 존재하고 있고, 또한 동일한 시스템에서도 서로 다른 변조 방식을 갖는 위성 신호를 사용하게 되었다.
한국공개특허 제10-2012-0017130호 한국공개특허 제10-2010-0034628호
이하 설명하는 기술은 이종 위성 항법 신호 중에서 현재 측위의 정확도가 높은 위성 신호를 선택하게 하고자 한다. 나아가 동일 위성항법시스템에서 전송 전력 또는 변조 방식 등이 서로 다른 이종 신호 중에서 현재 측위의 정확도가 높은 위성을 선택하게 하고자 한다.
이하 설명하는 기술의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
위성항법시스템을 이용한 위치 측위에서 위성을 선택하는 방법은 수신기가 수신가능한 위성들로부터 위성 신호를 수신하는 단계, 수신기가 위성 신호 중 적어도 4개 이상을 포함하는 위성 신호 조합 각각에 대하여 의사 거리 가중치를 반영한 DOP 값을 연산하는 단계 및 수신기가 위성 신호 조합 중 DOP 값이 기준치보다 적은 위성 신호 조합을 선택하는 단계를 포함한다.
위성 신호는 서로 전송 전력 또는 변조 방식 중 적어도 하나가 상이한 신호일 수 있다. 위성 신호는 GPS 위성 신호, 갈릴레오 위성 신호 또는 GLONASS 신호 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
연산하는 단계에서 수신기는 위성 신호에 대해 관심 반송파 대 잡음비(CNR) 영역에서 각 위성 신호가 동일한 TESD를 갖도록 보정하는 가중치를 결정하고, 가중치를 포함하는 DOP 행렬을 사용하여 DOP 값을 연산한다. 이때 수신기가 CNR 추정이 어려운 경우, CNR이 가장 나쁜 경우에 대한 TESD를 이용하여 가중치를 결정할 수 있다.
위성 신호 수신기는 전송 전력 또는 변조 방식 중 적어도 하나가 상이한 위성 신호들을 수신하는 수신부, 위성 신호 중 적어도 4개 이상을 포함하는 위성 신호 조합 각각에 대하여 의사 거리 가중치를 반영한 DOP 값을 연산하는 신호 처리부 및 신호 처리부가 연산한 DOP 값이 가장 작은 위성 신호 조합을 선택하여 수신기의 위치를 측위하는 위치 측위부를 포함한다.
신호 처리부는 수신기는 위성 신호에 대해 관심 반송파 대 잡음비(CNR) 영역에서 각 위성 신호가 동일한 TESD를 갖도록 보정하는 가중치를 결정하고, 가중치를 포함하는 DOP 행렬을 사용하여 DOP 값을 연산할 수 있다.
DOP 지수 생성 방법은 수신기가 위성 신호 수신이 가능한 복수의 위성에 대한 가시선 정보를 수신하는 단계, 수신기가 가시선 정보를 이용하여 DOP 행렬을 생성하는 단계, 수신기가 가시선 정보를 갖는 각 위성에 대한 관심 반송파 대 잡음비(CNR) 영역에 대한 추적 오류 표준 편차(TESD)가 동일한 값을 갖도록 각 위성 신호에 대한 의사거리 가중치를 연산하는 단계 및 수신기가 의사거리 가중치를 DOP 행렬에 적용하여 생성된 새로운 DOP 행렬을 이용하여 DOP 지수를 연산하는 단계를 포함한다.
이하 설명하는 기술은 전송 전력 또는 변조 방식 중 적어도 하나가 상이한 위성 신호 중에서 상대적으로 정확한 측위가 가능한 4개 이상의 위성을 선택할 수 있다.
이하 설명하는 기술의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 BPSK, BOCsin(n,n) 및 BOCsin(2n,n) 신호에 대한 TESD 성능을 비교한 그래프의 예이다.
도 2는 위성항법시스템을 이용한 위치 측위에서 위성을 선택하는 방법에 대한 순서도의 예이다.
도 3은 DOP 지수를 연산하는 과정에 대한 순서도의 예이다.
도 4는 위성 신호 수신기에 대한 구성을 도시한 블록도의 예이다.
이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다. 따라서, 본 명세서를 통해 설명되는 각 구성부들의 존재 여부는 기능적으로 해석되어야 할 것이며, 이러한 이유로 이하 설명하는 위성항법시스템을 이용한 위치 측위에서 위성을 선택하는 방법(100) 및 위성 신호 수신기(300)에 따른 구성부들의 구성은 이하 설명하는 기술의 목적을 달성할 수 있는 한도 내에서 대응하는 도면과는 상이해질 수 있음을 명확히 밝혀둔다.
또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
위성항법시스템 사용자는 측위를 위해 위성 신호를 수신하여 위성과의 거리를 추정하고, 추정한 거리 및 위성의 위치정보를 이용한다. 구체적으로 의사거리는 위성 신호의 송신 시간과 수신기의 수신 시간 간의 시간차에 빛의 속도를 곱해서 추정하고, 위성의 위치 정보는 위성 신호를 복조하여 얻게 되는데, 이때 최소 네 개 이상의 위성을 이용한다.
특히 의사거리 오차가 동일하더라도 측위에 이용하는 위성들의 기하학적 위치가 달라지면 발생 가능한 위치 오차의 범위가 달라질 수 있으며, 그 척도를 DOP로 (dilution of precision) 나타낸다. 여기서 DOP는 사용자와 위성 간 기하학적 위치에 따른 척도 인자로서(scaling factor), 사용자가 측위에 사용하는 위성들의 공간상 배치에 따라 그 값이 달라진다. 작은 불확실성을 갖는 항법위성의 배열일수록 작은 DOP 값을 나타낸다.
유럽의 Galileo, 미국의 GPS 현대화 등으로 새로운 항법위성 시스템들이 등장함에 따라 측위에 이용할 수 있는 위성의 수가 최대 40개 정도로 증가할 것으로 기대된다. 특히 도심 등에서와 같이 사용자와 위성 간 가시선을 (line of sight) 보장하기 어려운 지역에서도 이용할 수 있는 위성 수가 증가할 것으로 기대된다. 이와 같이 이종 항법위성 신호를 이용하는 경우 측위에 이용 가능한 위성의 수가 늘어남에 따라 위성 선별에 대한 다양한 조합이 가능하여 DOP를 낮출 수 있는 여지가 증가하게 된다.
이하 설명하는 기술은 이종 항법위성 간의 변조 방식, 전송 전력의 차이를 고려하여 위성을 선별하는 기법에 관한 것이다. 이하 설명하는 기술은 전술한 바와 같이 GPS 위성 시스템, 갈릴레오 위성 시스템 또는 GLONASS 위성 시스템과 같이 서로 다른 위성항법시스템에서 사용하는 위성을 사용하여 위치 측위를 하는 경우에 적용할 수 있다. 나아가 동일한 위성항법시스템에서 서로 다른 위성 신호를 사용하여 위치 측위를 하는 경우에도 적용할 수 있다.
먼저 이하 설명하는 기술에 사용되는 DOP 지수에 관해 설명하고자 한다.
위성항법시스템에서 DOP 가시위성 배열의 고른 정도를 나타내며, 작은 불확실성을 갖는 위성 배열일수록 작은 DOP 값을 나타낸다. 항법위성시스템에서 DOP는 아래의 수학식 1과 같이 정의된다.
Figure 112014051454514-pat00001
여기서
Figure 112014051454514-pat00002
은 행렬의 대각합 (trace) 연산을,
Figure 112014051454514-pat00003
은 행렬의 전치 (transpose) 연산을,
Figure 112014051454514-pat00004
은 역행렬 연산을 나타낸다. H는 DOP 행렬로서 사용자로부터 위성으로의 가시선 벡터로 구성되며 n개의 위성을 사용하여 측위하는 경우에 대한 H의 형태는 아래의 수학식 2와 같다.
Figure 112014051454514-pat00005
여기서
Figure 112014051454514-pat00006
는 사용자로부터
Figure 112014051454514-pat00007
번째 위성으로의 가시선 벡터를 나타낸다. 수학식 1로부터 DOP는 전적으로 DOP 행렬 H에 의존함을 알 수 있으며, 수학식 2로부터 DOP 행렬을 이루는 가시선 벡터의 크기는 의사거리로 나타남을 알 수 있다.
이종 항법위성을 이용하는 경우 위성항법시스템 간에 사용되는 신호 변조방식 및 전송전력이 달라 수신한 위성 신호들로부터 의사거리를 추정했을 때의 신뢰도가 위성항법시스템 별로 다르게 나타난다. 예컨대, GPS에서는 이진 위상 편이 변조 방식으로 (binary phase shift keying: BPSK) 신호를 전송하는데 비해, Galileo에서는 이진 옵셋 반송파 (binary offset carrier: BOC) 변조방식을 적용하여 동일한 신호 대 잡음비 환경에서 의사거리 추정의 신뢰성을 더 높였다.
따라서 이종 항법위성을 이용하는 경우 DOP 계산에 있어 의사거리 추정 신뢰도에 따른 가중치를 적용하는 것이 바람직하다. 구체적으로 서로 다른 변조 방식 또는 송신 전력 중 적어도 하나를 갖는 위성 또는 위성 신호를 사용하는 경우 아래의 수학식 3과 같이 각 가시선 벡터의 값에 의사거리 가중치
Figure 112014051454514-pat00008
를 곱한 새로운 DOP 행렬을 사용하는 것이 바람직하다.
Figure 112014051454514-pat00009
여기서
Figure 112014051454514-pat00010
는
Figure 112014051454514-pat00011
번째 위성으로부터의 가시선 벡터의 의사거리 가중치이다.
DOP 행렬에 대한 가중치
Figure 112014051454514-pat00012
로 의사거리 추정 신뢰도를 반영하기 위해 의사거리에 대한 추적 오차의 표준편차를 (tracking error standard deviation: TESD) 이용한다.
구체적으로는 여러 위성항법위성시스템에서 사용하는 PSK, BOC 등의 변조 방식에 대해, 관심 반송파 대 잡음비 (carrier-to-noise ratio: CNR) 영역에 대한 TESD를 각각 구하고, 각 변조 기법에 대한 TESD 비율을 이용하여 DOP 행렬에 대한 가중치로 사용한다. 아래의 도 1과 관련된 설명에서 구체적으로 설명한다.
PSK 변조 방식은 GPS에서 사용하는 BPSK 변조 방식을 적용하며, BOC 신호의 경우 사인 혹은 코사인 위상의 부반송파를 사용하였는가에 따라 각각 BOCsin(kn,n) 또는 BOCcos(kn,n)으로 표기한다. 여기서 k는 의사 잡음부호의 주기와 부반송파 주기 간의 비를 나타내고, n은 의사잡음부호 칩률과 1.023 MHz간의 비를 나타낸다.
위성 신호 중 BPSK, BOCsin(n,n), BOCsin(2n,n) 신호들을 예로 들어 가중치를 연산해보고자 한다. 세 신호 모두 자기상관함수를 이용하여 의사거리를 추정하였을 때의 TESD의 역수의 비율을 사용한다.
도 1은 BPSK, BOCsin(n,n) 및 BOCsin(2n,n) 신호에 대한 TESD 성능을 비교한 그래프의 예이다. 도 1은 BPSK, BOCsin(n,n), BOCsin(2n,n) 신호들에 대한 TESD를 CNR의 함수로 나타낸다. 여기서 모의실험을 위해 수신기에서의 동기 적산 구간은 1 ms로 통일하였고, 판별기에서의 선후 간격은 (early-late spacing) 의사잡음부호 칩 구간의 0.2배로 고정하였으며, 관심 CNR 영역인 20 dB-Hz ~ 50 dB-Hz 사이의 결과를 나타내었다.
도 1을 살펴보면, BPSK 변조 방식의 TESD가 가장 크고, BOCsin(2n,n) 신호의 TESD가 가장 작다는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라 BPSK 변조 방식에 가장 적은 가중치를 부여하고 BOCsin(2n,n) 신호에 가장 큰 가중치를 부여해야 할 것이다.
Figure 112014051454514-pat00013
Figure 112014051454514-pat00014
구체적으로는 상기 표 1에서와 같이 각 관심 CNR들에 대한 TESD를 먼저 구한다. 신호 중 BPSK의 TESD가 가장 크므로, BPSK에 가장 적은 가중치를 부여해야 한다. 이를 위해 BPSK의 TESD를 기준으로 다른 신호의 TESD가 BPSK의 TESD 대비 보정된 가중치를 갖도록 해야한다. 상기 표 2에서는 BPSK의 TESD에 대한 가중치를 1로 설정하고, 나머지 신호는 "BPSK의 TESD/다른 신호의 TESD" 값을 가중치로 설정하였다. 상기 표 2는 위성 신호에 대한 가중치의 하나의 예에 불과하다.
표 2에 설정한 가중치는 각 CNR 영역에서 각 신호가 갖는 TESD가 동일 내지 근사한 값을 갖도록 보정하는 역할을 수행한다. 표 2에 설정한 가중치는 각 변조 기법의 TESD의 비율의 역수를 가중치로 사용한다고 할 수 있다. 상기 표 2와 같은 가중치를 DOP 행렬에 적용하여 최종적인 DOP 값을 연산하게 된다.
CNR 추정이 가능한 경우에는 정확한 CNR값에 대한 TESD를 사용하여 가중치 값을 결정한다. 한편, CNR 추정이 어려운 경우에는 가장 나쁜 환경인 CNR = 20 dB-HZ 상황에 대한 TESD를 이용하여 가중치를 설정할 수 있다.
예컨대, 위성 1 및 위성 2는 GPS 위성이고, 위성 3은 BOCsin(n,n) 신호를 사용하며, 위성 4는 BOCsin(2n,n) 신호를 이용한다고 가정하면, 각각
Figure 112014051454514-pat00015
,
Figure 112014051454514-pat00016
,
Figure 112014051454514-pat00017
및
Figure 112014051454514-pat00018
와 같이 가중치를 설정한다.
최종적으로 의사거리에 대한 가중치를 적용한 DOP 지수
Figure 112014051454514-pat00019
는 아래의 수학식 4와 같이 정리된다.
Figure 112014051454514-pat00020
수학식 4는 수학식 1의 DOP 행렬 H를 의사거리 가중치
Figure 112014051454514-pat00021
가 적용된 DOP 행렬 H'로 대치한 것이다.
이종 위성 신호의 변조 방식 및 CNR에 따른 TESD의 역수를 DOP 행렬에 가중치로 적용함으로써 항법위성의 변조 방식 및 전송전력을 고려한 DOP 지수
Figure 112014051454514-pat00022
를 생성한다. 최종적으로 이종 위성항법들에 대하여 생성된 DOP 지수
Figure 112014051454514-pat00023
가 작은 값일수록 더 적합한 위성 배열임을 판단할 수 있다. 나아가
Figure 112014051454514-pat00024
가 일정한 기준 값(예를 들어 2) 이하인 경우 위치 측위가 비교적 정확하게 수행된다고 판단할 수도 있다.
이하에서는 도면을 참조하면서 위성항법시스템을 이용한 위치 측위에서 위성을 선택하는 방법(100), DOP 지수 생성 방법(200) 및 위성 신호 수신기(300)에 관하여 설명하겠다.
도 2는 위성항법시스템을 이용한 위치 측위에서 위성을 선택하는 방법(100)에 대한 순서도의 예이다.
먼저 위성 신호를 수신하여 위치를 측위하고자 하는 수신기가 현재 위치에서 수신 가능한 위성 신호를 수신한다(110). 수신기는 위성 신호로부터 해당 위성에 대한 가시선 정보(가시선 벡터)를 수신한다. 또는 가시선 벡터에 대한 정보만을 수신해도 충분하다.
이후 수신기는 이용가능한 위성 신호 중 위치 측위를 위해 이용하고자 하는 후보 조합을 결정한다(120). 일반적으로 위치 측위에는 4개 이상의 위성을 이용하게 되므로, 현재 이용 가능한 위성 중 4개 이상이 포함된 가능한 후보 조합들을 결정한다.
수신기는 각 후보 조합에 대해 전술한 의사 거리 가중치를 반영한 DOP 행렬을 이용하여 DOP 값을 연산하고(130), 연산된 DOP 값을 기준으로 위치 측위에 사용할 후보 조합을 선택한다(140). 즉, 최종 선택된 후보 조합은 수신기가 위치 측위에 사용할 위성에 해당한다.
위성 신호는 서로 전송 전력 또는 변조 방식 중 적어도 하나가 상이한 신호일 수 있다. 구체적으로 위성 신호는 GPS 위성 신호, 갈릴레오 위성 신호 또는 GLONASS 신호 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
연산하는 단계(130)에서 수신기는 위성 신호에 대해 반송파 대 잡음비(CNR) 영역에 대한 TESD의 역수의 비율을 가중치로 갖는 DOP 행렬을 사용하여 DOP 값을 연산할 수 있다. 한편 수신기가 CNR 추정이 어려운 경우, CNR이 가장 나쁜 환경에 대한 TESD의 역수를 가중치로 사용할 수도 있다.
연산하는 단계(130)에서 수신기는 전술한 수학식 4의
Figure 112014051454514-pat00025
을 연산할 수 있다.
선택하는 단계(140)에서 수신기는 위성 신호 조합 중 DOP 값이 가장 작은 후보 조합을 선택하거나, DOP 값이 일정한 기준값 이하인 조합을 최종 후보 조합으로 선택할 수도 있다. 이후 최종 후보 조합에 포함된 위성을 선택하여 위치 측위를 하게 된다.
도 3은 DOP 지수를 연산하는 과정(200)에 대한 순서도의 예이다. DOP 지수를 연산하는 과정(200)은 수신기가 위성 신호 수신이 가능한 복수의 위성에 대한 가시선 정보를 수신하는 단계(210), 수신기가 가시선 정보를 이용하여 DOP 행렬을 생성하는 단계(220), 수신기가 가시선 정보를 갖는 위성에 대한 반송파 대 잡음비(CNR) 영역에 대한 추적 오류 표준 편차(TESD)의 역수의 비율인 의사거리 가중치를 연산하는 단계(230) 및 의사거리 가중치를 상기 DOP 행렬에 적용하여 생성된 새로운 DOP 행렬을 이용하여 DOP 지수를 연산하는 단계(240)를 포함한다.
도 4는 위성 신호 수신기(300)에 대한 구성을 도시한 블록도의 예이다.
위성 신호 수신기(300)는 복수의 위성(50)으로부터 위성 신호를 수신할 있는 상황이다. 즉, 적어도 4개 이상의 위성으로부터 위성 신호를 수신할 수 있어야 하고, 위성 신호에 대한 후보 조합을 생성하기 위해서는 4개보다 많은 위성 신호를 수신할 수 있어야 할 것이다.
위성 신호 수신기(300)는 전송 전력 또는 변조 방식 중 적어도 하나가 상이한 위성 신호들을 수신하는 수신부(310), 위성 신호 중 적어도 4개 이상을 포함하는 위성 신호 조합 각각에 대하여 의사 거리 가중치를 반영한 DOP 값을 연산하는 신호 처리부(321) 및 신호 처리부가 연산한 DOP 값이 가장 작은 위성 신호 조합을 선택하여 수신기의 위치를 측위하는 위치 측위부(322)를 포함한다.
수신부(310)는 변조 방식이나 송신 전력 등이 서로 다른 위성 신호를 수신하기 위하여 각 신호를 수신할 수 있는 안테나 등의 수신 장치를 포함하는 형태이다. 도 4에서는 예시적으로 GPS 신호를 수신할 수 있는 GPS 신호 수신부(311), 갈릴레오 신호를 수신할 수 있는 Galileo 신호 수신부(312) 및 기타 다른 위성 신호를 수신할 수 있는 기타 위성 신호 수신부(313)를 도시하였다.
수신한 위성 신호에 대한 조합을 결정하여 위성을 선택하는 신호 처리부(321) 및 선택한 위성을 이용하여 위치 측위를 수행하는 위치 측위부(322)는 실제 수신기의 연산 장치(320)에 포함될 수 있다. 물론 신호 처리부(321) 및 위치 측위부(322) 중 적어도 하나가 별도의 임베디드 프로그램을 내장하는 칩 셋 형태로 구현될 수도 있을 것이다.
인터페이스부(330)는 사용자로부터 특정한 명령을 입력받는 구성이고, 디스플레이부(340)는 위치 측위 결과를 표시하는 구성이다.
신호 처리부(321)는 위성 신호에 대해 반송파 대 잡음비(CNR) 영역에 대한 TESD의 역수의 비율을 가중치로 갖는 DOP 행렬을 사용하여 DOP 값을 연산할 수 있다. 여기서 CNR 영역은 사용자 또는 장치가 사전에 설정한 관심 영역일 수 있다.
신호 처리부(321)는 전술한 수학식 4의
Figure 112014051454514-pat00026
를 사용하여 DOP 값을 연산할 수 있다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 전술한 기술에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 전술한 기술의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 전술한 기술의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
300 : 위성 신호 수신기 310 : 수신부
311 : GPS 신호 수신부 312 : Galileo 신호 수신부
313 : 기타 위성 신호 수신부 320 : 연산 장치
321 : 신호 처리부 322 : 위치 측위부
330 : 인터페이스부 340 : 디스플레이부
50 : 위성

Claims (14)

  1. 수신기가 수신가능한 위성들로부터 위성 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신기가 상기 위성 신호 중 적어도 4개 이상을 포함하는 위성 신호 조합 각각에 대하여 의사 거리 가중치를 반영한 DOP 값을 연산하는 단계; 및
    상기 수신기가 상기 위성 신호 조합 중 DOP 값이 기준치보다 적은 위성 신호 조합을 선택하는 단계를 포함하되,
    상기 의사 거리 가중치는 반송파 대 잡음비(CNR) 영역에서 의사 거리에 대한 추적 오차를 기준으로 결정되는 위성항법시스템을 이용한 위치 측위에서 위성을 선택하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위성 신호는 서로 전송 전력 또는 변조 방식 중 적어도 하나가 상이한 신호인 위성항법시스템을 이용한 위치 측위에서 위성을 선택하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위성 신호는 GPS 위성 신호, 갈릴레오 위성 신호 또는 GLONASS 신호 중 적어도 하나를 포함하는 위성항법시스템을 이용한 위치 측위에서 위성을 선택하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연산하는 단계에서
    상기 수신기는 상기 위성 신호 조합에 포함되는 각 위성 신호에 대한 의사 거리에 대한 추적 오차의 표준 편차를 기준으로 상기 각 위성 신호에 대한 가중치를 결정하고, 상기 가중치로 포함하는 DOP 행렬을 사용하여 DOP 값을 연산하는 위성항법시스템을 이용한 위치 측위에서 위성을 선택하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연산하는 단계에서
    상기 수신기는 상기 위성 신호 각각에 대해 관심 반송파 대 잡음비(CNR) 영역에서 각 위성 신호가 동일한 TESD 또는 기준범위 내에 있는 TESD를 갖게 하는 가중치를 결정하고, 상기 가중치를 포함하는 DOP 행렬을 사용하여 DOP 값을 연산하는 위성항법시스템을 이용한 위치 측위에서 위성을 선택하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수신기가 CNR 추정이 어려운 경우, CNR이 가장 나쁜 경우에 대한 TESD를 이용하여 상기 가중치를 결정하는 위성항법시스템을 이용한 위치 측위에서 위성을 선택하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연산하는 단계에서
    상기 수신기는 아래 수식을 이용하여 DOP 값(
    Figure 112015082332042-pat00027
    )을 연산하는 위성항법시스템을 이용한 위치 측위에서 위성을 선택하는 방법.
    Figure 112015082332042-pat00028

    (여기서,
    Figure 112015082332042-pat00029
    은 행렬의 대각합 연산,
    Figure 112015082332042-pat00030
    는 행렬의 전치 연산,
    Figure 112015082332042-pat00031
    는 역행렬 연산,
    Figure 112015082332042-pat00032
    이고,
    Figure 112015082332042-pat00033
    은 사용자로부터
    Figure 112015082332042-pat00034
    번째 위성으로의 가시선 벡터,
    Figure 112015082332042-pat00035
    는 각 위성 신호에 대해 관심 CNR 영역에서 동일한 TESD 또는 기준범위 내에 있는 TESD를 갖게 하는 가중치임)
  8. 제1항에 있어서,
    상기 선택하는 단계에서 상기 수신기는 상기 위성 신호 조합 중 DOP 값이 가장 작은 위성 신호 조합을 선택하는 위성항법시스템을 이용한 위치 측위에서 위성을 선택하는 방법.
  9. 전송 전력 또는 변조 방식 중 적어도 하나가 상이한 위성 신호들을 수신하는 수신부;
    상기 위성 신호 중 적어도 4개 이상을 포함하는 위성 신호 조합 각각에 대하여 의사 거리 가중치를 반영한 DOP 값을 연산하는 신호 처리부; 및
    상기 신호 처리부가 연산한 DOP 값이 가장 작은 위성 신호 조합을 선택하여 수신기의 위치를 측위하는 위치 측위부를 포함하되,
    상기 의사 거리 가중치는 반송파 대 잡음비(CNR) 영역에서 의사 거리에 대한 추적 오차를 기준으로 결정되는 위성 신호 수신기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 위성 신호는 GPS 위성 신호, 갈릴레오 위성 신호 또는 GLONASS 신호 중 적어도 하나를 포함하는 위성 신호 수신기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 신호 처리부는
    상기 위성 신호 조합에 포함되는 각 위성 신호에 대한 의사 거리에 대한 추적 오차의 표준 편차를 기준으로 상기 각 위성 신호에 대한 가중치를 결정하고, 상기 가중치를 포함하는 DOP 행렬을 사용하여 DOP 값을 연산하는 위성 신호 수신기.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 신호 처리부는
    상기 수신기는 상기 위성 신호에 대해 관심 반송파 대 잡음비(CNR) 영역에서 각 위성 신호가 동일한 TESD 또는 기준범위 내에 있는 TESD를 갖게 하는 가중치를 결정하고, 상기 가중치를 포함하는 DOP 행렬을 사용하여 DOP 값을 연산하는 위성 신호 수신기.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 신호 처리부는 아래 수식을 이용하여 DOP 값(
    Figure 112015082332042-pat00036
    )을 연산하는 위성 신호 수신기.
    Figure 112015082332042-pat00037

    (여기서,
    Figure 112015082332042-pat00038
    은 행렬의 대각합 연산,
    Figure 112015082332042-pat00039
    는 행렬의 전치 연산,
    Figure 112015082332042-pat00040
    는 역행렬 연산,
    Figure 112015082332042-pat00041
    이고,
    Figure 112015082332042-pat00042
    은 사용자로부터
    Figure 112015082332042-pat00043
    번째 위성으로의 가시선 벡터,
    Figure 112015082332042-pat00044
    는 각 위성 신호에 대해 관심 CNR 영역에서 동일한 TESD 또는 기준범위 내에 있는 TESD를 갖게 하는 가중치임)
  14. 수신기가 위성 신호 수신이 가능한 복수의 위성에 대한 가시선 정보를 수신하는 단계;
    상기 수신기가 상기 가시선 정보를 이용하여 DOP 행렬을 생성하는 단계;
    상기 수신기가 상기 가시선 정보를 갖는 각 위성에 대한 관심 반송파 대 잡음비(CNR) 영역에 대한 추적 오류 표준 편차(TESD)가 동일한 값을 갖도록 각 위성 신호에 대한 의사거리 가중치를 연산하는 단계; 및
    상기 수신기가 상기 의사거리 가중치를 상기 DOP 행렬에 적용하여 생성된 새로운 DOP 행렬을 이용하여 DOP 지수를 연산하는 단계를 포함하는 DOP 지수 생성 방법.
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