KR101640102B1 - 주파수 레벨 추출을 통한 ｇｐｓ 수신불량 감지 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 GPS 안테나와 GPS 수신모듈을 연결하는 케이블에 임의의 주파수를 인가한 후 수신단에서 케이블을 통해 전송된 주파수 신호 레벨을 측정하여 GPS 수신불량의 원인이 케이블인지 GPS 수신모듈인지 판단하는 주파수 레벨 추출을 통한 GPS 수신불량 감지 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 GPS 수신불량 감지 시스템은, GPS 안테나로부터 수신된 위성신호를 차량 내 GPS 수신모듈로 전송하는 케이블; 상기 케이블에 특정 주파수 신호를 발생시켜 인가하는 주파수 인가부; 상기 케이블을 통해 전송된 주파수 신호의 레벨을 추출하는 신호 추출부; 및 상기 신호 추출부에서 추출된 신호 레벨을 이용하여 상기 케이블의 불량여부를 판별하는 제어부; 를 포함한다.

Description

주파수 레벨 추출을 통한 ＧＰＳ 수신불량 감지 시스템 {DETECTING SYSTEM FOR RECEIVING INTERRUPTION OF GPS THROUGH EXTRACTING VOLTAGE LEVEL OF FREQUENCY SIGNAL}

본 발명은 주파수 레벨 추출을 통한 GPS 수신불량 감지 시스템에 관한 것으로서, 특히 GPS 안테나와 GPS 수신모듈을 연결하는 케이블에 임의의 주파수를 인가한 후 수신단에서 케이블을 통해 전송된 주파수 신호 레벨을 측정하여 GPS 수신불량의 원인이 케이블인지 GPS 수신모듈인지 판단하는 주파수 레벨 추출을 통한 GPS 수신불량 감지 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 내비게이션은 GPS(Glocal Positioning System)위성이 발사하는 신호를 지상에서 수신하여 차량 내부에 장착한 모니터에 지금의 차량 위치, 목적지까지의 최단거리 등을 표시하여 주는 장치를 말한다.

수신된 GPS신호는 케이블을 통해 GPS 수신모듈에 전송되어 네비게이션에 필요한 정보가 되는데 만약 이 GPS신호가 정상적으로 수신되지 않는 경우 적절한 복구조치가 취해지기 전까지 내비게이션에서 현재 위치 탐색이 불가능한 상태가 지속되며 사용자는 GPS 수신모듈의 고장인지 케이블의 고장인지 정확하게 판별하기가 어렵다.

종래에는 GPS 수신불량이 발생한 경우, 고장여부를 확인하기 위해 수신단에 방향성 커플러를 이용하여 GPS신호를 별도로 분기해 내어 불량을 감지하였는데, 이 경우 신호의 이상 유무는 확인 할 수 있으나 수신계통의 어느 장치에서 고장이 발생하였는지 판별하기 어렵다. 또한 -100dB 이하의 소신호인 GPS신호의 이상 유무를 판별하기 위해 GPS 수신모듈의 회로와 같이 증폭기를 적용해야 하는 등 복잡한 회로가 필요하였다.

또 다른 종래기술에선 GPS 수신불량의 정확한 고장 위치를 파악하기 위하여 차량 내부의 장치나 케이블을 분리한 후 개별적으로 시험장치를 구성하여 불량 여부를 판정했는데 이 경우 장치 분해 및 별도 시험장치 구성을 위한 시간과 비용이 추가되는 단점이 있었다.

한국등록특허 제 10-0426383호 한국등록특허 제 10-0198257호

이에, 본 발명은 복잡한 회로의 적용 없이도 GPS신호 전송 케이블에 파일럿 신호 개념의 주파수를 인가하고 수신단에서 그 레벨을 측정하여 케이블 불량 유무를 확인할 수 있는 GPS 수신불량 감지 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 차량 내 GPS 수신모듈과 연결된 케이블을 분리하지 않고도 둘 중 어느장치에서 발생한 고장으로 GPS 수신불량이 발생하였는지 판단하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 GPS 수신불량 감지 시스템은,

GPS 안테나로부터 수신된 위성신호를 차량 내 GPS 수신모듈로 전송하는 케이블; 상기 케이블에 특정 주파수 신호를 발생시켜 인가하는 주파수 인가부; 상기 케이블을 통해 전송된 주파수 신호의 레벨을 추출하는 신호 추출부; 및 상기 신호 추출부에서 추출된 신호 레벨을 이용하여 상기 케이블의 불량여부를 판별하는 제어부; 를 포함한다.

상기 주파수 인가부는 케이블의 불량 여부를 확인하기 위한 일종의 파일럿 신호로써 GPS위성 신호의 주파수와 값이 다른 임의의 주파수 신호를 인가하는 주파수 발생기를 포함한다.

상기 신호 추출부는 상기 케이블을 통해 전송된 임의의 주파수 신호의 패턴과 일정한 간격을 두고 나란히 설계되는 인덕터(L); 상기 인덕터(L)와 직렬로 연결되는 종단저항(R_T); 상기 인덕터(L)와 애노드부가 직렬로 연결되는 다이오드(D); 상기 다이오드(D)의 캐소드부와 직렬로 연결되는 커패시터(C); 및 상기 커패시터(C)와 병렬 연결되어 상기 다이오드(D)의 캐소드부와 직렬로 연결되는 출력저항(R_L);을 포함한다.

상기 신호 추출부에서는 상기 케이블을 통해 전송된 임의의 주파수 신호의 레벨이 상기 주파수 신호 패턴과 상기 인덕터(L)간의 간격과 배선 길이에 의한 커플링 결합비(Coupling Factor)에 의해 일정한 비율로 감소되어 상기 주파수 신호 패턴에 유기된다.

상기 제어부는 상기 출력저항(R_L) 양단의 전압값을 측정하여 미리 계산된 정상범위를 벗어나면 상기 케이블의 불량을 판단한다.

본 발명에 따르면 주파수 레벨 추출을 통한 GPS 수신불량 감지 시스템은 복잡한 회로의 적용없이 주파수 인가 및 측정만으로 케이블 불량 유무를 확인할 수 있어 GPS수신 불량의 주체가 케이블인지 모듈인지 쉽게 파악할 수 있으며, 차량 내 장치의 분리없이 GPS 수신불량 고장 장치를 판단할 수 있어서 복잡한 차량 내부의 분해를 위한 시간이나 비용이 절감된다.

또한, 본 발명에 따르면 별도의 시험장치 없이 상기 케이블 불량을 감지할 수 있기 때문에 시험장치 제작비용이 절감될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 GPS수신불량 감지 시스템의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 신호 추출부의 회로.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 GPS수신불량 감지 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 GPS수신불량 감지 시스템은 GPS안테나(10)로부터 수신된 위성신호를 차량 내 GPS 수신모듈(20)로 전송하는 케이블(100), 임의의 주파수 신호를 발생시켜 상기 케이블(100)에 인가하는 주파수 인가부(200), 상기 케이블(100)을 통해 전송된 주파수 신호의 레벨을 추출하는 신호 추출부(300), 상기 신호 추출부(300)에서 추출된 신호 레벨을 이용하여 상기 케이블(100)의 불량여부를 판별하는 제어부(400)를 포함한다.

케이블(100)은 전기 신호를 전달하기 위한 선로로써 본 발명에서는 GPS 안테나(10)로부터 수신된 위성신호를 차량 내 GPS 수신모듈(20)로 전송해주는 선로이자 GPS수신불량을 감지하기 위해 그 불량여부를 판단해야 하는 장치이다. 또한 본 실시예의 케이블(100)은 GPS 수신불량의 발생 위치를 특정하기 위해 인가하는 주파수 신호의 전송 경로이며, 이 주파수 신호의 레벨 확인을 통해 케이블(100)의 불량 여부를 확인하여 GPS 수신불량 발생 장치를 특정할 수 있게 된다. 케이블 전 영역에 대해 불량을 감지하기 위해서는 후에 기술하게 될 주파수 인가부(200)는 가급적 케이블(100) 입력단에 배치하고 인가한 신호의 레벨을 확인하게 되는 신호 추출부(300)와 제어부(400)는 케이블(100) 수신단에 배치하는 것이 효과적이다. 본 실시예에서 케이블(100)은 GPS 위성신호를 전송하는 RF케이블이 해당되며, 그 형태는 와이어케이블, 플랫케이블 및 연성PCB 등이 될 수 있다.

주파수 인가부(200)는 본 발명에서 GPS 수신불량을 감지하기 위해 추가 되는 부분으로써, 내부의 주파수 발생기(201)를 통해 주파수 신호를 출력하여 케이블(100)에 인가한다. 이때 인가된 주파수 신호는 단순히 케이블(100)의 불량 여부를 확인하기 위한 일종의 파일럿 신호이며 이 신호는 차량 내 GPS의 동작과는 전혀 관련이 없으므로 GPS 위성신호의 주파수와 그 값이 달라야하고, 가능한 GPS 수신모듈(20)에 영향을 주지 않는 주파수 범위에서 선정 하는 것이 좋다. 본 실시예에서 주파수 발생기(201)는 예컨데 오실레이터(Oscillator)로 구현할 수 있다.

신호 추출부(300)는 주파수 인가부(200)에서 케이블(100)을 통해 전송된 주파수 신호를 추출해 내기위한 부분으로 커플링 방식을 이용하여 신호를 추출해낸다. 케이블(100)에는 GPS 안테나(10)로부터 수신된 위성신호와 주파수 인가부(200)에서 주파수 발생기(201)를 통해 인가된 주파수 신호가 혼재되어 있다. 본 발명의 목적인 GPS 수신불량의 발생 위치를 특정하기 위해서는 주파수 인가부(200)에 의해 인가된 주파수 신호만 추출해야 하며, 이를 위해 케이블(100)에 일정 간격을 두고 나란하게 커플링 신호선 및 커플링 회로를 적용하여 원하는 주파수 신호만 추출해낸다. 본 실시예에서 신호 추출부(300)는 GPS 수신불량이 케이블(100)에 의한 것인지 GPS 수신모듈(20)에 의한 것인지 판단하기 위한 신호를 출력하는 부분이므로 가급적 GPS 수신모듈(20)과 가깝게 배치하되 전기적으로는 GPS 수신모듈(20)의 회로와 분리하여 설계하는 것이 바람직하다. 이에 대한 자세한 회로 및 설명은 후술하기로 한다.

제어부(400)는 신호 추출부(300)에서 추출한 주파수 신호의 전압 레벨이 미리 설정된 정상 판정 기준에 해당하는지 판별하여 케이블(100) 불량 여부를 판단하는데, 이 때 정상 판정 기준은 실제 회로의 반복적인 실험을 통해 측정된 오차의 범위를 반영하여 정할 수 있다. GPS 수신불량이 발생한 경우, 만약 신호 추출부(300)에서 추출한 주파수 신호의 전압 레벨이 정해진 정상기준을 벗어나면 케이블(100) 불량으로 GPS 수신불량이 발생하였다고 판정할 수 있으며, 주파수 신호의 전압 레벨이 정상기준에 맞으면 GPS 수신모듈(20)의 불량으로 인해 GPS 수신불량이 발생하였다고 판정하여 각 해당 장치에 적절한 고장조치가 이루어질 수 있도록 한다.

추가적으로 제어부(400)는 케이블(100) 불량 판정 결과를 외부에서 확인 할 수 있도록 외부장치에 송신해 줄 수도 있다. 예컨대, 차량 내 AVN 시스템에 GPS 수신불량이 발생했을 때 제어부(400)에서 확인된 케이블(100) 불량 판정 결과를 AVN시스템에 전송하여 불량 발생 장치를 특정할 수 있도록 네비게이션 및 오디오패널 등에 디스플레이 해줄 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 신호추출부의 회로도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 신호추출부의 회로는 케이블(100)을 통해 전송된 주파수 신호의 패턴과 일정한 간격을 두고 나란히 설계되는 인덕터(L), 인덕터(L)와 직렬로 연결되는 종단저항(R_T), 인덕터(L)와 애노드부가 직렬로 연결되는 다이오드(D), 다이오드(D)의 캐소드부와 직렬로 연결되는 커패시터(C); 및 커패시터(C)와 병렬 연결되어 다이오드(D)의 캐소드부와 직렬로 연결되는 출력저항(R_L)을 포함한다.

케이블(100)에는 GPS 안테나(10)에서 GPS 수신모듈(20)로 전송되는 GPS 위성신호 뿐 아니라, 상기 주파수 인가부(200)에서 주파수 발생기(201)를 통해 인가된 주파수 신호가 혼재되어 전송되며 상기 GPS 위성신호에 영향을 주지 않고 주파수 신호만 추출해 내기 위해서 LC 직렬 공진회로의 특성을 이용한다.

케이블(100)과 일정한 간격(d)으로 배치된 커플링 신호선 사이에는 두 금속선 사이의 유전체를 통해 특정한 값의 커패시턴스 성분(Cp)이 생기며 커플링 신호선에 임의의 값을 갖는 인덕터(L)를 삽입하면 상기 커패시턴스 성분(Cp)과 인덕터(L)가 직렬공진 회로를 구성하여 공진주파수에 해당하는 주파수 신호가 인덕터(L)에 유기되므로 공진주파수를 주파수 발생기(201)에서 출력되는 주파수 신호와 동일하도록 인덕터(L)값과 커패시턴스 성분(Cp)값을 설계하면 원하는 주파수 신호만 추출할 수 있다.

커플링 신호의 레벨은 커플링 결합비(Coupling Factor)에 의해 일정한 비율로 감소되는데 이 커플링 결합비는 상기 케이블(100)과 상기 인덕터(L)간의 간격(d)과 배선 길이에 의해 결정된다. 후단의 제어부에서 측정할 수 있는 전압 레벨의 범위를 고려하여 커플링 결합비를 정해야 하며, 이를 결정하는데 중요한 요소 중 하나인 간격(d)은 상기 커패시턴스 성분(Cp)을 결정하는 요소이기도 하여 두가지 조건을 모두 만족시킬 수 있도록 적절하게 설계하는 것이 좋다.

도 2에서와 같이 케이블(100)을 통해 전송된 주파수 신호의 패턴과 일정한 간격을 두고 나란히 설계되는 인덕터(L)의 한쪽 끝은 주파수 신호의 신호왜곡 및 반사손실을 최소화 하기 위해 종단저항(R_T)과 연결된다. 본 실시예에서 종단저항(R_T)값은 50Ω 또는 75Ω으로 적용할 수 있다.

인덕터(L)의 다른 한쪽 끝은 다이오드(D)의 애노드부와 연결되며 상기 다이오드(D)의 캐소드부는 커패시터(C)와 직렬로 접속되고 이 커패시터(C)와 병렬로 연결된 출력저항(R_L)과도 직렬로 접속된다. 커패시턴스 성분(Cp)과 인덕터(L)가 이루는 직렬공진회로 및 커플링 동작에 의해 인덕터(L)에 유기된 임의의 주파수 신호는 다이오드(D)와 커패시터(C)를 통해 직류전압으로 출력되며 출력저항(R_L) 양단에서 이 전압(V_F)을 확인 할 수 있다. 이 전압(V_F)값의 정상여부를 판단하여 GPS위성신호를 GPS 수신모듈(20)로 전송하는 케이블(100)의 불량 여부를 판단할 수 있으며, 이를 통해 차량 내 GPS수신 불량 발생 시 불량의 원인이 케이블(100)에 있는지 GPS 수신모듈(20)에 있는지 구분할 수 있다.

도 1 및 도 2에 의한 GPS 수신불량 감지 시스템의 불량 감지 과정은 다음과 같다.

GPS 안테나(10)와 GPS 수신모듈(20) 사이에 연결되어 GPS 위성신호를 전송하는 케이블(100)에 GPS 수신불량이 발생하는 위치를 감지하기 위한 주파수 신호를 주파수 인가부(200)에서 인가한다. 이 주파수 신호는 GPS 위성신호와 함께 케이블(100)을 통해 GPS 수신모듈(20)로 전송되는데 케이블(100)의 수신단에서 커플링 방식의 신호 추출부(300)회로를 거쳐 주파수 인가부(200)에서 인가된 주파수 신호만을 전압 레벨로 추출한다. 이 신호의 전압 레벨이 정상인지 아닌지 제어부(400)에서 판단하게 되며 미리 정해진 정상 기준을 벗어나는 경우 이 신호의 전송선로인 케이블(100)에 단선/단락의 불량이 발생했다고 판단할 수 있다. 이는 곧 같은 케이블(100)을 통해 전송되는 GPS 위성신호에도 케이블(100)의 단선/단락에 의한 전송 불량이 발생한 것이며 이 케이블(100)불량으로 인해 GPS 수신불량이 발생하였다고 판단할 수 있게 된다. 반대로 제어부(400)에서 확인한 주파수 신호의 전압 레벨이 정상 기준을 만족하는데 GPS 수신불량이 발생했다면, GPS 위성신호의 전송선인 케이블(100)은 정상이라는 것을 의미하며 GPS 수신불량은 GPS 수신모듈(20) 불량에 의한 것이라고 판단할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 이에, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : GPS 안테나 20 : GPS 수신모듈
100 : 케이블 200 : 주파수 인가부
201 : 주파수 발생기 300 : 신호 추출부
400 : 제어부

Claims (5)

1. GPS안테나로부터 수신된 위성신호를 차량 내 GPS 수신모듈로 전송하는 케이블;
   특정 주파수 신호를 발생시켜 상기 케이블에 인가하는 주파수 인가부;
   상기 케이블을 통해 전송된 주파수 신호의 레벨을 추출하는 신호 추출부; 및
   상기 신호 추출부에서 추출된 신호 레벨을 이용하여 상기 케이블의 불량여부를 판별하는 제어부; 를 포함하는 GPS 수신불량 감지 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 주파수 인가부는, GPS위성 신호의 주파수와 값이 다른 주파수 신호를 인가하는 GPS수신불량 감지 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 신호 추출부는, 상기 케이블을 통해 전송된 주파수 신호의 패턴과 일정한 간격을 두고 나란히 설계되는 인덕터(L);
   상기 인덕터(L)와 직렬로 연결되는 종단저항(R_T);
   상기 인덕터(L)와 애노드부가 직렬로 연결되는 다이오드(D);
   상기 다이오드(D)의 캐소드부와 직렬로 연결되는 커패시터(C); 및
   상기 커패시터(C)와 병렬 연결되어 상기 다이오드(D)의 캐소드부와 직렬로 연결되는 출력저항(R_L);을 포함하는 GPS수신불량 감지 시스템.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 신호 추출부는, 상기 주파수 신호의 레벨이 상기 주파수 신호 패턴과 상기 인덕터(L)간의 간격과 배선 길이에 의한 커플링 결합비(Coupling Factor)에 의해 일정한 비율로 감소되어 상기 주파수 신호 패턴에 유기되는 GPS수신불량 감지 시스템.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 출력저항(R_L) 양단의 전압값을 측정하여 미리 계산된 정상범위를 벗어나면 상기 케이블의 불량을 판단하는 GPS수신불량 감지 시스템.

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