KR101673995B1

KR101673995B1 - AltBOC 신호 추적을 위한 주변 첨두 제거 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR101673995B1
Application number: KR1020140069208A
Authority: KR
Inventors: 이성로; 채근홍; 윤석호
Original assignee: 목포대학교산학협력단
Priority date: 2014-06-09
Filing date: 2014-06-09
Publication date: 2016-11-08
Also published as: KR20150140949A

Abstract

AltBOC 신호 추적을 위한 주변 첨두 제거 장치 및 그 방법을 개시한다. 첨두 제거 방법으로서, AltBOC(Alternative Binary Offset Carrier) 신호를 수신하는 단계, 수신된 AltBOC 신호를 다수의 부분 부반송파로 해석하는 단계, 해석한 부분 부반송파로부터 부분상관 함수를 얻는 단계 및 부분 상관함수들을 조합하여 주변 첨두를 제거하는 단계를 포함한다.

Description

AltBOC 신호 추적을 위한 주변 첨두 제거 장치 및 그 방법 {APPARATUS FOR ELIMINATING SIDE PEAK CANCELLATION FOR ALTBOC SIGNAL TRACKING AND METHOD THEREOF}

본 발명은 주변 첨두 제거 장치 및 그 방법에 관한 것으로서 구체적으로, AltBOC(Alternative Binary Offset Carrier) 신호 추적을 위한 주변 첨두 제거 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

최근 위성 항법 시스템의 (Global Navigation Satellite System: GNSS) 수요가 꾸준히 증가함에 따라, 각 국가에서는 새로운 GNSS를 준비하거나, 기존의 GNSS를 발전시키고 있다. 특히, 최근에 활발히 준비되고 있는 Galileo, GPS (Global Positioning System) 현대화 등은 측위 성능을 높이기 위하여 이진 오프셋반송파 (Binary Offset Carrier: BOC) 신호를 사용하고 있다. 특히, AltBOC(Alternative Binary Offset Carrier) 신호는 여러 GNSS들 중 COMPASS B2ab 및 Galileo E5ab 신호에 적용된다.

위성 항법 시스템에서는 올바른 의사거리를 (Pseudo Range) 얻기 위하여 시간 동기화가 매우 중요하다. 의사거리(pseudorange)는 일반적으로 GPS(Global Positioning Systems)에서 사용하는 방식으로, 위성과 지구에 존재하는 GPS 수신기 사이의 대략적인 거리를 의미한다

하지만, AltBOC 신호의 자기상관함수에는 (Auto Correlation Function) 다수의 주변 첨두가 (Side Peak) 존재하고, 이 때문에 신호 추적 과정에서 올바른 추적 지점인 주첨두가 (Main Peak) 아닌 주변 첨두(Side Peak)에서 신호가 추적될 수 있다.

본 발명의 목적은 AltBOC 신호의 추적 성능을 높이기 위해 자기상관함수에 존재하는 주변 첨두를 제거하여, 추적 성능을 높이는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 첨두 제거 방법은 AltBOC(Alternative Binary Offset Carrier) 신호를 수신하는 단계, 수신된 AltBOC 신호를 다수의 부분 부반송파로 해석하는 단계, 해석한 부분 부반송파로부터 적어도 하나의 부분 상관 함수를 획득하는 단계 및 상기 획득한 적어도 하나의 부분 상관 함수들을 조합하여 주변 첨두를 제거하는 단계를 포함한다.

해석한 부분 부반송파로부터 부분상관 함수를 얻는 단계는, AltBOC 신호의 부반송파를 다수의 부반송파의 합으로 해석하여, 부분 상관함수를 생성한다.

본 발명에 따르면, 자기상관함수에 비해 신호 추적 성능을 향상시킨다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 AltBOC 신호 추적을 위한 주변 첨두 제거 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 AltBOC 신호의 부반송파를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 AltBOC 신호의 부분 부반송파를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 부분 상관함수 및 제안한 상관함수를 생성하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 최종 상관함수 및 자기상관함수를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 AltBOC 신호에 대한 CNR의 값에 따른 본 발명의 상관함수와 AltBOC 자기상관함수의 TESD 성능을 나타낸 도면이다.

본 발명에서는 AltBOC (Alternative Binary Offset Carrier) 신호의 부반송파를 여러 부분 부반송파의 합으로 해석하여, 부분 상관함수를 생성하고, 생성된 부분 상관함수들을 재결합함으로써, 주변 첨두를 제거한다. 주변 첨두를 제거하여, 신호 추적 성능을 높일 수 있는 새로운 상관함수를 생성한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 AltBOC 신호 추적을 위한 주변 첨두 제거 방법을 나타낸 순서도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 주변 첨두 제거 방법은 AltBOC(Alternative Binary Offset Carrier) 신호를 수신하는 단계(S110), 수신된 AltBOC 신호를 다수의 부분 부반송파로 해석하는 단계(S120), 상기 해석한 부분 부반송파로부터 부분상관 함수를 얻는 단계(S130), 상기 부분 상관함수들을 조합하여 주변 첨두를 제거하는 단계(S140)를 포함한다.

일반적인, AltBOC 신호는 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

는 신호 전력을 나타내며,

는 항법 데이터를 의미한다. ceil(ㆍ)함수는 인자를 올림하는 함수이고,

는

의 나머지를 의미한다.

는 AltBOC 신호의 부반송파의 값을 의미한다.

는 x의 값이 0, 1, 2, 3, ..., 7일 때, 각각

의 값을 가진다.

는

에 존재하는 단위 구형파를 의미하고,

는 의사잡음부호의 (pseudorandom noise: PRN) 칩 주기,

는 i째 의사잡음부호의 값을 의미한다. 또한, AltBOC 신호의 부반송파 주파수는 15.345MHz이다.

도 2는 AltBOC 신호의 부반송파를 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 일반적으로 GNSS에서는 시간 동기화를 위한 별도의 파일럿 채널을 제공하며, 파일럿 채널에서는 빠르고 정확한 동기화를 위해 항법 데이터의 값은 1인 특성을 가진다.

본 발명은 파일럿 채널을 가정하는 신호 추적 기술에 사용되는 상관함수를 제안한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에서는 AltBOC 신호의 부반송파를 총 4개의 부분 부반송파로 해석하고, 이로부터 생성된 부분 상관함수의 재조합을 통하여 주변 첨두가 제거된 상관함수를 얻는다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 AltBOC 신호의 부분 부반송파를 나타낸 도면이다.

AltBOC 신호의 부반송파는 아래의 수학식 2를 이용하여 나타낼 수 있다.

이를

가 되도록 부반송파

를 부분 부반송파

로 해석한다. 부분 부반송파

는 아래의 수학식 3과 같이 나타내어질 수 있다.

여기서,

가 0, 1, 2, 3, ..., 7일 때,

는

의 값을 가지며,

는

의 값을,

는

값을 가지고,

는

의 값을 가진다.

이에 따라, 각 부분 부반송파는 도 3에 도시된 것처럼 나타내어진다.

부분 반송파를 이용하여 정규화된 AltBOC 신호의 자기상관함수

를 정리하면 아래와 같다. 이때, T는 의사잡음부호의 주기를 의미한다.

여기서,

는 분할된 국소 신호와 수신 신호 간의 상관을 의미하며, 각

를 부분 상관함수라 정의한다.

도 4에는 부분 상관들을 나타내며, 이는 도2와 같은 형태의 부반송파가 포함된 수신 신호와, 도 3과 같은 형태의 부분 부반송파를 포함한 국소 신호 간의 상관으로 해석할 수 있다.

도 4의 부분 상관함수

및

는 서로 좌우 대칭이며, 주 첨두 부분을 제외하고는 두 함수의 곱이 0임을 알 수 있다.

이에 따라, 아래의 수학식 5의 수학적 정리를 사용하여, 주변 첨두가 제거된 상관함수를 만들 수 있다.

수학식 5를 이용하여, 주변 첨두가 제거된 상관함수

를 생성할 수 있다.

다음으로, 주변 첨두가 제거된 상관함수의 높이를 높이기 위하여, 추가적인 연산을 수행한다.

먼저,

를 생성하고, 마지막으로

과

를 이용하여

를 생성한다.

최종 상관함수

는 아래의 수학식 6과 같이 생성한다.

상기 최종 상관함수

를 생성하는 과정은 도 4에 상세히 도시하였다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 최종 상관함수 및 자기상관함수를 나타낸 도면이다.

도 5에는 제안한 상관함수

와 자기상관함수가 함께 도시되어 있다. 이로부터 제안한 상관함수는 자기상관함수에 비해 주변 첨두가 완전히 제거됨과 동시에, 더욱 뾰족한 주첨두를 가지는 것을 확인할 수 있다.

AltBOC 신호 추적을 위한 판별기(discriminator) 출력

는 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.

여기서

는 선후 간격을 나타낸다.

판별기 출력은 지연 고정 루프의 (delay lock loop) 수치 제어된 오실레이터에 의해

가 0이 될 때까지 동작하며, 시간 동기화를 맞추고 유지한다.

다음으로, AltBOC 자기상관함수와 본 발명의 상관함수의 Tracking Error Standard Deviation(TESD) 성능을 모의실험을 통해 비교하였다.

TESD는

로 정의되고, 여기서

는

의 표준 편차,

은 루프필터의 대역폭,

는 적분시간, 그리고

이다.

모의실험은

,

의 조건 아래에서 수행되었다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 AltBOC 신호에 대한 CNR(Carrier-to-Noise Ratio)의 값에 따른 본 발명의 상관함수와 AltBOC 자기상관함수의 TESD 성능을 나타낸 도면이다. 여기서, CNR은

로 정의되며,

는 잡음 전력 밀도이다.

도 6에서부터 본 발명의 상관함수는 모든 CNR 범위에서 자기상관함수에 비해 더욱 좋은 TESD 성능을 보여줌을 알 수 있다.

본 발명의 최종 상관함수는 35

까지의 CNR에서 더욱 좋은 성능을 보여주며, 이후에는 수렴하여 자기상관함수와 비슷한 성능을 보여 준다.

본 발명에서는 AltBOC (Alternative Binary Offset Carrier) 신호의 부반송파를 여러 부분 부반송파의 합으로 해석하여, 부분 상관 함수를 생성하고, 생성된 부분 상관 함수들을 재결합함으로써, 주변 첨두를 제거한다. 이로써, 신호 추적 성능을 높일 수 있는 새로운 상관함수를 생성할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

AltBOC 신호의 상관함수 생성 과정에서 AltBOC 신호 추적을 위한 주변 첨두 제거 방법으로서,
AltBOC(Alternative Binary Offset Carrier) 신호를 수신하는 단계;
상기 수신된 AltBOC 신호의 부반송파를 4개의 부분 부반송파(s_i(t))로 해석하는 단계;
상기 해석된 부분 부반송파(s_i(t))로부터 적어도 하나의 부분 상관 함수(C_i(τ))를 획득하는 단계; 및
상기 획득된 적어도 하나의 부분 상관 함수들을 조합하여 주변 첨두를 제거하는 단계;를 포함하되,
상기 4개의 부분 부반송파(s_i(t))는 아래의 수학식 3을 통해 계산되며,
상기 부분 상관 함수(C_i(τ))는 아래의 수학식 4를 통해 계산되는 것
[수학식 3]

, 여기서,mod(a,b)는 a/b의 나머지, sc_i는 상기 AltBOC 신호의 부반송파의 값,
는 [0, T_c/8]에 존재하는 단위 구형파, T_c는 의사잡음부호의 칩 주기, C_i는 i째 의사잡음부호의 값을 의미하며,
[수학식 4]

, 여기서, R(τ)는 상기 부분 부반송파를 이용하여 정규화된 상기 AltBOC 신호의 자기상관함수, P는 신호전력, T는 의사잡음부호의 주기, C_i(τ)는 상기 부분 부반송파가 곱해져 있는 국소신호와 수신 신호간의 상관을 의미하는 부분 상관함수, g(t)는 상기 수신된 AltBOC 신호, g_i(t)는 분할된 상기 부분 부반송파가 곱해져 있는 국소 신호를 나타내는 것
인 주변 첨두 제거 방법.
제 1항에 있어서, 상기 주변 첨두를 제거하는 단계는,
아래의 수학식 6을 통해 최종 상관함수(R_proposed(τ))를 계산하는 단계를 포함하는 것
[수학식 6]

, 여기서,R₀(τ)=C₀(τ)⊙C₃(τ)이고, R₁(τ)=C₁(τ)⊙C₂(τ)이며, A⊙B=｜A(τ)｜+｜B(τ)｜-｜A(τ)-B(τ)｜인 것
인 주변 첨두 제거 방법.