KR101817805B1

KR101817805B1 - Ｇｐｓ 수신기 및 항법해 산출 방법

Info

Publication number: KR101817805B1
Application number: KR1020110087458A
Authority: KR
Inventors: 정성균; 이상욱
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2018-02-21
Also published as: US8912953B2; KR20130024181A; US20130050018A1

Abstract

본 발명에 따른 GPS 수신기는, 위성들부터 항법 신호를 수신하는 항법 신호 수신부; 상기 수신된 항법 신호로부터 각 위성의 위치 정보를 획득하고 의사 거리를 측정하는 항법 신호 처리부; 상기 항법 신호가 수신되는 위성의 수가 3 이하인 경우에 항법 신호가 수신되었던 위성들 중 의사 거리 추정이 가능한 위성이 존재하는지 판별하고, 상기 판별된 위성의 의사 거리를 추정하는 의사 거리 추정부; 및 상기 측정된 의사 거리와 상기 추정된 의사 거리를 이용하여 항법해를 계산하는 항법해 계산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＧＰＳ 수신기 및 항법해 산출 방법{GPS receiver and navigation solution calculation method thereof}

본 발명은 항법 위성을 통하여 사용자의 위치를 알아내는 위성 항법 시스템(GPS: Global Positioning System)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 GPS 수신기 및 항법해 산출 방법에 관한 것이다.

위성 항법 시스템은 위성들로부터 송신되는 항법 신호를 수신하여 수신기의 현재의 위치를 계산하는 기술이다. 주지된 바와 같이, 수신기의 위치를 계산하기 위해서는 최소 4개 이상의 위성으로부터 항법 신호를 수신하여야 하고, 이렇게 항법 신호가 수신되는 위성의 수가 많을수록 일반적으로 정확한 위치를 계산할 수 있다.

그러나 산악 지형이나 도심의 빌딩, 가로수 등과 같은 장애물에 의해 항법 신호가 차단되는 경우 항법 신호가 수신되는 위성의 수가 줄어들어 항법 성능이 떨어지게 되며, 항법 신호가 수신되는 위성의 개수가 3개 이하로 줄어드는 경우 수신기의 위치를 계산할 수 없게 된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 산악 지형이나 도심 등과 같이 항법 신호가 일시적으로 차단되는 지역에서 GPS 수신기의 항법 성능을 향상시키는 데에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 GPS 수신기는, 위성들부터 항법 신호를 수신하는 항법 신호 수신부; 상기 수신된 항법 신호로부터 각 위성의 위치 정보를 획득하고 의사 거리를 측정하는 항법 신호 처리부; 상기 항법 신호가 수신되는 위성의 수가 3 이하인 경우에 항법 신호가 수신되었던 위성들 중 의사 거리 추정이 가능한 위성이 존재하는지 판별하고, 상기 판별된 위성의 의사 거리를 추정하는 의사 거리 추정부; 및 상기 측정된 의사 거리와 상기 추정된 의사 거리를 이용하여 항법해를 계산하는 항법해 계산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 의사 거리 추정부는, 상기 GPS 수신기의 위치를 추정하고, 상기 판별된 위성의 궤도 정보로부터 상기 판별된 위성의 위치를 계산하고, 상기 GPS 수신기의 위치와 상기 판별된 위성의 위치를 이용하여 상기 의사 거리를 추정할 수 있다.

상기 의사 거리 추정부는 과거 일정 시점의 상기 GPS 수신기의 위치 정보와 속도 및 가속도 정보를 이용하여 상기 GPS 수신기의 위치를 추정할 수 있다.

상기 GPS 수신기는, 상기 항법 신호가 수신되는 위성들 중 각각의 위성의 항법 신호를 이용하여 이상 위성을 판별하는 이상 위성 판별부를 더 포함하고, 상기 의사 거리 추정부는 상기 항법 신호가 수신되는 위성들에서 상기 이상 위성을 제외한 위성의 수가 3 이하인 경우에 상기 의사 거리 추정이 가능한 위성이 존재하는지 판별할 수 있다.

상기 이상 위성 판별부는 상기 항법 신호의 신호대 잡음비에 기초하여 상기 이상 위성을 판별할 수 있다.

상기 이상 위성 판별부는 상기 항법 신호로부터 얻어지는 측정치인 의사 거리 또는 반송파 위상의 시간에 따른 변화에 기초하여 상기 이상 위성을 판별할 수 있다.

상기 의사 거리 추정부는, 현재로부터 과거 일정 시점 내에서 항법 신호가 수신되었으나 현재 시점에 항법 신호가 수신되지 않는 위성을 상기 의사 거리 추정이 가능한 위성으로 판별할 수 있다.

상기 의사 거리 추정부는, 현재로부터 과거 일정 시점 이내에 신호대 잡음비가 미리 설정된 임계치 이상이었으나 현재 시점에 신호대 잡음비가 상기 임계치 이하로 떨어진 위성을 상기 의사 거리 추정이 가능한 위성으로 판별할 수 있다.

상기 의사 거리 추정부는 상기 추정된 의사 거리를, 상기 판별된 위성의 과거에 측정된 의사 거리로부터 추정되는 의사 거리를 이용하여 보정할 수 있다.

상기 판별된 위성의 과거에 측정된 의사 거리로부터 추정되는 의사 거리는 다차 함수를 이용한 모델링, 신경망을 이용한 모델링, 칼만 필터 중 어느 하나의 기법을 이용하여 추정될 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 항법해 산출 방법은, 위성들부터 항법 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 항법 신호로부터 각 위성의 위치 정보를 획득하고 의사 거리를 측정하는 단계; 상기 항법 신호가 수신되는 위성의 수가 3 이하인 경우에 항법 신호가 수신되었던 위성들 중 의사 거리 추정이 가능한 위성이 존재하는지 판별하는 단계; 상기 의사 거리 추정이 가능한 위성이 존재하는 경우 판별된 위성의 의사 거리를 추정하는 단계; 및 상기 측정된 의사 거리와 상기 추정된 의사 거리를 이용하여 항법해를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 의사 거리를 추정하는 단계는, 상기 GPS 수신기의 위치를 추정하고, 상기 판별된 위성의 궤도 정보로부터 상기 판별된 위성의 위치를 계산하고, 상기 GPS 수신기의 위치와 상기 판별된 위성의 위치를 이용하여 상기 의사 거리를 추정할 수 있다.

상기 의사 거리를 추정하는 단계는 과거 일정 시점의 상기 GPS 수신기의 위치 정보와 속도 및 가속도 정보를 이용하여 상기 GPS 수신기의 위치를 추정할 수 있다.

상기 항법해 산출 방법은, 상기 항법 신호가 수신되는 위성들 중 각각의 위성의 항법 신호를 이용하여 이상 위성을 판별하는 단계를 더 포함하고, 상기 의사 거리를 추정하는 단계는 상기 항법 신호가 수신되는 위성들에서 상기 이상 위성을 제외한 위성의 수가 3 이하인 경우에 상기 의사 거리 추정이 가능한 위성이 존재하는지 판별할 수 있다.

상기 이상 위성을 판별하는 단계는 상기 항법 신호의 신호대 잡음비에 기초하여 상기 이상 위성을 판별할 수 있다.

상기 이상 위성을 판별하는 단계는 상기 항법 신호로부터 얻어지는 측정치인 의사 거리 또는 반송파 위상의 시간에 따른 변화에 기초하여 상기 이상 위성을 판별할 수 있다.

상기 의사 거리 추정이 가능한 위성이 존재하는지 판별하는 단계는, 현재로부터 과거 일정 시점 내에서 항법 신호가 수신되었으나 현재 시점에 항법 신호가 수신되지 않는 위성을 상기 의사 거리 추정이 가능한 위성으로 판별할 수 있다.

상기 의사 거리 추정이 가능한 위성이 존재하는지 판별하는 단계는, 현재로부터 과거 일정 시점 이내에 신호대 잡음비가 미리 설정된 임계치 이상이었으나 현재 시점에 신호대 잡음비가 상기 임계치 아래로 떨어진 위성을 상기 의사 거리 추정이 가능한 위성으로 판별할 수 있다.

상기된 본 발명에 의하면 도심이나 산악 지형에서 장애물로 인하여 항법 신호가 일시적으로 차단되는 경우에 위성의 의사 거리를 추정함으로써 GPS 수신기의 오류를 방지하고 항법 성능을 유지할 수 있다.

도 1은 일반적인 위성 항법 시스템에서 항법 신호가 장애물에 의해 차단되어 항법 성능이 저하되는 경우의 예를 보여 준다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 수신기의 구성을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 항법해 산출 방법의 흐름도를 나타낸다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 일반적인 위성 항법 시스템에서 항법 신호가 장애물에 의해 차단되어 항법 성능이 저하되는 경우의 예를 보여 준다. 도시된 바와 같이, GPS 수신기(18)는 차량(19) 또는 사람 등 이동체에 구비되며, 차량(19)이 이동하면서 빌딩(16, 17) 등과 같은 장애물에 의해 일시적으로 항법 신호가 차단될 수 있다. GPS 수신기(18)는 위치를 계산하기 위해서 4개 이상의 위성들, 예컨대 위성들(11, 12, 13, 14, 15)로부터 항법 신호를 정상적으로 수신하여야 한다. 하지만 도시된 바와 같이 빌딩(16, 17)에 의해 일부 위성(11, 15)으로부터 항법 신호가 수신되지 않는 경우 항법 신호가 수신되는 가시 위성이 위성들(12, 13, 14) 3개 뿐이어서 GPS 수신기(18)는 위치를 계산할 수 없게 된다.

본 발명에서는 이와 같이 일부 위성으로부터의 항법 신호가 일시적으로 차단되어 항법 신호가 수신되는 가시 위성의 개수가 3개 이하로 줄어들게 되거나, 일부 위성의 항법 신호의 품질이 좋지 않아 항법해 계산에 이용 가능한 가용 위성이 3개 이하로 줄어드는 경우에, 항법 신호의 측정치인 의사 거리를 추정함으로써 GPS 수신기의 항법 성능이 유지되도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 수신기의 구성을 나타낸다. 본 실시예에 따른 GPS 수신기는 항법 신호 수신부(110), 항법 신호 처리부(120), 이상 위성 판별부(130), 항법해 계산부(140), 의사거리 추정부(150), 메모리(160)를 포함하여 이루어진다.

항법 신호 수신부(110)는 안테나(105)를 통하여 다수의 위성으로부터 항법 신호를 수신한다. 이때 항법 신호가 수신되는 위성을 가시 위성이라 한다. 항법 신호에는 PRN 코드와 반송파 정보, 그리고 항법 메시지가 포함되어 있다.

항법 신호 처리부(120)는 수신된 항법 신호로부터 항법 메시지를 획득하고 의사 거리(pseudo range)와 반송파 위상(carrier phase) 등의 측정치를 계산한다. 항법 메시지는 해당 위성의 상태를 나타내는 정보와 궤도 정보(ephemeris), 알마낙(almanac) 정보, 그리고 전리층 모델에 관한 정보가 포함되어 있다. 의사 거리란 위성과 GPS 수신기와의 대략적인 거리로서, 해당 위성으로부터 전송된 PRN 코드가 GPS 수신기에 도달하는데 걸린 시간을 측정하여 계산된다. 또한 항법 신호 처리부(120)는 위성의 궤도 정보를 이용하여 해당 위성의 위치 정보를 획득한다.

항법해 계산부(140)는 위성들의 항법 신호로부터 얻어지는 각 위성의 위치 정보와 의사 거리를 이용하여 항법해를 계산함으로써 GPS 위성의 위치 정보를 획득한다. 전술한 바와 같이, 적어도 4개 이상의 위성의 위치 정보와 의사 거리가 주어져야 항법해를 계산할 수 있다.

이상 위성 판별부(130)는 항법 신호 처리부(120)에서 처리되는 항법 신호를 이용하여 가시 위성들 중에서 항법 신호의 품질이 좋지 않은 이상 위성을 판별한다. 품질이 좋지 않은 항법 신호로부터 얻어지는 측정치와 위성의 위치 정보로 항법해를 계산하는 경우 오류가 발생할 수 있기 때문이다. 이상 위성 판별부(130)는 이러한 이상 위성이 판별되는 경우, 그 정보를 항법 신호 처리부(120) 또는 항법해 계산부(140)에 제공한다. 그러면 항법 신호 처리부(120)는 해당 위성의 항법 신호는 처리하지 않거나, 항법해 계산부(140)는 해당 위성의 위치 정보와 의사 거리는 항법해를 계산하는 과정에서 제외시킨다. 이처럼 가시 위성에서 이상 위성을 제외한 위성을 가용 위성이라 한다.

이상 위성 판별부(130)가 이상 위성을 판별하기 위한 구체적인 방법은 다음과 같다.

일 실시예로서, 이상 위성 판별부(130)는 항법 신호의 신호대 잡음비(SNR: signal to noise ratio)를 측정하여 이상 위성을 판별할 수 있다. 예컨대, 항법 신호의 신호대 잡음비가 미리 설정된 임계치 이하인 경우 해당 위성을 이상 위성으로 판별할 수 있다.

다른 실시예로서, 이상 위성 판별부(130)는 항법 신호로부터 얻어지는 측정치의 시간에 따른 변화를 이용하여 이상 위성을 판별할 수 있다. 예컨대, 의사 거리 또는 반송파 위상이 갑작스럽게 변하는 경우 해당 위성을 이상 위성으로 판별할 수 있다. 이 경우 이상 위성 판별부(130)는 항법 신호 처리부(120)에서 얻어지는 의사 거리 또는 반송파 위상의 시간에 따른 변화율을 계산하고 이 변화율이 미리 설정된 임계치 이상인 경우 해당 위성을 이상 위성으로 판별할 수 있다. 또 다른 예로, 의사 거리와 반송파 위상의 시간에 따른 변화 특성을 비교하여 이상 위성을 판별할 수 있다. 다시 말하면, 의사 거리는 변화가 거의 없었는데 반송파 위상만 갑작스럽게 변하였다면 이상 위성으로 판별하는 것이다. 이 경우 이상 위성 판별부(130)는 의사 거리와 반송파 위상의 시간에 따른 변화율을 각각 계산하고 의사 거리의 변화율과 반송파 위상의 변화율의 비가 미리 설정된 임계치 이상인 경우 해당 위성을 이상 위성으로 판별할 수 있다.

이상 위성 판별 결과에 따른 가용 위성의 수가 여전히 4개 이상인 경우 항법해 계산부(140)는 항법해를 계산할 수 있다. 그러나 가용 위성의 수가 3개 이하가 되면 항법해 계산부(140)는 항법해를 계산할 수 없다. 이처럼 가시 위성에서 이상 위성을 제외한 위성의 수가 3개 이하인 경우, 의사 거리 추정부(150)는 우선 현재 가용 위성들 외에 항법 신호가 수신되었던 위성들 중 의사 거리의 추정이 가능한 위성이 존재하는지 판별한다.

의사 거리 추정이 가능한 위성은 기존에 항법 신호가 수신되어 가용 위성으로 활용되다가 장애물에 의해 항법 신호가 차단되어 가용 위성에서 벗어난 위성, 혹은 기존에 신호 품질이 좋아서 가용 위성으로 활용되다가 갑작스럽게 신호 품질이 악화되어 가용 위성에서 벗어난 위성이 해당한다.

의사 거리 추정부(150)는 의사 거리 추정이 가능한 위성을 판별하기 위하여 현재로부터 과거 일정 시점 내에서 항법 신호 수신부(110)에서 항법 신호가 수신되다가 현재 시점에 항법 신호가 수신되지 않는 위성이 존재하는지 검사한다. 예컨대 현재 시점에서 현재로부터 1초 이전의 시점 내에서 항법 신호가 수신되어 항법 신호 처리부(120)에서 처리된 적이 있었으나 현재 시점에서는 항법 신호가 수신되지 않는 위성이 존재하는지 검사한다.

또한 의사 거리 추정부(150)는 이러한 의사 거리 추정이 가능한 위성을 판별하기 위하여 현재로부터 과거 일정 시점 내에서 항법 신호 수신부(110)에서 항법 신호가 수신되고 이상 위성 판별부(130)에서 신호대 잡음비가 미리 설정된 임계치 이상이었으나 현재 시점에 신호대 잡음비가 떨어져 가용 위성에서 벗어난 위성이 존재하는지 검사한다. 예컨대 현재로부터 1초 이전의 시점에 항법 신호가 수신되고 신호대 잡음비가 임계치 이상이어서 항법 신호 처리부(120)에서 처리된 적이 있었으나 현재 시점에서는 신호대 잡음비가 임계치보다 내려간 위성이 존재하는지 검사한다.

다만, 의사 거리 추정부(150)는 위성의 앙각을 측정하여 지면 아래로 사라진 위성은 의사 거리 추정이 가능한 위성에서 제외시킬 수 있다. 이러한 위성은 다시 정상적인 위성으로 회복될 가능성이 매우 희박하기 때문이다.

도시된 바와 같이 GPS 수신기는 메모리(160)를 구비하고, 이 메모리(160)에는 수신되는 항법 신호에 대한 신호대 잡음비 등의 정보와 항법 신호로부터 얻어지는 항법 메시지 및 측정치가 시간 순서로 저장된다. 새로이 수신되는 항법 신호에 대한 정보와 해당 항법 신호로부터 얻어지는 항법 메시지 및 측정치는 계속 업데이트되며, 가장 오래된 정보는 메모리(160)에서 주기적으로 삭제된다. 여기에 저장되는 정보는 의사 거리 추정부(150)가 의사 거리 추정이 가능한 위성을 판별하기 위하여, 그리고 의사 거리를 추정하기 위하여 사용된다.

의사 거리 추정이 가능한 위성이 판별되면, 의사 거리 추정부(150)는 판별된 위성의 의사 거리를 추정한다.

일 실시예에서, 의사 거리 추정부(150)는 GPS 수신기의 과거 움직임 정보로부터 현재 위치를 추정하고, 추정된 위치를 이용하여 위성의 의사 거리를 추정한다. 이를 위하여 상기 메모리에는 항법해 계산을 통해 얻어지는 GPS 수신기의 위치 정보와 속도, 가속도 정보가 시간 순서대로 저장되고 가장 오래된 정보는 주기적으로 삭제된다.

의사 거리 추정부(150)는 메모리(160)를 참조하여, 가장 최근의 GPS 수신기의 위치 정보와 속도, 가속도 정보를 읽어온다. 이 정보는 항법 신호가 수신되다가 차단된 시점 혹은 항법 신호의 신호대 잡음비가 임계치 이상이다가 임계치 이하로 내려간 시점에서 가장 가까운 시점의 GPS 수신기의 위치 정보와 속도, 가속도 정보에 해당할 수 있다. 그리고 의사 거리 추정부(150)는 읽어온 GPS 수신기의 위치 정보와 속도, 가속도 정보를 이용하여 현재 시점의 GPS 수신기의 위치를 추정한다. 또한, 의사 거리 추정부(150)는 메모리(160)에 저장된 해당 위성의 항법 메시지에 포함된 궤도 정보로부터 현재 시점의 해당 위성의 위치 정보를 계산한다. 이렇게 구해진 GPS 수신기의 위치 정보와 위성의 위치 정보를 이용하여 해당 위성의 의사 거리를 계산한다. 이렇게 추정된 위성의 의사 거리는 항법해 계산부(140)로 제공된다. 이와 같이 GPS 수신기의 위치 정보를 이용하여 위성의 의사 거리를 추정함으로써 GPS 수신기의 이동을 고려할 수가 있다.

항법 신호 처리부(120)가 항법 신호를 처리하는 가용 위성의 수와 의사 거리 추정부(150)가 의사 거리를 추정하는 위성의 수의 합이 4개 이상인 경우, 항법해 계산부(140)는 이들 위성의 의사 거리와 위치 정보를 이용하여 항법해를 계산함으로써 GPS 위성의 위치 정보를 획득한다. 따라서, 가용 위성의 수가 4개에 이르지 않더라도 가용 위성에 의사 거리가 추정된 위성의 수를 합하여 4개 이상이 되면 항법해를 계산할 수 있게 된다.

부가적으로, 의사 거리 추정부(150)는 의사 거리를 추정할 위성의 과거에 측정된 의사 거리를 이용하여 의사 거리를 추정하고, 이 결과를 이용하여 전술한 바와 같이 GPS 수신기의 위치 정보와 위성의 궤도 정보를 가지고 추정된 의사 거리를 보정할 수 있다. 해당 위성의 과거에 측정된 의사 거리 정보는 메모리(160)로부터 얻을 수 있다. 과거에 측정된 의사 거리 정보로부터 현재의 의사 거리를 추정하는 방법으로는 다차 함수를 이용하여 모델링하는 기법, 신경망(neural network)을 이용하여 모델링하는 기법, 칼만 필터(Kalman filter)를 이용하는 기법 등 기존에 알려진 다양한 기법을 활용할 수 있다. 이와 같이 과거에 측정된 의사 거리로부터 추정된 의사 거리는 GPS 수신기의 이동을 고려할 수는 없으나, 전술한 바와 같이 GPS 수신기의 위치 정보를 이용하여 추정된 의사 거리를 보정하는 역할을 할 수 있다. 이하에서는 편의상, GPS 수신기의 위치 정보와 위성의 궤도 정보를 이용하여 추정된 의사 거리를 제1 의사 거리라 칭하고, 과거에 측정된 의사 거리를 이용하여 추정된 의사 거리를 제2 의사 거리라 칭하기로 한다. 예컨대, 의사 거리 추정부(150)는 제1 의사 거리와 제2 의사 거리를 평균하거나 또는 가중 평균하여 위성의 의사 거리를 결정할 수 있다.

한편, 의사 거리 추정부(150)는 가용 위성 외의 위성의 의사 거리를 추정하는 경우에, 가용 위성의 의사 거리 역시 동일한 방법으로 추정하고 추정된 결과와 실제 측정치의 의사 거리를 비교함으로써 추정된 의사 거리를 검증할 수 있다. 검증 결과는 GPS 수신기의 위치 정보를 이용하여 추정된 의사 거리를 보정하는 데 활용될 수 있다.

예컨대, 의사 거리 추정부(150)는 가용 위성의 의사 거리 역시 GPS 수신기의 추정된 위치 정보와 가용 위성의 항법 메시지에 포함된 궤도 정보로부터 얻어지는 가용 위성의 위치 정보를 이용하여 추정한다. 그리고 추정된 의사 거리와 항법 신호 처리부(120)에서 측정된 의사 거리를 비교한다. 비교 결과 그 차이가 크지 않다면, 가용 위성 외 위성에 대하여 제1 의사 거리를 보정하지 않고 그대로 사용하거나 제1 의사 거리와 제2 의사 거리를 가중 평균할 때 제1 의사 거리에 보다 높은 가중치를 부여할 수 있다. 그러나 비교 결과 그 차이가 크다면 제1 의사 거리와 제2 의사 거리를 가중 평균할 때 제1 의사 거리에 보다 낮은 가중치를 부여한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 항법해 산출 방법의 흐름도를 나타낸다. 본 실시예에 따른 항법해 산출 방법은 상술한 GPS 수신기에서 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서 이하 생략된 내용이라 하더라도 GPS 수신기에 관하여 이상에서 기술된 내용은 본 실시예에 따른 항법해 산출 방법에도 적용된다.

310단계에서, 항법 신호 수신부(110)는 안테나(105)를 통하여 다수의 위성으로부터 항법 신호를 수신한다.

320단계에서, 항법 신호 처리부(120)는 항법 신호를 처리하여 항법 메시지를 획득하고 의사 거리와 반송파 위상 등의 측정치를 계산한다.

330단계에서, 이상 위성 판별부(130)는 320단계에서 처리되는 항법 신호를 이용하여 가시 위성들 중에서 항법 신호의 품질이 좋지 않은 이상 위성을 판별한다. 전술한 바와 같이, 이상 위성을 판별하는 방법으로는 항법 신호의 신호대 잡음비를 이용할 수 있다. 또는 항법 신호로부터 얻어지는 측정치의 시간에 따른 변화를 이용할 수 있다.

340단계에서, 이상 위성 판별부(130)는 가시 위성의 수에서 이상 위성의 수를 뺀 값이 3 이하인지 판단한다. 이 값이 3 이하가 아니면, 즉 가시 위성들에서 이상 위성을 제외한 가용 위성의 수가 4 이상인 경우 380단계로 진행하고, 380단계에서 항법해 계산부(140)는 이들 가용 위성의 항법 신호로부터 얻어지는 위치 정보와 의사 거리를 이용하여 항법해를 계산한다.

340단계에서 가시 위성의 수에서 이상 위성의 수를 뺀 값(N)이 3 이하이면, 350단계로 진행하고, 350단계에서 의사 거리 추정부(150)는 가용 위성 외에 항법 신호가 수신되었던 위성들 중 의사 거리 추정이 가능한 위성이 존재하는지 판별한다. 전술한 바와 같이, 현재로부터 과거 일정 시점 내에서 항법 신호가 수신된다가 항법 신호가 수신되지 않는 위성, 혹은 현재로부터 과거 일정 시점 내에서 수신되는 항법 신호의 신호대 잡음비가 임계치 이상이다가 임계치 이하로 내려간 위성을 의사 거리 추정이 가능한 위성으로 판별한다.

360단계에서, 의사 거리 추정부(150)는 가시 위성의 수에서 이상 위성의 수를 뺀 값(N)에 의사 거리 추정이 가능한 위성의 수를 더한 값이 4 이상인지 판단한다. 이 값이 4 미만인 경우, 즉 가용 위성에 의사 거리 추정 가능한 위성을 더하여도 그 수가 4에 이르지 않는 경우 항법해를 계산할 수 없으므로 다시 310단계로 돌아가서 위 과정을 반복한다.

가시 위성의 수에서 이상 위성의 수를 뺀 값(N)에 의사 거리 추정이 가능한 위성의 수를 더한 값이 4 이상이면, 370단계로 진행하고, 370단계에서 의사 거리 추정부(150)는 해당 위성의 의사 거리를 추정한다. 370단계에서는 전술한 바와 같이, GPS 수신기의 과거 움직임 정보로부터 GPS 수신기의 현재 위치를 추정하고, GPS 수신기의 위치 정보와 이전에 얻어진 해당 위성의 궤도 정보로부터 계산되는 해당 위성의 위치 정보를 이용하여 해당 위성의 의사 거리를 추정한다. 실시예에 따라, 의사 거리 추정부(150)는 해당 위성의 과거에 측정된 의사 거리를 이용하여 현재 의사 거리를 추정하고, 이 값을 이용하여 GPS 수신기의 추정된 위치 정보와 위성의 위치 정보를 이용하여 추정된 의사 거리를 보정할 수 있다.

370단계 이후에 380단계에서, 항법해 계산부(140)는 320단계에서 얻어진 가용 위성의 의사 거리와 370단계에서 추정된 가용 위성 외 위성의 의사 거리를 이용하여 항법해를 계산한다.

한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

위성들부터 항법 신호를 수신하는 항법 신호 수신부;
상기 수신된 항법 신호로부터 각 위성의 위치 정보를 획득하고 의사 거리를 측정하는 항법 신호 처리부;
상기 항법 신호가 수신되는 위성들 중 각각의 위성의 항법 신호에 대한 신호대 잡음비 및 상기 각각의 위성의 항법 신호로부터 얻어지는 측정치인 의사 거리와 반송파 위상의 시간에 따른 변화 특성을 이용하여 이상 위성을 판별하는 이상 위성 판별부;
상기 항법 신호가 수신되는 위성의 수가 3 이하인 경우에 항법 신호가 수신되었던 위성들 중 의사 거리 추정이 가능한 위성이 존재하는지 판별하고, 상기 판별된 위성의 의사 거리를 추정하는 의사 거리 추정부; 및
상기 측정된 의사 거리와 상기 추정된 의사 거리를 이용하여 항법해를 계산하는 항법해 계산부를 포함하고,
상기 의사 거리 추정부는,
GPS 수신기의 과거 움직임 정보로부터 GPS 수신기의 위치를 추정하고, 상기 판별된 위성의 궤도 정보로부터 상기 판별된 위성의 위치를 계산하고, 상기 GPS 수신기의 위치와 상기 판별된 위성의 위치를 이용하여 상기 위성의 의사 거리를 추정하며,
상기 추정된 의사 거리를, 판별된 위성의 과거에 측정된 의사 거리로부터 추정되는 의사 거리를 이용하여 상기 추정된 위성의 의사 거리를 보정하는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 의사 거리 추정부는 과거 일정 시점의 상기 GPS 수신기의 위치 정보와 속도 및 가속도 정보를 이용하여 상기 GPS 수신기의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기.
제1항에 있어서,
상기 의사 거리 추정부는 상기 항법 신호가 수신되는 위성들에서 상기 이상 위성을 제외한 위성의 수가 3 이하인 경우에 상기 의사 거리 추정이 가능한 위성이 존재하는지 판별하는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 의사 거리 추정부는, 현재로부터 과거 일정 시점 내에서 항법 신호가 수신되었으나 현재 시점에 항법 신호가 수신되지 않는 위성을 상기 의사 거리 추정이 가능한 위성으로 판별하는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기.
제1항에 있어서,
상기 의사 거리 추정부는, 현재로부터 과거 일정 시점 이내에 신호대 잡음비가 미리 설정된 임계치 이상이었으나 현재 시점에 신호대 잡음비가 상기 임계치 이하로 떨어진 위성을 상기 의사 거리 추정이 가능한 위성으로 판별하는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 판별된 위성의 과거에 측정된 의사 거리로부터 추정되는 의사 거리는 다차 함수를 이용한 모델링, 신경망을 이용한 모델링, 칼만 필터 중 어느 하나의 기법을 이용하여 추정되는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기.
GPS 수신기가 수행하는 항법해 산출 방법에 있어서,
위성들부터 항법 신호를 수신하는 단계;
상기 수신된 항법 신호로부터 각 위성의 위치 정보를 획득하고 의사 거리를 측정하는 단계;
상기 항법 신호가 수신되는 위성들 중 각각의 위성의 항법 신호에 대한 신호대 잡음비 및 상기 각각의 위성의 항법 신호로부터 얻어지는 측정치인 의사 거리와 반송파 위상의 시간에 따른 변화 특성을 이용하여 이상 위성을 판별하는 단계;
상기 항법 신호가 수신되는 위성의 수가 3 이하인 경우에 항법 신호가 수신되었던 위성들 중 의사 거리 추정이 가능한 위성이 존재하는지 판별하는 단계;
상기 의사 거리 추정이 가능한 위성이 존재하는 경우 상기 판별된 위성의 의사 거리를 추정하는 단계; 및
상기 측정된 의사 거리와 상기 추정된 의사 거리를 이용하여 항법해를 계산하는 단계를 포함하고,
상기 의사 거리를 추정하는 단계는,
상기 GPS 수신기의 과거 움직임 정보로부터 GPS 수신기의 위치를 추정하고, 상기 판별된 위성의 궤도 정보로부터 상기 판별된 위성의 위치를 계산하고, 상기 GPS 수신기의 위치와 상기 판별된 위성의 위치를 이용하여 상기 위성의 의사 거리를 추정하며,
상기 추정된 의사 거리를, 상기 판별된 위성의 과거에 측정된 의사 거리로부터 추정되는 의사 거리를 이용하여 상기 추정된 위성의 의사 거리를 보정하는 것을 특징으로 하는 항법해 산출 방법.
삭제
제11항에 있어서,
상기 의사 거리를 추정하는 단계는 과거 일정 시점의 상기 GPS 수신기의 위치 정보와 속도 및 가속도 정보를 이용하여 상기 GPS 수신기의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 항법해 산출 방법.
제11항에 있어서,
상기 의사 거리를 추정하는 단계는 상기 항법 신호가 수신되는 위성들에서 상기 이상 위성을 제외한 위성의 수가 3 이하인 경우에 상기 의사 거리 추정이 가능한 위성이 존재하는지 판별하는 것을 특징으로 하는 항법해 산출 방법.
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제11항에 있어서,
상기 의사 거리 추정이 가능한 위성이 존재하는지 판별하는 단계는, 현재로부터 과거 일정 시점 내에서 항법 신호가 수신되었으나 현재 시점에 항법 신호가 수신되지 않는 위성을 상기 의사 거리 추정이 가능한 위성으로 판별하는 것을 특징으로 하는 항법해 산출 방법.
제11항에 있어서,
상기 의사 거리 추정이 가능한 위성이 존재하는지 판별하는 단계는, 현재로부터 과거 일정 시점 이내에 신호대 잡음비가 미리 설정된 임계치 이상이었으나 현재 시점에 신호대 잡음비가 상기 임계치 아래로 떨어진 위성을 상기 의사 거리 추정이 가능한 위성으로 판별하는 것을 특징으로 하는 항법해 산출 방법.