KR101889105B1 - 보조 모드에서 동작하는 의사위성들을 이용하는 포지셔닝 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수신기 (R) 가 제공되는 오브젝트를 포지셔닝하기 위한 시스템에 관한 것이며, 이러한 시스템은, 포지셔닝 신호들을 송신하고 제한된 지역에 분포되는 의사위성들의 세트, 및 상기 수신기 (R) 와 통신하고 상기 오브젝트의 포지션을 계산할 수 있는 보조 수단 (S), 및 상기 의사위성들의 세트를 동적으로 구성할 수 있는 서버 (S) 를 포함하며, 상기 의사위성들은 각각 추가로 위성 네비게이션 시스템에서 위성 콘스텔레이션에 속하는 위성의 확산 코드에 대응하는 확산 코드를 가지고, 상기 서버에 의한 상기 의사위성들의 동적 구성은 상기 의사위성들의 확산 코드들이 상기 오브젝트의 상기 수신기 (R) 에 가시적이지 않은 위성 콘스텔레이션의 위성들 (SN) 의 확산 코드들에 대응하도록 하고, 상기 보조 수단 (S) 은 상기 수신기 (R) 에 가시적인 위성들의 확산 코드들인 것으로 여겨지지만 실제로는 상기 의사위성들의 세트의 확산 코드들에 대응하는 확산 코드들의 리스트를 상기 수신기 (R) 에 통신하여, 상기 수신기 (R) 가 상기 의사위성들에 의해 송신된 포지셔닝 신호들을 획득하고 상기 보조 수단 (S) 과 통신하여 상기 보조 수단 (S) 이 상기 오브젝트의 포지션을 계산할 수 있도록 상기 수신기 (R) 를 속인다.

Description

보조 모드에서 동작하는 의사위성들을 이용하는 포지셔닝 시스템{POSITIONING SYSTEM USING PSEUDOLITES OPERATING IN ASSISTED MODE}

본 발명은 적절한 수신기를 구비한 오브젝트가 제한된 지역에서 그 포지션을 결정할 수 있게 하는 시스템에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 본 발명의 포지셔닝 시스템은 의사위성들의 이용에 기반한다.

당업계에 공지된 것과 같이, 의사위성들 (pseudo-satellites) 은 글로벌 포지셔닝 시스템 (GPS) 또는 갈릴레오 시스템과 같은 글로벌 네비게이션 위성 시스템들 (GNSS) 로 공지된 위성 네비게이션 시스템들에서 이용되는 위성 콘스텔레이션들에 속하는 위성들과 동일한 원칙들에 따라 동작하는 디바이스들이다. 위성들과 달리, 의사위성들은 지상에 배치된다. 통상적으로, 의사위성들은 빌딩에 분포되고, 일반적으로 이른바 제한된 지역들에 분포될 수도 있다.

의사위성 포지셔닝 시스템들의 일반적인 원칙은, 이러한 의사위성들이 위성 네비게이션 시스템의 위성들에 의해 송신된 메세지들의 포맷과 동일하거나 유사한 포맷의 포지셔닝 신호들을 송신한다는 사실에 기반한다. 기존의 시스템들, 특히 수신기들과의 양호한 호환가능성을 위해, 각각의 의사위성에는 일반적으로 위성의 식별자에 대응하는 식별자가 할당된다. 위성 콘스텔레이션들과 관련하여, 이러한 식별자들은 당업자가 인식하는 것과 같이 확산 코드들이라 지칭된다. 의사위성들에 의해 송신된 신호들의 범위는 가변적이고; 이는 의사위성들의 전력 및 그 이용에 의존한다. 적절한 수신기들을 구비한 오브젝트들은 이러한 포지셔닝 신호들을 획득할 수 있다. 종래의 위성 네비게이션 시스템에서와 같이, 상기 오브젝트와 포지셔닝 신호들을 획득한 의사위성들 간의 의사거리들의 계산 및 이후에 삼각측량 계산은 오브젝트의 포지션이 결정되도록 한다. 삼각측량에 의한 포지셔닝의 원칙은 공지되어 있다: 그 원칙은 수신기의 포지션이, 송신기들을 그 중심으로 하고 수신기와 송신기들 간의 거리를 그 반경으로 하는 구 형들의 교차점에 있는 것으로 결정하는 것에 관한 문제이다. 계산들은 온-보드 (on-board) 방식으로, 오브젝트 자체적으로, 또는 서버에 의해 원격으로 실행될 수도 있다.

의사위성 포지셔닝 시스템들은 일반적으로 이른바 "제한된" 지역들에 배치된다. 이러한 지역들은 통상적으로 빌딩들이고, 이 빌딩들 내에서 지구 궤도에서 위성들에 의해 송신된 포지셔닝 신호들은 벽들, 천장들, 등에 의한 차단에 의해 획득될 수 없다. 상기 지역들은 관련된 위성 네비게이션 시스템에 의해 커버되지 않는 지역들일 수도 있다. 일반적으로 말해서, 제한된 지역은 위성들에 의해 송신된 포지셔닝 신호들이 정확히 획득될 수 없는 지역들로 정의될 것이다. 반대로, 용어 "개방된 지역" 은 위성들에 의해 송신된 포지셔닝 신호들이 적절한 수신기에 의해 획득될 수 있는 지역들과 관련하여 이용될 수도 있다. 추가로, 수신기가 위성들과 상기 수신기 간의 적절한 상대적인 포지션으로 인해 이론적으로 포지셔닝 신호들을 수신할 수 있는 위성들은 수신기에 "가시적인" 것으로 지칭되는 반면, 콘스텔레이션의 다른 위성들은 "비-가시적인" 것으로 지칭된다. 이러한 용어들 "가시적인" 및 "비-가시적인" 은 의사위성들의 경우에 사용될 수도 있다.

용어들 "제한된 지역", "개방된 지역", "가시적인 위성" 및 "비-가시적인 위성" 의 앞서 제공된 정의들은 나머지 설명 및 청구항들에서 유효하다.

위성 포지셔닝 시스템들은 종종 보조 시스템에 의해 보완되는 것이 당업계에 공지되어 있다. 이러한 기술은 당업자에게 보조-GNSS 라 공지된다. 이러한 보조 시스템들은 일반적으로 보조 서버라 지칭되는 서버에 기반하며, 그 역할은 가시적인 위성들의 포지션과 같은 위성들의 콘스텔레이션에 관련된 정보 및 포지셔닝 신호들의 프로세싱을 용이하게 하는 다른 보조물들을 수신기에 송신하는 것이다. 의사위성 포지셔닝 시스템은 또한 이러한 유형의 보조 서버를 가질 수 있다. 이른바 "보조" 모드에서, 보조 서버는 일반적으로 수신기가 제공하는 의사 거리들의 계산들에 기초하여 수신기의 포지션을 계산한다. 이러한 동작 모드는 당업자에게 MS-보조 (이동국 보조) 또는 UE-보조 (사용자 장비 보조) 모드라 공지된다.

본 발명은 이러한 보조 동작 모드에서 이용된다.

종래 기술은 다양한 기술들을 개시한다. 먼저, 의사위성 포지셔닝에 대한 대안들로서, WiFi 포지셔닝 기술들이 공지되지만, 이러한 솔루션은 정적 환경들에서만 수용가능하고, 제한된 지역들에서의 위치에 대한 전용 장비의 배치 및 상대적으로 지루한 교정 단계들을 필요로 한다. 대안적으로, GSM 또는 UMTS 표준들에서 발견되는 포지셔닝 기술들이 이용되며, 이는 예컨대 모바일 전화기가 커버되는 지역들에 위치될 수 있게 하지만, 달성되는 정확성은 약 수십 미터 정도이며, 이는 만족스럽지 못하다.

결국, 공지된 의사위성 포지셔닝 시스템들은 복수의 단점들을 갖는다. 특히, 시스템들은 연속적이고 자율적인 방식으로 제한된 지역에서 개방된 지역으로 이동하거나 그 반대로 이동하는 것에 대하여 준비하지 않는다. 추가로, 시스템들은 일반적으로 수신기의 초기 포지션에 대한 지식 없이 콜드 스타트 (cold start) 에 대하여 준비하지 않는다. 공지된 시스템들은 일반적으로 제한된 지역들에서 동작하고 의사위성들에 의해 송신된 포지셔닝 신호들을 획득하도록 특별히 설계된 수신기들의 이용을 수반한다.

다른 경우에, 시스템들은 특정 확산 코드들에 의해 식별되고, 그 임무가 위성들을 이용하는 것인 수신기들에는 잠정적으로 알려지지 않으며, 따라서 상기 위성들의 확산 코드들만을 알고 있는 의사위성들에 의해 송신된 신호들을 획득하는 것을 수신기가 시작하도록 하기 위해 수신기에 대한 개입을 필요로 한다. 임의의 경우에, 제한된 지역들과 개방된 지역들에서의 동작 모드들은 동시에 활성일 수 없기 때문에 일반적으로 양립할 수 없다.

추가로, 고려될 중요한 제약은 위성 콘스텔레이션들에 속하는 위성들의 확산 코드들이 상기 위성들을 위해 예비된다는 사실에 있다. 상업적으로 이용가능한 수신기들은 상기 위성들로부터 발생하는 포지셔닝 신호들을 획득하도록 설계되기 때문에 전용 수신기들을 설계하지 않고는 다른 코드들을 이용할 수 없다.

본 발명의 목적은, 수신기의 관점에서, 의사위성들에 의해 송신된 포지셔닝 신호들을 위성 네비게이션의 위성 콘스텔레이션에 속하는 위성들에 의해 송신된 포지셔닝 신호인 것처럼 투명하게 획득할 수 있는 표준 수신기들을 이용하여 동작하도록 구성된 의사위성 포지셔닝 시스템을 제안함으로써 상기와 같은 단점들을 경감시키는 것이다.

그러므로, 본 발명의 일반적인 원리는, 수신기가 위치된 제한된 지역에서 제공되는 의사위성들에 의해 송신된 포지셔닝 신호들을 수신기가 획득할 경우에, 상기 수신기가 가시적인 위성들에 의해 송신된 신호들을 정상적으로 획득하는 인상을 줄 수 있도록 수신기를 속이는데 있다. 이는 청구항 제 1 항에 의해 정의된 시스템에 의해 가능하게 실행될 수 있다.

따라서, 본 발명은 수신기가 제공되는 오브젝트를 포지셔닝하기 위한 시스템에 관한 것이며, 상기 시스템은 포지셔닝 신호들을 송신하고 제한된 지역에 분포되는 의사위성들의 세트, 및 상기 수신기와 통신하고 오브젝트의 포지션을 계산할 수 있는 보조 수단 및 의사위성들의 세트를 동적으로 구성할 수 있는 서버를 포함하며, 상기 의사위성들은 각각 추가로 위성 네비게이션 시스템에서 위성 콘스텔레이션에 속하는 위성의 확산 코드와 대응하는 확산 코드를 가지고, 상기 서버에 의한 상기 의사위성들의 동적 구성은 상기 의사위성들의 확산 코드들이 상기 오브젝트의 수신기에 가시적이지 않은 위성 콘스텔레이션의 위성의 확산 코드들에 대응하도록 하고, 상기 보조 수단은 상기 수신기에 가시적인 위성들의 확산 코드들인 것으로 여겨지지만 실제로는 의사위성들의 확산 코드들에 대응하는 확산 코드들의 리스트를 상기 수신기에 통신하여 상기 수신기를 상기 의사위성들에 의해 송신된 포지셔닝 신호들을 획득하고 상기 보조 수단과 통신하여 상기 보조 수단이 상기 오브젝트의 포지션을 계산할 수 있도록 속인다.

본 발명의 일 실시형태에서, 제한된 지역에서 의사위성들의 세트 중 각각의 의사위성의 포지션은 보조 수단에 알려지고, 오브젝트의 포지션은 의사위성들의 알려진 포지션들로부터의 삼각측량 및 수신기에 의해 실행된 의사거리 측정들에 의해 계산된다.

다른 실시형태에서, 수신기는 위성 콘스텔레이션의 이페머리스로 액세스할 수도 있고, 보조 수단은 또한 오프셋에 의해 쉬프트된 현재시간에 대응하는 잘못된 현재시간을 상기 수신기에 통신하여 이페머리스를 참고하는 수신기가 의사위성들의 확산 코드들이 수신기에 가시적인 것처럼 보이는 위성 콘스텔레이션의 위성들의 확산 코드들에 대응하는 것으로 결정할 수 있도록 한다.

의사위성들은 유리하게, 그들이 확산 코드를 빌린 위성 콘스텔레이션의 위성들이 상기 잘못된 현재 시간에 송신할 포지셔닝 신호들과 동일한 신호들을, 현재시간에 송신한다.

보조 수단은 유리하게 의사위성들에 할당되지 않은 위성 콘스텔레이션의 이성들의 확산 코드들의 세트에 대한 비-무결성 플래그 (non-integrity flag) 를 상기 수신기에 통신한다.

서버는 유리하게 적절한 프로그래밍에 의해 보조 수단을 구현한다.

본 발명의 다른 특징들 및 장점들은 첨부된 도면들을 참조하여 하기의 설명으로부터 명백할 것이며,
도 1 은 위성 네비게이션 시스템의 위성들의 지구 주위의 배치의 일 실시예의 다이어그램이고,
도 2 는 보조 모드에서 위성 네비게이션 시스템의 동작 원칙의 도면이다.

도면은 용어들 "가시적인 위성" 및 "비-가시적인 위성"의 앞서 제공되고 당업자에게 공지된 정의를 예시한다. 도 1 이 도시하는 것과 같이, 소정 시간에, 지구의 표면상에 위치된 지점 A 에서 오직 위성들 (SV) 만이 가시적이며, 위성들 (SN) 은 가시적이지 않다. 이로 인해, 가시적인 위성들 (SV) 에 의해 송신된 포지셔닝 신호들만이 지점 A 에 배치된 수신기에 의해 획득될 수 있다.

반면에, 전술된 것과 같이, 본 발명의 의사위성 포지셔닝 시스템은 포지셔닝될 오브젝트가 발견되는 관련된 제한된 지역을 가지는 의사위성들 모두를 제어하는 보조 서버를 이용한다. 이러한 보조 서버는 특히 제한된 지역의 의사위성들 각각으로의 확산 코드의 동적 할당의 기능을 수행하도록 프로그래밍된다.

도 2 는 위성 네비게이션 시스템의 이른바 "보조" 동작 모드 (보조-GNSS, 상기한 바 참조) 의 일반적인 원칙을 도시한다. 도 2 의 실시예에서, 보조 서버 (S) 는 위성 네비게이션 시스템에 속하는 위성 콘스텔레이션의 위성들 (SAT) 에 의해 송신된 정보 및 옵션으로, 예컨대 데이터 수집 시스템에 속하는 정지 위성들 (G) 과 같은 다른 위성들에 의해 송신된 정보를 수집한다. 보조 서버 (S) 는 이러한 정보를 활용하여 요구에 따라 다음과 같은 보조 데이터를 수신기 (R) 에 제공할 수 있다:

● 위치 정보,

● "GPS 시간" 과 같은 시간 기준들,

● 위성들 (SAT) 의 클럭들에 적용가능한 이페머리스 및 정정값들과 같은 네비게이션 정보,

● 이온층과 관련된 모델들의 최신 정정값들,

● 상이한 네비게이션을 실시하기 위한 정정 정보,

● 송신기 위성의 함수로서 수신되는 포지셔닝 신호들의 무결성에 관한 정보,

● 위성 콘스텔레이션 (SAT) 의 알마낙들,

● 수신기 (R) 이 위치된 지역의 함수로서 위성 콘스텔레이션 (SAT) 의 가시적인 위성들의 식별자들, 일반적으로 확산 코드들의 리스트,

● 수일의 기간 동안 연장된 위성 콘스텔레이션 (SAT) 의 이페머리스들,

● 기타 등등.

본 발명의 원칙은 보조 서버 (S) 의 적절한 프로그래밍에 의해 포지셔닝될 오브젝트의 수신기 (R) 를 속이는 데 있다.

먼저, 보조 서버 (S) 는 관련된 제한된 지역에서 가시적이지 않은 위성들의 확산 코드들인 확산 코드들을 의사위성들에 동적으로 할당하도록 프로그래밍된다. 이는 보조 서버 (S) 가 관련된 위성 콘스텔레이션 (SAT) 의 위성들 모두의 포지션 및 대응하는 이페머리스들을 알고 있기 때문에 가능하다. 이 점은 한편으로는 제한된 지역 외부의 사용자들과 관련하여, 및 다른 한편으로는 위성들에 의해 송신된 포지셔닝 신호들이 수신될 수도 있는 지역들, 심지어 제한된 지역, 예컨대 빌딩 내에서 창문 근처에 위치된 지역들에서의 실제 위성들과 관련하여 임의의 간섭의 위험을 방지하는데 있어 중요하다. 위성들에 의해 송신된 포지셔닝 신호들로부터 의사위성들에 의해 송신된 포지셔닝 신호들을 구별하는 것은 가능하지 않을 수도 있다.

본 발명에 따라, 보조 서버 (S) 는 상기 수신기 (R) 를 속이는 목적으로 수정된 보조 데이터를 수신기 (R) 에 제공한다.

보조 서버에 의해 제공된 이러한 수정된 데이터는:

● 비-가시적인 위성들 SN 의 확산 코드들에 대응하는, 수신기 (R) 가 위치된 제한된 지역으로부터 가시적인 의사위성들의 확산 코드들의 리스트.

● 바람직하게는, 주중 시간 (Time Of Week) 이라 지칭되는 현재시간에 대응하는 것으로 간주되지만 현재시간 오프셋과 동일한 시간 기준으로서, 수신기 (R) 가 그 내부 메모리에 가시적인 위성들의 리스트를 자율적으로 결정하는 오브젝트와 위성 콘스텔레이션의 알마낙들을 저장한다면, 상기 수신기는 보조 서버 (S) 에 의해 제공되는 가시적인 의사위성들의 리스트에 실제로 대응하는 가시적인 위성들의 리스트와 수신기 자체적으로 결정할 수 있는 가시적인 위성들의 리스트 간에 일치하는 것이 없음을 검출한다. 그 결과, 적용되는 오프셋은 적절히 선택되어야 하며, 따라서 의사위성들의 확산 코드들은 상기 오프셋에 의해 쉬프트된 현재시간과 동일한 수정된 현재시간에 가시적인 것으로 간주되는 위성들의 확산 코드들에 대응한다.

● 옵션으로, 수정된 현재시간에서는 가시적이지 않지만 실제 현재시간에서는 실제로 가시적이기 쉬운 것으로 간주되는 위성들에 대한 비-무결성 플래그. 비-무결성 플래그는 수신기 (R) 에 의해, 비-무결성 플래그가 관련된 위성들에 의해 송신된 신호들이 잘못된 신호들이며, 이에 영향받지 않아야 하는 것을 나타내는 것으로 해석된다. 그 확산 코드가 의사위성에 할당되지 않는 위성들 모두와 관련된 비-무결성 플래그는 따라서 수신기 (R) 로 브로드캐스팅되어야 한다. 이러한 방식으로, 수신기 (R) 는 상기 위성들을 획득하려 하지 않을 것이며, 따라서 에너지를 절약하고; 추가로 의사위성들과 위성들 SV 양자로부터 인입하는 포지셔닝 신호들로부터 포지션들을 계산하는 경우에 충돌할 위험이 없을 것이다.

추가로, 본 발명과 관련하여 이용된 보조 모드에서, 바람직하게 의사거리들이 계산되고, 수신기는 바람직하게 보조 서버 또는 임의의 적절한 컴퓨터에 의해 결정된다. 이로 인해, 수신기 (R) 는 의사위성 포지션 정보를 처리해야할 필요가 없다.

수정된 보조 데이터를 브로드캐스팅하는 보조 서버 (S) 는 브로드캐스팅될 수정된 보조 데이터를 계산하는 보조 수단과 수정된 보조 데이터를 브로드캐스팅하기 위한 서버를 포함하는 별개의 수단들로 구성될 수도 있다.

본 발명의 주요 장점은 글로벌 위성 네비게이션 시스템과 관련하여 포지셔닝 신호들을 획득할 수 있는 대부분의 표준 수신기들에 대하여 투명한, 제한된 지역들에서 의사위성 포지셔닝을 위한 솔루션을 제안하는 것이다. 제안된 솔루션을 구현하기 위해 어떤 하드웨어 변경도 요구되지 않고 어떤 특정 소프트웨어도 개발되어야할 필요가 없으며, 이는 상기 수신기들을 속일 수 있는 보조 서버의 프로그래밍 및 원래의 구성에 기반한다.

Claims (6)

1. 수신기 (R) 가 제공되는 오브젝트를 포지셔닝하기 위한 시스템으로서,
   포지셔닝 신호들을 송신하고 제한된 지역에 분포되는 의사위성들의 세트, 및 상기 수신기 (R) 와 통신하고 상기 오브젝트의 포지션을 계산할 수 있는 보조 수단 및 상기 의사위성들의 세트를 동적으로 구성 (configuring) 할 수 있는 서버를 포함하며, 상기 의사위성들은 각각 추가로 위성 네비게이션 시스템에서 위성 콘스텔레이션에 속하는 위성의 확산 코드에 대응하는 확산 코드를 가지고, 상기 서버에 의한 상기 의사위성들의 동적 구성은 상기 의사위성들의 확산 코드들이 상기 오브젝트의 상기 수신기 (R) 에 가시적이지 않은 위성 콘스텔레이션의 위성들 (SN) 의 확산 코드들에 대응하도록 하고,
   상기 보조 수단은 상기 수신기 (R) 에 가시적인 위성들의 확산 코드들인 것으로 여겨지지만 실제로는 상기 의사위성들의 세트의 확산 코드들에 대응하는 확산 코드들의 리스트를 상기 수신기 (R) 에 통신하여, 상기 수신기 (R) 가 상기 의사위성들에 의해 송신된 포지셔닝 신호들을 획득하고 상기 보조 수단과 통신할 수 있도록 상기 수신기 (R) 를 속여, 상기 보조 수단이 상기 오브젝트의 포지션을 계산하도록 하고,
   상기 수신기 (R) 는 상기 위성 콘스텔레이션의 이페머리스 (ephemerides) 에 액세스할 수 있고,
   상기 보조 수단은 또한 오프셋에 의해 쉬프트된 현재시간에 대응하는 잘못된 현재시간을 상기 수신기 (R) 로 통신하여 상기 이페머리스를 참고하는 상기 수신기 (R) 가 상기 의사위성들의 확산 코드들이 상기 수신기 (R) 에 가시적인 것 처럼 보이는 상기 위성 콘스텔레이션의 위성들의 확산 코드들에 대응하는 것으로 결정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 오브젝트를 포지셔닝하기 위한 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제한된 지역에서 상기 의사 위성들의 세트 중 각각의 의사위성의 포지션은 상기 보조 수단에 알려지고,
   상기 오브젝트의 포지션은 상기 의사위성들의 알려진 포지션들로부터의 삼각측량 및 상기 수신기 (R) 에 의해 실행된 의사거리 측정치들에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 오브젝트를 포지셔닝하기 위한 시스템.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 의사위성들은, 상기 의사위성들이 상기 확산 코드를 빌린 (borrow) 상기 위성 콘스텔레이션의 위성들이 상기 잘못된 현재시간에 송신할 포지셔닝 신호들과 동일한 포지셔닝 신호들을, 상기 현재시간에 송신하는 것을 특징으로 하는 오브젝트를 포지셔닝하기 위한 시스템.
5. 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 보조 수단은 또한 의사위성들에 할당되지 않은 상기 위성 콘스텔레이션의 위성들의 확산 코드들의 세트에 대한 비-무결성 플래그 (non-integrity flag) 를 상기 수신기 (R) 에 통신하는 것을 특징으로 하는 오브젝트를 포지셔닝하기 위한 시스템.
6. 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 보조 수단은 프로그래밍에 의해 상기 서버에서 구현되는 것을 특징으로 하는 오브젝트를 포지셔닝하기 위한 시스템.

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